Tổng quan nghiên cứu

Cây lạc (Arachis hypogaea L.) là cây trồng phổ biến và có giá trị kinh tế quan trọng tại Việt Nam, đặc biệt ở tỉnh Thừa Thiên Huế với diện tích trồng khoảng 3.188 ha, tập trung chủ yếu tại huyện Phong Điền, thị xã Hương Trà và huyện Quảng Điền. Năng suất trung bình đạt khoảng 22 tạ/ha, sản lượng ước tính 2.313 tấn. Tuy nhiên, bệnh héo rũ gốc mốc trắng do nấm Sclerotium rolfsii gây ra là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất và chất lượng cây lạc, với khoảng 700 ha bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Bệnh này phát triển mạnh trong điều kiện nhiệt độ 25-30°C và độ ẩm đất 40-50%, gây thiệt hại năng suất từ 10% đến 80% tùy mức độ nhiễm bệnh.

Công nghệ nano, đặc biệt là nano bạc, được xem là giải pháp tiềm năng trong việc hạn chế bệnh hại trên cây trồng nhờ khả năng kháng khuẩn, kháng nấm hiệu quả. Nano bạc đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y tế, thủy sản và nông nghiệp, tuy nhiên nghiên cứu ứng dụng nano bạc trên cây lạc còn hạn chế. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả của nano bạc trong việc hạn chế bệnh héo rũ gốc mốc trắng do nấm S. rolfsii gây ra, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của nano bạc đến sinh trưởng, phát triển và năng suất cây lạc tại Thừa Thiên Huế trong vụ Đông Xuân 2016-2017.

Mục tiêu cụ thể gồm: (1) Đánh giá khả năng kháng nấm S. rolfsii của nano bạc trong điều kiện in vitro; (2) Đánh giá hiệu quả hạn chế bệnh héo rũ gốc mốc trắng trong điều kiện nhà lưới và đồng ruộng; (3) Đánh giá ảnh hưởng của nano bạc đến sinh trưởng và năng suất cây lạc. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc xây dựng quy trình quản lý bệnh héo rũ gốc mốc trắng bằng nano bạc, đồng thời góp phần phát triển nông nghiệp sạch, nâng cao hiệu quả sản xuất lạc tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Công nghệ nano và tính chất vật liệu nano: Nano bạc có kích thước từ 1 đến 100 nm, với diện tích bề mặt lớn và tính chất lượng tử đặc biệt, giúp tăng khả năng kháng khuẩn, kháng nấm so với vật liệu dạng khối.
  • Sinh học nấm Sclerotium rolfsii: Nấm đa thực, phát triển mạnh trong điều kiện nhiệt độ 25-30°C, độ ẩm đất 40-50%, gây bệnh héo rũ gốc mốc trắng trên nhiều loại cây trồng, đặc biệt là cây lạc. Nấm hình thành hạch nấm tồn tại lâu dài trong đất, là nguồn bệnh chính.
  • Quản lý tổng hợp bệnh hại cây trồng: Kết hợp biện pháp canh tác, sinh học và hóa học để hạn chế bệnh hại, trong đó ứng dụng nano bạc là biện pháp mới, thân thiện môi trường.
  • Khái niệm về chỉ số bệnh (CSB), tỷ lệ bệnh (TLB), và diện tích dưới đường cong tiến triển bệnh (AUDPC): Các chỉ số này dùng để đánh giá mức độ phát triển và hiệu quả phòng trừ bệnh trong nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Giống lạc L14, nấm Sclerotium rolfsii chủng H001 phân lập từ cây lạc bị bệnh, dung dịch nano bạc 1000 ppm do Trung tâm Ươm tạo và Chuyển giao Công nghệ, Đại học Huế cung cấp.
  • Địa điểm và thời gian: Phòng thí nghiệm bệnh cây và vườn lưới Khoa Nông học, Trường Đại học Nông Lâm Huế; đồng ruộng xã Phong Sơn, huyện Phong Điền, Thừa Thiên Huế; thời gian từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2017.
  • Phương pháp phân tích:
    • In vitro: Đánh giá khả năng ức chế phát triển sợi nấm và hình thành hạch nấm trên môi trường PDA và PDB với các nồng độ nano bạc từ 10 đến 160 ppm. Đo đường kính tản nấm, số lượng hạch nấm, khối lượng nấm khô.
    • Nhà lưới: Thí nghiệm lây bệnh nhân tạo với các nồng độ nano bạc 25,4; 50,9; 76,3; 101,8 ppm, theo dõi tỷ lệ bệnh, chỉ số bệnh, tỷ lệ cây chết, các chỉ tiêu sinh trưởng như chiều cao thân, số lá, số hoa.
    • Đồng ruộng: Thí nghiệm hai nhân tố với nồng độ nano bạc 25 và 50 ppm, phun 1-3 lần vào các giai đoạn sinh trưởng khác nhau, theo dõi tỷ lệ bệnh, các bệnh hại khác, chỉ tiêu sinh trưởng, số lượng và khối lượng nốt sần, năng suất.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi công thức thí nghiệm được lặp lại 3 lần, mỗi lần gồm 15 cây trong nhà lưới; đồng ruộng bố trí 27 ô thí nghiệm, diện tích mỗi ô 20 m2.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm SPSS 16.0 để phân tích thống kê, kiểm định sai khác LSD với mức ý nghĩa p<0,05; biểu đồ và bảng số liệu được trình bày bằng Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng ức chế nấm Sclerotium rolfsii in vitro

    • Nano bạc ức chế sự phát triển sợi nấm trên môi trường PDA rõ rệt ở nồng độ từ 40 ppm trở lên, với hiệu quả 68,68% sau 72 giờ ở 80 ppm và 100% ở 160 ppm.
    • Số lượng hạch nấm giảm từ khoảng 270 hạch/đĩa (0 ppm) xuống còn 140 hạch/đĩa ở 80 ppm.
    • Trên môi trường PDB, nano bạc ức chế nấm mạnh hơn, với 63,3% hiệu quả ở 2,5 ppm và không tăng đáng kể khi nồng độ vượt 40 ppm.
    • Nồng độ ước tính để hạn chế 50% sợi nấm là khoảng 50,9 ppm, hạn chế hoàn toàn cần 101,8 ppm.

  2. Hiệu quả hạn chế bệnh héo rũ gốc mốc trắng trong nhà lưới

    • Nano bạc làm giảm tỷ lệ cây nhiễm bệnh và chỉ số bệnh rõ rệt so với đối chứng.
    • Ở 28 ngày sau lây nhiễm, tỷ lệ bệnh giảm từ 100% (đối chứng) xuống còn 55,6% ở 101,8 ppm.
    • Tỷ lệ cây chết giảm từ 26,7% (đối chứng) xuống còn 4,4% ở 101,8 ppm.
    • Diện tích dưới đường cong tiến triển bệnh (AUDPC) giảm đáng kể ở các nồng độ từ 50,9 ppm trở lên.

  3. Ảnh hưởng của nano bạc đến sinh trưởng cây lạc trong nhà lưới

    • Chiều cao thân chính, số lá, chiều dài cành cấp 1 và tổng số hoa đều tăng nhẹ ở các công thức có nano bạc, tuy không có sự khác biệt ý nghĩa thống kê rõ ràng.
    • Khối lượng tươi và khô của cây tăng theo nồng độ nano bạc, với khối lượng khô cao nhất đạt 10,14 g/5 cây ở 101,8 ppm, so với 8,38 g/5 cây ở đối chứng.
    • Số lượng và khối lượng nốt sần tăng nhẹ ở các công thức có nano bạc, tuy không khác biệt ý nghĩa.

  4. Ảnh hưởng của nano bạc đến sinh trưởng và năng suất cây lạc ngoài đồng ruộng

    • Chiều cao thân chính tăng đáng kể ở các giai đoạn làm quả non và thu hoạch, với công thức nồng độ 50 ppm phun 3 lần đạt chiều cao 27,37 cm, cao hơn 0,97 cm so với đối chứng.
    • Chiều dài cành cấp 1 đầu tiên và số lượng hoa hữu hiệu không bị ảnh hưởng tiêu cực bởi nano bạc.
    • Khối lượng khô cây và khối lượng nốt sần tăng theo nồng độ và số lần phun nano bạc, với sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở một số giai đoạn.
    • Năng suất thực thu lạc tăng từ 8,8 tạ/ha (đối chứng) lên khoảng 9,5 tạ/ha khi sử dụng nano bạc với nồng độ 50 ppm, phun 2 lần vào giai đoạn cây con.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy nano bạc có khả năng ức chế hiệu quả sự phát triển của nấm Sclerotium rolfsii, đặc biệt là ở nồng độ từ 40 ppm trở lên, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tính kháng nấm của nano bạc trên các loại nấm gây bệnh khác. Hiệu quả cao hơn trong môi trường lỏng PDB có thể do sự tiếp xúc tốt hơn giữa nano bạc và nấm, giúp tăng khả năng ức chế.

Trong điều kiện nhà lưới và đồng ruộng, nano bạc làm giảm đáng kể tỷ lệ bệnh và tỷ lệ cây chết do bệnh héo rũ gốc mốc trắng, đồng thời không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng cây lạc mà còn có xu hướng kích thích phát triển và tăng năng suất. Điều này phù hợp với các nghiên cứu về tác động tích cực của nano bạc đối với sự nảy mầm, phát triển rễ và tăng trưởng cây trồng.

Việc giảm tỷ lệ bệnh và tăng năng suất có ý nghĩa thực tiễn lớn trong sản xuất lạc, giúp giảm thiểu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật hóa học độc hại, hướng tới nền nông nghiệp sạch và bền vững. Các biểu đồ đường kính tản nấm, số lượng hạch nấm, AUDPC và tỷ lệ bệnh qua các thời điểm được sử dụng để minh họa rõ ràng hiệu quả của nano bạc trong hạn chế bệnh hại.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hiệu quả của nano bạc phụ thuộc vào nồng độ và số lần phun, đồng thời cần nghiên cứu thêm về tác động lâu dài và an toàn môi trường khi ứng dụng rộng rãi.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng nano bạc với nồng độ 50 ppm, phun 2 lần vào giai đoạn cây con để hạn chế bệnh héo rũ gốc mốc trắng và các bệnh héo rũ khác trên cây lạc, nhằm tăng năng suất từ 5-10% trong vụ Đông Xuân tại Thừa Thiên Huế. Thời gian thực hiện: ngay trong vụ sản xuất tiếp theo.

  2. Xây dựng quy trình quản lý tổng hợp bệnh héo rũ gốc mốc trắng kết hợp sử dụng nano bạc với biện pháp canh tác như luân canh cây trồng, cày đất sâu, che phủ nilon để tăng hiệu quả phòng trừ bệnh. Chủ thể thực hiện: các cơ quan khuyến nông và nông dân địa phương.

  3. Tăng cường nghiên cứu và giám sát tác động môi trường của nano bạc khi sử dụng trong nông nghiệp để đảm bảo an toàn sinh thái và sức khỏe người tiêu dùng. Thời gian: nghiên cứu liên tục trong 2-3 năm tới.

  4. Đào tạo, tập huấn cho nông dân về kỹ thuật sử dụng nano bạc đúng liều lượng, thời điểm phun và biện pháp phòng trừ bệnh tổng hợp nhằm nâng cao hiệu quả và giảm thiểu rủi ro. Chủ thể: các trung tâm khuyến nông, trường đại học, viện nghiên cứu.

  5. Khuyến khích phát triển sản xuất nano bạc trong nước để giảm chi phí và tăng khả năng tiếp cận của nông dân, đồng thời thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp bền vững.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nông dân trồng lạc tại các vùng có bệnh héo rũ gốc mốc trắng: Nắm bắt biện pháp phòng trừ mới, áp dụng nano bạc để nâng cao năng suất và giảm thiệt hại do bệnh.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành nông học, bảo vệ thực vật: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả ứng dụng công nghệ nano trong quản lý bệnh hại cây trồng.

  3. Cơ quan khuyến nông và quản lý nông nghiệp địa phương: Xây dựng chính sách, chương trình tập huấn và hỗ trợ kỹ thuật cho nông dân về ứng dụng nano bạc.

  4. Doanh nghiệp sản xuất và cung ứng vật tư nông nghiệp: Phát triển sản phẩm nano bạc phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế, mở rộng thị trường ứng dụng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nano bạc có an toàn cho cây trồng và môi trường không?
    Nghiên cứu cho thấy nano bạc ở nồng độ khuyến cáo không gây hại cho cây lạc mà còn kích thích sinh trưởng. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về tác động lâu dài và tích lũy trong đất để đảm bảo an toàn môi trường.

  2. Nồng độ nano bạc nào hiệu quả nhất để phòng bệnh héo rũ gốc mốc trắng?
    Nồng độ khoảng 50 ppm được đánh giá là hiệu quả trong việc hạn chế bệnh và không ảnh hưởng tiêu cực đến cây, phù hợp cho ứng dụng thực tế.

  3. Nano bạc có thể thay thế hoàn toàn thuốc hóa học không?
    Nano bạc là một phần trong hệ thống quản lý tổng hợp bệnh, giúp giảm lượng thuốc hóa học cần dùng, nhưng không thể thay thế hoàn toàn do cần kết hợp nhiều biện pháp khác.

  4. Phun nano bạc vào thời điểm nào là tốt nhất?
    Phun 2 lần vào giai đoạn cây con (khi cây có 3 lá thật) được khuyến nghị để đạt hiệu quả phòng bệnh cao nhất.

  5. Có thể áp dụng công nghệ nano bạc cho các cây trồng khác không?
    Nghiên cứu và ứng dụng nano bạc đã được thử nghiệm trên nhiều loại cây trồng khác như cà chua, hồ tiêu, ngô với kết quả tích cực, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi.

Kết luận

  • Nano bạc có khả năng ức chế hiệu quả sự phát triển của nấm Sclerotium rolfsii và hạn chế bệnh héo rũ gốc mốc trắng trên cây lạc trong điều kiện in vitro, nhà lưới và đồng ruộng.
  • Ứng dụng nano bạc với nồng độ 50 ppm, phun 2 lần vào giai đoạn cây con giúp giảm tỷ lệ bệnh, tỷ lệ cây chết và tăng năng suất lạc từ 5-10%.
  • Nano bạc không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng cây mà còn kích thích phát triển chiều cao thân, số lá, số hoa và khối lượng sinh khối.
  • Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để xây dựng quy trình quản lý bệnh héo rũ gốc mốc trắng bằng công nghệ nano bạc, góp phần phát triển nông nghiệp sạch và bền vững.
  • Đề xuất triển khai ứng dụng nano bạc trong sản xuất lạc tại Thừa Thiên Huế và mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các cây trồng khác trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ quan quản lý, viện nghiên cứu và nông dân phối hợp triển khai thí điểm ứng dụng nano bạc trong sản xuất lạc, đồng thời tiếp tục nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và hiệu quả kinh tế lâu dài.