Nghiên cứu tạo nước hoạt hóa plasma và ứng dụng nâng cao tỷ lệ nảy mầm, tăng trưởng xà lách xoăn

i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu tạo nước hoạt hóa plasma và ứng dụng nâng cao tỷ lệ nảy mầm hạt và tăng trưởng của xà lách xoăn (Lactuca capitata)” là do tôi thực hiện với sự đồng ý và hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS. Phạm Hữu Thiện và thầy TS. Nguyễn Hoàng Dũng. Đây không phải là bản sao chép của bất kì một cá nhân, tổ chức nào.

Các kết quả thực nghiệm, số liệu, nguồn thông tin trong luận văn là do tôi tiến hành, trích dẫn, tính toán và đánh giá. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày ở luận văn này. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2020 Người cam đoan Nguyễn Võ Kỳ Duyên ii Lời cảm ơn Em chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy TS. Phạm Hữu Thiện đã tận tình hướng dẫn, bồi dưỡng kiến thức và luôn tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn.

Nguyễn Hoàng Dũng đã giảng dạy, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm và luôn động viên giúp đỡ em trong quá trình học tập, làm luận văn. Giáo sư Ahmed KHACEF - Đại học Orleans và Th.S Thân Quốc An Hạ - Phó phòng Kỹ thuật Vật lý thuộc Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng đã hỗ trợ rất nhiều về mặt chuyên môn và các thiết bị thí nghiệm cho em hoàn thành luận văn. Học viện Khoa học và Công nghệ, đặc biệt là Phòng Đào tạo, Khoa Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn. Các Thầy, Cô trong hội đồng đã dành thời gian đọc và đóng góp nhiều ý kiến hữu ích cho luận văn của em.

Ban lãnh đạo Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng và Viện Sinh học Nhiệt đới đã giúp em có điều kiện về cơ sở vật chất cũng như thời gian để thực hiện các thí nghiệm trong luận văn. Các anh chị và các bạn chuyên ngành Sinh học thực nghiệm khóa 2018B, các anh chị em đồng nghiệp trong nhóm nghiên cứu plasma nông nghiệp tại phòng Kỹ thuật Vật Lý - Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập, làm luận văn. Cuối cùng, con xin chân thành cảm ơn ba mẹ và em Hạnh Duyên đã luôn yêu thương, tạo mọi điều kiện cho con học tập. Nguyễn Võ Kỳ Duyên iii Mục lục Trang Lời cam đoan.

ii Mục lục. iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt. v Danh mục các hình vẽ, đồ thị. vi MỞ ĐẦU.

TỔNG QUAN VỀ XÀ LÁCH XOĂN VÀ SỰ NẢY MẦM VÀ TĂNG TRƯỞNG HẠT. Xà lách xoăn. Sự nảy mầm hạt. Sự tăng trưởng trong giai đoạn đầu của hạt.

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC HOẠT HÓA PLASMA. Giới thiệu chung về plasma và nước hoạt hóa plasma. Chế tạo nước hoạt hóa plasma. Sự tạo thành của các các chất có chứa gốc oxy tự do (ROS) và các chất có chứa gốc nitơ tự do (RNS) có trong nước hoạt hóa plasma.

Vai trò của nước hoạt hóa plasma đối với sự nảy mầm hạt. Vai trò của nước hoạt hóa plasma đối với sự tăng trưởng trong giai đoạn đầu của hạt. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP.

THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU. NGUYÊN VẬT LIỆU. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Điều chế và xác định tính chất lý hóa của nước hoạt hóa plasma.

Sự ảnh hưởng của nước hoạt hóa plasma đến quá trình nảy mầm hạt. Sự ảnh hưởng của nước hoạt hóa plasma đến quá trình tăng trưởng sớm của hạt. Phương pháp xử lý số liệu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA NƯỚC HOẠT HÓA PLASMA. SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC HOẠT HÓA PLASMA ĐẾN QUÁ TRÌNH NẢY MẦM HẠT. Kết quả chụp SEM. Trọng lượng nghìn hạt.

Tỷ lệ nảy mầm hạt. SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC HOẠT HÓA PLASMA ĐẾN QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG TRONG GIAI ĐOẠN SỚM CỦA HẠT. Chiều cao thân, chiều dài rễ. Trọng lượng khô/ trọng lượng tươi.

Nồng độ chlorophyll trong lá. 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 48 v Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ABA: Abscisic acid Axit abxixic DBD: Dielectric barrier discharge Phóng điện qua lớp điện môi DNA: Deoxyribonucleic acid Axit deoxyribonucleic GA: Gibberellic acid Axit gibberellic PAW: Plasma activated water Nước hoạt hóa plasma RNA: Ribonucleic acid Axit ribonucleic RNS : Reactive nitrogen species Các chất chứa ni-tơ có hoạt tính ROS : Reactive oxygen species Các chất chứa oxy có hoạt tính SEM: Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét vi Danh mục các hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.

Hình ảnh minh họa hình dáng rễ (s), thân (b), lá (c) và hoa (d) của xà lách xoăn. Sự hình thành và phân giải của NO trong thực vật. Quá trình đồng hóa Nitơ trong thực vật .1: Hoa chứa hạt xà lách xoăn ………………………………….2: Sơ đồ chế tạo PAW (trái) và hình vẽ minh họa sơ đồ (phải).3: Các bước tiến hành theo dõi sự ảnh hưởng của PAW đối với sự nảy mầm và tăng trưởng hạt xà lách xoăn .1: Sự thay đổi nồng độ của NO3-, H2O2, O3- trong nước khi thay đổi thời gian hoạt hóa plasma …………………….2: Sự thay đổi độ dẫn điện của nước khi tăng thời gian hoạt hóa plasma .3: Sự thay đổi pH trong nước khi tăng thời gian hoạt hóa plasma .4: pH của PAW trong 60 phút hoạt hóa plasma…………….5: Ảnh SEM bề mặt hạt sau 2 giờ ngâm với các mẫu nước khác nhau .6: Trọng lượng nghìn hạt của các mẫu sau 2 giờ ngâm với nước cất và các mẫu nước hoạt hóa plasma ở thời gian khác nhau.7: Tỷ lệ nảy mầm hạt (Rg) trong 3 ngày đầu…………………………36 Hình 3.8: Các chỉ số nảy mầm hạt vào ngày thứ 3.9: Sự hình thành cây con từ hạt ngâm với P15 sau 0 giờ (a) 3 giờ (b), 6 giờ (c) và 24 giờ (d)………………………………………………………….10: Chiều dài phôi sau 24 giờ theo dõi .11: Chiều chiều cao thân và chiều dài rễ sau 3 ngày theo dõi .12: Hình ảnh các mẫu cây sau 7 ngày theo dõi .13 : Hình dạng rễ ở của cây P5 (trái) và P30 (phải) sau 3 ngày theo dõi .14: Tỷ lệ trọng lượng khô và trọng lượng tươi sau 7 ngày theo dõi …………………………………………………………………………….15: Diện tích sau 7 ngày theo dõi .16: Ảnh chụp các mẫu lá sau 7 ngày theo dõi …………………….17: Nồng độ chlorophyll trong lá được đo sau 7 ngày theo dõi. Đặt vấn đề Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu được rất nhiều cách để kích thích hạt nảy mầm nhanh như sử dụng từ trường [1], xử lý siêu âm [2] và sử dụng ô-zôn, tia UV hay plasma nguội hay nước hoạt hóa plasma (Plasma activated water – PAW) [3].

Ở mỗi phương pháp đều có các ưu, nhược điểm khác nhau. Tuy nhiên, nước hoạt hóa plasma (PAW) có nhiều ưu điểm hơn như thân thiện với môi trường, thời gian xử lí ngắn, tiết kiệm năng lượng, không gây hại cho hạt, thực vật cũng như sức khỏe con người. Chính vì thế mà trong những năm gần đây việc áp dụng PAW trong nông nghiệp, cụ thể là kích thích nảy mầm vầ tăng trưởng đang trở thành xu hướng nghiên cứu mới của các nhà khoa học trên thể giới. Mặt khác, hiệu quả kích thích nảy mầm và tăng trưởng thực vật của PAW phụ thuộc vào thành phần và nồng độ các chất có trong PAW, vì thế việc nghiên cứu chế tạo PAW để ứng dụng trong tăng trưởng thực vật là một hướng nghiên cứu theo kịp xu hướng thế giới.

Xà lách xoăn (Lactuca capitata) được chọn đối tượng nghiên cứu vì đây là loại thực vật có: độ nhạy của hạt giống cao, tốc độ mầm nhanh, sự tăng trưởng tuyến tính, không nhạy cảm với sự khác biệt pH trong phạm vi rộng [4]. Ngoài ra, xà lách xoăn còn là một loại rau ăn sống có giá trị kinh tế cao. Chính vì những luận điểm trên mà đề tài “Nghiên cứu tạo nước hoạt hoá plasma và ứng dụng nâng cao tỷ lệ nảy mầm hạt và tăng trưởng của xà lách xoăn (Lactuca capitata)” hứa hẹn sẽ có hiệu quả kinh tế mà vẫn đảm bảo an toàn cho cây trồng, con người, vật nuôi, môi trường và có thể áp dụng vào thực tiễn với quy mô lớn. Mục tiêu đề tài Tối ưu hóa điều kiện chế tạo nước hoạt hóa plasma và đánh giá hoạt tính của nước hoạt hóa plasma đối với sự nâng cao tỷ lệ nảy mầm hạt và tăng trưởng trong giai đoạn sớm của xà lách xoăn (Lactuca capitata).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nước hoạt hóa plasma 2 Phạm vi nghiên cứu: Các mẫu nước plasma chế tạo bằng phương pháp plasma nguội tại phòng thí nghiệm về Plasma nông nghiệp thuộc phòng Kỹ thuật Vật lý - Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Xác định được vai trò của nước hoạt hóa plasma đối với sự nảy mầm và tăng trưởng xà lách xoăn (Lactuca capitata). Ý nghĩa thực tiễn: Tìm ra một kỹ thuật mới để ứng dụng kích thích nảy mầm và tăng trưởng các giống thực vật có hạt khó nảy mầm. TỔNG QUAN VỀ XÀ LÁCH XOĂN VÀ SỰ NẢY MẦM VÀ TĂNG TRƯỞNG HẠT 1.

Xà lách xoăn Xà lách xoăn (Lactuca savita var capitata L.) thuộc họ hoa cúc, loài Lactuca, có loài mang 8 hoặc 9 cặp nhiễm sắc thể, có loài mang 17 cặp nhiễm sắc thể, tên khoa học là Lactuca sativa, thực vật bậc cao, lớp 2 lá mầm, có loài là cây 1 năm, có loài là cây 2 năm. Xà lách là thực vật thượng đẳng có đơn vị phân loại như sau: Ngành hạt kín : Angiospermatophyta Lớp hai lá mầm : Dicotyledoneae Bộ cúc : Alerales Họ cúc : Compositae Chi : Lactuca Giống xà lách : Lactuca sativa L Đặc điểm thực vật Rễ: rễ xà lách thuộc loại rễ chùm, phân bố chủ yếu ở tầng đất 0 – 20cm. Tuy nhiên bộ rễ có thể nhìn rõ thấy 2 phần: rễ chính là rễ thẳng phát triển làm nhiệm vụ giữ cây, bám vào đất chắc hơn, ngoài ra còn làm nhiệm vụ hút nước và dinh dưỡng cho cây. Từ rễ chính mọc ra rất nhiều rễ phụ để hỗ trợ cây bám đất, hút nước và khoáng chất [5].

Thân: thuộc loại thân thảo, mềm, rất ngắn, không phân nhánh, phát sinh các lá mọc sít nhau. Thân là nơi kết nối bộ rễ và lá, vận chuyển chất khoáng, chất hữu cơ do bộ rễ hút lên đến lá tổng hợp nuôi cây [5].