Download luận văn thạc sĩ ngành hóa vô cơ với đề tài: Nghiên cứu tích hợp vi khuẩn endophyte với vật liệu nano ứng dụng trong bảo vệ cây trồng, cho các bạn tham khảo Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net

1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Đinh Thị Hiền
NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP VI KHUẨN ENDOPHYTE VỚI VẬT
LIỆU NANO ỨNG DỤNG TRONG BẢO VỆ CÂY TRỒNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC
Hà Nội - 2019

2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Đinh Thị Hiền
NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP VI KHUẨN ENDOPHYTE VỚI VẬT
LIỆU NANO ỨNG DỤNG TRONG BẢO VỆ CÂY TRỒNG
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 8440113
LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
Hƣớng dẫn 1: TS Lê Đăng Quang
Hƣớng dẫn 2: GS.TS Trần Đại lâm
Hà Nội - 2019

3. Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết
quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và
chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đã
đƣợc cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đƣợc chỉ rõ
nguồn gốc. Nếu có gì sai sót tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, tháng 09 năm 2019
Tác giả luận văn
Đinh Thị Hiền

4. Lời cảm ơn
Luận văn này đƣợc hoàn thành tại Học viện Khoa Học & Công nghệ -
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin gửi lời cám ơn chân
thành nhất tới GS.TS Trần Đại Lâm và TS Lê Đăng Quang đã tận tình
hƣớng dẫn, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, cô giáo trong Học
viện Khoa Học & Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam đã chỉ bảo và giảng dạy tôi trong năm học qua cũng nhƣ hoàn thiện luận
văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các cán bộ nhân viên trong Trung tâm nghiên
cứu và triển khai các hoạt chất sinh học dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của
GS.TS Trần Đại Lâm và TS Lê Đăng Quang, trong khuôn khổ đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng chế phẩm nano – vi khuẩn PGPR nhằm phòng trừ bệnh giả
sƣơng mai trên cây dƣa lƣới” - Trung tâm phát triển công nghệ cao – Viện
Hàn Lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam (Hợp đồng thực hiện nghiên cứu
khoa học và công nghệ số 47/2018/HĐ-QKHCN ngày 28/12/2018 giữa Quỹ
phát triển khoa học và công nghệ thành phố Hồ Chí Minh và Trung tâm phát
triển công nghệ cao) đã quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi tốt nhất
cũng nhƣ những đóng góp về chuyên môn cho tôi trong quá trình học tập và
nghiên cứu thực hiện và bảo vệ luận văn.
Cuối cùng tôi xin cám ơn những ngƣời thân trong gia đình và bạn bè đã
dành cho tôi sự khích lệ, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.
Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2019
Học viên
Đinh Thị Hiền

5. Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Kí hiệu Chú giải
BVTV Bảo vệ thực vật
D Kích thƣớc hạt nano
DLS Phƣơng pháp đo tán xạ ánh sáng động học
ĐCSH Đối chứng sinh học
LB Môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn (Peptone 10g, Cao nấm men
5g, NaCl 10g)
IR Phổ hấp thụ hồng ngoại
OD Mật độ quang
PGPR Vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trƣởng thực vật
SEM Kính hiển vi điện tử quét
TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua
TEOS Tetraetyl orthosilicat
TGA Thermogrametric Analysis (Phân tích nhiệt khối lƣợng)
TiBALDH Hạt nano Titanium-Bis-Ammonium-Lactato-Dihydrohyde
TTIP Titanium Isopropoxide

6. Danh mục các bảng
Bảng 2.1. Sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta...............43
Bảng 2.2. Bảng các nồng độ nano TiO2 thử nghiệm với vi khuẩn.................46
Bảng 2.3. Bảng các nồng độ nano SiO2 thử nghiệm với vi khuẩn.................47
Bảng 3.1. Kết quả phân tích DLS các mẫu TiO2............................................54
Bảng 3.2. Kết quả phân tích DLS các mẫu SiO2 ............................................58
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát OD các mẫu vi khuẩn và nano TiO2...................63
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát OD các mẫu chứa vi khuẩn và nano SiO2 ..........66
Bảng 3.5. Thời gian sinh trƣởng của các mẫu dƣa lƣới .................................70
Bảng 3.6. Chiều cao trung bình của các mẫu cây dƣa lƣới theo thời gian.....71
Bảng 3.7. Số lá trung bình ở các mẫu cây dƣa lƣới theo thời gian ................74
Bảng 3.8. Số nhánh trung bình ở các mẫu cây dƣa lƣới theo thời gian .........74
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát các mẫu mạ sau gieo hạt.....................................79
Bảng 3.10. Động thái tăng trƣởng các mẫu lúa sau gieo trồng ......................80

7. Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. Mô hình cấu trúc tinh thể TiO2 pha anatas (a), rutil (b) brookit (c)
và tinh thể khuyết tật mạng (d) [1].................................................................... 4
Hình 1.2. Giản đồ năng lƣợng của TiO2 pha anatas và rutil [1] [8]................. 7
Hình 1.3. Sơ đồ mô tả các quá trình oxy hoá và khử trong tinh thể bán dẫn [1]
[3] [4]................................................................................................................. 9
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử Silica ...................................................................11
Hình 1.5. Sơ đồ tổng hợp oxit bằng phƣơng pháp sol-gel. ............................16
Hình 1.6. Các cơ chế đã biết của vi khuẩn PGPR Bacillus spp. đối với cây
trồng [21] [22].................................................................................................21
Hình 1.7. Hạt nano Titanium-Bis-Ammonium-Lactato-Dihydrohyde
(TiBALDH) [23].............................................................................................23
Hình 1.8. Hình ảnh cây lúa trên ruộng ...........................................................29
Hình 1.9. Cây dƣa lƣới trồng trong nhà kính .................................................32
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên tắc của kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).......38
Hình 2.2. Thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).............................39
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên tắc của kính hiển vi điện tử quét (SEM) .................40
Hình 2.4. Thiết bị kính hiển vi điện tử quét (SEM) .......................................41
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 42
Hình 2.6. Thiết bị phân tích IR.......................................................................43
Hình 2.7. Một số thiết bị dùng trong nuôi cấy và đánh giá sự phát triển của vi
khuẩn ...............................................................................................................44
Hình 3.1. Hình ảnh mẫu T3............................................................................55
Hình 3.2. Kết quả phân tích DLS mẫu T3......................................................55
Hình 3.3. Thế zeta mẫu T3.............................................................................55
Hình 3.4. Kết quả phân tích SEM mẫu T3....................................................56
Hình 3.5. Kết quả phân tích TEM mẫu T3.....................................................56
Hình 3.6. Kết quả phân tích IR mẫu T3 .........................................................57
Hình 3.7. Hình ảnh mẫu S2 ............................................................................59
Hình 3.8. Kết quả phân tích DLS mẫu S2......................................................59
Hình 3.9. Thế zeta mẫu S2 .............................................................................59
Hình 3.10. Kết quả phân tích TEM của mẫu S2 ............................................60
Hình 3.11. Kết quả phân tích TEM của mẫu S2 sau khi siêu âm...................60
Hình 3.12. Kết quả phân tích SEM mẫu S2 ...................................................61
Hình 3.13. Phổ IR của mẫu S2 .......................................................................62
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị OD và thời gian của các
mẫu chứa vi khuẩn và nano TiO2 ....................................................................64
Hình 3.15. Hình ảnh mẫu nano TiO2 60 µg/ml – vi khuẩn - LB ở các thời gian
khác nhau 4 giờ (a); 8 giờ (b); 24 giờ (c) và 48 giờ (d) .................................65
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị OD và thời gian của các
mẫu chứa vi khuẩn và nano SiO2 ....................................................................66

8. Hình 3.17. Hình ảnh mẫu nano SiO2 100 µg/ml – vi khuẩn – LB ở các thời
gian khác nhau 4 giờ (a); 8 giờ (b); 24 giờ (c) và 48 giờ (d) .........................67
Hình 3.18. Hình ảnh SEM mẫu nano TiO2 – vi khuẩn trên rễ cây dƣa..........68
Hình 3.19. Hình ảnh SEM mẫu nano SiO2 – vi khuẩn trên rễ cây dƣa..........69
Hình 3.20. Bộ rễ cây trƣớc khi đƣa ra ruộng sản xuất ...................................69
Hình 3.21. Hình ảnh các mẫu dƣa lƣới sau trồng 21 ngày.............................72
Hình 3.22. Hình ảnh các mẫu dƣa lƣới sau trồng 28 ngày.............................73
Hình 3.23. Hình ảnh hạt thóc đƣợc ngâm trong thời gian 1 giờ và 24 giờ với
các dung dịch khác nhau .................................................................................76
Hình 3.24. Hình ảnh mạ các mẫu giống ngâm trong các dung dịch 1 giờ.....77
Hình 3.25. Hình ảnh mạ các mẫu giống ngâm trong các dung dịch 24 giờ...77
Hình 3.26. Hình ảnh lúa các mẫu giống ngâm trong các dung dịch 1 giờ
chuyển lên đất trồng sau 28 ngày....................................................................78
Hình 3.27. Hình ảnh lúa các mẫu giống ngâm trong các dung dịch 24 giờ
chuyển lên đất trồng sau 28 ngày....................................................................78

9. MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI................................................................................ 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................... 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ NANO TiO2, SiO2................................................... 3
1.1.1. Tổng quan về nano TiO2............................................................... 3
1.1.1.1. Cấu trúc, tính chất của vật liệu nano TiO2 .............................. 3
1.1.1.2. Tính chất xúc tác quang của TiO2............................................ 7
1.1.1.3. Ứng dụng nano TiO2 trong nông nghiệp ...............................10
1.1.2. Tổng quan về SiO2.......................................................................11
1.1.2.1. Tổng quan về cấu trúc............................................................11
1.1.2.2. Tính chất.................................................................................12
1.1.2.3. Ứng dụng nano SiO2 trong nông nghiệp................................13
1.1.3. Các phƣơng pháp tổng hợp nano TiO2 và nano SiO2.............14
1.1.3.1. Phương pháp hóa ướt (wet chemical)....................................14
1.1.3.2. Phương pháp cơ học (mechanical)........................................14
1.1.3.3. Phương pháp bốc bay ............................................................14
1.1.3.4. Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase) ..................15
1.1.3.5. Phương pháp sol- gel.............................................................15
1.2. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN Bacillus subtilis ................................20
1.2.1. Giới thiệu chung về nhóm vi khuẩn PGPR ..............................20
1.2.2. Vai trò PGPR trong kích thích sinh trƣởng thực vật..............20
1.2.3. Vi khuẩn Bacillus subtilis ...........................................................23
1.2.3.1. Đặc điểm phân loại................................................................23
1.2.3.2. Đặc điểm phân bố ..................................................................24
1.2.3.3. Đặc điểm hình thái.................................................................24
1.2.3.4. Đặc điểm sinh hóa..................................................................25
1.2.3.5. Các chất kháng sinh do Bacillus subtilis tổng hợp................26
1.2.3.6. Tính đối kháng của Bacillus subtilis......................................27
1.3. CÂY LÚA VÀ DƢA LƢỚI.................................................................27
1.3.1. Tổng quan về cây lúa ..................................................................27
1.3.2. Tổng quan về cây dƣa lƣới.........................................................32
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU................................................................................................................34
2.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO..........................................................34
2.1.1. Nguyên vật liệu và thiết bị..........................................................34
2.1.1.1. Hóa chất.................................................................................34

10. 2.1.1.2. Thiết bị ...................................................................................34
2.1.2. Phƣơng pháp................................................................................34
2.1.2.1. Phương pháp tổng hợp nano TiO2, SiO2................................34
2.1.2.2. Phương pháp đánh giá cấu trúc hạt ......................................38
2.2. PHƢƠNG PHÁP NUÔI CẤY VI KHUẨN Bacillus subtilis..............44
2.2.1 Chủng vi sinh PGPR....................................................................44
2.2.2 Dụng cụ, hóa chất, thiết bị và môi trƣờng nuôi cấy vi sinh,
chủng vi khuẩn ......................................................................................44
2.2.3 Trình tự tiến hành........................................................................45
2.2.3.1. Nuôi cấy vi khuẩn...................................................................45
2.2.3.2. Nuôi cấy vi khuẩn và nano.....................................................45
2.3. PHƢƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM VỚI CÂY LÚA VÀ CÂY DƢA..47
2.3.1. Thử nghiệm trên cây dƣa ...........................................................47
2.3.1.1. Chọn giống dưa......................................................................47
2.3.1.2. Yêu cầu sinh thái đối với cây dưa lưới ..................................47
2.3.1.3. Kỹ thuật canh tác ...................................................................48
2.3.1.4. Các chỉ tiêu theo dõi ..............................................................50
2.3.2. Thử nghiệm trên cây lúa ............................................................51
2.3.2.1. Chọn giống lúa.......................................................................51
2.3.2.2. Quy trình thực hiện ................................................................51
2.3.2.3. Phương pháp đánh giá...........................................................52
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................54
3.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU ......................................................................54
3.1.1. Tổng hợp nano TiO2....................................................................54
3.1.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TTIP/H2O tới kích cỡ hạt 54
3.1.1.2. Khảo sát cấu trúc hạt TiO2 ....................................................56
3.1.2. Tổng hợp nano SiO2 ....................................................................58
3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TEOS/H2O tới kích cỡ hạt.
.............................................................................................................58
3.1.2.2. Khảo sát cấu trúc hạt SiO2....................................................60
3.2. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA VI KHUẨN
ENDOPHYTE - NANO..............................................................................63
3.2.1. Vi khuẩn Endophyte và nano TiO2 ...........................................63
3.2.2. Vi khuẩn Endophyte và nano SiO2............................................65
3.3. THỬ NGHIỆM TRÊN LÚA VÀ DƢA LƢỚI....................................67
3.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của nano – vi khuẩn đến khả năng sinh
trƣởng và phát triển cây dƣa ...............................................................68
3.3.1.1. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến tỷ lệ, tốc độ nảy mầm,
khả năng bám dính vi khuẩn và sự phát triển của bộ rễ.....................68

11. 3.3.1.2. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến các giai đoạn sinh trưởng
phát triển của dưa ...............................................................................70
3.3.1.3. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến động thái tăng trưởng
chiều cao của dưa lưới........................................................................70
3.3.1.4. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến động thái tăng trưởng số
lá của cây dưa lưới..............................................................................73
3.3.1.5. Ảnh hưởng của nano – vi khuẩn đến khả năng phân nhánh của
cây dưa lưới.........................................................................................74
3.3.2. Thử nghiệm trên cây lúa ............................................................75
3.3.2.1. Gieo và chăm sóc ...................................................................75
3.3.2.2. Đánh giá.................................................................................79
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................82
4.1. Kết luận .............................................................................................. 82
4.2. Kiến nghị..............................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................84

12. 1
MỞ ĐẦU
1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Cho đến ngày nay khi khoa học kỹ thuật phát triển, đặc biệt là ngành
khoa học công nghệ nano, việc ứng dụng các hạt nano trong công nghệ sinh
học, đặc biệt trong nông nghiệp đang là vấn đề thu hút đƣợc sự quan tâm của
nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Vi khuẩn nội ký sinh thực vật (Endophytic bacteria) đƣợc tìm thấy
trong hầu hết ở các loài thực vật, chúng cƣ trú ở trong nội mô của thực vật ký
chủ và giữa chúng hình thành một loạt các mối quan hệ khác nhau nhƣ cộng
sinh tƣơng hỗ, công sinh dinh dƣỡng, hội sinh. Endophytic bacteria thúc đẩy
thực vật tăng trƣởng, tăng năng suất và đóng vai trò là một tác nhân điều hòa
sinh học. Endophytic bacteria sản xuất hàng loạt các sản phẩm tự nhiên có lợi
cho thực vật ký chủ mà ta có thể khai thác những tác nhân đó để ứng dụng
trong y học, nông nghiệp hay công nghiệp. Ngoài ra nó còn có tiềm năng loại
bỏ các chất gây ô nhiễm trong đất bằng cách tăng cƣờng khả năng khử độc
trên thực vật và làm cho đất trở nên màu mỡ thông qua chu trình photphat và
cố định đạm. Ngày càng có nhiều quan tâm trong việc phát triển các ứng dụng
tiềm năng công nghệ sinh học của Endophytic bacteria để phát triển các giống
cây trồng có khả năng khử độc đồng thời có khả năng sản xuất sinh khối và
nhiên liệu sinh học.
Tích hợp vật liệu nano TiO2/ nano SiO2 và vi khuẩn endophyte giúp
cho quá trình chuyển hóa và hấp thụ phân bón của cây diễn ra nhanh chóng và
hiệu quả giúp giảm lƣợng phân bón và thuốc tăng trƣởng thực vật. Đồng thời
khi Endophyte phát triển mạnh, thì cây trồng sẽ phải tiết ra nhiều hoạt chất
phytoalexin (PA) hơn, đây là hoạt chất miễn dịch tự nhiên có trong cây. Hoạt
chất này sẽ giúp cây tăng thêm khả năng chống chịu khi gặp những điều kiện
bất lợi từ môi trƣờng giúp ngƣời nông dân giảm đi việc sử dụng thuốc BVTV
trong quá trình chăm sóc cây. Hiện nay có rất ít các nghiên cứu tích hợp vật
liệu nano với vi khuẩn endophyte và đánh giá tác dụng của chúng đối với cây
trồng và vi sinh vật hại cây trồng.

13. 2
Từ những luận điểm trên chúng tôi lựa chon để tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu tích hợp vi khuẩn endophyte với vật liệu nano ứng dụng trong
bảo vệ cây trồng”.
2. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI:
- Chế tạo đƣợc hạt nano TiO2 và nano SiO2 có kích thƣớc đồng đều
nhắm tiến tới khảo sát cho thí nghiệm tích hợp với vi khuẩn.
- Nuối cấy đƣợc chủng vi khuẩn Bacillus sp. trong môi trƣờng LB bổ
sung nano nano TiO2/nano SiO2.
- Phân tích đƣợc khả năng ảnh hƣởng tới sinh khối của cây và vi khuẩn
sau các quy trình thực nghiệm để đƣa ra kết luận.

14. 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NANO TiO2, SiO2
1.1.1. Tổng quan về nano TiO2
1.1.1.1. Cấu trúc, tính chất của vật liệu nano TiO2
 Cấu trúc tinh thể của TiO2
Titan đioxit là chất bột màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm
lạnh trở lại màu trắng. Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, không độc và khó nóng
chảy (t0
nc = 18700
C).
Vật liệu TiO2 có thể tồn tại dƣới nhiều dạng thù hình khác nhau. Đến
nay các nhà khoa học đã công bố những nghiên cứu về 7 dạng thù hình (gồm
4 dạng là cấu trúc tự nhiên, còn 3 dạng kia là dạng tổng hợp) của tinh thể
TiO2. Trong đó, 3 dạng thù hình phổ biến và đƣợc quan tâm hơn cả của tinh
thể TiO2 là rutil, anatas và brookit. Pha rutil là dạng bền, pha anatas và
brookit là dạng giả bền và dần chuyển sang pha rutil khi nung ở nhiệt độ cao
(thƣờng khoảng trên 900 o
C) [1].
Tinh thể TiO2 pha rutil và anatas đều có cấu trúc tứ giác (tetragonal) và
đƣợc xây dựng từ các đa diện phối trí bát diện (octahedra), trong mỗi bát diện
có 1 ion Ti4+
nằm ở tâm và 6 ion O2-
nằm ở 2 đỉnh, 4 góc bao bọc.
Trong một ô cơ sở của tinh thể TiO2 anatas có 4 ion Ti4+
và 7 ion O2-
.
Mỗi bát diện tiếp giáp với 8 bát diện lân cận (4 bát diện chung cạnh và 4 bát
diện chung góc) (Hình 1.1a). Trong một ô cơ sở của tinh thể TiO2 rutil có 2
ion Ti4+
và 4 ion O2-
. Các bát diện oxit titan sắp xếp thành các chuỗi đối xứng
bậc 4 với các cạnh chung nhau, mỗi bát diện tiếp giáp với 10 bát diện lân cận
(4 bát diện chung cạnh và 6 bát diện chung góc) (Hình 1.1b). Qua đó ta có thể
thấy tinh thể TiO2 anatas khuyết O nhiều hơn tinh thể TiO2 rutil. Điều này ảnh
hƣởng tới một số tính chất vật lý của vật liệu TiO2 ở các dạng thù hình khác
nhau vì các nút khuyết O có vai trò nhƣ tạp chất donor.
Khoảng cách Ti-Ti trong tinh thể TiO2 ở pha anatas (3,79 Å; 3,03 Å)
lớn hơn trong pha rutil (3,57 Å; 2,96 Å) còn khoảng cách Ti-O trong tinh thể
TiO2 ở pha anatas (1,394 Å; 1,98 Å) nhỏ hơn trong pha rutil (1,949 Å; 1,98

15. 4
Å). Điều đó cũng ảnh hƣởng đến cấu trúc điện tử, cấu trúc vùng năng lƣợng
của hai dạng tinh thể và kéo theo sự khác nhau về các tính chất vật lý, hóa học
của vật liệu [1] [2].
Hình 1.1c mô tả mô hình cấu trúc tinh thể của TiO2 brookit, một pha
khác của TiO2 có thể gặp trong quá trình chế tạo.
Hình 1.1. Mô hình cấu trúc tinh thể TiO2 pha anatas (a), rutil (b) brookit (c)
và tinh thể khuyết tật mạng (d) [1]
Ở pha tinh thể khác nhau, cấu trúc khác nhau, tính chất của TiO2 cũng
có sự khác biệt. Bảng 1.1 cho biết các thông số vật lý của TiO2 ở hai dạng thù
hình chính anatas và rutil. Các số liệu cho thấy TiO2 anatas có độ xếp chặt
kém hơn TiO2 rutil. Do đó, rutil là pha bền của TiO2, còn anatas chỉ là pha giả
bền của TiO2. Ở dạng tinh thể với kích thƣớc lớn, TiO2 rutil bền tại áp suất
thƣờng, nhiệt độ thƣờng và ở mọi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của
nó. Sự khác nhau về cấu trúc tinh thể của vật liệu ở các pha khác nhau cũng
dẫn đến sự khác nhau về cấu trúc các vùng năng lƣợng trong tinh thể của
chúng [3] [4].

16. 5
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của anatas và rutil [3]
Tính chất Anatas Rutil
Cấu trúc tinh thể Tetragonal Tetragonal
Nhóm không gian I41/amd P42/mnm
Thông số mạng a (Ao
) 3,78 4,58
Thông số mạng c (Ao
) 9,49 2,95
Khối lƣợng riêng
(g/cm3
)
3,895 4,25
Chỉ số khúc xạ 2,52 2,71
Độ rộng vùng cấm (eV) 3,25 (tƣơng ứng với
năng lƣợng ánh sáng
cực tím có bƣớc sóng λ
= 388 nm)
3,05 (tƣơng ứng với
năng lƣợng ánh sáng có
bƣớc sóng λ = 413 nm)
Độ cứng (thang mox) 5,5 – 6,0 6,0 – 7,0
Hằng số điện môi 31 114
Nhiệt độ nóng chảy (o
C) Nhiệt độ cao chuyển
thành rutil
1830 – 1850 o
C
 Sự chuyển pha của tinh thể TiO2
Khi điều chế TiO2, ngƣời ta thƣờng thu đƣợc các sản phẩm ở dạng vô
định hình, anatas hoặc rutil do trong quá trình xử lý nhiệt, cấu trúc vật liệu
chuyển dần từ dạng vô định hình sang pha anatas ở nhiệt độ cỡ 300 ÷ 450 o
C
và chuyển dần sang pha rutil khi nung ở nhiệt độ cao (cỡ trên 800 o
C). Sự
chuyển cấu trúc sang pha rutil hoàn thành ở nhiệt độ khoảng 900 o
C. TiO2

17. 6
cũng có thể chuyển từ pha anatas sang pha rutil ở nhiệt độ gần 500o
C tuỳ theo
tạp chất, áp suất, môi trƣờng, công nghệ chế tạo [1] [5] [6] [7].
Một số nghiên cứu cho thấy sự chuyển cấu trúc từ pha anatas sang rutil
còn phụ thuộc vào kích thƣớc hạt. Kích thƣớc hạt càng nhỏ, năng lƣợng hoạt
hoá cần để chuyển cấu trúc từ pha anatas sang rutil càng nhỏ, sự chuyển pha
càng dễ xảy ra. Ngoài ra, sự có mặt của pha brookit cũng ảnh hƣởng đến sự
chuyển pha đó. Tỷ lệ pha brookit trong tinh thể TiO2 anatas càng lớn thì sự
chuyển pha càng xảy ra nhanh vì pha brookit dễ chuyển sang pha rutil hơn.
Nhƣ vậy, pha rutil là dạng phổ biến nhất của TiO2, pha anatas hiếm gặp
trong tự nhiên. Thực tế TiO2 không tồn tại riêng biệt dƣới một dạng nhất định
trong các khoáng chất mà thƣờng có nhiều pha khác cùng tồn tại: rutil, anatas,
brookit, quarzt, feldspars…Tuy nhiên, trong các dạng thù hình trên của TiO2
thì pha anatas thể hiện tính hoạt động dƣới ánh sáng mặt trời cao hơn hẳn so
với các pha khác do sự khác biệt về cấu trúc vùng năng lƣợng của nó.
 Giản đồ năng lƣợng của tinh thể TiO2
Các hiện tƣợng vật lý, hóa học xảy ra liên hệ rất mật thiết đến sự dịch
chuyển điện tử giữa các dải năng lƣợng của vật liệu. TiO2 anatas có vùng cấm
rộng 3,25 eV - ứng với một lƣợng tử ánh sáng có bƣớc sóng 388 nm. TiO2
rutil có độ rộng vùng cấm là 3,05 eV - ứng với một lƣợng tử ánh sáng có
bƣớc sóng 413 nm.
Giản đồ năng lƣợng của TiO2 anatas và rutil đƣợc thể hiện trong Hình
1.2.

18. 7
Hình 1.2. Giản đồ năng lƣợng của TiO2 pha anatas và rutil [1] [8]
Giản đồ trên cho thấy vùng cấm của TiO2 anatas và rutil tƣơng đối rộng
và xấp xỉ bằng nhau cho thấy chúng đều có khả năng oxy hóa mạnh. Nhƣng
dải dẫn của TiO2 anatas cao hơn (khoảng 0,3 eV), ứng với một thế khử mạnh
hơn, có khả năng khử O2 thành O2-
còn dải dẫn của TiO2 rutil thấp hơn, chỉ
ứng với thế khử nƣớc thành khí hiđro. Do vậy, TiO2 pha anatas có tính hoạt
động mạnh hơn.
Với những lý do trên, TiO2 pha anatas được quan tâm chế tạo,
nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn các pha khác.
1.1.1.2. Tính chất xúc tác quang của TiO2
TiO2 anatas là bán dẫn loại n có độ linh động hạt tải lớn, vùng cấm
rộng. Nó có hệ số truyền qua cao trong vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng hồng
ngoại. Chiết suất và hằng số điện môi của TiO2 anatas cũng lớn.
Ngoài ra, với cấu trúc điện tử có vùng hoá trị điền đầy và vùng dẫn
trống, các chất bán dẫn nhƣ TiO2 có thể hoạt động nhƣ những chất tăng nhạy
cho các quá trình oxy hoá khử trong ánh sáng (tính chất quang xúc tác). Các
nghiên cứu cho thấy tinh thể nano TiO2 anatas (kích thƣớc hạt tinh thể cỡ 5 -
50 nm) có tính oxy hoá khử mạnh dƣới tác dụng của tia tử ngoại trong ánh
sáng mặt trời hoặc đèn huỳnh quang. Quá trình quang xúc tác tiến hành ở pha
khí hoặc pha lỏng đƣợc chia thành 6 giai đoạn sau:

19. 8
1- Các chất tham gia phản ứng đƣợc khuếch tán ở pha lỏng hoặc khí
đến bề mặt xúc tác.
2- Các chất tham gia phản ứng bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác.
3- Các phân tử chất xúc tác hấp thụ photon và chuyển từ trạng thái cơ
bản sang trạng thái kích thích. Điện tử tách khỏi liên kết, chuyển từ dải hóa trị
(valance band) sang dải dẫn (conduction band) và tạo ra lỗ trống (hole) ở dải
hóa trị.
Ở dải dẫn, điện tử có tính khử mạnh, phản ứng với các chất “ƣa điện
tử” nhƣ O2 để tạo các nhân oxy hoá mạnh nhƣ H2O2, O2-
, OH-
TiO2
(e-)
+ O2 → TiO2 + O2-
(1.1)
O2-
+ H+
→ HO*2 (1.2)
2 HO*2 → H2O2 + O2 (1.3)
TiO2
(e-)
+ H2O2 → TiO2 + HO* + HO-
(1.4)
Đồng thời, lỗ trống ở dải hóa trị có tính oxy hóa mạnh, phản ứng với
các chất giàu điện tử nhƣ H2O, OH-
và các hợp chất hữu cơ RX (hấp phụ trên
bề mặt chất xúc tác) để tạo các gốc tự do RX+
, OH* trên bề mặt xúc tác:
TiO2
(h+)
+ H2O → OH* + H+
+ TiO2 (1.5)
TiO2
(h+)
+ OH-
→ OH* + TiO2 (1.6)
TiO2
(h+)
+ RX → RX+ + TiO2 (1.7)
Các gốc OH* và O2-
có tính oxy hoá mạnh gấp hàng trăm lần các chất
ôxy hoá quen thuộc hiện nay nhƣ clo, ozon. Chúng giúp phân hủy các hợp
chất hữu cơ, khí thải độc hại, vi khuẩn, rêu mốc bám trên bề mặt vật liệu
thành những chất vô hại nhƣ CO2, H2O.

20. 9
Hình 1.3. Sơ đồ mô tả các quá trình oxy hoá và khử trong tinh thể bán dẫn
[1] [3] [4]
TiO2 rutil cũng có tính chất tƣơng tự nhƣng nó có dải dẫn thấp hơn, gần
với thế khử nƣớc thành khí H2 còn TiO2 anatas có khả năng khử O2 thành O2-
có tính oxy hoá mạnh. Nguyên nhân là do TiO2 rutil đƣợc hình thành ở nhiệt
độ cao, sự dehydrat hoá xảy ra triệt để. Còn TiO2 anatas đƣợc hình thành ở
nhiệt độ thấp hơn, trên bề mặt của nó vẫn còn các gốc OH [-Ti-OH] nên dễ
dàng hấp phụ các chất. Nhƣng thực tế cho thấy hoạt tính của chất
xúc tác cao hơn khi sử dụng TiO2 là hỗn hợp gồm 70% anatas và 30% rutil.
Đó là vì TiO2 anatas và rutil đều có năng lƣợng vùng hoá trị nhƣ nhau nhƣng
rutil có năng lƣợng vùng dẫn thấp hơn năng lƣợng vùng dẫn của anatas 0,3
eV nên điện tử quang sinh dễ dàng đi vào vùng dẫn của TiO2 rutil rồi sau đó
dễ đi vào vùng dẫn của TiO2 anatas hơn. Đây là giai đoạn khởi đầu cho chuỗi
các quá trình sau. Do vậy, để một chất có khả năng quang xúc tác thì nó phải
có hoạt tính quang hoá, phải có độ rộng vùng cấm thích hợp để hấp thụ đƣợc
tia tử ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy (tức là Eg ≤ hν).
4- Phản ứng quang hóa: gồm 2 giai đoạn nhỏ:
• Phản ứng quang hóa sơ cấp: các phân tử chất bán dẫn bị kích thích
tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất bị hấp phụ.

21. 10
• Phản ứng quang hóa thứ cấp (còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay
phản ứng nhiệt): là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm của giai đoạn sơ
cấp.
5- Các sản phẩm sau phản ứng đƣợc nhả ra khỏi bề mặt chất xúc tác.
6- Các sản phẩm đƣợc khuếch tán vào pha khí hoặc lỏng.
Thực tế việc đo số photon bị hấp thụ còn gặp khó khăn do sự tán xạ của
chúng trên bề mặt vật liệu. Nhiều nghiên cứu cho thấy khi pha các kim loại
chuyển tiếp hoặc đất hiếm vào TiO2, độ rộng vùng cấm của bán dẫn giảm, kéo
theo sự tăng khả năng quang xúc tác của vật liệu với bức xạ kích thích nằm
sâu trong vùng khả kiến hơn. Trong thời gian gần đây, các nghiên cứu còn
hƣớng tới mục tiêu chế tạo TiO2 có kích thƣớc nano-mét nhằm rút ngắn quãng
đƣờng di chuyển của điện tử và lỗ trống quang sinh trên bề mặt để hạn chế
đến mức tối đa khả năng tái kết hợp của lỗ trống quang sinh và điện tử quang
sinh và đồng thời hạn chế những khuyết tật cấu trúc.
1.1.1.3. Ứng dụng nano TiO2 trong nông nghiệp
TiO2 là chất màu trắng không độc hại đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản
xuất sơn, nghiên cứu, mực in, mỹ phẩm, gốm sứ, da thuộc, và là một chất khử
trùng rất mạnh so với chlorine và ozon. Vì TiO2 vô hại, nên nó đƣợc chấp
nhận sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm, với lƣợng tối đa 1% trọng lƣợng
cuối cùng của sản phẩm. Kỹ thuật quang xúc tác TiO2 có tiềm năng lớn trong
các ứng dụng nông nghiệp khác nhau, bao gồm bảo vệ thực vật vì nó không
tạo thành các hợp chất độc hại và có hiệu quả khử trùng tốt. Các nhà khoa học
đã cố gắng để cải thiện hiệu quả khử trùng bằng phiến mỏng TiO2 thông qua
phƣơng pháp nhuộm và các phƣơng pháp thích hợp khác [9]. Bên cạnh đó,
các nhà khoa học còn nghiên cứu khả năng kích thích tăng trƣởng một số
chủng vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trƣởng thực vật và đạt đƣợc một số
kết quả khả quan ban đầu [10] [11] [12].

22. 11
1.1.2. Tổng quan về SiO2
1.1.2.1. Tổng quan về cấu trúc
Silica là tên thƣờng gọi của silic điôxit (SiO2), trong đó mỗi nguyên tử
ôxi nằm ở đỉnh, còn silic nằm ở tâm của tứ diện đều, nếu các tứ diện này đƣợc
sắp xếp một cách trật tự và đều đặn ta có silica cấu trúc tinh thể, ngoài ra
silica còn có cấu trúc vô định hình [13].
Silica không tồn tại dƣới dạng phân tử riêng lẻ mà tồn tại dƣới dạng
tinh thể, nghĩa là dƣới dạng một phân tử lớn. Ở điều kiện thƣờng, silica có
dạng tinh thể là thạch anh, triđimit và cristtobalit. Tất cả những dạng tinh thể
này đều bao gồm những nhóm tứ diện SiO4 nối với nhau qua những nguyên tử
O chung. Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si nằm ở trung tâm của tứ diện liên
kết hóa trị với bốn nguyên tử O nằm ở các đỉnh của tứ diện. Độ dài liên kết
silic-oxy thay đổi đối với mỗi dạng tinh thể khác nhau, ví dụ trong thạch anh
là 161 pm, hoặc là 154 - 171 pm trong triđimit. Góc Si-O-Si cũng thay đổi từ
140o
đến 180o
, trong tinh thể thạch anh, giá trị này đạt 144o
[14].
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử Silica
Ba dạng tinh thể của silica có cách sắp xếp khác nhau của nhóm tứ diện
SiO4 ở trong tinh thể: Trong thạch anh, những nhóm tứ diện đƣợc sắp xếp sao
cho các nguyên tử Si nằm trên đƣờng xoắn ốc. Tùy theo chiều của đƣờng
xoắn ốc mà ta có thạch anh quay trái hay quay phải. Trong triđimit, các
nguyên tử Si chiếm vị trí của các nguyên tử S và Zn trong mạng lƣới vuazit.

23. 12
Trong cristobalit, các nguyên tử Si chiếm vị trí của các nguyên tử S và Zn
trong mạng lƣới sphelarit.
Ngoài ba dạng trên, trong tự nhiên còn có một số dạng khác nữa của
silica có cấu trúc vi tinh thể nhƣ: mã não, opan. Mã não là chất rắn, trong
suốt, gồm có những vùng có màu sắc khác nhau và rất cứng. Opan là một loại
đá quý không có cấu trúc tinh thể. Nó gồm những hạt cầu SiO2 liên kết với
nhau tạo nên những lỗ trống chứa không khí, nƣớc hay hơi nƣớc. Opan có các
màu sắc khác nhau nhƣ vàng, nâu, đỏ, lục và đen do có chứa các tạp chất.
Silica đã nóng chảy hoặc khi đun nóng bất kì dạng nào nếu để nguội
chậm đến nhiệt độ hóa mềm, ta đều thu đƣợc một vật liệu vô định hình giống
nhƣ thủy tinh. Khác với dạng tinh thể, chất giống thủy tinh có tính đẳng
hƣớng và không nóng chảy ở nhiệt độ không đổi mà hóa mềm ở nhiệt độ thấp
hơn nhiều so với khi nóng chảy ra. Bằng phƣơng pháp Rơnghen ngƣời ta xác
định đƣợc rằng trong trạng thái thủy tinh, mỗi nguyên tử vẫn đƣợc bao quanh
bởi những nguyên tử khác giống nhƣ trong trạng thái tinh thể nhƣng những
nguyên tử đó sắp xếp một cách hỗn loạn hơn.
1.1.2.2. Tính chất
Silica xốp, diện tích bề mặt lớn vì vậy silica rất dễ hấp phụ, ví dụ trong
không khí ẩm silica hấp phụ nƣớc trên bề mặt tạo các nhóm OH. Silica không
hòa tan trong nƣớc và bất kỳ dung môi, không độc, không mùi, ổn định hóa
học.
Silic đioxit rất trơ về mặt hóa học. Nó không tác dụng với oxi, clo,
brom và axit ngay cả khi đun nóng. Ở điều kiện thƣờng, nó chỉ tác dụng với
F2 và HF. Silic đioxit rất trơ về mặt hóa học. Nó không tác dụng với oxi, clo,
brom và axit ngay cả khi đun nóng. Ở điều kiện thƣờng, nó chỉ tác dụng với
F2 và HF
SiO2 + 2F2 SiF4 + O2
SiO2 + 4HF  SiF4 + 2H2O
Silic đioxit còn tan trong kiềm hay cacbonat kim loại kiềm nóng chảy:

24. 13
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2
Những phản ứng này cũng xảy ra chậm ở trong dung dịch khi đun sôi
silic đioxit ở dạng bột mịn.
1.1.2.3. Ứng dụng nano SiO2 trong nông nghiệp
Silic có nhiều loại và có nhiều nguồn gốc khác nhau, nhƣng chỉ có ở
dạng hòa tan cây trồng mới hấp thụ đƣợc nhƣ khoáng Clinoptiolit có chứa
hàm lƣợng SiO2 cao hơn nhiều so với các khoáng khác và đặc biệt có tỉ lệ
SiO2 hữu hiệu cao (có thể hòa tan) đạt tới 60 - 70%, cây trồng có thể hấp thu
đƣợc ngay khi bón vào trong đất.
Cây hút Silic và tích lũy trong thành tế bào ngăn chặn sự xâm nhập của
tế bào sƣợi nấm vào tế bào, đồng thời nó tăng tính chống chụi bệnh hại do
nấm bằng cách tạo vách ngăn cơ học và tích lũy chất phenol (chất diệt nấm).
Trong một số thí nghiệm của Datnoff và Willow đã đƣa ra kết luận khi bón
SiO2 vào cây lúa đã làm tăng khả năng kháng bệnh, trong việc chịu hạn và
mặn, nó giúp cây hạn chế thoát hơi nƣớc, tạo sừng cứng (lớp biểu bì kép silica
- cutic)… giúp cây cứng cáp hơn và tăng năng suất lúa lên 56 – 88% [15]
[16].
Ngoài ra, Belanger và Mezies đã kết luận silic làm giảm đáng kể bệnh
phấn trắng, thối gốc (Pythium ultimum) và thối rễ (Pythium aphanidermatum)
trên dƣa chuột trong điều kiện thuỷ canh trong nhà kính [17].
Đối với một số cây nhƣ dƣa, cà chua, đậu nành,… thiếu SiO2 làm giảm
mạnh năng suất quả và gây dị hình quả, các lá phát triển sớm, héo, lão suy
sớm, khử năng tạo chất lƣợng phấn giảm ảnh hƣởng tới khả năng thụ phấn.
Ngoài ra, nhiều nghiên cứu cho thấy SiO2 còn loại bỏ khả năng bị ngộ
độc một số nguyên tố kim loại nhƣ mangan, nhôm và sắt.

25. 14
1.1.3. Các phƣơng pháp tổng hợp nano TiO2 và nano SiO2
1.1.3.1. Phương pháp hóa ướt (wet chemical)
Bao gồm các phƣơng pháp chế tạo vật liệu dùng trong hóa keo
(colloidal chemistry), phƣơng pháp thủy nhiệt, sol- gel và kết tủa. Theo
phƣơng pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau đƣợc trộn với nhau theo
một tỷ phần thích hợp, dƣới tác động của nhiệt độ, ánh sáng mà các vật liệu
nano đƣợc kết tủa từ dung dịch. Sau quá trình lọc, sấy khô, ta thu đƣợc các
vật liệu nano.
Ƣu điểm của phƣơng pháp hóa ƣớt là các vật liệu có thể chế tạo đƣợc
rất đa dạng, chúng có thể là vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại. Đặc điểm của
phƣơng pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo đƣợc một khối lƣợng lớn vật
liệu. Nhƣng nó cũng có nhƣợc điểm là các hợp chất có liên kết với phân tử
nƣớc có thể là một khó khăn, phƣơng pháp sol- gel thì không có hiệu suất cao.
1.1.3.2. Phương pháp cơ học (mechanical)
Bao gồm các phƣơng pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học. Theo phƣơng
pháp này, vật liệu ở dạng bột đƣợc nghiền đến kích thƣớc nhỏ hơn. Ngày nay,
các máy nghiền thƣờng dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền
quay. Phƣơng pháp cơ học có ƣu điểm là đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt
tiền và có thể chế tạo với một lƣợng lớn vật liệu. Tuy nhiên nó lại có nhƣợc
điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thƣớc hạt không đồng nhất,
dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thƣờng khó có thể đạt đƣợc hạt có
kích thƣớc nhỏ. Phƣơng pháp này đƣợc dùng để chế tạo vật liệu không phải là
hữu cơ nhƣ là kim loại.
1.1.3.3. Phương pháp bốc bay
Gồm các phƣơng pháp quang khắc (lithography), bốc bay chân không
(vacuum deposition) vật lý, hóa học. Các phƣơng pháp này áp dụng hiệu quả
để chế tạo màng mỏng hoặc lớp phủ bề mặt, tuy vậy ngƣời ta cũng có thể
dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách chế tạo vật liệu từ đế. Tuy nhiên
phƣơng pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo ở quy mô thƣơng mại.

26. 15
1.1.3.4. Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase)
Gồm các phƣơng pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện (electro-
explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay nhiệt độ cao, plasma. Nguyên
tắc của phƣơng pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí. Nhiệt phân là
phƣơng pháp có từ rất lâu, đƣợc dùng để chế tạo các vật liệu đơn giản nhƣ
carbon, silicon. Phƣơng pháp đốt laser thì có thể tạo đƣợc nhiều loại vật liệu
nhƣng lại chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng
thấp. Phƣơng pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo rất
nhiều vật liệu khác nhau nhƣng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì
nhiệt độ của nó có thể lên đến 900o
C. Phƣơng pháp hình thành từ pha khí
dùng chủ yếu để tạo lồng carbon (fullerene) hoặc ống carbon, rất nhiều các
công ty dùng phƣơng pháp này để chế tạo mang tính thƣơng mại.
Có nhiều các phƣơng pháp để chế tạo vật liệu nano, nhƣng trong
luận văn này, chúng tôi nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bằng phƣơng
pháp sol-gel.
1.1.3.5. Phương pháp sol- gel
Trong những năm gần đây phƣơng pháp sol-gel phát triển rất mạnh và
là một cụng cụ hữu hiệu cho công nghệ tổng hợp vật liệu nano.
Phƣơng pháp sol-gel do R.Roy đề xuất năm 1956 cho phép trộn lẫn các
chất ở qui mô nguyên tử do đó sản phẩm thu đƣợc có độ đồng nhất và độ tinh
khiết cao, bề mặt riêng lớn, sự phân bố kích thƣớc hạt hẹp. Sơ đồ tổng hợp
oxit theo phƣơng pháp sol-gel đƣợc biểu diễn trên hình:

27. 16
Hình 1.5. Sơ đồ tổng hợp oxit bằng phƣơng pháp sol-gel.
Khái niệm về sol và gel
Sol: là hệ phân tán vi dị thể rắn phân tán trong lỏng, trong đó các hạt
của pha phân tán có kích thƣớc d = 10-9
- 10-7
nm.
Gel: là hệ phân tán vi dị thể lỏng phân tán trong rắn và rắn phân tán
trong lỏng.
Trong đó: + Rắn: tạo thành khung ba chiều.
+ Lỏng: nằm trong lỗ hổng của khung đó.
Phƣơng pháp sol-gel đƣợc phát triển rất đa dạng, có thể quy tụ theo ba
hƣớng chính sau:
- Thủy phân các muối.
- Theo con đƣờng tạo phức.
- Thủy phân các alkoxide
Phƣơng pháp sol-gel theo con đƣờng thủy phân các alkoxide
Các alkoxide có công thức tổng quát là M(OR)n .
Trong đó:
Mn+
: là ion kim loại hoặc phi kim có tính ái điện tử.
R: gốc alkyl (có thể no hoặc không no, mạch thẳng hay mạch nhánh).
n: số oxi hóa của M.
O: oxi đƣợc đính trực tiếp vào M.
Các alkoxide phản ứng với nƣớc rất mạnh theo phƣơng trình sau:
M(OR)n + nH2O  M(OH)n + nROH
Trong thực tế, phản ứng trên xảy ra rất phức tạp và đƣợc quy thành hai quá
trình chính là: quá trình thủy phân và quá trình ngưng tụ.
Quá trình thủy phân alkoxide M(OR)n
Quá trình thủy phân theo cơ chế thế ái nhân SN:

28. 17
Giai đoạn (a) là cộng ái nhân (An), các tác nhân ái nhân (nucleophile)
tấn công vào nhân Mn+
của alkoxide. Giai đoạn (b) hình thành trạng thái
chuyển tiếp. Sau đó là giai đoạn (c) vận chuyển proton từ phân tử nƣớc sang
nhóm RO. Giai đoạn (d) là giai đoạn loại rƣợu ROH. Các quá trình trên xảy ra
thuận lợi khi:
- Tính chất ái nhân của phân tử đi vào (H2O) và tính chất ái điện tử của
M lớn.
- Tính chất đi ra của phân tử bị loại (ROH) lớn. Tốc độ thế ái nhân phụ
thuộc vào: Sự không bão hòa phối trí của nguyên tử kim loại trong alkoxide.
Sự không bão hòa phối trí N-Z càng lớn thì năng lƣợng hoạt hóa của giai đoạn
cộng ái nhân càng thấp. Trong đó: N là số phối trí, Z là số oxi hóa.
- Khả năng vận chuyển proton ở trạng thái chuyển tiếp (b): proton càng
linh động thì năng lƣợng hoạt hóa của quá trình vận chuyển càng thấp.
Quá trình ngƣng tụ
Quá trình này xảy ra rất phức tạp ngay sau khi sinh ra nhóm hydroxo.
Tuỳ thuộc vào điều kiện thực nghiệm có thể xảy ra ba cơ chế cạnh tranh nhau:
cơ chế Alkoxolation, oxolation và olation.
Alkoxolation
Phản ứng tạo thành cầu nối oxo bằng cách loại phân tử rƣợu:

29. 18
Về cơ bản quá trình này giống quá trình thủy phân. Nhiệt động học và
động học của phản ứng do cùng các thông số nhƣ đối với sự thủy phân chi
phối.
Oxolation
Phản ứng tạo thành cầu nối oxo bằng cách loại phân tử nƣớc:
Cơ chế này giống cơ chế alkoxolation nhƣng R đƣợc thay thế bằng H.
Olation
Cơ chế olation có sự hình thành cầu nối hydroxo do loại phân tử dung
môi.
- Cơ chế này xảy ra khi trong alkoxide sự bão hòa phối trí chƣa đƣợc
thoả mãn (NZ > 0).
- Dung môi có thể là H2O, ROH tuỳ thuộc vào nồng độ của nƣớc có
trong môi trƣờng.

30. 19
Nhƣ vậy bốn phản ứng: thủy phân, alkoxolation, oxolation, olation
tham gia vào sự biến đổi alkoxide thành khung oxit. Do đó cấu trúc, hình thái
học của các oxit thu đƣợc phụ thuộc rất nhiều vào sự đóng góp tƣơng đối của
mỗi phản ứng. Sự đóng góp này có thể tối ƣu hóa bằng sự điều chỉnh điều
kiện thực nghiệm liên quan đến:
- Thông số nội: bản chất của kim loại và các nhóm alkyl, cấu trúc của
alkoxide.
- Thông số ngoại: tỉ số thủy phân h = H2O/alkoxide, xúc tác, nồng độ, dung
môi và nhiệt độ.
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sol-gel
- Bản chất của nguyên tố M
- Bản chất của nhóm alkyl: Tốc độ của phản ứng thủy phân phụ thuộc
rất nhiều vào bản chất của nhóm alkyl. đối với alkoxide của Si và Ti kết quả
nghiên cứu cho thấy khi kích thƣớc của nhóm alkyl tăng lên thì tốc độ thủy
phân giảm:
Ảnh hƣởng của kích thƣớc và cấu trúc của nhóm alkyl đƣợc giải thích bằng sự
cản trở không gian. Nếu gốc R càng cồng kềnh thì sự xoay phân tử tạo điều
kiện cho H2O tấn công vào nhân Si4+
càng khó khăn.
- Tỉ số thủy phân (r): Tỉ số thủy phân r đƣợc tính bằng
[H2O]/[alkoxide]. Nói chung khi r tăng thì tốc độ thủy phân tăng.

31. 20
- Xúc tác: Thƣờng dùng xúc tác axít cho quá trình thủy phân, còn bazơ
cho quá trình ngƣng tụ.
- Dung môi: Dung môi đƣợc sử dụng làm môi trƣờng hòa tan các chất
không trộn lẫn với nhau. Khi dùng dung môi ta có thể kiểm soát đƣợc nồng
độ của các chất tham gia phản ứng.
- Nhiệt độ: Thực nghiệm cho thấy, khi nhiệt độ tăng sẽ làm tăng sự
thủy phân và ngƣng tụ và do đó thời gian gel hóa sẽ ngắn.
1.2. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN Bacillus subtilis
1.2.1. Giới thiệu chung về nhóm vi khuẩn PGPR
Vi khuẩn vùng rễ kích thích tăng trƣởng thực vật (Plant growth
promoting rhizobacteria – PGPR) là những vi khuẩn phân bố tự do trong đất,
sinh sống xung quanh hoặc trên bề mặt rễ, cộng sinh bên trong rễ, trực tiếp
hoặc gián tiếp tham gia việc kích thích sinh trƣởng và phát triển của thực vật
thông qua sản xuất và tiết ra những chất hóa học khác nhau ở xung quanh
vùng rễ. Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật nội sinh để
bảo vệ cây trồng là vấn đề rất quan trọng và đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới
quan tâm.
Các PGPR nổi bật gồm thành viên của các chi Arthrobacter, Azoarcus,
Azospirillum, Bacillus, Burkholderia, Enterobacter, Gluconacetobacter,
Herbaspirillum, Klebsiella, Paenibacillus, Pseudomonas, Serratia,…
1.2.2. Vai trò PGPR trong kích thích sinh trƣởng thực vật
Các nghiên cứu về vi khuẩn PGPR tập trung nhiều vào vai trò tăng khả
năng chống chịu với điều kiện môi trƣờng khắc nghiệt của nhóm vi khuẩn
PGPR. Chaiharn và Lumyong đã phân lập đƣợc tổng cộng có 216 phân lập vi
khuẩn hòa tan phosphate đƣợc phân lập từ đất trồng lúa khác nhau ở miền Bắc
Thái Lan [18]. Những chủng này đƣợc sàng lọc invitro cho các hoạt động
thúc đẩy tăng trƣởng thực vật của chúng nhƣ hòa tan phosphate vô cơ,
amoniac (NH3), catalase và hoạt động enzyme làm thoái hóa tế bào. Kết quả
cho thấy 100% phosphate hòa tan vô cơ, 77,77% sản xuất NH3 và hầu hết các
chủng phân lập đều dƣơng tính với catalase. Ngoài ra, một số chủng cũng sản

32. 21
sinh ra các enzim làm thoái hóa tế bào nhƣ protease (7%), chitinase (1%),
cellulase (3%) và β-glucanase. Các chủng phân lập có thể biểu hiện nhiều hơn
hai hoặc ba đặc tính thúc đẩy tăng trƣởng thực vật (PGP), có thể thúc đẩy tăng
trƣởng thực vật trực tiếp hoặc gián tiếp. Đặc biệt, nghiên cứu còn cho thấy,
chủng Acinetobacter CR 1.8. có thể phát triển ở nồng độ muối lên tới 25%.
Gần đây, nghiên cứu hoạt động của hỗn hợp vi khuẩn nội sinh
Pseudomonas pseudoalcaligenes) và vi khuẩn vùng rễ (Bacillus pumilus) trên
Oryza sativa L. với cũng cho thấy phản ứng tốt trong việc chống lại các tác
động bất lợi của độ mặn [19].
Một nghiên cứu khác cũng cho thấy vai trò tƣơng tự của PGPR. Nghiên
cứu này đánh giá ảnh hƣởng của khả năng chịu mặn của vi khuẩn Bacillus
amyloliquefaciens NBRISN13 (SN13) trên cây lúa trong điều kiện thủy canh
và đất bị nhiễm mặn. SN13 tăng khả năng sinh trƣởng của thực vật và khả
năng chịu mặn (NaCl 200 mM) [20].
Hình 1.6. Các cơ chế đã biết của vi khuẩn PGPR Bacillus spp. đối với cây
trồng [21] [22]

33. 22
(1) Biofertilizer (cố định đạm, sản sinh siderophore và hòa tan P trong
đất);
(2) Kiểm soát sinh học đối với các tác nhân gây bệnh cây trồng (đối
kháng ức chế các tác nhân gây bệnh, sản sinh enzyme lytic và cơ chế
kích kháng trên cây trồng).
- Sử dụng phân bón vi sinh đa chức năng với các vi khuẩn Plant
Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) có khả năng tăng dinh dƣỡng và
chức năng tự nhiên vốn có của đất trồng giúp tiết kiệm phân bón vô cơ và
tăng sức đề kháng tự nhiên của cây trồng dẫn tới giảm lƣợng thuốc BVTV sử
dụng đối với cây trồng.
- Vi khuẩn nội ký sinh thực vật (Endophytic bacteria) đƣợc tìm thấy
trong hầu hết ở các loài thực vật, chúng cƣ trú ở trong nội mô của thực vật ký
chủ và giữa chúng hình thành một loạt các mối quan hệ khác nhau nhƣ cộng
sinh tƣơng hỗ, công sinh dinh dƣỡng, hội sinh. Endophytic bacteria khi kết
hợp chức năng PGPR sẽ thúc đẩy thực vật tăng trƣởng, tăng năng suất và
đóng vai trò là một tác nhân điều hòa sinh học. Endophytic PGPR bacteria sản
xuất hàng loạt các sản phẩm tự nhiên có lợi cho thực vật ký chủ mà ta có thể
khai thác những tác nhân đó để ứng dụng trong y học, nông nghiệp hay công
nghiệp. Ngoài ra nó còn có tiểm năng loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong đất
bằng cách tăng cƣờng khả năng khử độc đồng thời có khả năng sản xuất sinh
khối và nhiên liệu sinh học.

34. 23
Hình 1.7. Hạt nano Titanium-Bis-Ammonium-Lactato-Dihydrohyde
(TiBALDH) [23]
(A); hạt nano CaptiGel trong dung môi hữu cơ
(B); hạt nano CaptiGel trong nƣớc
(C); sự hình thành bề mặt phức của hạt nano Ti với các phospholipids
(D); phƣơng trình phản ứng trên bền mặt hạt nano Ti và các phospholipids
(E); sự hình thành những tập hợp vi khuẩn Bacillus spp từ sự kích ứng của
hạt nano Ti (F).
1.2.3. Vi khuẩn Bacillus subtilis
1.2.3.1. Đặc điểm phân loại
Theo phân loại của Bergey (1994) thuộc:

35. 24
Bộ: Eubacteriales
Họ: Bacillaceae
Giống: Bacillus
Loài: Bacillus subtilis
1.2.3.2. Đặc điểm phân bố
B. subtilis là vi khuẩn thƣờng có mặt trong nƣớc, đất, không khí, xác bã
thực vật thối rữa và cả trong đƣờng tiêu hóa của ngƣời và động vật. B. subtilis
hiện diện trong đất với một số lƣợng phổ biến là 106
– 107
CFU/g. Vi khuẩn
này có khả năng sinh bào tử để có thể chịu đựng các điều kiện nhiệt độ khắc
nghiệt và những thay đổi bất lợi của môi trƣờng sống. Thông thƣờng có
khoảng 60% số lƣợng B. subtilis trong đất tồn tại ở trạng thái này [24].
1.2.3.3. Đặc điểm hình thái
B. subtilis là trực khuẩn nhỏ, hai đầu tròn, bắt màu tím Gram dƣơng,
kích thƣớc 0.5 – 0,8 µm x 1,5 – 3 µm, đứng đơn lẻ hay tạo thành chuỗi ngắn.
Vi khuẩn có khả năng di động, có 8 – 12 chiên mao, sinh bào tử hình bầu dục
nhỏ hơn tế bào vi khuẩn và nằm giữa tế bào. Bào tử B. subtilis phát triển bằng
cách nảy chồi do sự nứt của vỏ, không kháng acid, có khả năng chịu nhiệt,
chịu ẩm, tia tử ngoại, phóng xạ,… [25].
Hình dạng của vi khuẩn trên môi trƣờng TSA (Trypcase Soya Agar) là
khuẩn lạc dạng tròn, rìa răng cƣa không đều, đƣờng kính 3 – 5 mm, màu vàng
xám, tâm sẫm màu. Sau 1- 4 ngày bề mặt nhăn nheo, màu hơi ngả nâu.
Trên môi trƣờng canh TSB (Trypton Soya Broth), B. subtilis phát triển làm
đục môi trƣờng, tạo màng nhăn, lắng cặn kết lại nhƣ vẩn mây ở đáy, khó tan
khi lắc đều.

36. 25
1.2.3.4. Đặc điểm sinh hóa [26]
Trong đó: + có hoạt tính - không có hoạt tính

37. 26
1.2.3.5. Các chất kháng sinh do Bacillus subtilis tổng hợp
Subtilin
Subtilin có khả năng chịu nhiệt rất cao, không mất hoạt tính khi hấp
autoclave ở pH 2, tác động của subtilin là ức chế sự phát triển của vi sinh vật
bằng cách gắn với màng nguyên sinh chất bằng tƣơng tác giữa điện tử tự do
sinh ra bởi sự dehydrate với các nhóm sulfhydyl trên màng nguyên sinh chất
làm ảnh hƣởng đến hệ thống vận chuyển các chất có trọng lƣợng phân tử nhỏ
và hệ thống trao đổi proton.
Subtilosin
Subtolosin là bacteriocin có tính kháng khuẩn mạnh đối với Listeria
monocytogenes và Bacillus cereus. Sublancin Sublancin không tác động với
vi khuẩn gram âm nhƣng có khả năng đối kháng mạnh với vi khuẩn gram
dƣơng kể cả tế bào sinh dƣỡng lẫn bào tử. Sublancin là bacteriocin rất bền,
bảo quản ở nhiệt độ thƣờng trong thời gian 2 năm không mất hoạt tính.
TasA
TasA có phổ kháng khuẩn rộng đƣợc tổng hợp và tiết vào môi trƣờng
30 phút sau khi quá trình tạo bào tử đƣợc bắt đầu, đồng thời TasA cũng đƣợc
chuyển vào giữa lớp màng kép của tiền bào tử sau đó định vị trong lớp
petidoglycan vách của lõi bào tử, TasA giúp cho Bacillus subtilis chiếm ƣu
thế trong quá trình tạo bào tử và nảy mầm.
Surfactin
Surfactin có tính đối kháng mạnh với vi khuẩn, virut và kháng lại các tế
bào ung thƣ nhƣng ít tác động đối với nấm. Tác động của surfactin làm ức chế
các kênh chuyển ion trên lớp màng lipid kép đồng thời ức chế hoạt tính của
một số enzyme.
Bacilysocin
Bacilysocin là kháng sinh có bản chất phospholipid có tính kháng
khuẩn mạnh với nấm đƣợc phát hiện đầu tiên trên Bacillus subtilis.

38. 27
1.2.3.6. Tính đối kháng của Bacillus subtilis
Với vi sinh vật gây bệnh
Hình thức đối kháng chủ yếu của Bacillus subtilis đối với vi sinh vật
gây bệnh là cạnh tranh dinh dƣỡng và tiết kháng sinh. Tác dụng chủ yếu của
kháng sinh đối với vi khuẩn có thể biểu hiện ở 3 hƣớng chủ yếu sau:
 Làm ngừng tổng hợp thành (màng) tế bào hay làm tan màng tế bào
vi khuẩn và do đó phá hủy tính chất thẩm thấu của tế bào, các ion Mg2+
, Na+
,
Ca2+
thoát ra ngoài, tế bào chết.
 Ảnh hƣởng quá trình tổng hợp protein của vi khuẩn. Chất kháng sinh
có thể phong bế quá trình tổng hợp protein bằng cách ngăn cản ribosome tổng
hợp chuỗi polypeptid hay đƣa đến tổng protein bất thƣờng.
 Ảnh hƣởng đối với acid acetic cụ thể là phá hủy sự trao đổi của
ADN và ARN bằng cách ức chế men RNA polymerase hay gắn vào các base
làm đứt đoạn chuỗi xoắn kép ADN.
Thực tế khi nuôi cấy nấm bệnh có sự hiện diện của Bacillus subtilis với
một số lƣợng lớn sẽ xảy ra cạnh tranh dinh dƣỡng, cạnh tranh không gian sinh
sống giữa vi khuẩn và nấm. Do vi khuẩn phát triển nhanh hơn (trong 24 giờ)
sẽ sử dụng phần lớn chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng, đồng thời tạo ra một
số loại kháng sinh nên sự sinh trƣởng của nấm bị ức chế.
Với đồng loại
Trong môi trƣờng dinh dƣỡng bị cạn kiệt, Bacillus subtilis đã tạo ra
chất kháng sinh giết chết những tế bào vi khuẩn bên cạnh chƣa bắt đầu quá
trình này nhằm tiêu thụ chất dinh dƣỡng giải phóng từ các tế bào này với mục
đích kéo dài thời kỳ trƣớc khi tạo bào tử.
1.3. CÂY LÚA VÀ DƢA LƢỚI
1.3.1. Tổng quan về cây lúa
Nguồn gốc cây lúa

39. 28
Đến nay, có nhiều giả thiết khác nhau về nguồn gốc của chi Lúa trên
trái đất, nhƣng hầu hết đều thừa nhận rằng các loài lúa hoang dại đã xuất hiện
từ thời tiền sử của trái đất (thời Gondwana). Theo công bố của Chang và cộng
sự, O.sativa xuất hiện đầu tiên ở dãy Himalaya, Miến Điện, Lào, Việt Nam và
Trung Quốc [27]. Từ các trung tâm trên lúa Indica phát tán đến lƣu vực sông
Hoàng Hà và sông Dƣơng Tử rồi sang Nhật Bản, Triều Tiên và từ đó biến
thành chủng Japonica. Lúa đƣợc hình thành ở Indonesia và là sản phẩm của
quá trình chọn lọc từ Indica.
Ở Việt Nam, theo kết quả khảo sát nguồn gen cây lúa những năm gần
đây tìm thấy các loài lúa dại mọc nhiều ở vùng Tây Bắc, Nam Trung bộ, đồng
bằng sông Cửu Long, Tây Nguyên là các loài O.granulata, O.nivara,
O.ridleyi, O.rufipogon. Với điều kiện khí hậu nhiệt đới, Việt Nam cũng có thể
là cái nôi hình thành cây lúa nƣớc. Từ lâu, cây lúa đã trở thành cây lƣơng thực
chủ yếu có ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế và xã hội của nƣớc ta.
Lúa trồng hiện nay có nguồn gốc từ lúa dại. Việc xác định trực tiếp tổ
tiên của cây lúa trồng ở Châu Á (Oryza sativa) vẫn còn nhiều ý kiến khác
nhau. Một số tác giả nhƣ Đinh Dĩnh, Bùi Huy Đáp, Đinh Văn Lữ,… cho rằng:
Oryza fatua là loài lúa dại gần nhất và đƣợc coi là tổ tiên của lúa trồng hiện
nay.
Phân loại cây lúa
Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) trƣớc đây đã nghiên cứu và xếp
lúa trồng ở châu Á (Oryza sativa) thuộc họ hòa thảo (graminae), có bộ nhiễm
sắc thể 2n = 24. Theo Trần Văn Đạt, Kato là ngƣời đầu tiên xây dựng các luận
cứ khoa học về phân loại dƣới loài của lúa trồng châu Á dựa trên các đặc
điểm hình thái [28]. Tùy theo các đặc điểm và tiêu chí khác nhau mà các nhà
khoa học phân loại cây lúa theo các quan điểm khác nhau, phân loại cây lúa
nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng nguồn gen để phục vụ cho mục
tiêu chọn tạo giống cây trồng. Nhiều tƣ liệu đƣa ra cơ sở tiến hóa của các loài
lúa trồng hiện nay, tuy nhiên theo. Khush, sự tiến hóa của hai loại lúa trồng
phổ biến hiện nay trên thế giới đƣợc thể hiện trong sơ đồ, nhƣ sau [29]

40. 29
Đặc điểm hình thái
Cây lúa có chiều cao từ 1,0 - 1,8 m, với các lá mỏng, hẹp khoảng 2 -
2,5 cm và dài 50 – 100 cm. Tuỳ thời kì sinh trƣởng, phát triển mà lá lúa có
màu khác nhau. Khi lúa chín ngả sang màu vàng. Các hoa nhỏ tự thụ phấn
mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 35 – 50 cm.
Hình 1.8. Hình ảnh cây lúa trên ruộng

41. 30
Đặc điểm sinh trưởng
Thời gian sinh trƣởng của cây lúa: Tính từ lúc hạt lúa nẩy mầm đến lúc
thu hoạch (dao động khoảng 90 - 180 ngày đối với các giống lúa hiện trồng).
 Thời gian sinh trƣởng ruộng lúa cấy = Thời gian ruộng mạ + Thời gian
ruộng cấy.
 Thời gian sinh trƣởng ruộng lúa gieo thẳng = Thời gian lúc thu hoạch -
lúc gieo hạt
Nếu tính theo thời kỳ sinh trƣởng thì cây lúa có 3 thời kỳ sinh trƣởng chính:
- Thời kỳ sinh trƣởng sinh dƣỡng: tính từ lúc hạt thóc nảy mầm đến khi
bắt đầu vào giai đoạn phân hoá hoa lúa (trên thực tế ngƣời ta tính từ khi gieo
mạ, cấy lúa, cây lúa đẻ nhánh tới số nhánh tối đa).
- Thời kỳ sinh trƣởng sinh thực: tính từ lúc bắt đầu phân hoá hoa lúa đến
khi lúa trỗ bông và thụ tinh (bao gồm từ: làm đòng - phân hoá đòng, đến trỗ
bông - bông lúa thoát khỏi lá đòng, nở hoa, tung phấn, thụ tinh.
- Thời kỳ chín: sau khi thụ tinh, bông lúa bƣớc vào kỳ chín, kết thúc thời
kỳ này là bông lúa chín hoàn toàn, sau đó tiến hành thu hoạch hạt thóc.
Phân loại theo quan điểm canh tác học
Quá trình thuần hóa và thích nghi với điều kiện sống và điều kiện canh
tác khác nhau, cây lúa trồng đƣợc phân thành các nhóm:
Lúa có tƣới: Lúa đƣợc trồng trên những cánh đồng có công trình thủy
lợi, chủ động về nƣớc tƣới trong suốt thời gian sinh trƣởng, phát triển.
Lúa nƣớc sâu: Lúa đƣợc trồng trên những cánh đồng thấp, không có
khả năng rút nƣớc sau mƣa hoặc lũ. Tuy nhiên, nƣớc không ngập quá 10 ngày
và nƣớc không cao quá 50 cm.
Lúa nổi: Lúa đƣợc gieo trồng trƣớc mùa mƣa; khi mƣa lớn, cây lúa đã
đẻ nhánh; khi nƣớc lên cao cây lúa vƣơn khỏi mặt nƣớc khoảng 10 cm/ngày
để ngoi theo. Ở Việt Nam tồn tại cả 4 nhóm lúa nhƣ nêu trên.

42. 31
Lúa cạn: Lúa đƣợc trồng trên đất cao, không có khả năng giữ nƣớc, cây
lúa sống hoàn toàn nhờ nƣớc trời trong suốt quá trình sinh trƣởng, phát triển.
Theo Nguyễn Văn Hoan, cho đến nay phân loại lúa theo hệ thống phân loại
học thực vật của loài lúa trồng Oryza sativa L. đã đạt đƣợc sự thống nhất [30].
Theo nhiều tài liệu nghiên cứu: loài Oryza sativa L. gồm 3 loại phụ, 8
nhóm biến chủng và 284 biến chủng. Theo cấu tạo của tinh bột còn phân biệt
lúa nếp (glutinosa) và lúa tẻ (utilissma). Tuy nhiên theo định luật về dãy biến
dị tƣơng đồng của Vavilov. N. I thì cây lúa vẫn tiếp tục tiến hóa và nhiều biến
chủng mới vẫn tiếp tục xuất hiện. Vì vậy, các nhà khoa học đang tiếp tục
nghiên cứu, tập hợp và bổ sung thêm cho hệ thống phân loại này.
Phân loại theo điều kiện sinh thái
Lúa trồng thành hai nhóm lớn là Japonica (lúa cánh) và Indica (lúa
tiên). Lúa tiên thƣờng phân bố ở vĩ độ thấp nhƣ: Trung Quốc, Ấn Độ, Việt
Nam, Indonesia... là loại hình cây to, lá nhỏ xanh nhạt, bông xòe, hạt dài, vỏ
trấu mỏng, cơm khô nở nhiều, chịu phân kém, dễ lốp đổ nên có năng suất
thấp. Lúa cánh thƣờng phân bố ở vĩ độ cao, nhƣ: Nhật Bản, Triều Tiên, Bắc
Trung Quốc, châu Âu... là loại hình cây có lá to, xanh đậm, bông chụm, hạt
ngắn, vỏ trấu dày, cơm thƣờng dẻo, ít nở, thích nghi với điều kiện thâm canh,
chịu phân tốt, thƣờng thu hoạch cho năng suất cao.
Phân loại theo địa lý
Theo Nguyễn Văn Hoan, phân chia lúa trồng thành các nhóm sinh thái
địa lý, nhƣ sau [30]:
Nhóm Đông Á: Bao gồm Triền Tiên, Nhật Bản, phía Bắc Trung Quốc.
Đặc trƣng của nhóm là chịu lạnh rất tốt và hạt khó rụng.
Nhóm Trung Á: Bao gồm các nƣớc Trung Á. Đặc điểm nổi bật của lúa
vùng này là hạt to, khối lƣợng 1000 hạt đạt trên 32 gam, chịu lạnh và chịu
nóng khá.
Nhóm Iran: Gồm toàn bộ các nƣớc Trung Đông xung quanh Iran. Đây
là nhóm sinh thái địa lý với các loại hình chịu lạnh tốt, hạt gạo to, đục, cơm
dẻo.

43. 32
Nhóm Nam Á: Bắt đầu từ Pakistan sang vùng bờ biển phía Nam Trung
Quốc đến Bắc Việt Nam. Đặc điểm nổi bật của nhóm sinh thái địa lý này là
chịu lạnh kém, phần lớn có hạt dài và nhỏ.
Nhóm Philippin: Nhóm lúa điển hình nhiệt đới không chịu lạnh. Toàn
bộ vùng Đông Nam Á, miền Nam Việt Nam nằm trong nhóm này.
Nhóm châu Âu: Bao gồm các nƣớc trồng lúa ở châu Âu nhƣ: Nga,
Italia, Bungaria.... Đây là nhóm sinh thái với các loại hình japonica chịu lạnh,
hạt to, cơm dẻo, chịu nóng kém.
Nhóm châu Phi: Nhóm lúa trồng thuộc loại Oryza glaberrima.
Nhóm châu Mỹ La Tinh: Gồm các nƣớc Trung Mỹ và Nam Mỹ. Nhóm lúa
cao cây, thân to, hạt gạo lớn, gạo trong và dài, chịu ngập và chống đổ tốt.
1.3.2. Tổng quan về cây dƣa lƣới
Dƣa lƣới (Cucumis melo L.) thuộc họ Bầu bí (Cucurbitaceae) là rau ăn
quả có thời gian sinh trƣởng ngắn (85 - 90 ngày, tùy từng thời vụ và giống
cây trồng), trồng đƣợc nhiều vụ trong năm với năng suất khá cao.
Hình 1.9. Cây dƣa lƣới trồng trong nhà kính
Hiện nay dƣa lƣới đƣợc trồng khắp nơi trên thế giới, chủ yếu bán tƣơi
và đƣợc xem là loại thực phẩm có giá trị dinh dƣỡng cao. Không những thế,
thành phần của dƣa lƣới có chứa chất chống oxy hóa dạng polyphenol, có khả
năng phòng chống ung thƣ và tăng cƣờng hệ miễn dịch, nhiều chất xơ nên có

44. 33
tác dụng nhuận trƣờng, chống táo bón và là nguồn phong phú beta-carotene,
acid folic, kali và vitamin C, A giúp điều hòa huyết áp, ngừa sỏi thận, lão hóa
xƣơng, …
Ở nƣớc ta, hiện có nhiều loại dƣa lƣới. Ngoài các giống dƣa lƣới truyền
thống đƣợc trồng từ lâu nhƣ dƣa trắng Hà Nội, dƣa mật Bắc Ninh, dƣa vàng
Hải Dƣơng trái nhỏ, thơm, ngọt, thì những năm gần đây, Công ty Giống cây
trồng Nông Hữu đã đƣa vào sản xuất một số giống lai F1 nhập nội cho năng
suất cao (35 tấn/ha), thơm ngon, độ đƣờng (Brix) cao từ 15 - 18 độ, quả to,
màu sắc phong phú, chống chịu một số bệnh nứt dây và thối vi khuẩn. Chu
Phấn và Taki là hai giống đã đƣợc khảo nghiệm và đánh giá phù hợp với điều
kiện nhà màng. Taki có độ Brix cao, có khả năng kháng bệnh tốt hơn nên
đƣợc khuyến khích trồng nhiều hơn. Một số giống dƣa lƣới đƣợc lai tạo phổ
biến nhƣ Dƣa Vân là dƣa ƣu thế lai F1 do Công ty Vimorint Cộng hòa Pháp
lai tạo và sản xuất; dƣa lƣới Hami (Cucumis melo var. saccharinus) có nguồn
gốc từ Tân Cƣơng, Trung Quốc…
Hiện nay nhu cầu thị trƣờng trên thế giới và trong nƣớc thì lƣợng cầu
lớn hơn cung, ở nƣớc ta chỉ có vài công ty sản xuất dƣa lƣới đảm bảo chất
lƣợng nhƣng quy mô nhỏ và tiêu chuẩn sản xuất chƣa cao nên chƣa thể đáp
ứng cho thị trƣờng trong nƣớc. Dƣa lƣới yêu cầu một lƣợng dinh dƣỡng lớn
đặc biệt là cần tơi xốp và tƣới nƣớc thƣờng xuyên, vì vậy cần áp dụng và phát
triển kĩ thuật vào trong sản xuất để đạt hiệu quả cao.

45. 34
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO
2.1.1. Nguyên vật liệu và thiết bị
2.1.1.1. Hóa chất
 Titanium Isopropoxide (TTIP): Ti[OCH(CH3)2]4 97%, Sigma -
Aldrich
 Tetraetyl orthosilicat (TEOS): Si(OC2H5)4 98%, Sigma - Aldrich
 Polyethylene glycol 400 (PEG 400) 99%, Merk
 Amoniac (NH3) 25%, Merk
 Ethanol
 Methanol
 Nƣớc cất 2 lần
Các hóa chất dùng trong tổng hợp đều là các sản phẩm thƣơng mại với
độ sạch đạt tiêu chuẩn phân tích.
2.1.1.2. Thiết bị
 Cân phân tích
 Máy khuấy từ
 Bể rung siêu âm
 Máy khuấy đũa
 Ống đong
 Cốc thủy tinh
 Buret
 Các thiết bị khác
2.1.2. Phƣơng pháp
2.1.2.1. Phương pháp tổng hợp nano TiO2, SiO2
 Tổng hợp nano TiO2
Tiền chất đƣợc lựa chọn sử dụng chế tạo nano TiO2 là Titanium
Isopropoxide (TTIP): Ti[OCH(CH3)2]4.

46. 35
Cơ chế phản ứng:
Ti[OCH(CH3)2]4 + 4H2O → Ti(OH)4 + 4CH(CH3)2OH
Ti(OH)4 → TiO2 + 2H2O
Trong quá trình phản ứng, các chất bọc đƣợc thêm vào để tạo sự ổn
định và phân tán của hạt nano TiO2.
Quy trình tổng hợp chung đƣợc mô tả theo sơ đồ:
Bước 1: Hòa TTIP vào 50 ml ethanol thu đƣợc dung dịch tiền chất - dung
dịch 1.
Bước 2: Hòa H2O vào 50 ml ethanol thu đƣợc dung dịch 2.
Bước 3: Hòa 100 ml PEG 400 trong 400 ml ethanol thu đƣợc dung dịch 3 là
môi trƣờng phản ứng.
Bước 4: Nhỏ đồng thời dung dịch 1 và dung dịch 2 vào dung dịch 3, thời gian
nhỏ 3 giờ, cốc phản ứng đƣợc đặt trong bể siêu âm 37 kHz, nhiệt độ 80o
C,
khuấy cơ 350 rpm.
Bước 5: Sau khi hết dung dịch 1 và dung dịch 2, tiếp tục siêu âm 15 giờ.
Trong quá trình phản ứng bổ sung ethanol để duy trì thể tích cốc phản ứng.
TTIP/dung môi H2O/dung môi
Ti(OH)4
Nano TiO2
+ chất bọc
Siêu âm, to

47. 36
Bước 6: Ngƣng bổ sung ethanol, tiếp tục gia nhiệt, siêu âm và khuấy cơ để
loại bỏ ethanol trong cốc phản ứng, thu sản phẩm.
Các yếu tố đƣợc khảo sát bao gồm lƣợng TTIP (dung dịch 1) và H2O (dung
dịch 2) tham gia phản ứng:
STT Ký hiệu mẫu TTIP (g) H2O (g)
1 T1 4,0 1,0
2 T2 8,0 2,0
3 T3 12,0 3,0
4 T4 16,0 4,0
 Tổng hợp nano SiO2
Tiền chất đƣợc lựa chọn sử dụng chế tạo nano SiO2 là Tetraetyl
orthosilicat – TEOS, Si(OC2H5)4.
Cơ chế phản ứng:
Si(OC2H5)4 + 4H2O → Si(OH)4 + 4C2H5OH
Si(OH)4 → SiO2 + 2H2O
Trong quá trình phản ứng, các chất bọc đƣợc thêm vào để tạo sự ổn
định và phân tán của hạt nano SiO2.
Quy trình tổng hợp chung đƣợc mô tả theo sơ đồ:

48. 37
Bước 1: Hòa TEOS vào 50 ml ethanol thu đƣợc dung dịch tiền chất - dung
dịch 1.
Bước 2: Hòa H2O vào 50 ml ethanol thu đƣợc dung dịch 2.
Bước 3: Hòa 100 ml PEG 400 trong 400 ml ethanol, thêm NH3 đến khi pH ~
13 thu đƣợc dung dịch 3 là môi trƣờng phản ứng.
Bước 4: Nhỏ đồng thời dung dịch 1 và dung dịch 2 vào dung dịch 3, thời gian
nhỏ 4 giờ, cốc phản ứng đƣợc đặt trong bể siêu âm 37 kHz, nhiệt độ 80 o
C,
khuấy cơ 350 rpm.
Bước 5: Sau khi hết dung dịch 1 và dung dịch 2, tiếp tục siêu âm 15 giờ.
Trong quá trình phản ứng bổ sung ethanol, NH3 để duy trì môi trƣờng phản
ứng.
Bước 6: Ngƣng bổ sung ethanol, tiếp tục gia nhiệt, siêu âm và khuấy cơ để
loại bỏ ethanol trong cốc phản ứng, thu sản phẩm.
Các yếu tố đƣợc khảo sát bao gồm lƣợng TEOS (dung dịch 1) và H2O (dung
dịch 2) tham gia phản ứng:
TEOS/dung môi NH3/H2O/dung môi
Si(OH)4
Nano SiO2
+ chất bọc
Siêu âm, to

49. 38
STT Ký hiệu mẫu TEOS (g) H2O (g)
1 S1 1,0 0,5
2 S2 2,0 1,0
3 S3 4,0 2,0
4 S4 6,0 3,0
2.1.2.2. Phương pháp đánh giá cấu trúc hạt
 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua đƣợc sử dụng để nghiên
cứu hình dáng, kích thƣớc, phân bố kích thƣớc hạt của sản phẩm thu đƣợc.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên tắc của kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Thiết bị làm việc theo nguyên tắc phóng đại nhờ các thấu kính, ánh
sáng tới là tia điện tử có bƣớc sóng ngắn vào cỡ 0,05 Ǻ và thấu kính cho điện
tử thƣờng là thấu kính điện từ có tiêu cự f thay đổi đƣợc. Phƣơng pháp này

50. 39
cho ta độ phân giải cỡ 2÷3 Ǻ . Một nhƣợc điểm cơ bản của hiển vi điện tử
truyền qua là mẫu nghiên cứu phải là lát cực mỏng (<0,1mm) nhƣng lại phải
đủ dày để tồn tại ở dạng rắn, ít nhất là vài chục vài trăm lớp nguyên tử. Nhƣ
vậy ứng với mỗi điểm trên ảnh hiển vi điện tử truyền qua là những cột điện tử
trên mẫu (chiều cao của cột nguyên tử là chiều dày trên mẫu).
Trong luận văn này, ảnh TEM đƣợc ghi trên máy JEM 2100 – Phòng
hiển vi điện tử - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam.
Hình 2.2. Thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Nguyên lý cơ bản của kính hiển vi điện tử quét là dùng các chùm điện
tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu, ảnh đó khi đến màn hình huỳnh quang có thể
đạt độ phóng đại theo yêu cầu. Chùm điện tử đƣợc tạo ra từ catốt (súng điện
tử) qua 2 tụ quang sẽ đƣợc hội tụ trên mẫu nghiên cứu đặt trong buồng chân
không. Chùm điện tử này đƣợc quét đều trên mẫu. Khi chùm điện tử đập vào
mẫu, trên bề mặt mẫu phát ra các điện tử thứ cấp. Mỗi một điện tử phát xạ
này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng,
chúng đƣợc khuyếch đại, đƣa vào mạng lƣới điều khiển tạo độ sáng trên màn
ảnh. Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn ảnh. Độ sáng tối
trên màn ảnh tùy thuộc vào lƣợng điện tử thứ cấp phát ra và tới bộ thu, phụ
thuộc vào trạng thái bề mặt mẫu nghiên cứu.

51. 40
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên tắc của kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh của bề mặt mẫu với độ phân giải
cao bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo
ảnh của mẫu đƣợc thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ
phát ra từ tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt của mẫu. Các chùm điện tử
đƣợc phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt hay phát xạ
trƣờng…), sau đó đƣợc tăng tốc. Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thƣờng chỉ
từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện
tử có bƣớc sóng quá nhỏ vào một điểm kích thƣớc nhỏ sẽ rất khó khăn. Điện
tử đƣợc phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm
Angstrong đến vài nano-mét) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề
mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Khi điện tử tƣơng tác với bề mặt mẫu,
sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích đƣợc
thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm:
điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngƣợc. Chùm điện tử thứ cấp có năng lƣợng
thấp (thƣờng nhỏ hơn 50 eV) đƣợc ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy.
Vì chúng có năng lƣợng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu
với độ sâu chỉ vài nano-mét, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt
mẫu. Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét.
Điện tử tán xạ ngƣợc là chùm điện tử ban đầu khi tƣơng tác với bề mặt mẫu bị
bật ngƣợc trở lại, do đó chúng thƣờng có năng lƣợng cao. Sự tán xạ này phụ

52. 41
thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán
xạ ngƣợc rất hữu ích cho phân tích về độ tƣơng phản thành phần hóa học.
Trong luận văn này, mẫu đƣợc phân tích trên máy chụp SEM-EDX
JEOL 6610 LA, Nhật Bản, đặt tại Viện Khoa Học Vật Liệu – Viện Hàn Lâm
Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam.
Hình 2.4. Thiết bị kính hiển vi điện tử quét (SEM)
 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)
Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (InfraRed Spectroscopy viết tắt là IRS) là
phƣơng pháp phổ biến để nghiên cứu thông tin về cấu trúc phân tử nhanh mà
không đòi hỏi tính toán phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là:
các hợp chất hoá học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại (2.500
– 16.000 nm). Khi bị kích thích bởi sóng điện từ có bƣớc sóng xác định nằm
trong vùng hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất hoá học dao động (làm
thay đổi moment lƣỡng cực của phân tử) với nhiều vận tốc dao động và xuất
hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại.

53. 42
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Các máy phổ hồng ngoại thế hệ mới đƣợc chế tạo theo kiểu biến đổi
Fourier (Fourier Transform InfraRed viết tắt là FT-IR).
Ở máy hồng ngoại biến đổi Fourier bộ đơn sắc đƣợc thay bằng bộ giao
thoa (giao thoa kế) gồm bộ gƣơng cố định, bộ gƣơng di động và bộ phân chia
chùm bức xạ. Bức xạ hồng ngoại sau khi qua giao thoa kế sẽ đi tới mẫu rồi
đến detector. Detector ghi nhận sự biến đổi cƣờng độ của bức xạ theo quãng
đƣờng d mà gƣơng di động thực hiện rồi chuyển tín hiệu thành tín hiệu điện.
Khi đó sẽ thu đƣợc tín hiệu dƣới dạng hàm phụ thuộc của tín hiệu điện vào
quãng đƣờng, E = f(d). Máy tính thực hiện phép biến đổi Fourier để chuyển
hàm F ×= f(d) thành cƣờng độ bức xạ I theo nghịch đảo của quang đƣờng d
(d-1). Vì d-1 chính là số sóng ν do đó thực chất là ta có hàm sự phụ thuộc của
cƣờng độ bức xạ vào số sóng. Từ phổ hấp thụ hồng ngoại chúng ta có thể xác
định các nhóm chức đặc trƣng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hoá
học.
Các phép đo phổ hồng ngoại trong luận văn đƣợc thực hiện trên máy
phân tích quang phổ hồng ngoại FT-IR TENSOR II, hãng Bruker, Đức.

54. 43
Hình 2.6. Thiết bị phân tích IR
 Phƣơng pháp đo tán xạ ánh sáng động học Dynamic Light
Scattering – DLS
Phân bố kích thƣớc hạt và phân bố thế zeta của các mẫu trong luận án
đƣợc xác định bằng phƣơng pháp tán xạ laser động trên thiết bị
Zetasizer - Nano ZS của hãng Malvern – UK đƣợc đặt tại Viện khoa học
vật liệu. Đại lƣợng đặc trƣng cho độ ổn định của hệ phân tán keo là thế Zeta
(ζ).
Bảng 2.1. Sự phụ thuộc độ ổn định của hệ keo vào giá trị thế Zeta
Thế zeta (mV) Độ ổn định hạt keo
0 ÷ ±5 Kết tụ hay tập hợp thành từng đám rất nhanh
±10 ÷ ±30 Bắt đầu không ổng định
±30 ÷ ±40 Độ ổn định trung bình
±40 ÷ ±60 Độ ổn định rất tốt
≥61 Độ ổn định rất tốt
Thế Zeta thể hiện mức độ đẩy giữa các hạt tích điện cùng dấu gần nhau
trong hệ phân tán. Đối với các phân tử và các hạt đủ nhỏ, thế Zeta cao (âm
hoặc dƣơng) sẽ cho độ ổn định cao, hệ phân tán sẽ chống lại sự keo tụ.
Các phép đo tán xạ ánh sáng động học trong luận văn đƣợc thực hiện

55. 44
trên máy Hoziba SZ 100, Nhật Bản.
2.2. PHƢƠNG PHÁP NUÔI CẤY VI KHUẨN Bacillus subtilis
2.2.1 Chủng vi sinh PGPR
Chủng giống gốc: giống gốc phải đƣợc đảm bảo là giống thuần chủng
không bị tạp nhiễm, đã đƣợc phân lập và định danh một cách chính xác. Ở
đây chúng tôi sử dụng chủng vi khuẩn là: chủng Bacillus subtilis GB03 đã
đƣợc tách ra từ rễ cây trồng trên nền đất sạch và không nhiễm hóa chất.
Vi khuẩn Bacillus subtilis GB03 đã đƣợc nghiên cứu và phát triển
thành sản phẩm tại Hàn Quốc do TS. Chang Ho Chung thuộc Viện Vật liệu
Sinh học Jeonju, Hàn Quốc cung cấp tháng 5 năm 2018.
2.2.2 Dụng cụ, hóa chất, thiết bị và môi trƣờng nuôi cấy vi sinh,
chủng vi khuẩn
- Dụng cụ: Các dụng cụ thƣờng đƣợc sử dụng trong nghiên cứu vi sinh
vật: Đĩa petri, ống nghiệm, bình nón đã đậy nút bông, pipet có nút bông, que
gạt, que cấy…Các dụng cụ trên phải sạch sẽ về mặt hóa học (không dính các
chất hữu cơ, vô cơ, thủy tinh cần phải trung tính) và sạch sẽ về mặt vi sinh vật
học (không chứa bất kì tế bào vi sinh cũng nhƣ dạng nghỉ của chúng – các
dụng cụ phải vô trùng).
- Thiết bị: tủ nuôi cấy vi khuẩn, tủ sấy, máy đo OD.
Tủ cấy Tủ sấy Máy đo OD
Hình 2.7. Một số thiết bị dùng trong nuôi cấy và đánh giá sự phát triển của vi
khuẩn

56. 45
- Lựa chọn môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn: Thí nghiệm đƣợc thực hiện
trên các môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn cơ bản nhƣ: LB (Peptone 10 g, Cao
nấm men 5 g, NaCl 10 g).
2.2.3 Trình tự tiến hành
2.2.3.1. Nuôi cấy vi khuẩn
- Chủng vi khuẩn Bacillus subtilis GB03 đƣợc lƣu trữ dƣới dạng sinh
khối khô. Tiến hành hoạt hóa lại chủng vi khuẩn trên môi trƣờng nuôi cấy
lỏng, nuôi lắc 150 vòng/phút ở nhiệt độ 35 - 37o
C trong vòng 24 giờ.
- Sau 24 giờ, lấy dịch nuôi cấy chuyển sang môi trƣờng thạch bằng
phƣơng pháp cấy ria giữ trong tủ ấm 32ºC /24 giờ để xác định hình thái khuẩn
lạc. Việc này giúp chúng ta xác định đƣợc giống gốc có thuần chủng hay
không, có bị chết và bị tạp nhiễm trong quá trình bảo quản.
- Tiến hành quan sát hình thái khuẩn lạc của chủng vi khuẩn xác định
độ thuần. Khi đã xác định đƣợc, tiến hành nhân giống dịch thể. Lấy 1 khuẩn
lạc từ đĩa mới nhân truyền vào bình môi trƣờng LB nhân giống dịch thể. Nuôi
trên máy lắc 150 vòng/phút ở 35 – 37ºC trong 24 giờ.
- Xác định giá trị OD trong bình môi trƣờng nuôi. Pha loãng dịch nuôi
sao cho giá trị OD = 0,5.
- Lấy 15 ml giống dịch thể có giá trị OD cấy truyền vào bình lên men
chứa 150 ml dịch môi trƣờng (tỉ lệ 10 %). Nuôi trên máy lắc với các chế độ
nhƣ trên trong 24 giờ.
2.2.3.2. Nuôi cấy vi khuẩn và nano
- Giống gốc đƣợc nuôi trên môi trƣờng LB, giá trị OD = 0,5.
Vi khuẩn với nano TiO2
Bước 1: Mẫu vi khuẩn nuôi trên đĩa thạch anh, dùng que cấy lấy vi
khuẩn cho vào 3 ống nghiệm chứa 5 ml LB trong 24 giờ.
Bước 2: Chuẩn bị 6 ống nghiệm chứa 10 ml LB.
Bước 3: Pha loãng vi khuẩn có OD = 0,5 từ 3 ống nghiệm ở trên.

57. 46
Bước 4: Mẫu gốc nano TiO2 30 g /100 ml pha loãng thành dung dịch Y
có nồng độ 3 µg/ml (1 ml mẫu gốc pha 99 ml H2O). Lấy dung dịch Y để
dùng.
Bước 5: Pha loãng dung dịch Y và LB để tạo các nồng độ nano TiO2
khác nhau.
Bảng 2.2. Bảng các nồng độ nano TiO2 thử nghiệm với vi khuẩn
STT
Nồng độ nano
TiO2 (µg/ml)
Vnano
dd Y
(µl)
VLB
(ml)
Số lần
lặp lại
Tổng số ống
Mốc thời
gian đo (giờ)
1 30 50 5 2 2×5+1=11 4;8;12;24;48
2 40 66 5 2 2×5+1=11 4;8;12;24;48
3 50 83 5 2 2×5+1=11 4;8;12;24;48
4 60 100 5 2 2×5+1=11 4;8;12;24;48
5 100 167 5 2 2×5+1=11 4;8;12;24;48
6
0 (đối chứng
dƣơng)
0 5 2 2×5=10 4;8;12;24;48
(đối chứng âm: LB + nano mỗi loại 1 ống không có vi khuẩn)
Khảo sát OD các nồng độ nano TiO2 theo thời gian để đánh giá tác
động của nồng độ nano TiO2 tới sự phát triển của vi khuẩn, từ đó lựa chọn
nồng độ phù hợp.
Vi khuẩn với nano SiO2
Bước 1: Mẫu vi khuẩn nuôi trên đĩa thạch anh, dùng que cấy lấy vi
khuẩn cho vào 3 ống nghiệm chứa 5 ml LB trong 24 giờ.
Bước 2: Chuẩn bị 6 ống nghiệm chứa 10 ml LB.
Bước 3: Pha loãng vi khuẩn có OD = 0,5 từ 3 ống nghiệm ở trên.

58. 47
Bước 4: Mẫu gốc nano SiO2 30 g /100 ml pha loãng thành dung dịch Y
có nồng độ 3 µg/ml (1 ml mẫu gốc pha 99 ml H2O). Lấy dung dịch Y để
dùng.
Bước 5: Pha loãng dung dịch Y và LB để tạo các nồng độ nano SiO2
khác nhau.
Bảng 2.3. Bảng các nồng độ nano SiO2 thử nghiệm với vi khuẩn
STT
Nồng độ nano
SiO2 (µg/ml)
Vnano
(µl)
VLB
(ml)
Số lần
lặp lại
Tổng số ống
Mốc thời
gian đo (giờ)
1 20 50 5 2 2×4+1=9 4;8;24;48
2 30 66 5 2 2×4+1=9 4;8;24;48
3 40 83 5 2 2×4+1=9 4;8;24;48
4 50 100 5 2 2×4+1=9 4;8;24;48
5 100 167 5 2 2×4+1=9 4;8;24;48
6
0 (đối chứng
dƣơng)
0 5 2 2×5=10 4;8;24;48
(đối chứng âm: LB + nano mỗi loại 1 ống không có vi khuẩn)
Khảo sát OD các nồng độ nano SiO2 theo thời gian để đánh giá tác
động của nồng độ nano SiO2 tới sự phát triển của vi khuẩn, từ đó lựa chọn
nồng độ phù hợp.
2.3. PHƢƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM VỚI CÂY LÚA VÀ CÂY DƢA
2.3.1. Thử nghiệm trên cây dƣa
2.3.1.1. Chọn giống dưa
Hạt giống dƣa lƣới F1 mua tại Học viện nông nghiệp Việt Nam.
2.3.1.2. Yêu cầu sinh thái đối với cây dưa lưới
Nhiệt độ

59. 48
Dƣa thích hợp khí hậu ấm áp, nhiệt độ thích hợp 25 – 33 o
C, phạm vi
tối thích tƣơng đối rộng cho nên có thể gieo trồng ở hầu hết các tháng trong
năm trừ những ngày giá rét (<15 o
C). Độ ẩm đất thích hợp 75 - 80%.
Ánh sáng
Cây cần nhiều ánh sáng, khi trời âm u, ít ánh sáng, có mƣa phùn thì cây
dƣa phát triển kém, đặc biệt giảm khả năng đậu trái và phẩm chất trái kém.
Đất và dinh dƣỡng
- Dƣa lƣới ƣa đất thịt nhẹ và cát pha nhất là đất phù sa. Đất cát pha và
thịt nhẹ, đất phù sa trong đó đất trộn trấu (xơ dừa) là thích hợp nhất vừa thoát
nƣớc tốt, giữ đƣợc dinh dƣỡng vừa điều hòa đƣợc nhiệt độ đất, thúc đẩy quá
trình phát dục giúp dƣa nhanh có quả, màu sắc đẹp và chất lƣợng ngon.
- Đất trồng dƣa lƣới cần phải đƣợc tơi xốp và tƣới nƣớc thƣờng xuyên.
Trong quá trình canh tác cần bón phân đầy đủ và cân đối NPK theo từng thời
kì để cây sinh trƣởng và phát triển tốt nhất. Cây cần nhiều dinh dƣỡng và
nƣớc nhất ở thời kì ra hoa, đậu quả.
2.3.1.3. Kỹ thuật canh tác
Ngâm, ủ hạt giống
- Công thức 1: Hạt giống đƣợc tuyển chọn (hạt to mẩy chắc) 30 hạt
ngâm trong 20 ml nƣớc cất, nhiệt độ: 25 – 30 o
C trong 2 giờ, ủ rẻ cho rễ dài 2
– 3 mm.
Hạt giống đƣợc tuyển chọn (hạt to mẩy chắc) 30 hạt ngâm trong 20 ml
dịch vi khuẩn – LB, nhiệt độ: 25 – 30 o
C trong 2 giờ, ủ rẻ cho rễ dài 2 – 3
mm.
- Công thức 2: Hạt giống đƣợc tuyển chọn (hạt to mẩy chắc) 30 hạt
ngâm trong 20 ml dịch Nano SiO2 100 µg/ml – vi khuẩn – LB, nhiệt độ: 25 –
30 o
C trong 2 giờ, ủ rẻ cho rễ dài 2 – 3 mm.
- Công thức 3: Hạt giống đƣợc tuyển chọn (hạt to mẩy chắc) 30 hạt
ngâm trong 20 ml dịch Nano TiO2 60 µg/ml – vi khuẩn – LB, nhiệt độ: 25 –
30 o
C trong 2 giờ, ủ rẻ cho rễ dài 2 – 3 mm.
Trồng thủy canh để chụp SEM

60. 49
- Sau khi hạt nảy mầm, gieo hạt vào cát, mỗi lỗ một hạt sau đó tƣới 300
ml nano – vi khuẩn cho ẩm ƣớt, công thức đối chứng chỉ tƣới nƣớc bình
thƣờng.
- Sau một tuần, nhổ rửa sạch cát sau đó cho vào cốc chứa 150 ml dung
dịch nano – vi khuẩn, công thức đối chứng nuôi trong cốc nƣớc bình thƣờng.
- Cứ sau 3 ngày thay dung dịch mới, nuôi đến tuần thứ 2 thì bắt đầu sấy
khô và chụp SEM.
Trồng vào bầu đất
Điều kiện môi trƣờng: Nhiệt độ: 25 - 32o
C, độ ẩm đất: 70 - 80%.
Bước 1: Xử lý giá thể
- Mụn xơ dừa: phải xử lý chất chát (tanin) trƣớc khi trồng.
- Phân trùn quế: đƣợc xử lý nấm bệnh bằng tricoderma.
- Mụn xơ dừa phải xử lý chất chát (tanin) trƣớc khi trồng.
- Đất phù sa.
Bước 2: Chuẩn bị cây con
- Sử dụng khay ƣơm cây thƣờng bằng vật liệu xốp (84 lỗ/khay) để
gieo hạt sau đó tƣới ẩm bằng dung dịch tƣơng ứng theo từng công thức.
- Giá thể: dùng gieo hạt gồm phân phân hữu cơ, mụn xơ dừa và tro
trấu đã qua xử lý và đƣợc phối trộn theo tỷ lệ 70% mụn xơ dừa + 20%
phân hữu cơ + 10% tro trấu, giá thể đƣợc cho vào đầy lỗ mặt khay, sau
đó tiến hành gieo 1 hạt/lỗ. Sau đó đƣợc giữ ẩm hằng ngày bằng dịch
nghiên cứu.
- Tiêu chuẩn cây giống: Ngày gieo ƣơm từ 10 – 15 ngày, chiều cao
cây 12 – 15 cm, đạt 2 - 3 lá thật. Cây khoẻ mạnh, không dị hình, không
bị dập nát, ngọn phát triển tốt, không có các biểu hiện nhiễm sâu bệnh.
Bước 3: Trồng và chăm sóc
- Điều kiện môi trƣờng: Nhiệt độ: 26 - 34o
C, độ ẩm đất: 60 - 80%.
- Giá thể: Thành phần giá thể gồm đất phù sa + xơ dừa + phân
chuồng hoai mục với tỷ lệ 70% - 20% - 10% , bổ sung thêm mỗi 1 m3
giá thể 5 kg phân lân supe + 10 kg vôi bột. Xử lý 7 - 10 ngày có thể
trồng đƣợc.