Các hạt nano kẽm oxit (ZnO NPs) đã được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, và nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của ZnO NPs đối với sự phát triển của cây trồng. Cho đến nay, rất ít nghiên cứu đã được nghiên cứu về ảnh hưởng tiềm năng của các NP ZnO đối với sự hình thành năng suất ngũ cốc hoặc hàm lượng Zn trong ngũ cốc. Ở đây, chúng tôi sử dụng một thí nghiệm nồi, được thực hiện với năm liều lượng Zn (0,3, 0,6, 1,2, 2,4 và 4,8 g Zn nồi −1), để đánh giá các tác động mà ZnO NP gây ra đối với năng suất lúa, tích lũy chất khô, chất lượng gạo và hàm lượng Zn trong hạt. Kết quả chứng minh rằng các NP ZnO làm tăng sản xuất hạt, tích lũy chất khô và hàm lượng Zn dạng hạt. So với nghiệm thức đối chứng, bón ZnO NPs cho năng suất lúa cao hơn với số bông nhiều hơn (4,83–13,14%), số bông trên bông (4,81–10,69%), khối lượng 1000 hạt (3,82–6,62%) và tỷ lệ hạt no (0,28– 2,36%).
Ngoài ra, các giai đoạn nối khô, nối đầu và trưởng thành, giá trị LAI, SPAD, và tiềm năng quang hợp của các NPN ZnO đều cao hơn đáng kể so với việc xử lý không có NPN ZnO. Càng nhiều chất quang hợp và chất khô tích lũy trong toàn bộ giai đoạn lúa càng cao thì năng suất hạt lúa càng cao. Hơn nữa, các NP ZnO làm tăng tỷ lệ gạo lứt, tỷ lệ gạo xay xát, tỷ lệ gạo nguyên, kích thước hạt lép, tỷ lệ hạt lép, độ bạc bụng, hàm lượng amyloza và hàm lượng protein, cải thiện chất lượng chế biến và ngoại hình của gạo. Đối với dinh dưỡng Zn trong hạt gạo, việc sử dụng ZnO NPs làm tăng đáng kể hàm lượng Zn của gạo đánh bóng ăn được và thúc đẩy sự di chuyển của Zn khỏi lớp aleurone. Nghiên cứu này đã chứng minh một cách hiệu quả rằng ZnO NPs là một loại phân bón tiềm năng có hiệu suất cao nhằm nâng cao năng suất và chất lượng lúa.
Nội dung bài viết
Tổng quan nano kẽm oxit (ZnO)
Là một trong những khía cạnh quan trọng của sự tăng trưởng hoặc phát triển của thực vật, Kẽm (Zn) là một nguyên tố quan trọng được tìm thấy trong thực vật. Nó thúc đẩy quá trình quang hợp, chuyển hóa carbohydrate và phốt pho của thực vật và thúc đẩy sự phát triển của ngũ cốc [ 1 ]. Zn cũng liên quan mật thiết đến sức khỏe con người. Thiếu Zn sẽ làm chậm quá trình sinh trưởng và phát triển của cơ thể con người và làm suy yếu khả năng miễn dịch [ 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ]. Là một trong những loại ngũ cốc quan trọng nhất đối với người dân toàn cầu, gạo là nguồn cung cấp năng lượng, vitamin, khoáng chất và axit amin thiết yếu cho những người sử dụng gạo làm lương thực chính trong cuộc sống hàng ngày [ 7 , 8]. Tuy nhiên, hàm lượng Zn trong gạo cực kỳ thấp, khoảng 20 mg kg −1 , và không thể cung cấp cho nhu cầu của cơ thể con người vốn cần 40–50 mg kg −1 [ 9 , 10 ]. Trong những thập kỷ gần đây, nhiều nghiên cứu đã tìm hiểu cách khắc phục tình trạng thiếu Zn trên cây lúa. Ví dụ, tạo giống, biến đổi gen và thực hành nông nghiệp trong việc tăng cường sinh học đều được coi là các chiến lược [ 11 , 12 , 13 ].
Bón phân Zn lên lá và đất có thể làm tăng khả năng hấp thụ và chuyển hóa Zn thành các phân đoạn ăn được của cây. Bón phân qua lá là một cách tiếp cận hiệu quả và an toàn để làm giàu hàm lượng Zn trong cây trồng. Các chất bón qua lá có thể xuyên qua lớp biểu bì hoặc theo đường khí khổng để vào lá. Fang và cộng sự. báo cáo rằng bón lá kẽm ở giai đoạn trỗ bông có thể làm tăng hàm lượng Zn trong lúa rất cao [ 14 ]. Tuy nhiên, tính bền vững của các ion Zn bám trên bề mặt lá lúa là quá khó, và dung dịch kẽm đã phun dễ nhỏ giọt từ lá hoặc bị rửa trôi do mưa, ảnh hưởng đến sự hấp thụ Zn của lá. Đáng chú ý, việc bón phân Zn vào đất làm tăng hàm lượng Zn của ngũ cốc đồng thời làm tăng năng suất của ngũ cốc [ 15 ,16 ]. Nhiều báo cáo nghiên cứu về việc bổ sung Zn cho cây lúa cho thấy lượng phân Zn sẽ tạo điều kiện cho cây lúa phát triển, và một lượng Zn thích hợp sẽ làm tăng năng suất lúa [ 17 , 18 ]. Thật không may, các oxit sắt và nhôm, khoáng sét và mùn trong đất có thể hấp thụ và cố định các ion Zn, làm giảm hiệu quả của phân bón Zn trong đất. Hơn nữa, phân bón Zn không được hấp thụ sẽ tích tụ trong đất nông nghiệp và có thể gây tác động xấu đến hệ sinh thái nông nghiệp [ 19 ]. Do đó, cần phải tìm kiếm một loại phân bón mới có chứa Zn, loại phân bón này phải có hiệu suất tích cực cao và ít tác động tiêu cực đến môi trường và có thể thay thế cho các loại phân bón Zn thông thường.
Các nghiên cứu dựa trên tác động của công nghệ nano trong các lĩnh vực nông nghiệp đã phát triển theo cấp số nhân trong những thập kỷ qua [ 20 , 21 ]. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã đánh giá rằng nano kẽm có thể được cây trồng hấp thụ và sử dụng, đồng thời tăng năng suất ngũ cốc và hàm lượng Zn [ 22 , 23 ]. Ví dụ, Dimpkpa et al. báo cáo rằng trong điều kiện bón ít NPK, các hạt nano oxit Zn (ZnO NPs) sẽ làm tăng khả năng tăng trưởng, hấp thụ dinh dưỡng và hàm lượng Zn của cây lúa miến [ 24 ]. Việc bón phân nano kẽm có thể làm tăng hàm lượng Zn của ngũ cốc và thúc đẩy sự phát triển của rễ, cải thiện sự phát triển của cây lúa [ 18 , 25]. Các tác động tích cực của các NP ZnO đối với việc giảm nồng độ Cd ở một số loài thực vật cũng đã được báo cáo [ 11 , 12 , 13 ]. Các NP của ZnO không bị bão hòa và có thể được tích hợp với các nguyên tử khác và ổn định, thể hiện hoạt tính hóa học cao. Khi kích thước hạt giảm, diện tích bề mặt, năng lượng bề mặt và năng lượng liên kết bề mặt của các hạt ZnO NPs tăng lên nhanh chóng [ 26]. Vì vậy, so với các loại phân bón truyền thống, phân bón nano kẽm ít bị ảnh hưởng bởi kết cấu, cấu trúc và hàm lượng chất keo của đất, chẳng hạn, cây trồng dễ hấp thụ và sử dụng. Có nhiều ý nghĩa tích cực của ZnO NP trong việc tăng hàm lượng Zn của các loại ngũ cốc, đặc biệt là các loại hạt ngũ cốc. Ngoài ra, hầu hết các NP ZnO được kết hợp với các loại phân bón truyền thống để phát triển các loại phân bón mới hoặc được sử dụng làm chất bón cho hạt giống [ 27 ]. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu đã xem xét ảnh hưởng của việc sử dụng ZnO NP đối với sự hình thành năng suất lúa hoặc hàm lượng Zn trong ngũ cốc.
Nghiên cứu này sử dụng các thí nghiệm trong chậu để nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón ZnO NPs bón vào đất đối với năng suất hạt, các thành phần, sinh khối, chất lượng gạo và hàm lượng Zn. Mục đích của nghiên cứu này là: (1) điều tra ảnh hưởng của việc bón NPN ZnO đối với năng suất và năng suất sinh trưởng của lúa, và (2) để đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ sử dụng ZnO NP đối với hàm lượng Zn của hạt và chất lượng của cơm. Dự kiến rằng kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp những nguồn lực đáng kể cho việc bón phân ZnO NP một cách an toàn, một loại phân bón mới trong quy trình sản xuất lúa gạo.
Vật liệu và phương pháp sản xuất
1. Nguồn gốc và các tính trạng đặc trưng của Zn
Các nhà nghiên cứu đã mua các NPN ZnO từ Công ty TNHH Công nghệ Nano Chaowei Thượng Hải và ZnSO 4 · 7H 2 O được mua từ Công ty TNHH Hóa chất Aladdin kích thước hạt 20–50 nm và diện tích bề mặt riêng là 133,6 m 2 g −1 .
2. Vị trí thử nghiệm và quy trình thiết kế
Trong nghiên cứu này, một thí nghiệm trong chậu được thực hiện tại Đại học Dương Châu, Dương Châu, tỉnh Giang Tô, Trung Quốc, vào mùa trồng lúa năm 2020. Đất được xác định là đất thịt pha cát được lấy từ một cánh đồng lúa gần đó. Mật độ chất hữu cơ là 12,6 g kg −1 , và tổng hàm lượng nitơ (N) là 9,4 g kg −1 . N có sẵn là 73,3 mg kg −1 . Phốt pho có sẵn (P) là 85,6 mg kg −1 . Kali (K) sẵn có là 103,1 mg kg −1 , trong khi hàm lượng Zn sẵn có của lớp đất mặt 0–20 cm là 0,98 mg kg −1. Trong các thí nghiệm trong chậu, đối chứng được sử dụng là các nghiệm thức (không bón Zn, CK), bón các NP ZnO ở giai đoạn gốc với hàm lượng 0,3 là T1, 0,6 là T2, 1,2 là T3, 2,4 là T4 và 4,8 là T5 Nồi Zn −1 tương ứng. Theo diện tích của nồi, lượng ZnO NPs ứng dụng trong các nghiệm thức T1, T2, T3, T4 và T5 tương ứng với 7,5, 15, 30, 60 và 120 kg hm −2 .
Tổng cộng 60 chậu PVC (mười lần lặp lại cho mỗi phương pháp trong số sáu phương pháp điều trị) đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Cả chiều dài và chiều cao của chậu là 75 cm, trong khi chiều rộng của chậu là 50 cm. Oryza sativa L. cv . Nam Kinh 9108 được sử dụng trong nghiên cứu này làm giống lúa. Vào ngày 19 tháng 6, thí nghiệm sử dụng cây giống lúa với mật độ 25 cm x 12,5 cm, tức là 16 lỗ trên một bầu và bốn cây giống trên một lỗ và được cấy. Lượng phân N (urê, N = 46%) trong thí nghiệm là 270 kg N hm −2 và được bón lót, đẻ nhánh và bón thúc theo tỷ lệ 3: 3: 4 ở các giai đoạn sinh trưởng liên quan. Phân kali (kali clorua, K 2 O = 60%) được bón với lượng 270 kg K 2 O hm −2, trong khi mức bón phân lân (superphotphat, P 2 O 5 = 16%) là P 2 O 5 kg N hm −2 . Hơn nữa, phân kali được bón 50% phân bón lót + 50% phân bón bông. Phân lân được bón hoàn toàn như phân bón lót. Lúa được thu hoạch vào ngày 15 tháng 10 năm 2020. Theo những gì quan sát được trên đồng ruộng, thời kỳ làm đòng của lúa là 46 ngày. Các chậu được sắp xếp theo một thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên trong suốt quá trình thí nghiệm.
3. Đo lường và phân tích
3.1 Tích lũy vật chất khô và chỉ số diện tích lá
Trong các giai đoạn kết (bắt đầu bông), chồi và trưởng thành, nghiên cứu này coi các cây từ năm ngọn đồi nổi bật của mỗi chậu làm mẫu để đánh giá số lượng thân hoặc cành trung bình trên mỗi chậu. Nghiên cứu này cũng sử dụng phương pháp hệ số chiều dài-chiều rộng để đo diện tích lá trong giai đoạn nối hoặc ghép đầu. Mỗi mẫu sau đó được chia thành bốn phần; lá xanh, thân cây cộng với bẹ và bông hoa sẽ được cho vào túi giấy kraft và đặt trong lò nướng. Sau khi sấy ở 105 ° C trong 30 phút, các mẫu được sấy trong tủ sấy ở 72 ° C trong các túi và dừng lại khi đã đạt được trọng lượng không đổi. Bước cuối cùng là đo trọng lượng chất khô của từng phần của mặt đất.
3.2. Giá trị SPAD và Tiềm năng Quang hợp
Giá trị SPAD được xác định bằng máy đo diệp lục (SPAD-502). Giá trị SPAD được trình bày trong bài báo này là giá trị trung bình của 10 phép đo diệp lục lá.
Phương trình sau đây được sử dụng để tính toán tiềm năng quang hợp:
Tiềm năng quang hợp ( m 2 m– 2 d ) = [ ( L1+ L2) × ( t1–t2) ] / 2
trong đó L 1 và L 2 là số đo đầu tiên và thứ hai của chỉ số diện tích lá (m 2 m −2 ).
3.3. Các thành phần năng suất và năng suất ngũ cốc
Số lượng bông được đo riêng biệt từ 20 quả đồi, được chọn ngẫu nhiên từ mỗi nghiệm thức trong giai đoạn chín của hạt. Căn cứ vào số bông trung bình của mỗi cây, các bông lúa chứa trong 3 cây được ghép lại rồi cho vào túi lưới để đo số hạt của mỗi bông, tỷ lệ chắc hạt và khối lượng 1000 hạt. Ở giai đoạn trưởng thành, nghiên cứu thu hoạch liên tục 50 quả đồi trong mỗi nghiệm thức. Đồng thời, nghiên cứu này sử dụng máy đo độ ẩm hạt LDS-1G cho ba chức năng: tính độ ẩm của hạt, loại bỏ tạp chất và chuyển năng suất thực tế sang độ ẩm 14,5%. Khi lúa chín, người ta chọn ngẫu nhiên ba bầu lúa ở mỗi nghiệm thức để phân tích năng suất và các thành phần năng suất.
3.4. Chất lượng gạo
Các cây lúa thu hoạch từ các nghiệm thức được đập, làm khô bằng không khí và bảo quản trong 90 ngày. Đầu tiên, không khí sẽ chọn chúng, cũng bằng máy tời NP-450 [ 28 ]. Sau đó, chúng được trộn với ba mẫu khác, mỗi mẫu nặng 200 g. Dựa trên NY / T83, nghiên cứu đo lường tỷ lệ gạo lứt, tỷ lệ gạo xát, tỷ lệ gạo nguyên, kích thước hạt lép, tỷ lệ hạt lép, mức độ bạc bụng và hàm lượng amyloza. Mức độ protein cũng được đo bằng cách sử dụng máy phân tích nitơ FOSS Kjeldahl.
3.5. Xác định hàm lượng Zn
Một người thợ đóng vỏ lúa chưa xát vỏ. Một máy xay được sử dụng để nghiền gạo lứt và glume. Để đạt được gạo xát, gạo lứt phải được đánh bóng. Đầu tiên, các mẫu này được phân tích kỹ lưỡng với hai nguyên tố là HNO 3 và HClO 4 . Thứ hai, một máy đo phổ phát xạ quang Plasma được ghép nối cảm ứng (ICP-OES) đã được sử dụng để đo hàm lượng Zn trong gạo lứt và glume. Một cách ngắn gọn, các mẫu (0,3 g mỗi lần sao chép) được chuyển vào bể phân hủy chứa 5 mL axit nitric (65%, v / v ) để khoáng hóa bằng cách sử dụng hệ thống phân hủy vi sóng khép kín thông lượng cao MARS6. Sau khi tro được hòa tan và lọc qua đêm, 2 mL hydrogen peroxide (30%, v / v) được thêm vào mỗi bể phân hủy. Sau đó, dung dịch cuối cùng được chuyển vào bình 50 mL và thể tích được tạo thành 50 mL bằng nước khử ion.
4. Phân tích dữ liệu
Phân tích phương sai một chiều (ANOVA) đã được áp dụng bằng cách sử dụng SPSS 20.0 để phân tích dữ liệu. Thử nghiệm LSD được áp dụng ở mức xác suất 0,05 để thiết lập ý nghĩa của sự khác biệt giữa mỗi giá trị trung bình.
Kết quả
1. Năng suất gạo và các thành phần của nó
Dữ liệu trong Bảng 1 mô tả ảnh hưởng của các NP trong ZnO đến năng suất hạt và các bộ phận năng suất của lúa. Việc sử dụng các NP ZnO đã làm tăng đáng kể năng suất hạt gạo, và nó tăng lên lúc đầu nhưng sau đó giảm xuống khi lượng ZnO NPs ngày càng tăng. Sự gia tăng sau các công thức xử lý NPN ZnO có thể tương quan với lượng bông tăng lên (4,83–13,14%) trong năng suất hạt, số bông trên bông (4,81–10,69%), khối lượng 1000 hạt (3,82–6,62%) và tỷ lệ hạt đầy ( 0,28–2,36%). Đáng chú ý, với mức tăng của các NP ZnO được áp dụng, sự thay đổi của số bông đầu tiên tăng lên và sau đó giảm xuống, và số bông cao nhất được quan sát thấy ở nhóm T4. Kết quả ANOVA cho thấy không có sự khác biệt lớn về số bông giữa các lượng ứng dụng ZnO NPs khác nhau. Các hình cầu trên bông,
Bảng 1. Năng suất lúa và các thành phần của nó khi bón các lượng ZnO NPs khác nhau.
2. Tích lũy vật chất khô
Sự tích lũy chất khô trong lúa là chìa khóa để hình thành năng suất hạt. Như trong bảng 2, việc sử dụng các NP ZnO đã làm tăng đáng kể trọng lượng chất khô của lúa ở các giai đoạn nối, làm đòng và chín. So với xử lý CK, khối lượng chất khô của nghiệm thức NPs ZnO cao hơn 12,93–19,53% ở giai đoạn nối, 19,38–22,97% ở giai đoạn xử lý và cao hơn 9,88–16,98% ở giai đoạn chín. Không có tác động đáng kể nào được phát hiện đối với trọng lượng chất khô của lúa ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng giữa các nghiệm thức sử dụng ZnO NPs khác nhau. Tốc độ tăng trọng lượng chất khô cao hơn ở giai đoạn đầu cho thấy rằng các NP ZnO đóng một vai trò không thể thiếu trong việc hình thành năng suất lúa ở giai đoạn này. Đề xuất này đã được xác nhận với sự tích lũy chất khô và tỷ trọng trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây lúa trong bảng 3. Giai đoạn tích lũy chất khô và tỷ trọng đáng kể nhất của gạo được quan sát thấy ở giai đoạn làm đòng. Khối lượng chất khô trong một thời kỳ nhất định phản ánh tình trạng sinh trưởng của các nghiệm thức ZnO NP trong thời kỳ đó. Lượng và tỷ trọng chất khô tích lũy trong kỳ thể hiện tốc độ sinh trưởng và đặc điểm của quá trình sinh trưởng của cây lúa. Do đó, sự tích lũy chất khô cao hơn trong giai đoạn nối đầu sẽ làm tăng năng suất cuối cùng, phù hợp với kết quả năng suất hạt. Hơn nữa, lượng tích lũy chất khô của lúa ở các giai đoạn chín đầu của T2, T3, T4 và T5 cao hơn CK, điều này cho thấy rằng các NP của ZnO cũng cải thiện sự tích lũy các chất khô trong giai đoạn sinh trưởng sau của lúa.
Bảng 2. Khối lượng chất khô của lúa khi bón các lượng ZnO NP khác nhau
Bảng 3. Tỷ lệ và tích lũy chất khô trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây lúa khi bón các lượng ZnO NPs khác nhau.
3. Chỉ số diện tích lá, tỷ lệ giảm diện tích lá ở giai đoạn làm đầy hạt
Chỉ số diện tích lá (LAI) có thể ảnh hưởng trực tiếp đến việc đánh chặn và sử dụng năng lượng ánh sáng qua cây trồng, ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa. Như trong bảng 4, LAI của xử lý CK thấp hơn so với xử lý ZnO NP ở giai đoạn nối và trưởng thành. Ở giai đoạn đầu, LAI của nghiệm thức sử dụng lượng ZnO NPs thấp (T1 và T2) thấp hơn một chút so với xử lý CK mà không có sự khác biệt rõ rệt. LAI của các nghiệm thức sử dụng ZnO NPs tăng lên khi tăng liều lượng ZnO NPs, cho thấy rằng việc sử dụng ZnO NPs ảnh hưởng rất nhiều đến LAI ở giai đoạn phát triển lỗ của cây lúa. Ngoài ra, tỷ lệ suy giảm LAI trong quá trình xử lý CK ở giai đoạn làm đầy hạt dường như cao hơn đáng kể so với các nghiệm thức NPs ZnO. Không có mối quan hệ đáng kể nào giữa tốc độ suy giảm của liều lượng LAI và ZnO NPs.
Bảng 4. Chỉ số diện tích lá và tỷ lệ suy giảm diện tích lá ở giai đoạn làm đòng của lúa khi bón các lượng ZnO NPs khác nhau.
4. Khả năng quang hợp
Số liệu trong Bảng 5 chứng minh rằng khả năng quang hợp của lá ở tất cả các nghiệm thức đều tăng khi cây lúa tiếp tục sinh trưởng và phát triển. Trong các giai đoạn nối chậm, nối đầu và trưởng thành đầu, tiềm năng quang hợp từ hầu hết các nghiệm thức ZnO NPs cao hơn so với xử lý CK. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng ZnO NPs làm tăng tiềm năng quang hợp ở ba giai đoạn sinh trưởng chính. Việc tăng liều lượng ZnO NPs cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về tiềm năng quang hợp trong mỗi lần xử lý ZnO NPs ở ba giai đoạn sinh trưởng chính.
Bảng 5. Khả năng quang hợp của lá lúa khi bón các lượng ZnO NPs khác nhau
5. Giá trị SPAD
Để giải thích thêm về sự gia tăng tích lũy chất khô trong các giai đoạn sinh trưởng sau của lúa sau khi bón ZnO NPs, giá trị SPAD của lá lúa được xác định trong khoảng thời gian từ ngày 1 tháng 8 đến ngày 12 tháng 10, ở giai đoạn chín. Kết quả được trình bày trong Hình 1 . Giá trị SPAD trên lá của các nghiệm thức sử dụng ZnO NPs cho thấy sự giảm dần trong giai đoạn làm đầy hạt. So với các số đọc SPAD trong quá trình xử lý ZnO NP, dữ liệu xử lý CK hiển thị SPAD thấp hơn ở hầu hết các phép đo. Như thể hiện trong Hình 1 , giá trị SPAD của lá T3, T4 và T5 vẫn cao ngay cả vào ngày 12 tháng 10, xác nhận khả năng quang hợp và tổng hợp chất khô cao.
Hình 1. Sự thay đổi của giá trị SPAD trong thời kỳ sinh trưởng của cây lúa khi bón các lượng ZnO NPs khác nhau.
6. Chất lượng hạt của gạo
Như được mô tả trong Bảng 6 , không có sự khác biệt đáng kể về tỷ lệ gạo lứt và gạo xát giữa các nghiệm thức NPs CK và ZnO. Tuy nhiên, các nghiệm thức sử dụng ZnO NP cho kết quả cao hơn về tỷ lệ gạo lứt, với tốc độ tăng trưởng trung bình là 0,88% và 0,75% so với dữ liệu của nghiệm thức CK. Tỷ lệ gạo lứt và gạo xát tăng lên khi lượng ZnO NP được sử dụng ngày càng tăng. Không quan sát thấy ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ gạo nguyên giữa các nghiệm thức NPs CK và ZnO. Tỷ lệ gạo nguyên của T1 cao hơn đáng kể so với T4 và T5, cho thấy tỷ lệ gạo nguyên giảm khi tăng liều lượng ZnO NPs.
Bảng 6. Chất lượng gạo khi sử dụng các lượng ZnO NPs khác nhau.
Phân tích chất lượng ngoại hình, kích thước hạt gạo, tỷ lệ hạt phấn và mức độ bạc bụng cho kết quả tốt hơn đối với CK so với các nghiệm thức sử dụng ZnO NPs. Tuy nhiên, nhìn chung không có sự khác biệt rõ ràng về kích thước phấn. Với việc tăng liều lượng ZnO NPs, kích thước phấn, tỷ lệ hạt phấn và mức độ phấn không có xu hướng đáng chú ý. Kết quả về chất lượng ngoại hình của gạo cho thấy rằng việc sử dụng ZnO NPs sẽ nâng cao một chút chất lượng ngoại hình của gạo.
Chất lượng dinh dưỡng của gạo, hàm lượng amylose và hàm lượng protein của CK thấp hơn so với các nhóm xử lý ZnO NPs, không có sự khác biệt rõ ràng. Khi tăng liều lượng ZnO NPs, hàm lượng amyloza và hàm lượng protein đầu tiên tăng lên và sau đó giảm xuống. Hàm lượng amylose cao nhất là 17,93% và hàm lượng protein của T4 là 7,63%.
7. Hàm lượng Zn của hạt gạo
Như được trình bày trong Bảng 7, các NP ZnO được sử dụng đã làm tăng đáng kể hàm lượng Zn trong hạt gạo. So với CK, các NP ZnO bón ở giai đoạn cơ bản làm tăng hàm lượng Zn trong hạt gạo 20,46–41,09%. Hàm lượng Zn của hạt gạo tăng lên khi liều lượng ZnO NP tăng lên. Tương tự, các NP ZnO được áp dụng đã cải thiện hàm lượng Zn trong gạo lứt và glume. Hàm lượng Zn tăng hơn đáng kể trong glume so với gạo lứt. Giai đoạn cơ bản sử dụng ZnO NP làm tăng hàm lượng Zn lên 25,78–48,29% trong gạo lứt và 36,48–66,50% trong glume. Sự gia tăng hàm lượng Zn của gạo lứt thấp hơn đáng kể so với cơ quan sinh dưỡng, cho thấy rằng nhiều Zn là chất lắng đọng trong cơ quan sinh dưỡng và không được định vị hiệu quả trong hạt gạo. Mô hình đối lập điển hình được quan sát thấy ở lớp gạo đánh bóng và lớp aleurone sau khi chế biến thêm gạo lứt. Các NPN ZnO được áp dụng làm tăng hàm lượng Zn lên 16,67–35,35% và 3,94–26,33% đối với gạo đánh bóng ăn được và lớp aleurone không ăn được. Kết quả như vậy có thể là do các NPN ZnO đã cải thiện sự di dời của Zn từ lớp aleurone sang lớp gạo đánh bóng, ngụ ý rằng các NPN ZnO có thể cung cấp dinh dưỡng tốt hơn cho cơ thể con người.
Bảng 7. Nồng độ kẽm của hạt gạo, gạo lứt và gạo lứt khi bón các lượng ZnO NPs khác nhau
Thảo luận
Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng khi sử dụng loại phân kẽm ZnO NPs mới đã làm tăng năng suất lúa từ 2,5% đến 11,8% so với xử lý CK. Điều đáng chú ý là hàm lượng kẽm có sẵn trong đất thử nghiệm trong nghiên cứu này là 0,98 mg kg -1 . Theo phân loại bón phân kẽm [ 29 ] của Liu cho đất và cây trồng, đất được thử nghiệm thuộc khu vực bón kẽm hiệu quả (0,5–1,0 mg kg −1). Bổ sung phân kẽm trên đất thiếu kẽm có thể tăng năng suất cây trồng. Ứng dụng ZnO NPs đã cải thiện số lượng bông lúa và bông lúa hiệu quả cho mỗi bông lúa. Do đó, số lượng cây lúa tăng lên làm cho tỷ lệ hạt đầy và khối lượng 1000 hạt ổn định. Các kết quả trong nghiên cứu hiện tại chỉ ra rằng có thể thu được nhiều chất khô hơn nếu sử dụng các NPN ZnO ở các giai đoạn nối, đầu và trưởng thành, cho thấy rằng các NPN ZnO sẽ tạo điều kiện tăng năng suất cuối cùng. Đáng chú ý, kẽm là thành phần thiết yếu của hàng trăm loại enzym thực vật tham gia vào quá trình tổng hợp diệp lục và auxin, tổng hợp và chuyển hóa cacbohydrat. Hàm lượng kẽm trong gạo tăng lên sẽ thúc đẩy quá trình quang hợp và hiệu quả quang hợp.30 , 31 ]. Trong nghiên cứu này, việc sử dụng ZnO NPs đã làm tăng đáng kể hàm lượng kẽm trong hạt. Hàm lượng kẽm cao hơn dẫn đến tiềm năng quang hợp cao hơn và nhiều chất quang hợp hơn. Ngoài ra, sử dụng ZnO NPs đã làm tăng đáng kể LAI của cây lúa trong toàn bộ thời kỳ sinh trưởng. Họ làm giảm tỷ lệ suy giảm của LAI ở giai đoạn làm đầy hạt, cho thấy nhiều chất quang hợp được chuyển đến ngũ cốc từ lá. Các cơ chế như vậy góp phần trực tiếp vào kết quả của các NP ZnO để tạo ra năng suất. Năng suất hạt cao nhất đạt được khi mức ứng dụng ZnO NPs là 2,4 g Zn nồi −1 (60 kg hm −2 ). Ở lượng sử dụng ZnO NPs này, sản lượng của T4 cao hơn 7,55% so với xử lý không có ZnO NPs.
Ngoài ra, chất lượng gạo bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng ZnO NPs. Kẽm có thể kích hoạt các enzym tạo vị, phân hủy đường, chất béo và protein trong gạo. Các chất tạo hương vị như axit béo, andehit và xeton được tăng lên, và hương vị tổng thể của gạo được cải thiện [ 32 , 33]. Dữ liệu trong nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng việc bón gốc ZnO với lượng thích hợp đã làm tăng tỷ lệ gạo lứt, gạo xát và gạo nguyên, cải thiện chất lượng chế biến gạo. Ngoài ra, kích thước hạt phấn, tỷ lệ hạt phấn, độ phấn, hàm lượng amyloza và hàm lượng protein cũng được tăng cường nhờ ứng dụng ZnO NPs. Những kết quả như vậy có thể liên quan đến chỉ số diện tích lá cao, khả năng quang hợp, tích lũy chất khô và tỷ lệ diện tích lá giảm thấp ở giai đoạn làm đầy hạt. Các nghiên cứu cũng đã chứng minh rằng phân bón kẽm có thể thúc đẩy việc chuyển các sản phẩm quang hợp đến ngũ cốc và làm tăng hoạt động của tổng hợp protein lúa gạo [ 18 , 22 , 23]. Đối với dinh dưỡng Zn trong hạt gạo, việc sử dụng ZnO NPs chủ yếu làm tăng hàm lượng Zn của gạo đánh bóng ăn được, điều này cũng thúc đẩy sự di dời của Zn khỏi lớp aleurone [ 34 ]. Bổ sung thêm Zn bổ sung dinh dưỡng cho cơ thể con người có ý nghĩa to lớn đồng thời làm tăng thêm giá trị dinh dưỡng của gạo.
Hiệu quả của kẽm trong các NP ZnO đã được đề xuất như một cơ chế chính của vật liệu nano ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật. Vì kích thước của các hạt nano tương đối nhỏ, nên các NPN ZnO không thể bám dính vào hạt đất, dẫn đến mất các thành phần Zn [ 35 , 36 ]. Hơn nữa, các NPN ZnO, có thể giải phóng từ từ và liên tục Zn [ 37 , 38 ], cung cấp hiệu quả nguồn cung cấp Zn liên tục để đáp ứng nhu cầu của cây trồng [ 35 , 39]. Rễ lúa hấp thụ đủ Zn trong suốt thời kỳ sinh trưởng, thúc đẩy quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa, đặc biệt là ở giai đoạn đòng chín. Ngoài ra, các NP ZnO với các gốc tự do mạnh có hoạt tính hóa học tăng cường và phản ứng với các chất hữu cơ trong đất, thúc đẩy sự phân hủy các chất hữu cơ và giải phóng các chất dinh dưỡng trong đất [ 40 ]. Ví dụ, các ion Zn được giải phóng từ các NP ZnO tạo thành các kết tụ photphat Zn và thúc đẩy các nguyên tố dinh dưỡng dễ dàng hấp thụ và sử dụng bởi bộ rễ, đáp ứng nhu cầu sinh trưởng của cây lúa [ 41 ]. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu nano có thể làm tăng đáng kể hàm lượng dinh dưỡng của nitơ, phốt pho và kali có sẵn trong đất bằng cách ảnh hưởng đến hoạt động của các vi sinh vật liên quan [18 , 40 ]. Đáng chú ý, các NP ZnO trong cây lúa có thể trực tiếp làm tăng hoạt tính peroxidase và giúp loại bỏ oxy hoạt tính, cải thiện sức đề kháng của cây lúa một cách hiệu quả [ 42 ]. Hơn nữa, các NP của ZnO tăng cường tổng hợp chất diệp lục trong lá bằng cách ảnh hưởng đến hoạt động của glutamyl-tRNA reductase và protoporphyrinogen oxidase [ 43 ]. Điều này có thể giải thích các giá trị SPAD cao quan sát được, quá trình quang hợp và hiệu suất quang hợp trong giai đoạn làm đầy hạt ở các nghiệm thức sử dụng ZnO NP, dẫn đến năng suất hạt cao hơn và phẩm chất gạo tốt hơn ở các nghiệm thức sử dụng ZnO NPs so với các nghiệm thức không có NPN ZnO.
Kết Luận
Nghiên cứu hiện tại đã chứng minh rõ ràng rằng các NP ZnO cải thiện năng suất lúa, chất lượng gạo và hàm lượng Zn của hạt. Các NPN ZnO được ứng dụng ở giai đoạn cơ bản có thể làm tăng năng suất hạt và các thành phần năng suất. Hơn nữa, năng suất hạt trước tiên tăng lên và sau đó giảm khi lượng sử dụng ZnO NPs ngày càng tăng. Năng suất hạt cao hơn khi xử lý ZnO NPs dẫn đến số bông cao hơn, số bông trên bông, khối lượng 1000 hạt và tỷ lệ hạt no. Ngoài ra, việc sử dụng ZnO NPs đã cải thiện sự tích lũy chất khô, chỉ số diện tích lá, giá trị SPAD và khả năng quang hợp trong cả thời kỳ sinh trưởng của cây lúa. Trong nghiên cứu hiện tại, việc ứng dụng ZnO NPs cho thấy những lợi ích thuận lợi trong chế biến gạo, hình thức và giá trị dinh dưỡng. Việc sử dụng ZnO NPs làm tăng đáng kể hàm lượng Zn của gạo đánh bóng ăn được và thúc đẩy sự di dời của Zn khỏi lớp aleurone, làm tăng thêm giá trị dinh dưỡng của gạo. Do đó, các NPN ZnO đã được chứng minh là vật liệu nano đầy hứa hẹn như một loại phân bón vi lượng, cho phép thúc đẩy sinh trưởng cho cây lúa để có năng suất tốt hơn và chất lượng dinh dưỡng được nâng cao.
NANO NNA VIỆT NAM
Nguồn tham khảo:The Effect of Zinc Oxide Nanoparticles for Enhancing Rice (Oryza sativa L.) Yield and Quality