KHẢO SÁT HIỆU ỨNG OLIGOALGINATE BẰNG KỸ THUẬT BỨC XẠ TRÊN CÂY RAU XÀ LÁCH LÔ LÔ NUÔI TRỒNG THỦY CANH

Tại liều xạ 75 đến 100 kGysinh khối cây xà lach lô lô tăng cao nhất, với sinh khối tươi tăng 40.8%, chiều cao câytăng từ 36,3 đến 24,9%, chiều dài rễ tăng từ 14.5 đến 13,7% so với đối ch

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHẢO SÁT HIỆU ỨNG OLIGOALGINATE

BẰNG KỸ THUẬT BỨC XẠ TRÊN CÂY RAU XÀ LÁCH LÔ LÔ

NUÔI TRỒNG THỦY CANH

Năm 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHẢO SÁT HIỆU ỨNG OLIGOALGINATE

BẰNG KỸ THUẬT BỨC XẠ TRÊN CÂY RAU XÀ LÁCH LÔ LÔ

NUÔI TRỒNG THỦY CANH

Năm 2012

LỜI CẢM ƠN

Đến với trường Đại Học Nguyễn Tất Thành, trong môi trường học tập nghiêmtúc cùng với sư dạy dỗ tận tình của các thầy cô Em đã góp nhặt được rất nhiều kiếnthức quý báo, nó như nguồn sức mạnh giúp em vững bước trên con đường sự nghiệpsau này

Ngôi trường với bao kỉ niệm vui buồn cùng bè bạn, có cả tiếng cô thầy sao mà ấp

áp quá… làm sao em quên Thời gian 3 năm sao mà ngắn ngủi quá, thoáng cái đã trôiqua mất rồi không thể quay lại nữa Xin nhận ở em lời cảm ơn chân thành

Cảm ơn các thầy cô, anh chị khoa Khoa Học Nông Nhiệp – Công Nghệ Sinh HọcTrường Đại Học Nguyễn Tất Thành Khoảng thời gian thực tập giúp em học hỏi đượcrất nhiều kinh nghiệm làm việc thực tế

Để hoàn thành luận văn này, dựa trên sự cố gắng rất nhiều của bản thân em, nhưng không thể thiếu sự hổ trợ của các thầy cô, các anh chị tại đơn vị thực tập

Em xin bày tỏ lòng biết ơn:

Cô Trần Lệ Trúc Hà và thầy Lê Quan Luân đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em thực hiện và hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp

Các cô chú anh chị tại công ty Sài Gòn Thủy Canh đã tận tình chỉ bảo em trong thời gian em thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn và gửi đến thầy cô và cô chú, anh chị ở công ty lời chúc tốt đẹp cả trong cuộc sống và trong công tác!

TÓM LƯỢC

Đề tài “ Khảo sát hiệu ứng Oligoalginate bằng kĩ thuật bức xạ trên cây rau xà

lách lô lô nuôi trồng thủy canh”, được thực hiện từ 15/2 đến tháng 15/3 năm 2012, tạiCông ty Cổ phần Sài Gòn Thủy canh 290/198 Nơ Trang Long, Q Bình Thạnh, Tp.HCM, thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên có 7 nghiệm thức và được lặp lại 3lần, nhằm tìm ra chế phẩm Oligoalginate có khối lượng phân tử tối ưu cho sự tăngtrưởng của rau trồng bằng phương pháp thủy canh

Kết quả về sự tăng trưởng và phát triển của cây Cải bẹ xanh nhận được từ Bảng4.4, Biểu đồ 4.1 và hình 4.1 cho thấy hiệu ứng của Aginate chiếu xạ lên sinh khối cây

xà lách lô lô đều tăng trong khoảng liều 25 đến 150 kGy Tại liều xạ 75 đến 100 kGysinh khối cây xà lach lô lô tăng cao nhất, với sinh khối tươi tăng 40.8%, chiều cao câytăng từ 36,3 đến 24,9%, chiều dài rễ tăng từ 14.5 đến 13,7% so với đối chứng (SVĐC).Nhiều nghiên cứu trước đây đã cho thấy khi xử lý Oligoalginate lên thực vật đã làmtăng cường hàm lượng cũng như hoạt tính của nhiều enzyme trong cây và từ đó đã làmtăng khả năng quang tổng hợp, khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng từ môi trườngdẫn đến làm gia tăng tốc độ sinh trưởng và phát triển của thực vật (Lê Quang Luân vàctv, 1999)

Vậy Alginate chiếu xạ tại khoảng liều 75-100 kGy cho hiệu ứng tốt nhất đối với sựtăng trưởng của cây Cải bẹ xanh

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN

TÓM LƯỢC

MỤC LỤC

DANH SÁCH BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ

DANH SÁCH HÌNH

Chương 1: MỞ ĐẦU

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 SƠ LƯỢC VỀ XÀ LÁCH

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại xà lách

2.1.2 Giá trị dinh dưỡng của xà lách

2.1.3 Đặc tính sinh học

2.2 ALGINATE

2.2.1 Lịch sử phát triển

2.2.2 Khái niệm về Alginate

2.2.3 Công thức cấu tạo và tính chất của Alginate

2.2.4 Phương pháp tách chiết Alginate

2.2.5 Ứng dụng của Alginate

2.3 OLIGOALGINATE

2.3.1 Giới thiệu về Oligoalginate

2.3.2 Các phương pháp chế tạo Oligoalginate

2.3.3 Ứng dụng của Oligoalginate

2.4 CÔNG NGHỆ NUÔI TRỒNG THỦY CANH

2.4.1 Khái niệm thủy canh

2.4.2 Lịch sử phát triển

2.4.3 Những yêu cầu cơ bản của kỹ thuật thủy canh

2.4.4 Phân loại thủy canh

2.4.5 Ưu và nhược điểm trong sản xuất bằng phương pháp thủy canh

1.4.6 Dung dịch dinh dưỡng thủy canh

Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM

3.2 VẬT LIỆU

3.2.1 Giống

3.2.2 Giá thể

3.2.3 Oligolginate

3.2.4 Dụng cụ thí nghiệm

3.3 KHẢO SÁT HIỆU ỨNG TĂNG TRƯỞNG CỦA RAU XÀ LÁCH LÔ LÔ TRÊN OLIGOALGINATE BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH

3.3.1 Mục đích

3.3.2 Bố trí thí nghiệm

3.3.3 Cách tiến hành

Chương 4: KẾT QUẢ - BIỆN LUẬN

HIỆU ỨNG TĂNG TRƯỞNG CỦA ALGINATE CHIẾU XẠ TRÊN CÂY RAU XÀ LÁCH LÔ LÔTHEO LIỀU CHIẾU XẠ KHÁC NHAU

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

5.1 KẾT LUẬN

5.2 ĐỀ NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH SÁCH BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ

Bảng:

TrangBảng 4.1: Ảnh hưởng của Alginate chiếu xạ ở các liều xạ khác nhau

lên chiều cao cây 31Bảng 4.2: Ảnh hưởng của Alginate chiếu xạ ở các liều xạ khác nhau

lên sinh khối tươi 32Bảng 4.3: Ảnh hưởng của Alginate chiếu xạ ở các liều xạ khác nhau

lên chiều dài rễ 33Bảng 4.4: Ảnh hưởng của Alginate chiếu xạ ở các liều xạ khác nhau

lên sự sinh trưởngvà phát triển cây rau Xà lách lô lô 34

Biểu đồ:

Biểu đồ 4.1: Ảnh hưởng của Alginate chiếu xạ ở các liều xạ khác nhau

lên sự sinh trưởng và phát triển cây rau Xà lách lô lô 35

DANH SÁCH HÌNH

Trang

Hình 2.1: Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng (NFT) 13

Hình 2.2: Mô hình kỹ thuật dòng sâu 14

Hình 2.3: Kỹ thuật dòng sâu (DFT) theo kiểu zigzag 15

Hình 2.4: Mô hình kỹ thuật ngâm rễ 16

Hình 2.5: Mô hình kỹ thuật nổi 16

Hình 2.6: Mô hình kỹ thuật mao dẫn 17

Hình 2.7: Mô hình kỹ thuật khí canh 18

Hình 2.8: Mô hình kỹ thuật túi treo 19

Hình 2.9: Mô hình kỹ thuật túi tăng trưởng 20

Hình 2.10: Mô hình kỹ thuật rãnh 20

Hình 2.11: Mô hình kỹ thuật chậu 21

Hình 3.1: Mô hình nuôi trồng thuỷ canh tĩnh sử dụng trong nghiên cứu 30

Hình 4.1: Sự sinh trưởng và phát triển của cây rau Xà lách lô lô sau 15 ngày (a) và sau 28 ngày (b) 36

Chương 1: MỞ ĐẦU

Rau là nguồn thực phẩm quen thuộc và không thể thiếu trong các bữa ăn củangười Việt Nam Rau cung cấp các vitamin, chất khoáng và chất xơ vốn rất có lợi chosức khỏe của con người

Hiện nay hầu hết người sản xuất mới chỉ quan tâm đến năng suất và sản lượngrau mà chưa quan tâm đúng mức đến chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm nên tìnhtrạng sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật không đúng lúc, đúng cách vẫn thườngxuyên xảy ra như: bón quá nhiều phân đạm vô cơ, bón phân muộn, sử dụng thuốc bảo

vệ thực vật ngoài danh mục trên các loại rau ăn lá và không bảo đảm thời gian cách lygây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người tiêu dùng Biểu hiện trước mắt khi sửdụng rau kém chất lượng có thể là ngộ độc, rối loạn tiêu hóa, suy tim mạch có thể gây

tử vong, còn về lâu dài các chất độc hại tích luỹ trong cơ thể là nguy cơ phát sinhnhiều bệnh hiểm nghèo như bệnh ung thư,

Vì thế việc áp dụng mô hình thủy canh sản xuất rau an toàn là xu thế hiện naybởi vì phương pháp này có nhiều ưu điểm:

1 Không phụ thuộc vào đất

2 Trồng được nhiều vụ, có thể trái vụ, không cần tưới

3 Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh, trừ cỏ dại

4 Năng suất cao hơn từ 25% đến 50%

5 Sản phẩm hoàn toàn sạch đồng nhất

6 Người gìa yếu, trẻ em có thể tham gia sản xuất có hiệu quả

7 Không tích lũy chất độc, không gây ô nhiễm môi trường

Mặt khác Oligoalginate đã được chứng minh như là một loại hoocmone mới đốivới cây trồng, chúng không chỉ có tác dụng tăng trưởng đối với thực vật mà còn cókhả năng kích thích gây tạo các kháng sinh thực vật hay còn gọi là phytoalexin giúpcho cây trồng có khả năng kháng được sự xâm nhiễm đối với các vi sinh vật gây bệnh(Nguyễn Quốc Hiến và ctv, 1997) Do đó loại Oligosacharide này được xem là chấttăng trưởng thực vật có nguồn gốc tự nhiên, an toàn và hiệu quả, rất thích hợp chomục đích sản xuất rau sạch bằng phương pháp thủy canh

Từ những thông tin nêu trên, chúng tôi mạnh dạng thực hiện đề tài “Khảo sáthiệu ứng Oligoalginate bằng kỹ thuật bức xạ trên cây rau xà lách lô lô nuôi trồng thủycanh” Nhằm góp phần gia tăng hiệu quả trồng rau an toàn bằng phương pháp thủycanh.

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 SƠ LƯỢC VỀ XÀ LÁCH

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại xà lách

Xà lách vốn rất quen mắt với chúng ta ngày nay đã khởi đầu bằng một “thân phậnbuồn” vì bị người đời xem như những đám cỏ dại ở khu vực Địa Trung Hải Thế rồi xàlách có được vị trí đường hoàng ở trong đĩa thức ăn của con người cách nay khoảng4.500 năm

Xà lách cũng đã hiện diện tự hào trong những bức họa ở những lăng mộ cổ Ai Cập

Xà lách đã được các học giả Hi Lạp phân thành nhiều loại khác nhau Nhà thám hiểmChristopher Columbus đã giới thiệu xà lách đến “thế giới mới” (châu Mỹ) Từ đó xàlách được trồng ở châu lục này Đến hôm nay xà lách được xem là “đại sứ” của… raucải, hiện diện khắp nơi trên thế giới Hiện tại có khoảng sáu loại xà lách khác nhau

Xà lách là thực vật bậc cao có đơn vị phân loại như sau:

- Tên tiếng anh: Salad

- Tên khoa học của xà lách: Lactura sativa car capital L

2.1.2 Giá trị dinh dưỡng của xà lách

Xà lách được sử dụng làm rau sống quan trọng, sử dụng phổ biến ở vùng ôn đớitrước đây Tuy nhiên ngày nay nó cũng có vai trò lớn trong hỗn hợp rau ở vùng nhiệtđới Rau xà lách có giá trị dinh dưỡng cao Trước hết nó cung cấp chất tươi, chất xơ

các loại thực phẩm được nấu chín vì vậy enzim, vitamin không còn nhiều, chỉ duy nhấtrau xà lách luôn luôn được dung tươi sống với số lượng lớn trong mỗi bữa ăn Vì vậy

xà lách là nguồn vitamin chủ yếu trong mỗi bữa ăn

Xà lách chứa nhiều vitamin A, C , chất khoáng: kali, canxi, sắt có vai trò chữa một

số bệnh Theo viện nghiên cưu ung thư ở Mỹ thực phẩm chứa nhiều vitamin A, C như

xà lách có khả năng ngăn chặn một số dạng ung thư

2.1.3 Đặc tính sinh học

Cây xà lách là cây ưa nhiệt độ thấp, sinh trưởng thích hợp nhất ở nhiệt độ 15-200Cvới xà lách cuộn, xà lách không cuộn có thể chịu nhiệt độ cao tới 250C, không kén đất,chỉ cần thoát nước Bộ rễ tương đối phát triển Thời gian sinh trưởng khoảng 45-55ngày

2.2 ALGINATE

2.2.1 Lịch sử phát triển

Alginic axit được phát hiện đầu tiên bởi Stanford (1881) Năm 1975, Booth đãviết về lịch sử công nghiệp Alginate dựa theo các kết quả nghiên cứu của Stanford.Thernley đã tiến hành tách chiết Alginate thô ở Orkey vào năm 1923 và bắt đầu hìnhthành công nghệ sản xuất Alginate dùng cho đồ hộp rau quả Sau đó công ty đã đặt tên

là Kelp Products Corp và đến năm 1929 được tái thành lập có tên là công ty Kelco(Kelco Company) Tại Anh, Alginate được sản xuất mạnh mẽ và sớm nhất vào nhữngnăm 1934 – 1939 Còn ở Na Uy, Alginate được sản xuất sau chiến tranh thế giới thứ

II Đến năm 1981 sản xuất Alginate lan sang nhiều nước trên thế giới, đã có 17 nhàmáy ở 9 nước khác nhau sản xuất Alginate (Na Uy, Pháp, Nhật, Mỹ, Canada, Tây BanNha, Chilê, Liên Xô cũ, Ấn Độ) Hai công ty sản xuất Alginate lớn nhất thế giới làKelco Company ở Mỹ và Công ty công nghiệp sản xuất Alginate ở UK, với sản lượng70% mức sản lượng của thế giới Tiếp theo là đến công ty ProTan A/S của Na Uy, vàcác công ty của Nhật, Pháp Sản xuất Alginate ở Trung Quốc tăng trong những nămgần đây, sản lượng trung bình khoảng 7.000 – 8.000 tấn/năm

2.2.2 Khái niệm về Alginate

Trong rong Nâu (Sagassum) có chứa một hợp chất quan trọng là Alginic.

Alginic là polysaccharide có tính axit, loại axit này rất khó hòa tan Từ Alginic sẽthông qua các phản ứng với kiềm tạo nên một số hợp chất từ Alginic Sau khi tạo muối

sẽ làm thay đổi tính hòa tan của hợp chất tự nhiên này và do đó nó có nhiều công dụnghơn.

Alginate Natri là muối của Alginic với Natri, khi cho Alginic tương tác vớikiềm hóa trị I như NaOH, Na2CO3 hoặc Na2HPO4, Na2SO3, v.v

Alginate Canxi là muối của Alginic với Ca++ khi cho Alginic tương tác vớiCaCl2, CaCO3, Ca(OH)2, v.v

Alginate amonium là muối của Alginic với NH4 khi cho Alginic tương tác với

NH4OH hoặc kiềm amonium khác

2.2.3 Công thức cấu tạo và tính chất của Alginate

 Công thức cấu tạo

Alginic thuộc polysaccharide nhưng chứa nhóm cacboxyl (–COOH) trong phân

tử cho nên thường gọi là axit Alginic hay polysaccharide có tính axit

Theo Niwa (1940) cho rằng đơn vị cấu trúc của Alginic là Uronic có công thứcphân tử là (C24H30O23)n Chapman thì cho rằng Alginic là dạng trùng hợp mất nước của

D – Manuronic có công thức (C5H9O5COOH)n và công thức hóa học tương đương củaAlginic là (C6H8O6)n Hai thuyết tương tự nhau, n = 80/83 do vậy có sự trùng hợp rấtlớn

Theo các tài liệu sinh hóa học gần đây mô tả cấu tạo của Alginic gồm các axit

D – Manuronic liên kết với L – Guluronic bằng liên kết 1–4 mạch thẳng không phânnhánh:

Alginic là polymer gồm nhiều axit Manuronic và Guluronic tạo mạch thẳngkhông phân nhánh có thể liên kết theo hình phẳng như sau:

Trong phân tử Alginic, số lượng M và G không theo tỷ lệ 1/1 Đồng thời tỷ lệnày sẽ khác nhau ở các loại rong và vùng địa lý khác nhau Người ta rất quan tâm đến

tỷ lệ M/G, bởi lẽ nó là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo gel của Alginic

Các phân tử M, G có thể hình thành block M, block G hoặc block MG Chiềudài của các block đã được các nhà nghiên cứu Alginic trên thế giới xác định, trong đó:

- G block có chiều dài là: 8,7 A0

- M block có chiều dài là: 10,3 A0, MG block có chiều dài là: 9,5A0

Manuronic và Guluronic là hai đồng phân của nhau Hiện nay nhiều quan điểmcho rằng tỷ lệ giữa hai loại axit Manuronic và Guluronic không tuân theo 1/1 mà tùytheo loại rong, vị trí địa lý và môi trường rong sinh sống

Trong cây rong Alginic luôn tồn tại dưới dạng muối với Ca, hoặc Mg bền vững,trong đó dạng muối chủ yếu được tìm thấy chủ yếu là với Ca

Từ đó người ta có thể khai thác công thức phân tử polymer là:

((C5H7O4COOH)2Ca)n

 Tính chất

Alginic là axit hữu cơ yếu, không màu, không mùi, không tan trong các dungmôi hữu cơ và nước, nhưng Alginic hút nước trương nở, nó có thể hút được lượngnước từ 10 đến 20 lần khối lượng khô của nó

Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm có

độ nhớt cao Chẳng hạn Alginic hòa tan trong dung dịch hydroxit Natri và tạo thànhdung dịch Alginate Natri có độ nhớt cao

Khi cho axit mạnh tác dụng với muối kiềm thì Alginic được tách ra kết tủa nổilên bề mặt dung dịch

Tính chất này rất quan trọng được ứng dụng vào qui trình chiết xuất Alginic.Muối Alginate kim loại hóa trị II (Alginate Canxi, Alginate Magiê, v.v.): khônghòa tan trong nước, tùy theo kim loại mà có màu sắc khác nhau Khi muối ẩm thì dẻo

dễ uốn hình, khi khô rất cứng, rất khó thấm nước, nhờ có tính chất này mà Alginate córất nhiều công dụng trong các lĩnh vực khác nhau

Bột Alginate rất dễ bị giảm độ nhớt nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp

Độ nhớt của dung dịch Alginate 5% sẽ bị giảm đi một nửa ngay cả khi bảo quản ởnhiệt độ 30oC ± 2oC trong thời gian từ 5 đến 10 ngày Có thể dùng các chất bảo quảnnhư:

Axit Benzoic, axit Socbit, axit Dehydro Acetic cho các Alginate dùng cho thựcphẩm Còn nếu Alginate dùng cho kỹ thuật thì có thể dùng Formaldehyt hoặcPentaclorophenol để bảo quản.

Khác với agar khi giảm nhiệt độ thì dung dịch Alginate cũng không đông lại,ngay cả khi làm lạnh và tan giá thì độ nhớt và bề ngoài cũng không thay đổi

Khả năng gắn với các kim loại bằng liên kết tĩnh điện: Alginic có khả năng gắnvới các ion kim loại tạo ra các loại muối khác nhau Khả năng này tùy thuộc vào sốlượng D – Manuronic và L – Guluronic trên phân tử Alginate Theo kết quả nghiêncứu của các chuyên gia Trung Quốc, khả năng tạo liên kết với các ion kim loại của

Alginic giàu M từ rong Laminaria digitata theo chiêu giảm dần theo sơ đồ sau:

Pb > Cu > Ba > Sr >Ca > Co > Ni > Zn > Mn > Mg

Còn đối với Alginic giàu G từ rong Laminaria hyperbora giảm dân theo thứ tự

các kim loại sau:

Pb > Cu > Ba > Sr >Cd > Ca > Co, Ni, Zn, Mn > Mg

Cơ chế của phản ứng gắn kim loại trên phân tử Alginate chủ yếu ở nhómCacboxyl ngoài ra một số nhóm –OH (Hydroxyl) trên polymer cũng có vai trò trongliên kết với ion kim loại

Propyleneglycol Alginate (PGA) với 80 đến 85% nhóm COOH được ester hóa

có tác dụng nhỏ nhất đối với ion Canxi, do đó hợp chất này được dùng trong côngnghiệp sữa PGA giảm tính hòa tan khi pH môi trường < 4, pH = 2 thì PGA kết tủa

2.2.4 Phương pháp tách chiết Alginate

Alginate được tách chiết từ rong Nâu bằng dung dịch kiềm NaOH Alginateđược chiết xuất bằng phương pháp này thường bị cắt mạch trong quá trình chiết

2.2.5 Ứng dụng của Alginate

Các sản phẩm của Alginate được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghành côngnghiệp như: ngành dệt 50%, thực phẩm 30%, giấy 6%, que hàn 5%, y dược phẩm 5%,công nghệ sinh học và các lĩnh vực khác 4% Alginate là một phụ gia không thể thiếuđược trong kỹ thuật in màu trên vải Trong công nghiệp thực phẩm thường đòi hỏi loạiAlginate phải có khả năng tạo gel và tạo nhũ cao, ví dụ để chế biến Surimi giả trứng cáCaviar người ta thường phải sử dụng loại Alginate có tỷ lệ M/G ≤ 1,0

2.3 OLIGOALGINATE

2.3.1 Giới thiệu về Oligoalginate

Nếu như Alginate được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ thựcphẩm, công nghệ dược phẩm và mĩ phẩm thì Oligoalginate lại được ứng dụng rộng rãihơn nhiều, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp, y học và công nghệ sinh học

Năm 1992, Akiyamo và ctv đã thông báo rằng Oligoalginate có tính chất rất quí

là thúc đẩy tăng trưởng vi khuẩn Bifidobactiria loại vi khuẩn hiện diện trong đường

ruột cần cho quá trình tiêu hóa ở người và động vật Oligo của quá trình này tác giảcũng cho thấy rằng Alginate có khối lượng phân tử khoảng 49 đến 400 Da khi bổ sung

vào môi trường nuôi cấy hàng loạt các vi khuẩn Bifidobacteria (B aldolescentis, B.

bifidum, B beeve và B longcion) thì hiệu ứng thúc đẩy tăng trưởng của chúng so với

trước là không đáng kể, trong khi đó các Oligoalginate có khối lượng phân tử trungbình khoảng 2000 Da chế tạo từ Alginate nói trên bằng phương pháp thủy phân bởienzyme Alginatelyase với nồng độ từ 0,04 đến 0,4 % lại có hiệu ứng cao hơn nhiều.Mặt khác nhiều công trình nghiên cứu tác dụng của Oligoalginate cũng đã cho thấyOligoalginate còn có tác dụng như là một tín hiệu hóa học để kích thích các quá trìnhsinh tổng hợp phytoalexin Ngoài ra trong nuôi cấy mô Oligoalginate có hiệu ứng thúcđẩy sinh trưởng và làm tăng sinh khối, gia tăng tốc độ phân bào ở một số loại tảo, thúcđẩy quá trình nảy mầm hạt giống và phát triển rễ, thân, lá của một số loài cây

Như vậy Oligoalginate là một loại Oligosaccaride không chỉ thể hiện hiệu ứngtăng trưởng rất tốt đối với nhiều loại thực vật mà còn có tác dụng tạo cho cây có khảnăng kháng lại sự xâm nhiễm của một số vi sinh vật gây bệnh Điều đáng chú ý làOligoalginate có tính an toàn cao đối với người, gia súc, gia cầm và môi trường Do

đó, việc chế tạo ra chế phẩm nông dược có nguồn gốc từ Oligosaccaride nói chung vàOligoalginate nói riêng là rất thiết thực cho nhu cầu sản xuất rau quả và nông phẩmsạch và phát triển môi trường bền vững ở nước ta và trên thế giới

2.3.2 Các phương pháp chế tạo Oligoalginate

a) Phương pháp hoá học

Trong phương pháp này Oligoalginate được chế tạo thông qua các tác nhân hoáhọc oxi hóa mạnh như H2O2, HCl, v.v Hiệu suất cắt mạch của Alginate trong hệ phảnứng chủ yếu phụ thuộc nồng độ của các chất phản ứng, thời gian phản ứng và nhiệt độ

Mặc dù phương pháp này có những thuận lợi nhất định nhưng lại gặp phải một

số hạn chế như sau:

• Phải sử dụng các chất oxi hóa mạnh

• Khó kiểm soát được quy trình cắt mạch

• Phải tách chiết và tinh chế

• Chi phí cao do các quá trình tách chiết

• Gây ô nhiễm môi trường

• Cần phải có 1 hệ đệm, xúc tác thích hợp cho việc cắt mạch

• Khó kiểm soát quá trình cắt

• Phải tinh chế được sản phẩm sau khi cắt mạch

• Phải sử dụng enzyme đặc hiệu

• Sử dụng năng lượng nhiều

• Chi phí cao

c) Phương pháp bức xạ

Đây là phương pháp hữu hiệu và có nhiều ưu điểm Bằng cách sử dụng bức xạion hóa là tia gamma, tia siêu âm hay chùm điện tử gia tốc, v.v ,Alginate sẽ bị cắtmạch dưới tác dụng của bức xạ

Kỹ thuật bức xạ là sử dụng bức xạ làm nguồn năng lượng trong các quá trìnhcông nghiệp

Kỹ thuật bức xạ hiện tại chủ yếu sử dụng nguồn bức xạ gamma (γ) phát ra từđồng vị Co – 60 và bức xạ điện tử phát ra các máy gia tốc điện tử (electron beam –EB) Theo số liệu năm 1996, toàn thế giới có hơn 180 nguồn chiếu xạ gamma Co – 60

và khoảng 700-800 máy gia tốc điện từ hoạt động phục vụ cho mục đích ứng dụngcông nghiệp, trong đó bao gồm các ứng dụng trong lĩnh vực sinh học

Ưu điểm:

• Tiết kiệm năng lượng, không gian và nguyên liệu.

• Độ tin cậy cao (quá trình được kiểm tra một cách hữu hiệu)

• Sản phẩm có chất lượng cao, dễ dàng tạo ra sản phẩm mới

• Đáp ứng nhu cầu bảo vệ môi trường

• Hiệu quả kinh tế cao

Các nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả của công nghệ bức xạ trong nông nghiệp:

• Chiếu xạ thực phẩm, khử trùng mĩ phẩm và bào bì cho thực phẩm

• Chiếu xạ nước thải

• Biến tính ghép, khâu mạch chế tạo vật liệu tổng hợp sinh học và vật liệu

có hoạt tính sinh học, chế phẩm dược phẩm, hormon thải chậm

• Lưu hóa bức xạ lastic cao su thiên nhiên

• Chiếu xạ gây bất dục côn trùng, kích thích đột biến

• Biến tính gia tăng chất lượng vải, da thuộc

• Xử lý polymer tự nhiên làm chất tăng trưởng và bảo vệ thực vật

2.3.3 Ứng dụng của Oligoalginate

Nhiều công trình nghiên cứu tác dụng của Oligoalginate đối với cây trồng đãcho thấy Oligoalginate còn có tác dụng như là một tín hiệu hóa học để kích thích cácquá trình sinh tổng hợp phytoalexin Ngoài ra trong nuôi cấy mô, Oligoalginate cóhiệu ứng thúc đẩy tăng trưởng và làm tăng sinh khối, gia tăng tốc độ phân bào ở một

số loại vi tảo, thúc đẩy quá trình nảy mầm hạt giống, phát triển rễ, thân và lá của một

số loài cây

Như vậy Oligialginate là loại Oligosacaride không chỉ thể hiện hiệu ứng tăngtrưởng rất tốt đối với nhiều loại thực vật mà còn có khả năng tạo cho cây khả năngkháng bệnh Oligoalginate được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực nông nghiệp, y học

và công nghệ sinh học

2.4 CÔNG NGHỆ NUÔI TRỒNG THỦY CANH

2.4.1 Khái niệm thủy canh

Theo tiếng Hy Lạp thì hydroponics (thủy canh), được ghép từ hai chữ hydro (nước) và ponos (lao động), là hình thức canh tác trên các giá thể không phải là đất

(Sri Lanka Department of Agriculture, 2000) Thủy canh có thể sử dụng hoặc không

sử dụng giá thể, cây trồng được cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và nước cho cây sinhtrưởng và phát triển (Jensen, 1999; Hanger, 1993).

2.4.2 Lịch sử phát triển

Thủy canh đã được thực hiện từ nhiều thế kỉ trước ở vùng Amazon, Babylon,

Ai Cập, Trung Quốc và Ấn Độ Người xưa đã sử dụng phân bón hòa tan để trồng dưachuột, dưa hấu và nhiều loại rau củ khác ở các lòng sông đầy cát Sau đó, các nhà sinh

lý thực vật bắt đầu trồng các loại cây trên những môi trường dinh dưỡng đặc biệt vìmục đích thí nghiệm, họ gọi đó là nuôi cấy dinh dưỡng (nutriculture)

Những ứng dụng thực nghiệm của “nuôi cấy dinh dưỡng” bắt đầu được chú ývào năm 1925, khi kỹ thuật nhà kính đặt ra nhiều vấn đề cần được quan tâm đặc biệt.Đất trong nhà kính phải được thay thế thường xuyên để khắc phục các vấn đề về cấutrúc đất, phân bón và sâu bọ Kết quả là các nhà nghiên cứu bắt đầu quan tâm đến ưuthế của nuôi cấy dinh dưỡng so với nuôi cấy trong đất theo kiểu truyền thống

Thuật ngữ thủy canh (hydroponics) lần đầu tiên được Gericke (1937) giới thiệu

để mô tả tất cả các phương pháp nuôi trồng thực vật trong môi trường lỏng cho mụcđích thương mại Gericke (1929) cũng là người đầu tiên khảo sát, phát triển mộtphương pháp nuôi trồng thực vật trong nước (dịch dinh dưỡng) khả thi về mặt kinh tếcho mục đích thương mại

Ngoài Gericke, nhiều nhà khoa học khác cũng đã đưa ra nhiều kỹ thuật vàphương pháp nuôi trồng thực vật không cần đất (Soiless culture) trên qui mô thươngmại trong thập niên 1930 (Lauria, 1931; Eaton, 1936; Withorow và Biebel, 1936;Mllard và Stoughton, 1939; Amon và Hoagland, 1940) Mặc dù các tiêu chuẩn khoahọc công nghệ thời kỳ đó đã có thể đáp ứng với việc trồng trọt không cần đất, song họvẫn không thể thành công khi tính về hiệu quả kinh tế Tuy kết quả khảo sát trên qui

mô thương mại chưa khả quan, nhưng thủy canh vẫn thu hút được rất nhiều sự quantâm Ý tưởng trồng các loại cây có sức sống tốt, sản xuất rau quả, trái cây và hoakhông cần đất hấp dẫn với nhiều người Do đó, bên cạnh những người canh tác chuyênnghiệp, nhiều nhà vườn nghiệp dư cũng cố gắng trồng nhiều loại cây khác nhau trong

hệ thống thủy canh

Trong và ngay sau thế chiến thứ II, thủy canh được quân đội Hoa kỳ sử dụngkhá rộng rãi để trồng rau quả ở một số nơi mà đất bị nhiễm độc do chiến tranh Trong

suốt hai thập niên 1950 và 1960, diện tích canh tác thủy canh trên toàn thế giới vẫnchưa có ý nghĩa quan trọng và những nghiên cứu về chúng còn rất ít Tuy nhiên, một

số tài liệu có liên quan đến thành phần dịch dinh dưỡng cho hệ thống thủy canh đãđược xuất bản từ giai đoạn này (Jacobson, 1951; Steiner, 1961; 1966 và Hewitt, 1966).Đến cuối thập niên 1960, mối quan tâm về áp dụng thủy canh trong qui mô thươngmại tăng lên, thể hiện rõ ở khối liên hiệp Anh, Hà Lan và các quốc gia Scandinavie

Đến năm 1975, Cooper đưa ra kỹ thuật màng dinh dưỡng (NFT – nutrient filmtechnique), là kỹ thuật thủy canh đầu tiên được sử dụng trên qui mô lớn

Trong tương lai, kỹ thuật thủy canh sẽ được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnhvực sản xuất thương mại Mặc dù là một phương pháp còn rất mới mẻ, mới chỉ cơ bảnđược áp dụng cho sản xuất thương mại khoảng 40 năm, song thủy canh đã cho thấytiềm năng phát triển cực kỳ to lớn của nó Do không sử dụng đất khi trồng nên kỹthuật thủy canh có thể thích hợp với nhiều điều kiện khác nhau, từ vùng hải đảo đếncao nguyên, từ vùng khô hạn đến vùng ẩm ướt Điều này cho thấy tính hiệu quả và khảnăng phổ biến của kỹ thuật thủy canh là rất cao

2.4.3 Những yêu cầu cơ bản của kỹ thuật thủy canh

• Giá thể trơ được sử dụng

• Dịch dinh dưỡng hoặc hỗn hợp phân bón phải chứa tất cả các thành phần vi lượng và đa lượng cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây

• pH của dịch dinh dưỡng phải trong khoảng phù hợp để hệ thống rễ hoặc giáthể trơ không bị ảnh hưởng

• Nhiệt độ và độ thoáng khí của giá thể trơ hoặc dịch dinh dưỡng phải phùhợp với hệ thống

2.4.4 Phân loại thủy canh

 Kỹ thuật thủy canh dịch lỏng

a) Phương pháp hồi lưu (hệ thống đóng)

• Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng:

Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng là một hệ thống thủy canh mà rễ cây đượctiếp xúc trực tiếp với chất dinh dưỡng Màng mỏng (0,5 mm) cho dinh dưỡng chảyxuyên qua các kênh dẫn Các kênh dẫn được làm bằng vật liệu dẻo Hạt giống cùngvới môi trường phát triển được đặt ở trung tâm của ống và ở mép của hạt giống đượckẹp vào màng mỏng để ngăn cản sự bốc hơi và ngăn không cho ánh sáng lọt qua Môitrường cần cho sự phát triển hấp thu chất dinh dưỡng cung cấp cho cây Khi cây sinhtrưởng và phát triển, bộ rễ của cây sẽ vươn ra khỏi giá thể để lấy chất dinh dưỡng từkênh dẫn để cung cấp cho cây Chiều dài tối đa của kênh dẫn là từ 5 – 10 m và đượcđặt nghiêng 3,81 cm đến 4,5 cm so với mặt phẳng nằm ngang Dung dịch dinh dưỡngđược bơm lên cao hơn kênh dẫn và chảy xuồng bằng trọng lực đồng thời làm ướt chânrễ.

Hình 2.1: Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng (NFT)

Ở phía thấp hơn của kênh dẫn, dinh dưỡng được thu thập và chảy vào bể chứadinh dưỡng Dung dịch này được kiểm tra nồng độ muối trước khi tái sử dụng Để câyphát triển tốt hơn, cần thay dung dịch dinh dưỡng hàng tuần để có dung dịch sạch,đảm bảo các tiêu chuẩn cho cây phát triển

Tốc độ dòng chảy của dung dịch dinh dưỡng khoảng 2 – 3 lít/phút và chảy dọcsuốt chiều dài của kênh dẫn Yêu cầu cung cấp đầy đủ dinh dưỡng cho sự phát triểnchiều cao của cây là một trong những vấn đề cần chú ý của kỹ thuật này

Việc khó khăn chính của kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng là màng rất mỏng

Do đó, rất dễ bị ảnh hưởng bởi các tác nhân khác nhau

• Kỹ thuật dòng sâu:

Kỹ thuật dòng sâu là một hệ thống thủy canh Ở độ sâu 2 – 3 cm, dung dịchdinh dưỡng chảy xuyên qua ống nhựa PVC có đường kính 10 cm đến những túi lướinhựa có chứa cây được gắn vào trong ống nhựa Túi nhựa chứa vật liệu trồng cây vàphần dưới cùng của chúng tiếp xúc với dịch dinh dưỡng chảy vào ống nhựa Ống nhựaPVC được sắp xếp trên mặt phẳng hoặc theo dạng zigzag, điều đó còn tùy thuộc vào

sự phát triển của cây trồng trong ống nhựa

Hình 2.2: Mô hình kỹ thuật dòng sâu

Hệ thống zigzag có khả năng tận dụng được không gian nhưng cho năng suấtthấp Hệ thống một mặt phẳng vừa cho cây phát triển về chiều cao vừa rút ngắn thờigian canh tác

Cây trồng được thiết lập trong các túi nhựa có lưới và được đặt tập trung vàocác lỗ trong ống nhựa PVC Xơ dừa hoặc các mùn bã cellulose hoặc trộn chung cả haithứ lại có thể được sử dụng như là vật liệu trồng cây để làm đầy các túi lưới Nhữngchỗ trống nhỏ của miếng lưới được xem như là một lớp trung gian trong túi để ngănngừa vật liệu trồng cây bị rơi vào dung dịch dinh dưỡng Những giỏ nhựa nhỏ có lỗnhỏ ở phía dưới đáy và bên hông có thể được sử dụng thay cho các túi lưới nhựa

Khi dung dịch tái sử dụng chảy vào trong bể chứa thì dung dịch dinh dưỡng

thuận lợi cho các dòng dinh dưỡng chảy Lớp sơn của ống nhựa PVC có màu trắnggiúp làm giảm độ nóng của dung dịch dinh dưỡng Hệ thống này có thể được thiết kếtrong không gian mở hoặc trong sự bảo vệ cấu trúc như là một phần của CEA.

Hình 2.3: Kỹ thuật dòng sâu (DFT) theo kiểu zigzag

b) Phương pháp không hồi lưu

Gồm có kỹ thuật ngâm rễ (root deeping technique), kỹ thuật nổi (floatingtechnique), kỹ thuật mao dẫn (cappillary action technique)

Phương pháp không tuần hoàn này thì dung dịch dinh dưỡng không được tuầnhoàn để tái sử dụng mà chỉ sử dụng một lần Khi nồng độ dinh dưỡng giảm hoặc pHhoặc EC thay đổi, nó được thay thế bằng dung dịch mới

• Kỹ thuật ngâm rễ (root deeping technique):

Cây được trồng trong chậu chứa các giá thể trơ có đục lỗ để rể phát triển ra bênngoài chậu và để trong một chậu lớn hơn chứa dung dịch dinh dưỡng Chậu giá thểchứa cây ngập trong dung dịch khoảng 2 – 3cm, một số rễ của cây được ngâm trongdung dịch còn một số khác lại nằm trong giá thể tiếp xúc không khí nhiều hơn

Hình 2.4: Mô hình kỹ thuật ngâm rễ

• Kỹ thuật nổi (floating technique):

Cây được nuôi trong chậu cố định trên vật liệu nhẹ nổi trên mặt dung dịch dinhdưỡng và dung dịch được thông khí nhân tạo

Hình 2.5: Mô hình kỹ thuật nổi

• Kỹ thuật mao dẫn (capillary action technique):

Trong kỹ thuật này, người ta dùng hai loại chậu Một chậu dùng để trồng câybằng các giá thể trơ, chậu còn lại chứa dịch dinh dưỡng, dịch này được mao dẫn lênchậu chứa giá thể bằng những vật liệu có tính mao dẫn như: tim đèn, bông gòn, v.v

Hình 2.6: Mô hình kỹ thuật mao dẫn

c) Phương pháp khí canh (aeroponics)

Tấm chắn làm bằng xốp

Môi trường dinh dưỡng