Bạc lá là loại bệnh phổ biến nhất trên cây lúa, khiến năng suất có thể giảm đến 70%. Việc sử dụng thuốc trừ sâu xử lý được bệnh nhưng có hại cho sức khỏe và môi trường. TS Lê Thị Hiên đã tìm ra giải pháp an toàn và hiệu quả hơn.

Nano bạc chitosan ức chế vi khuẩn

Đề tài “Nano bạc chitosan ức chế vi khuẩn gây bệnh bạc lá ở lúa” được triển khai nghiên cứu bởi TS Lê Thị Hiên cùng các thành viên nhóm nghiên cứu Khoa Công nghệ nông nghiệp, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội (VNU-UET) đã giành giải Nhất giải thưởng Mitsui Chemicals R&D Collaboration Award 2023.

Bạc lá và đạo ôn là bệnh gây hậu quả nghiêm trọng cho người trồng lúa. Bệnh này còn hoành hành ở các nước trồng lúa trên toàn thế giới, đặc biệt là những nước nhiệt đới như Việt Nam. Dù đã có nhiều thuốc khác nhau, đến nay vẫn chưa có loại nào thực sự hiệu quả cho bệnh bạc lá lúa.

Theo TS Lê Thị Hiên, dù cũng có nhiều phương pháp phòng bệnh không dùng đến thuốc như chặn các đồng ruộng lại để cho bệnh không phát tán sang các nơi khác…, tuy nhiên do chưa có thuốc hiệu quả cho bệnh bạc lá lúa nên vi khuẩn cứ xuất hiện ở đâu thì ở đấy vẫn mất mùa.

Hạt nano bạc và chitosan (một loại polymer tương thích sinh học được điều chế từ vỏ tôm) là vật liệu thân thiện với môi trường. Chúng đều có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và kích thích sinh trưởng.

Từ đó, việc kết hợp hai vật liệu này để tạo nên hạt nano bạc chitosan với tiềm năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa. Điều quan trọng là nghiên cứu này sẽ là tiền đề, chất xúc tác cho các nghiên cứu sâu hơn về việc sử dụng các loại thuốc an toàn sinh học thay cho các loại thuốc hóa học để hướng tới nền nông nghiệp an toàn, bền vững.

Đề tài nghiên cứu này bắt đầu từ năm 2019 của một nhóm sinh viên do TS Lê Thị Hiên hướng dẫn. Cái khó nhất là tổng hợp nano bạc chitosan với kích thước dưới 100 nanomet, ổn định tính chất trong ít nhất 6 tháng trong điều kiện thường. Tìm ra nồng độ phù hợp để ức chế vi khuẩn.

Trên thực tế không cần phải diệt khuẩn hoàn toàn mà chỉ cần ức chế để chúng không phát triển nhanh. Khi ở trạng thái phát triển tốt, cây có thể chống chọi lại với các tác hại mà vi khuẩn gây ra. Do đó, chỉ cần dùng sản phẩm ở nồng độ thấp, vừa tiết kiệm chi phí, vừa ít gây ảnh hưởng đến cây.

Sau quá trình thử nghiệm nhiều tỉ lệ khác nhau, nhóm đã xác định được nồng độ ức chế tối thiểu MIC = 2,5 ppm và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu MBC = 20 ppm phù hợp với hai chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa, đồng thời tiến đến thử nghiệm với lúa trồng trong nhà màng, nhà lưới với điều kiện thời tiết được giám sát.

Hy vọng triển khai trên diện rộng

Mấu chốt của nghiên cứu là tìm ra được công thức diệt khuẩn phù hợp cho cây lúa, trong đó có sử dụng chitosan. Đây là một chất hữu cơ sinh học, cấu tạo bởi các đơn phân tử glucosamine, thu được từ chitin có trong vỏ tôm.

Chitosan là sản phẩm sinh học, không độc, có khả năng phân hủy trong tự nhiên, không gây ô nhiễm môi trường, có hoạt tính sinh học cao, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực y dược, công nghiệp, công nghệ sinh học, nông nghiệp và môi trường.

Theo TS Hiên, sản phẩm sẽ cần thêm khoảng 1 - 2 năm nữa để thử nghiệm trong nhà màng, nhà lưới và trên đồng ruộng. Song song với đó, nhóm sẽ hoàn thiện công nghệ phát triển chế phẩm nano bạc chitosan bằng cách tự động hóa để có thể tiến đến tiềm năng sản xuất sản phẩm thương mại trên quy mô lớn hơn.

Ngoài ra, khi người dân sử dụng sản phẩm, nhóm mong muốn sẽ tiếp tục theo dõi và thu thập số liệu hiệu quả phòng trừ bệnh bạc lá theo các năm để có các bộ dữ liệu lớn. Từ đó, có thể tối ưu các quy trình, khuyến cáo cho người dân ở các vùng khác nhau phun phòng trừ theo mùa và thời tiết, góp phần bảo vệ môi trường tốt hơn.

Để chống lại bệnh bạc lá, gần đây nhiều nghiên cứu về các giống lúa mang đa gen kháng bệnh bạc lá cũng được các nhà khoa học Việt Nam nghiên cứu, song chưa có nhiều giống lúa có thể triển khai rộng.

Kết thúc quá trình nghiên cứu, nhóm đã đạt được mục tiêu là tạo chế phẩm ức chế vi khuẩn gây bệnh bạc lá, tìm ra được nồng độ để cân bằng việc ức chế vi khuẩn và phát triển của cây. Đó là lý do nhóm lựa chọn một loại polymer từ thiên nhiên là chitosan - có khả năng kích thích sinh trưởng của thực vật cũng như có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn.

Do chitosan có nguồn gốc từ thiên nhiên, nhóm nghiên cứu cũng kỳ vọng rằng thành phần này sẽ tương thích sinh học với cây, kích kháng cho cây và giúp cho cây phát triển tốt.

Chất này làm tăng quang hợp, thúc đẩy và nâng cao tăng trưởng thực vật, kích thích sự hấp thu chất dinh dưỡng, có thể phá hủy nang tuyến trùng mà không gây hại cho các sinh vật có lợi trong đất.

Kết hợp với nano bạc, chitosan phòng trừ được nhiều bệnh cây trồng do các nhóm vi sinh vật như nấm, vi khuẩn, tuyến trùng gây ra, chúng được coi như một loại vắc-xin thực vật.