Uncategorized
CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA NANO CHITOSAN TRONG PHÒNG TRỪ BỆNH HẠI TRÊN CÂY TRỒNG
Posted On
Tháng Một 4, 2019
at 6:09 sáng
by lovetadmin / Chức năng bình luận bị tắt ở CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA NANO CHITOSAN TRONG PHÒNG TRỪ BỆNH HẠI TRÊN CÂY TRỒNG
Lượt Xem: 474
Hình ảnh mạch cấu tạo của Nano Chitosan cấp phân tử Nano Chitosan là một biopolymer (polyglucosamine), là sản phẩm deacetyl của chitin, một polysaccharide có trong thành phần cấu trúc của các loài giáp xác như tôm, cua, côn trùng và vách tế bào nấm. Chitin có cấu tạo tương tự cellulose, nhưng có sự khác biệt là đơn vị cấu tạo nên chitin là N-acetyl-D-glucosamine, các đơn vị này nối với nhau bằng liên kết β-1-4-glycoside. Tính chất và hoạt tính sinh học của chitin và chitosan phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng phân tử (Mw) và mức độ deacetyl hóa (DD: degree of deacetyllation). Mức độ deacetyl hóa dùng để chỉ % số nhóm acetyl trong phân tử chitin, chitosan bị khử . Mức độ deacyl hoá tỷ lệ thuận với mật độ của nhóm NH3 trong phân tử do đó ảnh hưởng tới tính chất đa điện và độ tan của chitin, chitosan. Mức độ deacyl trung bình của chitin nằm trong khoảng 10-15 %. Có sản phẩm chitin deacetyl hóa một phần ( partially chitin) có mức độ deacyl hóa từ 30-40%. Trong khi đó chitosan phải có mức độ deacyl hóa > 50%. Nhờ đó, chitosan mới dễ tan trong một số axit hữu cơ loãng như như axit acetic, axit lactic, axit glutamic, axit chlohydric. Khi hoà tan chitosan trong môi trường axit, nhóm amine của chuỗi nhận proton và chuyển sang mang ñiện tích dương. . Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phấm, mỹ phâm, dược phâm Theo một số công trình nghiên cứu được công bố trong những năm gần đây cho thấy, vật liệu chitin/chitosan ở dạng nano có vai trò đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực y dược và trong nông nghiệp. Việc sử dụng vật liệu nano trên cơ sở chitin/chitosan với vai trò chất mang và giải phóng thuốc đang được nghiên cứu và ứng dụng khá rộng rãi là do khả năng hấp thụ thuốc cao và dễ đi vào trong cơ thể do có kích thước nhỏ, vì vậy làm tăng hiệu quả của quá trình điều trị bệnh. Để điều chế vật liệu nano chitin/chitosan có thể sử dụng chitosan có khối lượng phân tử khác nhau hoặc các sản phẩm biến tính của nó. Chitosan khối lượng phân tử thấp cũng như các sản phẩm biến tính tan trong nước có vai trò quan trọng trong việc chế tạo các loại vật liệu nanochitosan có cấu trúc bề mặt ưa nước tạo điều kiện cho khả năng hấp thụ thuốc cao và giải phóng thuốc chậm làm tăng hiệu quả của thuốc. Cơ chế chống bệnh hại cây của Nano CHITOSAN thể hiện như thế nào ? 1/ Hoạt tính trực tiếp chống lại mầm bệnh Hoạt tính trực tiếp của chitosan trong việc kháng virut và viroid chủ yếu ở khả năng chitosan bất hoạt quá trình sinh sản của virut hoạc viroid. Đặc biệt khichitosan ở dạng nano, nó thâm nhập vào mô tế bào cây, liên kết chặt chẽ với các acid nucleic và gây ra một loạt các thương tổn và gây ức chế lựa chọn. Ngay lập tức, ức chế có chọn lọc này có thể bất hoạt các mRNA mã hõa các gen cần cho quá trình điều trị thương tổn của vi khuẩn. Ngược lại, các nấm, vi khuẩn, oomycete và các côn trùng khác, chitosan tác động thông qua cơ chế gia tăng khả năng đề kháng của cây, giúp cây tiết ra các kháng thể chống lại sự xâm nhập của nấm, vi khuẩn, oomycete. 2/ Hàng rào vật lý quanh vị trí xâm nhập mầm bệnh Khi chitosan xâm nhập vào mô cây, thường kết dính quanh các vị trí xâm nhập và có 3 tác động chính. Thứ nhất là lập 1 hàng rào cách ly vị trí xâm nhập để tránh mầm bệnh lây lan và bảo vệ các tế bào khỏe mạnh khác. Tại vị trí cách ly, cây sẽ nhận biết để kích thích sự phản ứng nhạy cảm giúp tiết ra H2O2 để giúp tăng cường thành tế bào và báo động cho các tế bào bên cạnh. Thứ hai chitosan liên kết các kim loại khác nhau và giúp kích hoạt nhanh chóng quá trình làm lành vết thương. Thứ 3 chitosan có điện tích dương, vi khuẩn có điện tích âm do đó chitosan kết dính với vi khuẩn gây ra quá trình rò rỉ protein và các cơ quan nội bào của vi khuẩn, khiến vi khuẩn bị tổn thương nghiêm trọng và chết. 3/ Khả năng tạo chelate với dinh dưỡng và khoáng chất Chitosan có khả năng liên kết các kim loại và khoáng (như Fe, Cu) giúp tránh mầm bệnh xâm nhập, gây ức chế quá trình sinh sản và tạo ra độc tố. Chitosan còn tạo phức với mycotoxin (độc tố do nấm tiết ra), giúp giảm tổn hại ở tế bào chủ do độc tố nấm. 4/ Chất tăng cường làm lành vết thương Vì khả năng bám chặt vào màng sinh học và các phân tử sinh học cùng với điện tích dương, chitosan cung cấp khả năng làm lành vết thương nhanh chóng khi có tổn hại cơ học hay mầm bệnh tấn công. Vì là chất kích hoạt, chitosan hoạt hóa quá trình tổng hợp và hình thành một loạt các protein PR và các protein bảo vệ trong đó có phenylalanine ammonia-lyase và peroxidase. Hai emzyme này giúp tổng hợp và xây dựng lên ma trận lignin và hình thành tyllose, những chất đóng vai trò quan trọng trong làm lành vết thương. 5/ Kích thích cơ chế phòng thủ của cây trồng Chất kích hoạt là các chất có khả năng kích thích các phản ứng bảo vệ khi được đưa vào các mô tế bào cây (như oligosaccharit, glycoprotein, peptir và lipit). Các chất kích thích oligosaccharit bao gồm oligoglucan, oligochitin, oligochitosan và oligogalacturonic. Khi cây trồng được tăng cường cơ chế bảo vệ sẽ chịu được sự tấn công mầm bệnh, nhanh chóng khoanh vùng tế bào bị chết và tạo ra các chất sinh hóa xung quanh tế bào bị chết. Các cơ chế này bao gồm tạo ra các oxygen hoạt tính, thay đổi cấu trúc tế bào, tổng hợp các protein kháng thể và tổng hợp sinh học phytoalexin. Chtiosan là chất có khả năng kích hoạt các cơ chế phòng thủ của cây. Khi sử dụng chitosan, cây trồng sẽ có 1 loạt biến đổi về vật lý và sinh lý học. Thay đổi vật lí là sẽ giảm khe hở khí không, giảm khả năng tiếp cận của nấm vào mô tế bào lá. Các tế bào bảo vệ của lá sẽ tạo ra H2O2, để phản ứng lại với sự giảm khe hở khí khổng. Nồng độ acid phenolic trong lá, đặc biệt ferulic acid sẽ gia tăng đáng kể khi gia tăng nồng độ chitosan. Nồng độ lignin trong lá cũng sẽ tăng cao. Các tiền chất của lignin như p-courmaric, ferulic acid, sinapoc acid và phenolic acid có khả năng kháng khuẩn đều bị kích hoạt bởi chitosan. Chitosan cũng giúp giảm quá trình xâm nhập của nấm F. gramieraum và gia tăng khả năng kháng bằng cách kích hoạt quá trình hình thành lignin và các phenolic. Bản thân các oligogalacturonic là sản phẩm của quá trình phân giải thành tế bào cây do enzyme pectic của vi khuẩn tiết ra do đó khiến cây tạo ra cơ chế bảo vệ. Cơ chế sản sinh chất kích hoạt oligosaccharit ở tế bào cây Ngoài ra, chitosan là thành phần tìm thấy của nhiều loại nấm. Nên khi các olgigosaccharit giải phóng khỏi chitosan sẽ giúp kích thích cơ ché bảo vệ của cây. Tại sao lại dùng CHITOSAN dạng Nano lại cho hiệu quả tối ưu nhất? Thứ nhất Chitosan dạng Nano giúp Chitosan đi sâu vào tế bào cây để phát huy hiện quả kích thích hệ miễn dịch tốt nhất. Thứ hai Chitosan dạng Nano giúp giữ hoạt lực Chitosan lâu nhất
Thứ ba Chitosan dạng Nano có hoạt tính diệt khuẩn trực tiếp gấp từ 80-100 lần Chitosan dạng hòa tan nên tăng cường khả năng tiêu diệt mầm bệnh trực tiếp. Thứ tư Chitosan dạng Nano tạo ra cơ chế dẫn truyền. Nano Chitosan liên kết yếu với các amino acid, ure, NPK khiến Chitosan dạng Nano khi sử dụng với phân bón sẽ tạo ra phân bón Nano. Điều này nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón và giảm đi chi phí giá thành sản xuất. Đồng thời chitosan là chất kích thích sinh trưởng tự nhiên nên giúp cây sử dụng phân bón hiệu quả hơn. Cơ chế khi Nano Chitosan làm chất dẫn truyền thuốc bảo vệ thực vật, phân bón. a. Hấp phụ lên hạt Nano b. Gắn lên hạt Nano bằng các ligand khác nhau Các ứng dụng của Chitosan dạng Nano trong Trồng trọt 1/ Kháng virut Chitosan ức chế sinh sản hệ thống của của virut và viroid qua thực vật và gia tăng sự phản ứng nhạy cảm của cây trồng với sự nhiễm bệnh. Mức độ ngăn cản lây nhiễm phụ thuộc vào khối lượng chitosan. → Nano chitosan với cơ chế thấm sâu vào cây, giữ nguyên hoạt tính của chitosan sẽ có tác dụng tương tự với chitosan khi kháng virut. 2/ Kháng vi khuẩn
3/ Kháng nấm và oomycete
Hoạt tính kháng nấm của chitosan kháng được nhiều nấm khác nhau 4/ Kháng côn trùng
Chitosan đặc biệt hiệu quả khi kháng côn trùng trong giai đoạn là ấu trùng 5/ Chất bảo quản cho rau, củ, quả sau thu hoạch
6/ Xử lý hạt giống Tiềm năng của Nano chitosan khi sử dụng trong Trồng trọt – Kiểm soát bệnh và côn trùng: 50-95%. – Giảm sử dụng phân bón & thuốc bảo vệ thực vật: 50%. – Năng suất tăng từ 8,5% đến 30%.
Hình ảnh mạch cấu tạo của Nano Chitosan cấp phân tử Nano Chitosan là một biopolymer (polyglucosamine), là sản phẩm deacetyl của chitin, một polysaccharide có trong thành phần cấu trúc của các loài giáp xác như tôm, cua, côn trùng và vách tế bào nấm. Chitin có cấu tạo tương tự cellulose, nhưng có sự khác biệt là đơn vị cấu tạo nên chitin là N-acetyl-D-glucosamine, các đơn vị này nối với nhau bằng liên kết β-1-4-glycoside. Tính chất và hoạt tính sinh học của chitin và chitosan phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng phân tử (Mw) và mức độ deacetyl hóa (DD: degree of deacetyllation). Mức độ deacetyl hóa dùng để chỉ % số nhóm acetyl trong phân tử chitin, chitosan bị khử . Mức độ deacyl hoá tỷ lệ thuận với mật độ của nhóm NH3 trong phân tử do đó ảnh hưởng tới tính chất đa điện và độ tan của chitin, chitosan. Mức độ deacyl trung bình của chitin nằm trong khoảng 10-15 %. Có sản phẩm chitin deacetyl hóa một phần ( partially chitin) có mức độ deacyl hóa từ 30-40%. Trong khi đó chitosan phải có mức độ deacyl hóa > 50%. Nhờ đó, chitosan mới dễ tan trong một số axit hữu cơ loãng như như axit acetic, axit lactic, axit glutamic, axit chlohydric. Khi hoà tan chitosan trong môi trường axit, nhóm amine của chuỗi nhận proton và chuyển sang mang ñiện tích dương. . Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phấm, mỹ phâm, dược phâm Theo một số công trình nghiên cứu được công bố trong những năm gần đây cho thấy, vật liệu chitin/chitosan ở dạng nano có vai trò đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực y dược và trong nông nghiệp. Việc sử dụng vật liệu nano trên cơ sở chitin/chitosan với vai trò chất mang và giải phóng thuốc đang được nghiên cứu và ứng dụng khá rộng rãi là do khả năng hấp thụ thuốc cao và dễ đi vào trong cơ thể do có kích thước nhỏ, vì vậy làm tăng hiệu quả của quá trình điều trị bệnh. Để điều chế vật liệu nano chitin/chitosan có thể sử dụng chitosan có khối lượng phân tử khác nhau hoặc các sản phẩm biến tính của nó. Chitosan khối lượng phân tử thấp cũng như các sản phẩm biến tính tan trong nước có vai trò quan trọng trong việc chế tạo các loại vật liệu nanochitosan có cấu trúc bề mặt ưa nước tạo điều kiện cho khả năng hấp thụ thuốc cao và giải phóng thuốc chậm làm tăng hiệu quả của thuốc. Cơ chế chống bệnh hại cây của Nano CHITOSAN thể hiện như thế nào ? 1/ Hoạt tính trực tiếp chống lại mầm bệnh Hoạt tính trực tiếp của chitosan trong việc kháng virut và viroid chủ yếu ở khả năng chitosan bất hoạt quá trình sinh sản của virut hoạc viroid. Đặc biệt khichitosan ở dạng nano , nó thâm nhập vào mô tế bào cây, liên kết chặt chẽ với các acid nucleic và gây ra một loạt các thương tổn và gây ức chế lựa chọn. Ngay lập tức, ức chế có chọn lọc này có thể bất hoạt các mRNA mã hõa các gen cần cho quá trình điều trị thương tổn của vi khuẩn. Ngược lại, các nấm, vi khuẩn, oomycete và các côn trùng khác, chitosan tác động thông qua cơ chế gia tăng khả năng đề kháng của cây, giúp cây tiết ra các kháng thể chống lại sự xâm nhập của nấm, vi khuẩn, oomycete. 2/ Hàng rào vật lý quanh vị trí xâm nhập mầm bệnh Khi chitosan xâm nhập vào mô cây, thường kết dính quanh các vị trí xâm nhập và có 3 tác động chính. Thứ nhất là lập 1 hàng rào cách ly vị trí xâm nhập để tránh mầm bệnh lây lan và bảo vệ các tế bào khỏe mạnh khác. Tại vị trí cách ly, cây sẽ nhận biết để kích thích sự phản ứng nhạy cảm giúp tiết ra H2O2 để giúp tăng cường thành tế bào và báo động cho các tế bào bên cạnh. Thứ hai chitosan liên kết các kim loại khác nhau và giúp kích hoạt nhanh chóng quá trình làm lành vết thương. Thứ 3 chitosan có điện tích dương, vi khuẩn có điện tích âm do đó chitosan kết dính với vi khuẩn gây ra quá trình rò rỉ protein và các cơ quan nội bào của vi khuẩn, khiến vi khuẩn bị tổn thương nghiêm trọng và chết. 3/ Khả năng tạo chelate với dinh dưỡng và khoáng chất Chitosan có khả năng liên kết các kim loại và khoáng (như Fe, Cu) giúp tránh mầm bệnh xâm nhập, gây ức chế quá trình sinh sản và tạo ra độc tố. Chitosan còn tạo phức với mycotoxin (độc tố do nấm tiết ra), giúp giảm tổn hại ở tế bào chủ do độc tố nấm. 4/ Chất tăng cường làm lành vết thương Vì khả năng bám chặt vào màng sinh học và các phân tử sinh học cùng với điện tích dương, chitosan cung cấp khả năng làm lành vết thương nhanh chóng khi có tổn hại cơ học hay mầm bệnh tấn công. Vì là chất kích hoạt, chitosan hoạt hóa quá trình tổng hợp và hình thành một loạt các protein PR và các protein bảo vệ trong đó có phenylalanine ammonia-lyase và peroxidase. Hai emzyme này giúp tổng hợp và xây dựng lên ma trận lignin và hình thành tyllose, những chất đóng vai trò quan trọng trong làm lành vết thương. 5/ Kích thích cơ chế phòng thủ của cây trồng Chất kích hoạt là các chất có khả năng kích thích các phản ứng bảo vệ khi được đưa vào các mô tế bào cây (như oligosaccharit, glycoprotein, peptir và lipit). Các chất kích thích oligosaccharit bao gồm oligoglucan, oligochitin, oligochitosan và oligogalacturonic. Khi cây trồng được tăng cường cơ chế bảo vệ sẽ chịu được sự tấn công mầm bệnh, nhanh chóng khoanh vùng tế bào bị chết và tạo ra các chất sinh hóa xung quanh tế bào bị chết. Các cơ chế này bao gồm tạo ra các oxygen hoạt tính, thay đổi cấu trúc tế bào, tổng hợp các protein kháng thể và tổng hợp sinh học phytoalexin. Chtiosan là chất có khả năng kích hoạt các cơ chế phòng thủ của cây. Khi sử dụng chitosan, cây trồng sẽ có 1 loạt biến đổi về vật lý và sinh lý học. Thay đổi vật lí là sẽ giảm khe hở khí không, giảm khả năng tiếp cận của nấm vào mô tế bào lá. Các tế bào bảo vệ của lá sẽ tạo ra H2O2, để phản ứng lại với sự giảm khe hở khí khổng. Nồng độ acid phenolic trong lá, đặc biệt ferulic acid sẽ gia tăng đáng kể khi gia tăng nồng độ chitosan. Nồng độ lignin trong lá cũng sẽ tăng cao. Các tiền chất của lignin như p-courmaric, ferulic acid, sinapoc acid và phenolic acid có khả năng kháng khuẩn đều bị kích hoạt bởi chitosan. Chitosan cũng giúp giảm quá trình xâm nhập của nấm F. gramieraum và gia tăng khả năng kháng bằng cách kích hoạt quá trình hình thành lignin và các phenolic. Bản thân các oligogalacturonic là sản phẩm của quá trình phân giải thành tế bào cây do enzyme pectic của vi khuẩn tiết ra do đó khiến cây tạo ra cơ chế bảo vệ. Cơ chế sản sinh chất kích hoạt oligosaccharit ở tế bào cây Ngoài ra, chitosan là thành phần tìm thấy của nhiều loại nấm. Nên khi các olgigosaccharit giải phóng khỏi chitosan sẽ giúp kích thích cơ ché bảo vệ của cây. Tại sao lại dùng CHITOSAN dạng Nano lại cho hiệu quả tối ưu nhất? Thứ nhất Chitosan dạng Nano giúp Chitosan đi sâu vào tế bào cây để phát huy hiện quả kích thích hệ miễn dịch tốt nhất. Thứ hai Chitosan dạng Nano giúp giữ hoạt lực Chitosan lâu nhất Thứ ba Chitosan dạng Nano có hoạt tính diệt khuẩn trực tiếp gấp từ 80-100 lần Chitosan dạng hòa tan nên tăng cường khả năng tiêu diệt mầm bệnh trực tiếp. Thứ tư Chitosan dạng Nano tạo ra cơ chế dẫn truyền. Nano Chitosan liên kết yếu với các amino acid, ure, NPK khiến Chitosan dạng Nano khi sử dụng với phân bón sẽ tạo ra phân bón Nano. Điều này nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón và giảm đi chi phí giá thành sản xuất. Đồng thời chitosan là chất kích thích sinh trưởng tự nhiên nên giúp cây sử dụng phân bón hiệu quả hơn.Cơ chế khi Nano Chitosan làm chất dẫn truyền thuốc bảo vệ thực vật, phân bón. a. Hấp phụ lên hạt Nano b. Gắn lên hạt Nano bằng các ligand khác nhau Các ứng dụng của Chitosan dạng Nano trong Trồng trọt 1/ Kháng virut Chitosan ức chế sinh sản hệ thống của của virut và viroid qua thực vật và gia tăng sự phản ứng nhạy cảm của cây trồng với sự nhiễm bệnh. Mức độ ngăn cản lây nhiễm phụ thuộc vào khối lượng chitosan. → Nano chitosan với cơ chế thấm sâu vào cây, giữ nguyên hoạt tính của chitosan sẽ có tác dụng tương tự với chitosan khi kháng virut. 2/ Kháng vi khuẩn 3/ Kháng nấm và oomycete Hoạt tính kháng nấm của chitosan kháng được nhiều nấm khác nhau 4/ Kháng côn trùng Chitosan đặc biệt hiệu quả khi kháng côn trùng trong giai đoạn là ấu trùng 5/ Chất bảo quản cho rau, củ, quả sau thu hoạch 6/ Xử lý hạt giống Tiềm năng của Nano chitosan khi sử dụng trong Trồng trọt – Kiểm soát bệnh và côn trùng: 50-95%. – Giảm sử dụng phân bón & thuốc bảo vệ thực vật: 50%. – Năng suất tăng từ 8,5% đến 30%.
Cơ chế sản sinh chất kích hoạt oligosaccharit ở tế bào cây