Nano magie oxit – nano MgO được sử dụng làm phân bón lá giúp kích thích sinh trưởng, các hoạt động sinh lý và tăng năng suất trên cây bông vải
Để khảo sát ảnh hưởng của các nguồn phân bón magie (Mg) khác nhau như magie sunfat (MgSO4), magie oxit (MgO) và các hạt nano magie oxit (nMgO) trên sự sinh trưởng và phát triển của bông, một thí nghiệm nuôi cấy trong chậu đã được thực hiện ở các nồng độ khác nhau 0, 20, 40, 60, 80 và 100ppm trong thiết kế ngẫu nhiên hoàn toàn giai thừa (FCRD). Từ các nghiên cứu nuôi cấy trong chậu, 60ppm nMgO được tìm thấy là liều lượng tối ưu để cải thiện giá trị diệp lục SPAD, trọng lượng quả và năng suất bông hạt. Do đó, thí nghiệm hiện trường đã được thực hiện theo thiết kế khối ngẫu nhiên (RBD) với liều lượng tối ưu 60 ppm (từ nghiên cứu nuôi cấy trong chậu) của các loại phân Mg như MgSO4, MgO, và nMgO để làm sáng tỏ ảnh hưởng của chúng đối với các thông số sinh trưởng, sinh lý, năng suất, chất lượng sợi và nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng trong bông. Các nghiệm thức được phun qua lá ở các giai đoạn sinh dưỡng và hình thành quả bông của bông tương tự như các nghiên cứu nuôi cấy trong chậu. Người ta xác nhận rằng việc sử dụng hạt nano MgO 60 ppm 50 nm trên lá đã làm tăng đáng kể số quả bông đã mở trên mỗi cây (20,6), năng suất cây đơn (58g / cây) và năng suất bông hạt (1729 kg / ha). Năng suất bông hạt tăng lên 42,2, 39,9 và 24,8% được ghi nhận bởi nMgO, MgO và MgSO4 kiểm soát quá mức. Bên cạnh đó, các thông số chất lượng sợi như chiều dài sợi và độ bền sợi của bông đã được cải thiện bởi các hạt Nano magie oxit nano MgO so với dạng sunfat của phân Mg. Hơn nữa, ảnh hưởng tích cực và đáng kể đã đạt được do dinh dưỡng qua lá của các hạt nano MgO đối với các chất dinh dưỡng đa lượng như nitơ (N), phốt pho (P), kali (K) và nồng độ Mg trong cây bông
(Bản quyền NanoCMM Technology)
GIỚI THIỆU
Magiê (Mg) là nguyên tố phong phú thứ tám trên vỏ trái đất và thứ chín trong vũ trụ, được tìm thấy trong tất cả các sinh vật sống trên trái đất (Maguire và Cowan2002; Luft2012). Hơn nữa, nó là một thành phần phổ biến trong nhiều loại khoáng chất; Khoảng 90–98% Mg được kết hợp trong cấu trúc mạng tinh thể của các khoáng chất và do đó không có sẵn trực tiếp cho cây hấp thụ vì quá trình phong hóa và giải phóng chậm (Senbayram et al.2015). Nói chung, thực vật hấp thụ một lượng nhỏ chất dinh dưỡng Mg từ dung dịch đất được giải phóng từ khoáng chất trong đất và do đó, lượng chất dinh dưỡng bổ sung là cần thiết thông qua nguồn bên ngoài, tức là phân bón để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng. Vì Mg là chất dinh dưỡng di động trong đất, các loại phân Mg được bón đặc biệt là dạng phân bón sunfat hòa tan dễ bị trôi ra khỏi đất. Không chỉ do rửa trôi mất dinh dưỡng Mg từ đất mà còn do tác dụng tương tác đối kháng của Mg với H+, Al3+, NH4+, và Mn2+ trong đất chua (7,0), nơi sự hấp thu Mg bị giảm do sự tích tụ nhiều canxi hơn và hiệu ứng tương tác đối kháng của chúng (Fageria2001). So với việc bón các chất dinh dưỡng Mg trong đất, cho ăn qua lá là một cách hiệu quả để tăng hàm lượng Mg trong các bộ phận khác nhau của cây và nâng cao năng suất và kết quả tương tự đã được báo cáo trên bông bởi Karivaratharaju (2008), Sankaranarayanan và cộng sự. (2010), Mobarak và cộng sự. ( 2013) và Singh, Rathore, và Gumber (2015). Đối với bón lá, phân bón tan trong nước chứa ít Mg hơn ở dạng sunfat (Mg sunfat [MgSO4]), clorua (Mg clorua) và nitrat (Mg nitrat) rất phổ biến để khắc phục sự thiếu hụt chất dinh dưỡng và giảm rào cản năng suất trong cây trồng. Tuy nhiên, chuyển đổi các loại phân bón không hòa tan có hàm lượng Mg cao hơn như MgO (56% Mg), tức là ôxít kim loại thành dạng hòa tan là một lựa chọn khôn ngoan để tăng hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng. Do sự tiến bộ vượt bậc của khoa học, đặc biệt là công nghệ nano MgO có nhiều tầm quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau như xúc tác, gốm sứ, điện tử (Li et al.2005; Yeheskel và cộng sự.2005), các ứng dụng y sinh như cảm biến sinh học để xét nghiệm miễn dịch ung thư gan (Lei et al.2012) và hỗ trợ trong phẫu thuật lạnh nano để điều trị khối u (Di et al.2012) và chất kháng khuẩn để giảm chứng ợ nóng và tái tạo xương (Tang và Lv 2014). Trong những ngày gần đây, oxit kim loại đã được sử dụng trong nông nghiệp, nơi oxit kim loại không hòa tan giàu dinh dưỡng được chuyển thành dạng hòa tan với hiệu suất sử dụng chất dinh dưỡng cao bằng cách giảm kích thước hạt của chúng với tốc độ hòa tan tăng (Kanjana 2017; Avramescu và cộng sự.2017; Ullah và Ahmad2018). Các hạt nano có khả năng phản ứng cao vì diện tích bề mặt lớn hơn, mật độ các vùng phản ứng nhiều hơn hoặc tăng khả năng phản ứng của các vùng này trên bề mặt hạt (Castiglione và Cremonini2009). Do các đặc tính độc đáo của các hạt nano, các tác động tích cực và tiêu cực đã được các tác giả khác nhau báo cáo.
Liên quan đến các hạt Nano magie oxit nano MgO, các tác động độc hại đã được nhận thấy trong sự phát triển của tảo Scenedesmus Obquus (Ông và cộng sự. 2017) và Coelastrella terrestris (Al-Khazali và Alghanmi2019 ) nhưng các tác động có lợi đã được ghi nhận ở thực vật bậc cao thông qua các phương pháp phun qua lá, xử lý hạt giống và tưới gốc. Lợi ích của các hạt nano MgO đã được nhận thấy ở các cây bón lá như đậu chùm và lúa mì. Raliya và cộng sự. (2014) đã phát hiện ra sự cải thiện lớn hơn về tỷ lệ rễ chồi và hàm lượng chất diệp lục của cây đậu biếc (Cyamopsis tetragonoloba) bằng cách ứng dụng tổng hợp sinh học (Aspergillus flavus,chủng TFR-12) Hạt nano MgO (15 ppm) với đường kính thủy động lực học trung bình là 5,8 nm. Tương tự, sự hấp thụ ánh sáng mặt trời được nâng cao (24,9%), tổng hàm lượng diệp lục (16,7%), năng suất hạt (38,7%) và năng suất sinh khối (63,2%) của cây lúa mì đã được chú ý trong ứng dụng tổng hợp sinh học trên lá (Aspergillus brasiliensisTFR 23) Hạt nano MgO (<5,9 nm) ở nồng độ 20 ppm (Rathore và Tarafdar2015). Giống như ứng dụng trên lá, các tác động tích cực của các hạt nano MgO cũng được quan sát thấy trong xử lý hạt giống. Jayarambabu và cộng sự. (2016) và Jhansi et al. (2017) nhận thấy hạt nảy mầm nhanh hơn, tăng sản xuất sắc tố quang hợp (chất diệp lục) và nâng cao năng suất sinh khối trong MgO tổng hợp sinh học các hạt nano đã xử lý hạt giống ngô và lạc tương ứng và kết quả là các hạt nano MgO giảm kích thước có thể xâm nhập vào vỏ hạt dễ dàng để hấp thụ nước bên trong hạt và tăng hoạt động của các hormone tăng trưởng. Bên cạnh đó, Cai et al. (2018) đã không tìm thấy tác dụng gây độc cho cây thuốc lá bằng cách sử dụng các hạt nano MgO (nMgO) Nano magie oxit thông qua việc tưới gốc và họ cho rằng Mg được rễ cây thuốc lá hấp thụ và chuyển sang chồi và lá, đây có lẽ là những công cụ quan trọng nhất để gây ra sự gia tăng trong hàm lượng chất diệp lục và kích thích tăng trưởng.
Hơn nữa, nMgO đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ công nhận là nguyên liệu an toàn (Krishnamoorthy et al.2012; Cai và cộng sự.2018). Tuy nhiên, công việc nghiên cứu để đánh giá hiệu quả của nMgO đối với cây trồng đáp ứng Mg cao như bông còn ít ỏi. Do đó, điều tra hiện nay tập trung vào ảnh hưởng so sánh giữa dạng sulfat (kích thước bình thường) và oxit (kích thước bình thường và nano) của phân Mg đối với sự sinh trưởng và phát triển tốt hơn của cây bông. Nguyên liệu và phương pháp Vật liệu thí nghiệm Thí nghiệm nuôi cấy trong chậu được thực hiện để nghiên cứu ảnh hưởng của việc bón lá ở các mức độ khác nhau của phân bón thường và phân nano MgO đến sinh trưởng và năng suất bông tại Viện Nghiên cứu Bông Trung ương, Trạm Khu vực, Coimbatore. Các chậu có chiều cao 30 cm và đường kính 11 cm đã được sử dụng cho nghiên cứu này. Đất bề mặt (0–20 cm) được lấy từ đất bỏ hoang của trang trại Nghiên cứu CICR. Các mẫu đất thu thập được làm khô trong không khí và sàng (sàng 2mm) để loại bỏ sỏi và bất kỳ mảnh rễ rõ ràng nào và sau đó trộn kỹ. Khoảng 25 kg mẫu đất hỗn hợp đã được sử dụng để lấp đầy mỗi chậu. Bông (Gossypium hirs đờm)hạt giống suraj được mua từ Hiệp hội các nhà máy Nam Ấn Độ, Coimbatore. Thuốc nano MgO (MgO <50 nm) và MgSO4 heptahydrat (MgSO4 7 H20) được mua từ Công ty Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, Hoa Kỳ), MgO được mua từ SD Fine ChemLimited (Mumbai, Ấn Độ). Trước khi phun, MgO (M2) và nMgO (M3) thông thường được cân riêng biệt và lơ lửng trực tiếp trong nước khử ion để phân tán các hạt bằng cách sử dụng bộ sonicator (100W, 40 KHz) trong 10 phút. Một thí nghiệm thực địa đã được thực hiện với bông cây trồng thử nghiệm (var: Suraj) để so sánh ảnh hưởng của việc bón lá của MgO kích thước nano với MgO và MgSO4 về sinh trưởng và năng suất bông. Các hóa chất tương tự như MgSO4, MgO, và Nano MgO được sử dụng trong thí nghiệm nồi cũng được sử dụng trong các nghiên cứu thực địa.
Thiết kế và quản lý thử nghiệm
Thí nghiệm nuôi cấy trong chậu được thực hiện trong thiết kế khối hoàn chỉnh ngẫu nhiên dựa trên giai thừa (FCRD) với ba lần lặp lại. Bông (Gossypium hirs đờm)giống Suraj hạt giống (4 số) được gieo thủ công ở độ sâu 3 cm trong mỗi chậu và được tỉa mỏng thành một hạt trên mỗi chậu sau khi thành lập cây con. Bốn phương pháp điều trị., Các nguồn phân bón Mg như M1 – (MgSO4), M2 – MgO bình thường, M3 – nMgO và M4 – Đối chứng với các nồng độ khác nhau 20, 40, 60, 80, và 100 ppm được lặp lại thành ba và các nghiệm thức này được phun qua lá (20ml mỗi chậu) ở mỗi giai đoạn hình thành ô vuông (45 DAS) và sự hình thành quả bông (90 DAS). Đối với tất cả các nghiệm thức bao gồm cả đối chứng, liều lượng phân bón khuyến cáo (60:30:30 kg NPK ha-1) được bón đồng nhất, trong đó P dưới dạng super lân đơn (2,2 g / chậu) và K dưới dạng muối kali (0,6 g / chậu) được bón dưới dạng cơ bản và một nửa liều N là urê (0,8 g / chậu) được bón ở 15 DAS và nửa liều N (0,8 g / chậu) còn lại được áp dụng ở 85–90 DAS. Thí nghiệm hiện trường được thực hiện trong thiết kế khối ngẫu nhiên (RBD) với năm lần lặp lại, trong đó các nghiệm thức bao gồm M1– đối chứng, M2 – MgSO4, M3 – MgO bình thường và M4 – nMgO Nano magie oxit. Hạt bông được gieo thủ công theo hàng cách nhau 75 cm và trồng cách cây khoảng cách 45 cm. Kích thước lô đất là chiều dài 4,5m và chiều rộng 3,75m (16,88m2). Trong thí nghiệm này, mỗi ô gồm 5 hàng và mỗi hàng có 10 cây. Liều lượng tối ưu 60 ppm từ thí nghiệm trong chậu được đưa qua tán lá ở 30 và 90 ngày sau khi gieo, tức là ở cả giai đoạn sinh dưỡng và ra hoa. Liều lượng phân bón khuyến nghị (60:30:30 kg NPK ha-1) được áp dụng đồng nhất cho tất cả các phương pháp điều trị. Liều đầy đủ của P dưới dạng super lân đơn và K dưới dạng muối kali và một nửa liều N là urê được bón dưới dạng cơ bản và nửa liều còn lại được chia làm hai và áp dụng ở 45 và 90 DAS. Tất cả các thực hành nông học khác được thực hiện theo quy trình chuẩn cho cả thí nghiệm trong chậu và ngoài đồng. Trong thời kỳ sinh trưởng của cây trồng (tháng 7 đến tháng 3) của bông, nhiệt độ tối đa và tối thiểu trung bình quan sát được là 31,5 và 22,3oC, tương ứng. Tổng lượng mưa nhận được trong thời gian là 42,2mm. Trung bình, 7 giờ nắng chói chang và tốc độ gió 6,6 km / h đã được ghi lại.
Lấy mẫu và phân tích hóa học
Các mẫu đất ban đầu được thu thập từ các mẫu đất hỗn hợp (thí nghiệm trong chậu) và các ruộng tương ứng (thí nghiệm hiện trường) được phân tích các đặc tính vật lý, hóa lý bằng các quy trình thử nghiệm đất tiêu chuẩn do Baruah và Barthakur đưa ra (1999) và được trình bày trong Bảng 1. Đối với thí nghiệm trong chậu, chiều cao cây (bề mặt đất đến ngọn cây) và hàm lượng diệp lục trong lá nở hoàn toàn thứ 4 tính từ ngọn (SPAD – 502 cộng với máy đo diệp lục – Konica-Minolta, Tokyo, Nhật Bản) được đo ở 15 ngày sau lần phun lá đầu tiên. Tương tự như vậy, 15 ngày sau lần phun thứ hai, diện tích lá đã được ghi nhận. Ở giai đoạn thu hoạch, các thông số liên quan đến năng suất., số quả bông đã mở trên mỗi cây, khối lượng quả bông, sản lượng bông hạt được ghi lại. Đối với thí nghiệm đồng ruộng, các thông số sinh trưởng như chiều cao cây (bề mặt đất đến ngọn cây) và số lá, các thông số sinh lýviz., chỉ số diện tích lá được đo ở ba giai đoạn khác nhau như hình thành hình vuông (45 DAS – 15 ngày sau lần phun lá đầu tiên), hình thành quả (115 DAS – 15 ngày sau lần phun thứ hai) và giai đoạn thu hoạch. Tổng hàm lượng Chlorophyll được phân tích trong giai đoạn hình thành hình vuông (45 DAS). Các thông số liên quan đến lợi nhuậnviz., số quả bông đã mở trên mỗi cây, khối lượng quả bông, năng suất cây đơn và năng suất bông hạt được ghi lại ở giai đoạn thu hoạch. Để tính toán chất khô, toàn bộ cây bông đã được nhổ và khối lượng khô của chúng được ghi lại sau khi giữ mẫu trong tủ sấy ở 65-C. Phân tích dữ liệu.Dữ liệu được phân tích thống kê bằng cách sử dụng phân tích phương sai chuẩn (ANOVA), và sự khác biệt giữa các phương pháp điều trị được thực hiện bằng thử nghiệm chênh lệch ít có ý nghĩa nhất (LSD). Dữ liệu quan trọng về mặt thống kê được biểu thị bằng dấu hoa thị cho và cho biết P.05 và P.01, tương ứng
Bảng 1. Đặc điểm của các mẫu đất ban đầu dùng để cấy chậu và nghiên cứu thực địa.
Kết quả
Thí nghiệm nồi
Kết quả ANOVA cho thấy ảnh hưởng đáng kể của nguồn phân bón Mg đến hàm lượng diệp lục, trọng lượng quả, năng suất bông hạt và trọng lượng khô chồi của bông. Ngược lại, các thông số khác như diện tích lá và số quả bông đã mở trên mỗi cây không bị ảnh hưởng đáng kể bởi nguồn phân bón Mg trong thí nghiệm nuôi cấy trong chậu. Tương tự như vậy, các mức phân bón khác nhau và sự tương tác giữa các mức độ và nguồn phân bón Mg không cho thấy bất kỳ ảnh hưởng đáng kể nào đối với tất cả các thông số trên luôn luôn (bảng 2).
Bảng 2 Phân tích phương sai các thông số sinh lý và năng suất của bông (thí nghiệm chậu).
Các thông số sinh lý
So sánh trung bình (bảng số 3) chỉ ra rằng giá trị SPAD của hàm lượng chất diệp lục đã tăng lên đáng kể bởi nMgO (41,1) sau đó là của MgSO4(38,4) và MgO (38,2) so với đối chứng (35,2) ở lá bông già 60 ngày. Phần trăm cao nhất (16,8%) của giá trị diệp lục SPAD đạt được bởi Nano magie oxit nMgO trong khi phần trăm thấp nhất (9,1%) được ghi nhận ở phân bón MgSO4 vượt quá kiểm soát. Trong số các mức nồng độ khác nhau, 60 ppm là liều lượng hiệu quả để tăng giá trị chất diệp lục SPAD trong lá bông. Nhưng giá trị diệp lục SPAD giảm được ghi nhận ở liều lượng cao hơn 80 (37,7) và 100 (37,4) ppm của các nguồn phân bón Mg. Đặc điểm sinh lý quan trọng khác là diện tích lá, có vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp, phân tích sự phát triển của cây và dự đoán năng suất. Bảng so sánh trung bình cho thấy diện tích lá cao nhất là do nMgO (41,3 cm2/ plant) và MgSO4 (39,9 cm2/ cây) trong khi diện tích lá thấp nhất được giao cho MgO (37,8 cm2/ plant) và kiểm soát (37,8 cm2/ thực vật) điều trị. Giống như giá trị diệp lục SPAD, 60 ppm phân bón Mg tạo ra diện tích lá cao hơn so với mức tăng nồng độ phân Mg., 80 ppm (39,9 cm2/ cây) và 100 ppm (37,2 cm2/ thực vật).
Thông số lợi nhuận
Trọng lượng quả và số quả quả đã mở là những yếu tố quan trọng nhất để tăng năng suất bông hạt. Trọng lượng quả tăng lên đáng kể khi bón phân bổ sung nguồn Mg trên lá như nMgO (3,6 g / quả), MgSO4(3,2 g / quả), và MgO bình thường (3,2 g / quả) so với đối chứng (2,6 g / quả). Trọng lượng quả cao nhất (38,5%) được ghi nhận do kích thước giảm của phân MgO so với kiểm soát. Số quả bông mở trên mỗi cây cũng được tăng lên nhờ các nguồn phân bón Mg dạng sunfat hoặc oxit để cho năng suất bông hạt tốt hơn so với đối chứng nhưng hiệu quả không đáng kể trong thí nghiệm nuôi cấy trong chậu này. Số lượng quả bông đã mở cao hơn được ghi nhận bởi MgSO4 (4,7) tiếp theo là Nano magie oxit nMgO (4,2). Đối với năng suất bông hạt, năng suất cao nhất (15,3 và 15,2 g / chậu) được ghi nhận bởi cả MgO nano và MgSO bình thường4phân bón tương ứng trong khi năng suất bông hạt thấp nhất (10,5 g / chậu) được ghi nhận ở nghiệm thức đối chứng (bảng 3). Do hiệu quả đáng kể của việc bón lá nano MgO và MgSO4 thông thường ở 45 và 90 DAS, tỷ lệ cao nhất tương ứng là 45,7 và 44,8% của năng suất bông hạt đã được ghi nhận. Trong số các nguồn phân bón có hàm lượng Mg khác nhauviz., 20, 40, 60, 80, và 100 ppm, mức tối đa của các thông số liên quan đến năng suất như số quả bông đã mở trên mỗi cây, trọng lượng quả bông và năng suất bông hạt thu được ở nồng độ lý tưởng 60 ppm của nguồn phân bón Mg , nhưng nó không đáng kể. Tương tự, không có sự khác biệt đáng kể giữa các nguồn phân bón Mg và hàm lượng của chúng đối với các thông số liên quan đến năng suất của bông.
Bảng 3. So sánh trung bình các thông số liên quan đến sinh lý và năng suất của bông (thí nghiệm trong chậu).
Thí nghiệm hiện trường
Thông số tăng trưởng
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đồng ruộng cho thấy, chỉ số sinh trưởng quan trọng về chiều cao cây chịu ảnh hưởng lớn của nguồn phân Mg ở cả ba giai đoạn sinh trưởng như hình thành quả vuông, hình thành quả bông và thu hoạch bông. Chiều cao cây cao hơn ở những cây được xử lý với kích thước Nano magie oxit nano MgO (40,2, 80,1 và 104,5 cm) tiếp theo là kích thước bình thường của MgSO4(39,6, 72,4 và 99,9 cm) và MgO (39,8, 75,7 và 97,7 cm) so với đối chứng (38,0, 68,7 và 89,4 cm) ở tất cả các giai đoạn viz., hình vuông, hình thành quả bông và thu hoạch, tương ứng. Tương tự như vậy, số lá trên cây bông cũng được tăng cường nhờ nguồn phân bón Mg, điều này cho thấy rằng Mg chịu trách nhiệm cao trong việc hình thành các lá mới. Số lượng lá nhiều hơn (89,2 và 82,8) được tạo ra ở các cây được xử lý bằng MgO kích thước nano và MgSO kích thước bình thường4so với cây được xử lý bằng MgO kích thước bình thường và xử lý đối chứng (lần lượt là 78,2 và 74,9) ở giai đoạn thu hoạch của vụ mùa. Số lượng lá lần lượt tăng 7,4, 34,7 và 19,1% ở các giai đoạn hình thành hình vuông, phát triển quả bông và thu hoạch do áp dụng 60 ppm nMgO Nano magie oxit trên lá có kiểm soát (Hình 1).
Hình 1 Ảnh hưởng của các nguồn phân magie khác nhau đến sinh trưởng và các chỉ tiêu sinh lý của bông ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau (Thí nghiệm đồng ruộng).
Các thông số sinh lý
Chỉ số diện tích lá là một phép đo quan trọng trong hầu hết các nghiên cứu sinh lý học và nông học 0 vì nó phản ánh khả năng quang hợp của cây trồng. Nó được ghi nhận ở ba giai đoạn tăng trưởng như hình thành hình vuông, phát triển quả bông và giai đoạn thu hoạch. Từ giai đoạn hình thành ô vuông đến giai đoạn thu hoạch, sự gia tăng dần dần được nhận thấy trong chỉ số diện tích lá do bón lá của nguồn phân bón Mg. So với đối chứng (0,691, 0,872 và 1,363), chỉ số diện tích lá cao nhất được quan sát thấy ở nMgO (0,814, 1,405 và 1,637) ở giai đoạn hình thành hình vuông, hình thành quả bông và giai đoạn thu hoạch ( Hình 1). Mg là nguyên tử trung tâm của cấu trúc diệp lục; nó đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành chất diệp lục và quang hợp. Trong giai đoạn hình thành hình vuông (45 ngày sau gieo hạt), tổng hàm lượng diệp lục của cây bông được đo và nó được tăng cường được quan sát thấy trong bón lá của cả MgO bình thường (0,834mg / g) và MgO kích thước nano (0,816mg / g) sau đó là MgSO4(0,800mg / g) và đối chứng (0,796mg / g) điều trị (Hình 2).
Hình 2. Ảnh hưởng của các nguồn phân magie khác nhau đến hàm lượng diệp lục (mg/ g) trong bông trong giai đoạn hình thành bông trong thí nghiệm đồng ruộng.
Thông số lợi nhuận
Kết quả của nghiên cứu thực nghiệm đồng ruộng cho thấy rằng các thông số năng suất như số quả bông mở trên mỗi cây, năng suất cây đơn và năng suất bông hạt bị ảnh hưởng đáng kể khi bón lá phân bón MgO và MgSO4 (Bảng 4). Số quả bông đã mở trên mỗi cây là một trong những yếu tố quan trọng nhất để tính năng suất bông hạt. Số quả bông đã mở cao nhất được ghi nhận bởi nMgO (20,6), tiếp theo là MgO (19,4), MgSO4(18,5) và kiểm soát (17,7). Tuy nhiên, trọng lượng quả bông tăng lên đáng kể khi bón lá các nguồn phân bón Mg so với đối chứng, tuy nhiên, điều này không đáng kể. Số lượng quả bông đã mở và trọng lượng quả bông cao hơn góp phần đáng kể vào việc tăng năng suất cây đơn cũng như năng suất bông hạt. Sự gia tăng đáng kể của năng suất cây đơn và năng suất bông hạt được ghi nhận khi bón qua lá của nMgO Nano magie oxit (lần lượt là 58 g / cây và 1729 kg / ha), ngang bằng với MgO kích thước bình thường (57 g / cây và 1701 kg / ha tương ứng) so với MgSO4(Tương ứng 51 g / cây và 1518 kg / ha) và đối chứng (41 g / cây và 1216 kg / ha, tương ứng). Tổng trọng lượng khô của cây bông ở giai đoạn thu hoạch do bón phân Mg tăng hơn so với đối chứng. Trong số các nguồn phân Mg khác nhau, dạng oxit của Mg ở kích thước giảm tạo ra sinh khối khô tối đa (214,7 g / cây) so với dạng sunfat của phân Mg (188,9 g / cây).
Thông số chất lượng sợi quang
Các thông số chất lượng sợi như chiều dài sợi, độ bền của sợi, tỷ lệ độ đồng đều và giá trị micronaire của bông không bị ảnh hưởng đáng kể do việc bón lá các nguồn phân bón Mg bình thường và kích thước nano (Bảng 4). Trong số các thông số chất lượng sợi, 2,5% chiều dài nhịp đã tăng lên đáng kể 3,5% do bón lá 60 ppm nMgO cũng như MgSO4. Tương tự, độ bền của sợi đã tăng lên đáng kể 2,3% do các hạt MgO kích thước nano và bình thường.
Bảng 4. Ảnh hưởng của các nguồn phân magie khác nhau đến các chỉ số năng suất và chất lượng xơ của bông ở giai đoạn thu hoạch (Thí nghiệm đồng ruộng).
Nồng độ dinh dưỡng trong cây bông
Kết quả trong Bảng 5 cho thấy rõ nồng độ dinh dưỡng nitơ (N), phốt pho (P), K và Mg trong toàn bộ cây bông bị ảnh hưởng đáng kể do bón lá nhiều nguồn phân Mg. Hàm lượng nitơ của cây bông đã tăng lên đáng kể qua lá ứng dụng của phân bón MgSO4 được áp dụng (1,87%) hơn cả hai loại MgO và đối chứng. Khi so sánh với phân bón MgO thông thường và phân bón nano, hàm lượng N cao hơn trong phân bón MgO kích thước nano (1,63%). Hàm lượng P tăng lên được ghi nhận trong Nano magie oxit nMgO (0,40%) sau đó là MgSO kích thước bình thường4(0,35%) và MgO (0,33%) trong khi mức độ giảm của hàm lượng P được quan sát thấy trong đối chứng (0,24%). Xem xét hàm lượng K trong toàn bộ cây bông, tác động tích cực được nhận thấy do bón phân Mg. Hàm lượng K trong cây bông được tăng cường đáng kể khi bón lá 60 ppm MgO (3,48%) so với các hạt MgO (3,00%) kích thước bình thường. Tiếp theo là bón phân Mg thông thường như MgSO4 (2,91%) và kiểm soát (2,48%). Sự gia tăng nồng độ của Mg được nhận thấy trong các nguồn phân bón Mg khác nhau như MgO kích thước nano (0,82%), MgO kích thước bình thường (0,76%) và MgSO4(0,74%) trong khi mức giảm của nồng độ Mg được ghi nhận trong kiểm soát (0,59%).
Bảng 5. Ảnh hưởng của các nguồn phân magie khác nhau đến hàm lượng dinh dưỡng của toàn cây bông (thí nghiệm đồng ruộng).
Thảo luận
Thông số tăng trưởng
Mg là một trong những chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của thực vật và đóng vai trò quan trọng trong cả quá trình sinh lý và phân tử. Hiệu suất của Nano magie oxit nMgO cao hơn khi cải thiện các thông số tăng trưởng như chiều cao cây của bông trong nghiên cứu thực nghiệm đồng ruộng, trong đó bón lá 60 ppm nMgO (50 nm) làm tăng chiều cao cây lên 5,8% khi hình thành hình vuông, 16,6% khi hình thành quả và 16,9% ở giai đoạn thu hoạch qua kiểm soát. Sự gia tăng chiều cao của cây do Mg có thể là do vai trò của nó trong việc nạp phloem và vận chuyển các chất đồng hóa ảnh đến các bộ phận của cây non. Những kết quả này cũng được xác nhận với những phát hiện của Raliya et al. (2014), nơi người ta báo cáo rằng 18,2% chiều dài chồi tăng lên ở đậu chùm do phun thuốc qua lá các hạt nano MgO tổng hợp sinh học được kiểm soát. Tương tự như vậy, Jayarambabu et al. ( 2016) kết quả là kích thước hạt trung bình 40 nm của Nano magie oxit nMgO tổng hợp sinh học (100mgL-1) cho thấy chiều dài chồi lớn nhất của ngô (9,4 cm) so với đối chứng (7,2 cm) bằng phương pháp ngâm hạt (12 giờ). Số lượng lá trên mỗi cây cũng tăng lên đáng kể nhờ nMgO có thể là do kích hoạt enzym quang hợp ribulose 1, 5 bisphosphate (RuBP) carboxylase, phân chia tế bào, và chất tạo thẩm thấu bởi Mg, từ đó thúc đẩy chồi mới và tạo ra lá mới.
Các thông số sinh lý
Trong cả thí nghiệm nuôi cấy trong chậu và ngoài đồng, hàm lượng diệp lục ở cả dạng sulfat và oxit của cây bón Mg đều cao hơn so với cây đối chứng. Mg là nguyên tố duy nhất có trong cấu trúc vòng porphyrin, có vai trò cao trong việc tổng hợp phân tử diệp lục dựa trên hoạt động của Mg chelatase. Thiếu Mg trong đất và tán lá dẫn đến hàm lượng diệp lục trong lá cây bị suy giảm có thể do sự điều hòa của các gen quang hợp bị suy giảm do sự vận chuyển bị suy giảm và sự tích tụ nhiều carbohydrate hơn (Hermans và Verbruggen2005). Trong số các nguồn phân bón Mg khác nhau, MgO kích thước nano có tác động làm tăng hàm lượng diệp lục cao hơn so với phân bón MgSO4. Hiệu suất của các hạt MgO kích thước bình thường không hòa tan tương tự với hạt MgO kích thước nano, có thể là do sự phân tán của hạt MgO có kích thước lớn hơn và bản chất hòa tan được cải thiện trong quá trình sonication. Kết quả này đã làm rõ rằng Nano magie oxit nMgO dễ dàng được hấp thụ thông qua các khe hở tự nhiên của nhà máy ở quy mô nano hoặc micromet và đi vào xylem thông qua vỏ não sau đó các hạt nano có thể tích tụ trong không bào. Tốc độ hấp thụ của các hạt nano phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và các đặc tính độc đáo khác của các hạt nano. Những phát hiện tương tự đã được báo cáo bởi Raliya et al. (2014), nơi cải thiện đáng kể hàm lượng sắc tố diệp lục đã được báo cáo do phun Nano magie oxit nMgO tổng hợp sinh học (1–100 nm) lên lá ở nồng độ 15 ppm so với đối chứng trên lá đậu chùm. Rathore và Tarafdar (2015) cho thấy rằng ứng dụng trên lá của nano MgO sinh tổng hợp (<5,9 nm) với nồng độ 20 ppm đã nâng cao đáng kể hàm lượng diệp lục tổng số trong cây lúa mì lên 16,7% so với chỉ 2,9% ở nồng độ tương tự của hạt MgO lớn (kích thước trung bình 6000 nm). Từ nghiên cứu nuôi cấy trong chậu, 60 ppm được phát hiện là liều lượng hiệu quả để tăng giá trị diệp lục SPAD trong khi nồng độ cao hơn làm giảm giá trị diệp lục. Tương tự, Jayarambabu et al. (2016) quan sát thấy sự giảm nồng độ diệp lục trong lá ngô khi tăng nồng độ nMgO (> 50 ppm) và điều này được cho là do giảm hàm lượng phức hợp thu nhận ánh sáng (LHC) II trên màng thylakoid của cây được xử lý. Hiệu suất 60 ppm của nMgO (50 nm) vượt trội so với đối chứng về việc tăng diện tích lá khi nuôi cấy trong chậu và chỉ số diện tích lá trong nghiên cứu thực nghiệm đồng ruộng. Kết quả này đã làm sáng tỏ rằng kích thước và số lượng lá được tăng cường nhờ sản xuất các chất chuyển hóa từ thực vật do kích hoạt enzyme quang hợp RuBP carboxylase và đồng hóa protein và carbohydrate trong lá. Thiếu Mg làm giảm sự nở lá ở cây hướng dương (Lasa et al.2000) có thể là do hoạt động quang hợp bị suy giảm do tích tụ đường trong lá do đó làm giảm xuất khẩu đường sucrose từ lá non (Hermans và Verbruggen2005).
Thông số lợi nhuận
Bón phân Mg qua lá có ảnh hưởng sâu sắc đến việc nâng cao năng suất bông hạt và các thông số liên quan đến năng suất của bông. Số lượng quả bông mở ra cao nhất được ghi nhận ở các cây được xử lý bằng Nano magie oxit nMgO trong cả thí nghiệm trồng trong chậu và ngoài đồng ruộng. Sự gia tăng số lượng quả bông chủ yếu là do số lượng cành cộng sinh cao hơn, có thể là do việc sản xuất các chất chuyển hóa của Mg tăng lên. Khi so sánh với phân bón MgSO4, trọng lượng quả cao nhất được ghi nhận bởi cả hai dạng nano và Mg kích thước bình thường trong cả hai loại thí nghiệm. Sự gia tăng trọng lượng quả do Mg có thể được cho là do vai trò của nó trong việc chuyển vị các chất đồng hóa ảnh từ lá vào các bộ phận đang phát triển tích cực của cây (Cakmak và Kirkby2008) và sinh tổng hợp protein (Maathuis2009). Cả hai nghiên cứu thử nghiệm trong chậu và ngoài đồng đều cho thấy rằng nMgO được tìm thấy là vượt trội trong việc cải thiện năng suất. Tính trung bình, dạng oxit của phân bón Mg bình thường hoặc ở kích thước nano đã làm tăng năng suất bông hạt lên lần lượt là 39,9 và 42,2%. So với dạng sulfat của phân bón Mg, tức là, MgSO4, 13,9% năng suất bông hạt cao hơn được tạo ra bởi Nano magie oxit nMgO. MgO kích thước bình thường làm tăng các thông số liên quan đến năng suất của bông được đánh giá cao, bởi vì các hạt MgO kích thước bình thường bị giảm kích thước hạt của chúng trong quá trình sonication. Kết quả này tương tự hơn với kết quả của Rathore và Tarafdar (2015) người báo cáo rằng 63,2 và 35,1% năng suất hạt tăng ở lúa mì được ghi nhận bằng cách bón lá 20 ppm nano MgO Nano magie oxit tổng hợp sinh học (<5,9 nm) và MgO bình thường, tương ứng so với đối chứng. Việc nâng cao tổng trọng lượng khô của cây bông đạt được bằng cách bón phân Mg qua lá, có thể là do vai trò ảnh hưởng của Mg trong quá trình đồng hóa cacbon và phân vùng sinh khối. Ding, Luo và Xu (2006) báo cáo rằng sự thiếu hụt Mg làm giảm sinh khối chồi ở cây lúa có lẽ là do giảm sự chuyển vị của các tế bào quang hợp và mất chất diệp lục trong lá.
Thông số chất lượng sợi quang
Phân Mg không ảnh hưởng đến chất lượng bông ở mức đáng kể. Nhưng sự cải thiện về các thông số chất lượng sợi như 2,5% chiều dài nhịp và độ bền của sợi đã được Nano magie oxit nMgO chú ý với tỷ lệ phần trăm tăng lần lượt là 3,5 và 2,3% trong sự kiểm soát. Điều này phù hợp với kết quả của Sankaranarayanan et al. (2010) người cũng nhận thấy sự cải thiện nhẹ về chiều dài nhịp 2,5% và độ bền sợi của bông do bón lá MgSO4@ 0,5%.
Nồng độ chất dinh dưỡng trong bông
Tổng hàm lượng N trong cây bông đã được cải thiện đáng kể bằng cách bón lá MgSO4 hơn phân MgO. Điều này có thể là do tác dụng hiệp đồng giữa Mg và N và do đó quá trình trao đổi chất và đồng hóa N đã được cải thiện ở các cây được bón phân Mg (Grzebisz2013). Hơn nữa, phân bón MgSO4 chứa ion sunfat kích thích cây trồng sử dụng N (Mengel và Kirkby 2001). Hàm lượng lân của cây cũng được cải thiện khi bón qua lá các nguồn phân Mg hơn đối chứng. Phân bón Mg cho thấy tác dụng hiệp đồng trong việc cải thiện hàm lượng P của cây (Truog et al.Năm 1947; Rietra và cộng sự.2017). Mg có thể tạo liên kết bền vững với hơn 90% nucleotide photphat trong thực vật và đóng vai trò là đồng yếu tố trong nhiều quá trình enzym liên quan đến quá trình phosphoryl hóa, khử phosphoryl hóa, thủy phân các hợp chất khác nhau và là yếu tố bắc cầu để tập hợp các tiểu đơn vị ribosome cần thiết cho quá trình tổng hợp protein (Marschner2012). Sự thiếu hụt Mg sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự trao đổi chất của tế bào bằng cách làm tê liệt nhiều phản ứng enzym cần chuyển các nhóm photphat (Hawkesford et al.2012; Verbruggen và Hermans 2013). So với MgSO kích thước bình thường4phân bón, hàm lượng P của cây tăng lên đáng kể nhờ phân bón MgO kích thước nano. Các hạt nano MgO được hấp thụ vào bề mặt thực vật và được đưa qua các lỗ thoáng tự nhiên của cây trồng ở quy mô nano hoặc micromet. Các hạt nano có thể xâm nhập vào xylemthông quavỏ não và hình trụ trung tâm và có thể tích tụ trong không bào. Rất nhiều nhà nghiên cứu (Corredor et al.2009; Sheykhbaglou và cộng sự.2010; Raliya và Tarafdar2013; Deepa và cộng sự.2015; Rizwan và cộng sự.2017; Kanjana2019) cho rằng khả năng xâm nhập và vận chuyển của các hạt nano đến các bộ phận khác nhau của cây thông qua ứng dụng trên lá nhưng nó có thể phụ thuộc vào loại cây, nồng độ tiếp xúc, kích thước, bề mặt và sự kết tụ của các hạt nano (Le et al.2014; Rico và cộng sự. 2015).
Mặc dù đất thí nghiệm có phản ứng kiềm (pH 8,5) với hàm lượng K cao (912 kg ha-1), tương tác đối kháng rõ rệt giữa Mg và K không được nhận thấy ở cây bông mà có thể là do sự bón phân của Mg qua lá. Kết quả này được hỗ trợ bởi Jezek et al. (2014), người dẫn đến nguồn cung cấp MgSO4 thông qua lá làm tăng hàm lượng K trong cây ngô hơn so với dinh dưỡng bổ sung Mg thông qua rễ. Nó đã được làm rõ rằng ứng dụng của Mg thông qua rễ tạo ra sự cạnh tranh về sự hấp thu K từ đất nhưng qua lá không có sự cạnh tranh về sự hấp thu K của Mg vì không có Mg như một đối thủ cạnh tranh ở phía rễ và hàm lượng Mg trong mô rễ thấp hơn. Những phát hiện tương tự được cung cấp bởi Mobarak et al. (2013), những người nhận thấy rằng dinh dưỡng lá 7,5 ppm của Mg(NO3)2 cải thiện hàm lượng K trong lá bông vải từ 3,18 lên 3,30%. Sự gia tăng nồng độ Mg trong chồi hoặc trong dung dịch bên ngoài, sự hấp thu K trong chồi cũng được tăng cường đáng kể ở 70 ngày sau khi cấy lúa (Ding, Luo và Xu2006). Theo đánh giá của Senbayram et al. (2015) và Yan và Hou (2018), hiệu ứng đối kháng giữa K và Mg đã được làm rõ một cách rõ ràng. Họ tiết lộ rằng khi nồng độ K trong đất-rễ cao, sự hấp thụ Mg của rễ không bị ảnh hưởng nhưng sự chuyển vị của Mg từ rễ sang chồi bị suy giảm nhiều do các chất vận chuyển Mg không đặc hiệu. Trong thời gian trước đó, một số nhà nghiên cứu như Zhiyu (1982) và Narwal, Kumar và Singh (1985) tiết lộ hành vi hiệp đồng của Mg và K. Zhiyu (1982) công nhận rằng khi Kthứ tựcó trong dung dịch dinh dưỡng, sự hấp thụ của Mg2+ bởi đậu nành là đặc biệt nhanh chóng. Tương tự, Narwal, Kumar và Singh (1985) chỉ ra rằng Mg có tác dụng tổng hợp đối với K với nồng độ thấp nhất là 20 ppm Mg trong tất cả các bộ phận của cây đậu đũa có thể là do sự hình thành phức hợp Mg-ATP cần thiết cho sự hấp thụ tích cực của K qua tế bào rễ. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu đều báo cáo về mối quan hệ đối kháng giữa K và Mg trong nhiều loại thực vật. Giống như tất cả các chất dinh dưỡng đa lượng (N, P, và K), hàm lượng Mg trong toàn bộ các bộ phận của cây bông cũng tăng 39% do bón phân qua lá đối chứng nMgO (50 nm). So với dạng sulfat kích thước bình thường của phân Mg, hơn 10% hàm lượng Mg tăng lên được ghi nhận ở dạng oxit nano kích thước nano của phân Mg. Vì nhu cầu sinh lý của Mg cao, bón lá rất hiệu quả so với bón đất khi rễ cây bị hạn chế (Jezek et al. 2014). Liều lượng phun qua lá hiệu quả nhất là 7,5 ppm Mg (NO3)2tăng hai lần hàm lượng Mg trong lá (0,67– 0,82%), thân (0,18 -0,31%) và rễ (0,39- 0,52%) bông. (Gossypium barbadensevéc tơ. Giza 75) trong đất thịt pha sét (Mobarak et al.2013). Ứng dụng qua lá của muối MgSO4 làm tăng hàm lượng Mg hơn 53% so với đối chứng trong lá rau bina (Borowski và Michałek2012). Delfani và cộng sự. (2014) quan sát thấy rằng việc sử dụng Hạt Nano Mg trên lá đã cải thiện sự hấp thu Mg trong thân và lá của hạt đậu mắt đen (Vigna unguiculata)so với muối Mg thông thường, cho thấy tính khả dụng và tính linh động của các hạt nano Mg cao hơn.
Sự kết luận
Điều tra hiện tại này đã xác định được nguồn phân bón Mg thay thế để thúc đẩy tăng trưởng cũng như năng suất bông. Việc bón Nano magie oxit nMgO qua lá có ảnh hưởng rõ rệt đến hàm lượng diệp lục (giá trị SPAD), số quả bông đã mở trên mỗi cây, trọng lượng quả và năng suất bông hạt. Hơn nữa, tất cả các thông số sinh trưởng khác như chiều cao cây, số lá, diện tích lá và chỉ số diện tích lá của bông đều được cải thiện bởi nMgO. Tương tự, Mg có ảnh hưởng tích cực và đáng kể đến nồng độ dinh dưỡng của N, P, K và Mg trong cây bông. Ngược lại, các thông số chất lượng sợi như chiều dài sợi, độ bền của sợi, micronaire và tỷ lệ độ đồng đều không bị ảnh hưởng đáng kể do nguồn phân bón Mg. Vì vậy, Nano magie oxit nMgO có thể thay thế hoặc giảm việc sử dụng phân bón truyền thống ở nồng độ thấp hơn 60 ppm.
Nguồn tham khảo: Foliar application of magnesium oxide nanoparticles on nutrient element concentrations, growth, physiological, and yield parameters of cotton
D. Kanjana