Vai trò của Chitosan trong nông nghiệp

1.  Chitosan là gì?

Chitosan là một dạng chitin đã bị khử axetyl, nhưng không giống chitin nó lại tan được trong dung dịch axit. Chitin là polyme sinh học có nhiều trong thiên nhiên chỉ đứng sau xenluloza. Cấu trúc hóa học của chitin gần giống với xenluloza. Chitin có nhiều trong các loài giáp xác như tôm, cua, ghẹ…

Đặc tính của chitosan:

• Là polysacharide có đạm không độc hại, có khối lượng phân tử lớn.

• Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau.

• Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị.

• Không tan trong nước, dung dịch kiềm và axit đậm đặc nhưng tan trong axit loãng (pH=6), tạo dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 309 – 311oC.

2. Vai trò của Chitosan trong nông nghiệp

1. Kháng virus, kháng vi khuẩn, kháng nấm, kháng một số côn trùng. Do đó, thường được ứng dụng trong kiểm soát bệnh hại.

2. Bảo quản hạt giống, tăng khả năng nảy mầm của hạt giống cũng như cải thiện sức sống của cây trồng, hạn chế nấm bệnh gây hại.

3. Phân bón qua lá giúp cây giảm thoát hơi nước, tăng sức chống chịu khô hạn

4. Cải tạo đất, hạn chế vi sinh vật gây hại trong đất, đồng thời kích thích các vi sinh vật có ích phát triển.

5. Bảo quản nông sản sau thu hoạch.

3.  Cơ chế hoạt động của chitosan

Cơ chế chống bệnh hại của Chitosan chủ yếu bao gồm:

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 hoặc viroid. 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 hóa 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.

Hàng rào vật lý quanh vị trí xâm nhập mầm bệnh

Khi chitosan xâm nhập vào mô cây, thường kết dính xung quanh các vị trí xâm nhập và có 3 tác động chính:

1. Chitosan lập 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.

2. Chitosan liên kết các kim loại khác nhau và giúp kích hoạt nhanh chóng quá trình làm lành vết thương.

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.

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.

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.

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, peptit 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. Chitosan là chất có khả năng kích hoạt các cơ chế phòng thủ của cây. Khi sử dụng chitosan, cây trồng sẽ có một 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. 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 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 chế bảo vệ của cây.

ThS. Lê Trường Bình – Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam