Nghiên cứu khả năng ức chế cỏ dại của cây sài đất và ngũ sắc

Trên đồng ruộng, bên cạnh sâu, bệnh hại thì cỏ dại là loại dịch hại thường xuyên và nguy hiểm đối với cây trồng. Chúng cạnh tranh mãnh liệt với cây trồng về nước, dinh dưỡng và ánh sáng dẫn tới làm giảm năng suất, phẩm chất cây trồng. Ngoài ra, cỏ dại còn là nguồn thức ăn và nơi trú ẩn của sâu, bệnh hại cây trồng. Vì vậy, quản lý cỏ dại hiệu quả luôn là thách thức lớn của mọi nền nông nghiệp trên thế giới.

Trong đó, cỏ lồng vực nước là loài thực vật có sức sống mạnh mẽ, bộ rễ chắc khỏe, khả năng quang hợp và hiệu quả trong sử dụng nước và dinh dưỡng nitơ (đạm) cao hơn hẳn cây lúa. Trên đồng ruộng, cỏ lồng vực nước thường vươn cao hơn lúa, để cạnh tranh ánh sáng, từ đó làm suy giảm sức sinh trưởng, năng suất lúa. Ngoài ra, cỏ lồng vực nước còn là ký chủ phụ của một số bệnh hại trên lúa như khô vằn, cháy lá vi khuẩn… Khi thu hoạch, hạt cỏ thường lẫn vào lúa làm giảm giá trị thương phẩm.

Lồng vực là một trong những loại cỏ khó trị trên ruộng lúa. Trong nhiều thập niên qua, sử dụng các loại thuốc diệt cỏ hóa học đã được xem là biện pháp rất hữu hiệu trong quản lý cỏ dại nói chung và cỏ lồng vực nước nói riêng. Việc sử dụng các loại thuốc diệt cỏ hóa học trong thời gian dài, lạm dụng với liều lượng cao, gây ra nhiều vấn đề nguy hiểm như ô nhiễm môi trường, tác động tiêu cực đến các hệ sinh thái, suy giảm chất lượng đất, đặc biệt là gây hại nghiêm trọng đến sức khỏe của con người. Bên cạnh đó, hiện nay, một số loài cỏ dại đã biểu hiện tính kháng thuốc diệt cỏ. Vì thế, các nghiên cứu sản xuất các loại thuốc diệt cỏ thế hệ mới, hiệu quả cao, và đảm bảo an toàn từ tự nhiên đang là hướng đi mới.

Từ trái qua phải: Cây ngũ sắc, sài đất và cỏ lồng vực nước. Ảnh: NNC

Trong tự nhiên, một số loài thực vật có khả năng tổng hợp các hợp chất, gây ức chế hoặc tiêu diệt các loài thực vật khác trên cùng khu vực, các hợp chất này được gọi là chất đối kháng sinh học. Do đó, các hợp chất đối kháng sinh học đã được nghiên cứu, nhằm sử dụng thay thế cho thuốc diệt cỏ hóa học, để sản xuất nông nghiệp bền vững và an toàn.

Cây ngũ sắc và sài đất là hai loài thực vật mọc hoang dại, có đặc tính xâm lấn mạnh mẽ. Để nghiên cứu khả năng ức chế sự phát triển của cỏ dại ở hai loại cây này, nhóm tác giả Trường Đại học Tiền Giang và Đại học Cần Thơ đã thu thập lá cây ngũ sắc và cây sài đất tại huyện Châu Thành (Tiền Giang). Hai loại mẫu thực vật được rửa sạch, sấy ở 50℃ cho đến khi đạt độ ẩm < 10%. Sau đó, từng mẫu vật liệu khô được nghiền, rây thu bột mịn, ngâm dầm trong ethanol 70%. Sau 36 giờ ngâm, hỗn hợp được lọc bằng túi vải để thu dịch trong và trích ly dịch, rồi cô quay chân không ở 50℃ cho đến khi thu được cao thô dạng đặc.

Phân tích cho thấy một số hoạt chất sinh học trong cao chiết thô ethanol từ lá của cây ngũ sắc và cây sài đất gồm phenolic, flavonoid, quinone, coumarin, alkaloid và saponin. Những hợp chất này có nhiều tác động sinh học như tiêu diệt sâu hại, xua đuổi côn trùng, kháng khuẩn và chống oxy hóa.

Thí nghiệm sự nảy mầm của hạt cỏ lồng vực nước. Ảnh: NNC

Về cơ chế kháng cỏ, các hợp chất phenolic gây ức chế chức năng của hệ thống rễ, sự hấp thu nước và các chất dinh dưỡng, thay đổi sự cân bằng nội môi, làm giảm hàm lượng diệp lục tố, ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng, tích lũy sinh khối của cây. Flavonoid có khả năng hạn chế quá trình hấp thụ khoáng chất ở rễ cây. Hợp chất coumarin ức chế sự tổng hợp hormone gibberellin (có tác dụng điều chỉnh sự phát triển ở thực vật), làm giảm tốc độ nảy mầm, quá trình phân cắt tế bào rễ, từ đó ức chế sự phát triển chiều dài của rễ và thân cây.

Để đánh giá khả năng ức chế sự nảy mầm hạt của hai loại cao chiết thô trong điều kiện thí nghiệm, nhóm thu hái hạt cỏ lồng vực nước ở giai đoạn chín, hạt cải củ và hạt cải xà lách rồi ngâm ngập hoàn toàn trong nước trong 24 giờ và ủ trong khăn ấm đến khi nứt nanh (mầm bắt đầu lộ ra ngoài vỏ).

Hai loại cao chiết thô được pha loãng bằng dung môi ethanol 70% thành ba nồng độ bao gồm: 1.0; 2.5 và 5.0 mg/mL. Các đĩa nuôi cấy tế bào Petri (Ø 90 mm) đã đặt sẵn giấy lọc, lần lượt phun 4mL dịch pha loãng hai loại cao chiết ở các nồng độ trên. Tiếp theo, các đĩa petri được đặt vào tủ hút trong 3 giờ, để làm bay hơi dung môi và cao chiết được giữ lại trên giấy lọc. Mỗi đĩa được cho vào 10 hạt/loại (cỏ lồng vực nước, cải củ, cải xà lách) đã nứt nanh và được đặt ở nhiệt độ phòng, nơi có đầy đủ ánh sáng. Mỗi nghiệm thức được lặp lại ba lần. Khả năng ức chế sự nảy mầm của hai loại cao chiết thô được xác định thông qua chiều dài rễ của cây sau bảy ngày ủ.

Kết quả, ở nồng độ 5 mg/mL, dịch pha loãng cao chiết cây sài đất ức chế 84,83% hạt cỏ lồng vực nước, trong khi cao chiết từ lá cây ngũ sắc đạt hiệu lực 36,85%. Kết quả cũng tương tự với hạt cải củ (82,59% với 34,84%) và hạt cải xà lách (96,57% với 54,51%). Ở nồng độ này cũng đạt hiệu quả ức chế sự nảy mầm cao nhất so với các nồng độ còn lại.

Từ nghiên cứu, có thể nhận định cả hai loại cao chiết đều có tác dụng gây ức chế quá trình nảy mầm hạt của một số loài thực vật. Đặc biệt sài đất là loài cây tiềm năng, trong việc nghiên cứu và ứng dụng sản xuất thuốc diệt cỏ, thay thế thuốc hóa học.

Nghiên cứu của nhóm tác giả được công bố trên Tạp chí Khoa học Trường Đại học Mở TPHCM (Số 1, năm 2024).

Nguồn: Kiều Anh - khoahocphattrien.vn