Trong những năm gần đây, các nguyên tố Sc, Y và 15 lanthanide (các nguyên tố đất hiếm) được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực công nghiệp và nông nghiệp. Các oxit của các nguyên tố như La₂O₃, Nd₂O₃, CeO₂, Pr₆O₁₁, Sm₂O₃ và Eu₂O₃ được sử dụng làm phân bón cho lá, hạt và rễ của nhiều loại cây trồng nhằm kích thích sự phát triển và năng suất cây trồng. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng các nguyên tố hiếm cải thiện khả năng hấp thụ nước và các nguyên tố dinh dưỡng, tăng độ ổn định màng tế bào và quá trình quang hợp của cây. Hỗn hợp CeO₂, La₂O₃, Nd₂O₃ và Pr₆O₁₁ đã được sử dụng để cải thiện sự phát triển của cải thảo và hạt cải dầu. Kết quả thu được chỉ ra rằng hỗn hợp oxit kim loại có hiệu quả tăng năng suất và ngăn ngừa bệnh ở thực vật.

Hình 1.  Các nguyên tố đất hiếm ứng dụng làm phân bón

Nguồn: https://cavicovietnam.vn; https://nongnghiepmoitruong.vn

    CeO₂ là một oxit nguyên tố đất hiếm phổ biến, đã được ứng dụng rộng rãi làm chất xúc tác nhiên liệu, bộ lọc hồng ngoại (lớp phủ bề mặt), vật liệu điện tử và mỹ phẩm…. Trong lĩnh vực nông nghiệp, CeO₂ đã được sử dụng làm phân bón để cải thiện sự phát triển của nhiều loại cây trồng khác nhau, chẳng hạn như đậu nành và lúa mì. Gần đây, nano CeO₂ đã được sử dụng hiệu quả để cải thiện khả năng tích lũy và thay đổi dinh dưỡng của Triticum aestivum L.. Các tác giả đã nghiên cứu rằng các hạt nano CeO₂ xâm nhập vào thực vật thông qua các bộ phận trên mặt đất hoặc rễ để tăng cường hấp thụ và tích lũy các nguyên tố dinh dưỡng và quang hợp của thực vật, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của chúng.   

    Một công bố gần đây 2024 trên tạp chí Plant Nano Biology, PGS.TS. Mai Hùng Thanh Tùng và cộng sự đã tổng hợp thành công vật liệu nano SiO₂ và CeO₂ để bón cho cây Paris polyphylla (P. Polyphylla, Bảy lá một hoa), một loại cây dược liệu có khả năng kháng ung thư. Kết quả thu được chỉ ra rằng nano CeO₂ và SiO₂ lần lượt làm tăng sinh trưởng rễ và chiều cao của P. polyphylla. Điều này là do P. polyphylla hấp thụ các hạt nano SiO₂ qua rễ và chuyển chúng đến thành biểu bì và bó mạch của thân và lá để bảo vệ cũng như kích thích sinh trưởng các bộ phận trên mặt đất, trong khi P. polyphylla cũng hấp thụ các hạt nano CeO₂ và giữ chúng trong biểu bì rễ để tạo môi trường nhằm đẩy nhanh quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của rễ, từ đó cải thiện đáng kể sự sinh trưởng của rễ. Việc sử dụng đồng thời nano CeO₂ và SiO₂ đã kích thích đáng kể cả sinh trưởng rễ và chiều cao của P. polyphylla.

Hình 2. Cây Bảy lá một hoa được nuôi trồng 

    Các thí nghiệm chiết xuất cho thấy rằng một lượng đáng kể gracillin, một hợp chất dược liệu quan trọng có khả năng kháng ung thư, tích lũy trong thân rễ P. polyphylla.

Bảng 1. Hàm lượng gracillin trong thân rễ của cây P. polyphylla được trồng

    Hàm lượng gracillin trong thân rễ của P. polyphylla trồng được thể hiện trong Bảng 1. Có thể thấy rằng một lượng đáng kể gracillin tích tụ trong thân rễ của P. polyphylla. Nồng độ gracillin tích tụ trong thân rễ của P. polyphylla trong điều kiện được kiểm soát là khoảng 6,9%. Khi SiO₂ được thêm vào dung dịch bón phân, gracillin hàm lượng trong thân rễ P. polyphylla xấp xỉ 7,7%, cao hơn một chút so với hàm lượng gracillin trong cây trong điều kiện được kiểm soát. Điều này cho thấy vật liệu nano SiO₂ thúc đẩy nhẹ quá trình hình thành gracillin trong P. polyphylla. Tuy nhiên, khi CeO₂ được sử dụng làm phân bón cho P. polyphylla, nồng độ gracillin tích tụ trong thân rễ là khoảng 8,4%, cao hơn nhiều so với P. polyphylla trong điều kiện được kiểm soát (cao hơn 21,73%) và cây tiếp xúc với SiO₂ (cao hơn 9,09%). Điều đó chỉ ra rằng vật liệu nano CeO₂ đã kích thích sự phát triển của thân rễ và thúc đẩy quá trình tích tụ gracillin trong thân rễ của P. polyphylla.

     Khi cả vật liệu nano CeO₂ và SiO₂ được trộn và bón cho P. polyphylla, hàm lượng gracillin tính toán từ chiết xuất thực vật là gần 9,8%, cao hơn 16,7% so với cây tiếp xúc với CeO₂ đơn lẻ. Kết quả phân tích ANOVA cho thấy khi cây tiếp xúc với SiO₂, CeO₂ hoặc hỗn hợp ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành Gracillin ở Paris polyphylla so với điều kiện kiểm soát. So với các vật liệu được sử dụng khác giúp cải thiện sự phát triển và hàm lượng gracillin của P. polyphylla, hỗn hợp SiO₂ và CeO₂ được sử dụng cũng cho thấy hiệu quả cao hơn. Ngoài ra, thân rễ của P. polyphylla được bón bằng hỗn hợp vật liệu nano cũng có kích thước lớn hơn so với thân rễ của cây tiếp xúc với CeO₂. Như vậy, sự kết hợp CeO₂ và SiO₂ để sử dụng làm phân bón đã thể hiện những tiến bộ đáng kể trong việc nuôi trồng P. polyphylla để chiết xuất thành phần gracillin.

     Việc ứng dụng các nguyên tố đất hiếm làm phân bón trong nông nghiệp đã mở ra một hướng đi mới trong nuôi trồng cây dược liệu có giá trị kinh tế.