Nghiên cứu giải pháp tăng sản lượng cây trồng với cùng một lượng nước
Việc tăng sản lượng lương thực với nguồn nước sẵn có hạn chế là rất quan trọng cho nhân loại. Tuy nhiên, sử dụng nước hiện tại của con người là không bền vững. Tình trạng lá cây bị mất rất nhiều nước thông qua quang hợp là yếu tố hạn chế lớn nhất đối với mục tiêu tăng sản lượng trên toàn thế giới. Các nhà khoa học tại trường Đại học Munich (TUM) đã phát triển một phương pháp tiếp cận để giải quyết vấn đề, đó là giúp cây trồng sử dụng nước hiệu quả hơn mà không hạn chế sự phát triển của cây nhờ một chiến lược bảo tồn nước cho phép thực vật hấp thụ khí cacbonic trong khi giảm thiểu sự mất nước.
Cây kích hoạt chế độ bảo tồn nước này khi nước khan hiếm. Các nhà khoa học đã có thể xác định các tín hiệu kích hoạt chế độ tiết kiệm nước này. Đây là một giải pháp có thể giải quyết vấn nạn hiện nay là tới khoảng 70% lượng nước tiêu thụ trên toàn thế giới được sử dụng bởi ngành nông nghiệp. Tình trạng khai thác nước không bền vững, chủ yếu trong khu vực nông nghiệp đã làm suy giảm lượng nước ngầm của châu lục. Mỗi năm, một lượng nước bằng khoảng 3 lần so với lượng nước hàng năm tại thác Niagara được chuyển từ đất liền ra biển, do đó góp phần làm tăng khoảng 30% mực nước biển. Theo Báo cáo Nông nghiệp toàn cầu, nhu cầu nước hiện nay cao gấp 3 lần so với thời điểm cách đây 50 năm. Đến năm 2050, nhu cầu về nước trong nông nghiệp được dự kiến sẽ tăng 5 lần.
Khoảng 80% nước từ đất thải vào khí quyển không bị bốc hơi ngay lập tức mà phải đi qua rễ cây và duy trì tình trạng thoát hơi qua lá. Điều này làm cho việc tìm kiếm các cây trồng sử dụng nước tối ưu trở thành một vấn đề trung tâm nhằm hạn chế sử dụng nước quá nhiều trong nông nghiệp và bảo đảm an ninh lương thực cho tương lai.
Cây kiểm soát sự trao đổi CO2 và hơi nước qua các lỗ chân lông gọi là lỗ khí nằm trên lá. Việc đóng các lỗ khí làm giảm sự mất nước và cản trở sự hấp thụ CO2. Tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm, sự hấp thu các phân tử CO2 khiến cây trồng mất đi khoảng 500 đến 1.000 phân tử nước. Tuy nhiên, khi nước khan hiếm, thực vật có khả năng giảm lượng khí CO2 bên trong, do đó làm cho sự hấp thụ CO2 hiệu quả hơn.
Giáo sư thực vật Erwin Grill cho biết: “Cây có khả năng cắt giảm một nửa sự mất nước trong quá trình hấp thụ CO2, nhưng cây trồng sẽ chỉ chuyển sang chế độ tiết kiệm nước này khi trong tình trạng thiếu nước”. Các loại cây trồng với chiến lược tiết kiệm nước vĩnh viễn được kích hoạt sẽ bảo vệ độ ẩm trong đất để sử dụng nó nhằm phát triển và tồn tại sau thời gian hạn hán.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra một hoóc môn thực vật được gọi là acid abscisic có trách nhiệm chuyển đổi các chế độ tiết kiệm nước trên. Hoóc môn thực vật này được sản xuất với số lượng lớn trong thời gian thiếu nước. Trong mô hình cây Arabidopsis còn được gọi là cây cải xoong có lá giống tai chuột, có 14 thụ thể chịu trách nhiệm cho cảm nhận tín hiệu hoóc môn thực vật cụ thể này. Các nhà nghiên cứu Munich đã có thể chứng minh rằng việc tăng cường sản xuất một số thụ thể này sẽ làm cho cây chuyển sang chế độ tiết kiệm nước khi không đủ nước cung cấp. Chỉ có 3 trong số các thụ thể này không ảnh hưởng tiêu cực đến tăng trưởng thực vật. Con người có thể tiết kiệm được khoảng 40% lượng nước mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của cây trồng.
Các nhà khoa học hy vọng là sản lượng các cây trồng như lúa mì, ngô và lúa có thể cao hơn với cùng một lượng nước khi sử dụng cơ chế này. Đây sẽ là một bước quan trọng hướng tới việc đảm bảo an ninh lương thực trong tương lai.
Nguyễn Minh Thu - Mard, theo Phys.org
Số lần xem: 1665
