Các nhà khoa học đã chuyển các gen vào vi khuẩn xâm nhiễm cây làm cho chúng hút đạm từ không khí và chuyển nó thành amoniac, một loại phân bón tự nhiên.
 

Công trình này có thể giúp những người nông dân trên khắp thế giới sử dụng ít phân hóa học hơn để trồng các loại cây lương thực quan trọng như lúa mì, ngô và đậu nành.

Nhóm các nhà khoa học từ Đại học Bang Washington đã công bố công trình “Kiểm soát sự cố định đạm ở vi khuẩn liên quan đến ngũ cốc” vào cuối tháng trước trên tạp chí Nature Microbiology.
 

John Peters, Giám đốc Viện Hóa Sinh của WSU, đồng tác giả của công trình, cho biết: “Có sự quan tâm ngày càng tăng trong việc giảm lượng phân bón được sử dụng trong nông nghiệp vì nó đắt tiền, có tác động xấu đến môi trường và tốn nhiều năng lượng để tạo ra . Có lợi ích to lớn để phát triển các biện pháp nhằm làm tăng sự cố định đạm sinh học cho sản xuất cây trồng trên toàn thế giới”.
 

Cách thức cây họ đậu hút đạm
 

Nghiên cứu của nhóm giúp chia sẻ lợi ích của mối quan hệ cộng sinh được tìm thấy trong các cây họ đậu, mà những người nông dân đã dựa vào nhiều thế kỷ để làm giàu đất một cách tự nhiên.
 

Các cây họ đậu, như đậu xanh và đậu lăng, yêu cầu phân bón ít hơn nhiều so với các loại cây trồng khác, vì chúng đã phát triển mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn mà phát triển bên trong các mô rễ của chúng. Những vi khuẩn này chuyển đạm ở dạng khí thành amoniac qua quá trình được gọi là cố định đạm sinh học.

Vi khuẩn lấy đạm từ không khí và chuyển nó thành amoniac cho cây sử dụng để phát triển. Đổi lại các cây cung cấp carbon và các chất dinh dưỡng khác cho vi khuẩn.
 

Để hoạt động cộng sinh, các cây họ đậu và vi khuẩn đã tiến hóa để phóng thích các tín hiệu mà mỗi loại có thể hiểu được. Cây tiết ra các hóa chất báo tín hiệu cho vi khuẩn khi chúng cần cố định đạm. Các vi khuẩn tạo ra các tín hiệu tương tự để cho cây biết khi nào chúng cần carbon.
 

Giảm phân bón

Để phát triển một phương pháp tổng hợp cho mối quan hệ cộng sinh này giữa vi khuẩn và cây trồng, các nhà khoa học đã nghiên cứu nhằm xác định các nhóm gen trong vi khuẩn có khả năng cố định đạm, sau đó chuyển các nhóm gen đó vào các vi khuẩn khác.
 

Giảm nhu cầu sử dụng phân bón có thể có tác động lớn đến nguồn lương thực, việc sử dụng năng lượng và chi phí sản xuất nông nghiệp trên toàn thế giới.
 

Phân bón quá đắt đối với nhiều người nông dân trên thế giới. Không có chúng, nhiều loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng sẽ không phát triển ở nhiều khu vực có đất nghèo đạm.
 

Peters nói “Dự án này nhằm mục đích tăng sản lượng lương thực và giúp nuôi sống thế giới”. “Chuyển đổi sản xuất thực phẩm để có kết quả mà không cần phân đạm có thể là sự phát triển to lớn ở các nước chậm phát triển. Bổ sung các vi khuẩn này sẽ giống như đổ trà bất tử kombucha vào rễ”.
 

Thách thức phức tạp

Phòng thí nghiệm của Peters chuyên nghiên cứu các quá trình trao đổi chất ở vi khuẩn, hoặc cách chúng tạo ra và sử dụng năng lượng. Phòng thí nghiệm của ông đã cung cấp kiểu của mỗi tế bào sống quyết định cây hoặc vi khuẩn phát triển và nó trông như thế nào (blueprint) về cách thức của việc cố định đạm xảy ra ở các vi sinh vật khác nhau. Sau đó, các đồng tác giả của ông, các nhà sinh học tổng hợp tại Viện Công nghệ Massachusetts, có khả năng tạo ra các cơ chế mà vi khuẩn và cây trồng sẽ cần.
 

 “Đây là một thách thức phức tạp và có phạm vi rộng, nó thực sự cần một đội ngũ lớn với nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau để giải quyết”, Peters nói. “Nhưng nếu chúng ta thành công, phần thưởng có thể là rất lớn cho toàn bộ hành tinh của chúng ta”.
 

Nguyễn tiến Hải theo Sciencedaily.