Nguồn: Unsplash/CC0 Public Domain.

Trong một nỗ lực nhằm tăng năng suất nông nghiệp và hạn chế lãng phí, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Khoa Nông nghiệp, Thực phẩm và Môi trường Đại học Hebrew, Jerusalem (HU), đã phát triển một phương pháp để phát hiện các dấu hiệu căng thẳng trước khi cây trồng bị tác động.

Cây trồng chịu mọi tác động của thời tiết và các yếu tố ngoại cảnh khác gây hại và ảnh hưởng đến khả năng quang hợp và tạo quả của cây. Nếu nông dân có thể nhận được dấu hiệu cảnh báo sớm về sức khỏe cây trồng, điều này sẽ giúp họ thực hiện các biện pháp bảo vệ của mình, ngăn ngừa thiệt hại đáng kể và bảo vệ nguồn lương thực quốc gia.

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Plant Physiology của Matanel Hipsch dưới sự thực hiện của TS. Shilo Rosenwaser tại Khoa Khoa học Thực vật của HU, các nhà khoa học đã giới thiệu các cảm biến sinh học phân tử trong khoai tây cho phép giám sát thời gian thực các tín hiệu gây căng thẳng bên trong thực vật.

Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển một kỹ thuật cải tiến cho phép phát hiện sớm tình trạng căng thẳng và thiếu dinh dưỡng mà không làm tổn hại đến bản thân cây trồng. Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào khoai tây (Solanum tuberosum), một loại cây lương thực chính chiếm 40% kim ngạch xuất khẩu của Israel và rất quan trọng đối với an ninh lương thực trên toàn thế giới. Khoai tây cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu như chất xơ, vitamin, khoáng chất, protein và chất chống oxy hóa.

Bằng cách sử dụng kỹ thuật di truyền, nhóm đã giới thiệu gen mới được mã hóa protein huỳnh quang cho biết mức độ phản ứng của các loài sử dụng oxy - các phân tử có tính phản ứng cao, sự tích tụ của chúng biểu thị cho việc đáp ứng với mức độ căng thẳng. Bộ cảm biến sinh học nhắm mục tiêu vào lục lạp, cơ quan trong tế bào chịu trách nhiệm quang hợp, quá trình hóa học chuyển ánh sáng thành năng lượng để cây phát triển. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể theo dõi ánh sáng phát ra từ các cảm biến sinh học và xác định giai đoạn đầu của phản ứng đối với căng thẳng của thực vật.

Theo ý kiến của Rosenwaser: "Bằng cách sử dụng máy ảnh huỳnh quang có độ nhạy cực cao, chúng tôi có thể theo dõi các tín hiệu huỳnh quang phát ra từ cảm biến sinh học và nhận thấy sự tích tụ của các loài sử dụng oxy phản ứng trong giai đoạn đầu đáp ứng với các điều kiện căng thẳng như hạn hán, nhiệt độ khắc nghiệt và ánh sáng cao”.

Các nhà nghiên cứu tin rằng việc ứng dụng cảm biến sinh học có thể được mở rộng sang các cây trồng chủ lực khác - một nỗ lực sẽ giúp bảo đảm an ninh lương thực và ngăn chặn mất mùa do biến đổi khí hậu trên toàn thế giới.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org