Lá đòng là lá cuối cùng xuất hiện, biểu thị sự chuyển đổi từ sinh trưởng của cây trồng sang sản xuất hạt. Quá trình quang hợp ở dạng lá này cung cấp phần lớn lượng cacbohydrat cần thiết cho việc lấp đầy hạt - vì vậy nó là loại lá quan trọng nhất đối với tiềm năng năng suất. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Illinois và Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) phát hiện ra rằng một số lá đòng của các giống lúa khác nhau biến đổi ánh sáng và carbon dioxide thành carbohydrate tốt hơn những lá khác. Phát hiện này có thể mở ra cơ hội mới để lai tạo các giống lúa năng suất cao hơn.

Được công bố trên Tạp chí Thực vật học Thực nghiệm, nghiên cứu này khám phá sự cảm ứng của lá đòng - là quá trình lá trải qua để "khởi động" quá trình quang hợp trở lại sau khi chuyển từ ánh sáng thấp sang ánh sáng cao. Điều này rất quan trọng vì gió, mây và chuyển động của mặt trời trên bầu trời gây ra dao động thường xuyên về mức độ ánh sáng. Việc quang hợp được điều chỉnh nhanh như thế nào với những thay đổi này có ảnh hưởng lớn đến năng suất.

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã tiết lộ sự khác biệt đáng kể giữa các giống lúa về khả năng lá đòng điều chỉnh khi ánh sáng dao động. Họ cũng chỉ ra khả năng điều chỉnh khác nhau giữa lá đòng và lá hình thành trước khi ra hoa. Sáu giống lúa được chọn để đại diện cho phạm vi biến đổi di truyền trong một bộ sưu tập đa dạng gồm hơn 3000 giống đã được phân tích như một bước đầu tiên để xác định xem có sự khác biệt về khả năng đối phó với các biến động của ánh sáng hay không.

Nhóm nghiên cứu từ Đại học Illinois và Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế khám phá hiện tượng cảm ứng lá đòng - quá trình quang hợp "bắt đầu" trở lại sau khi chuyển đổi từ ánh sáng thấp sang ánh sáng cao - ở sáu giống lúa. Ảnh: Dự án Liana Acevedo-Siaca/RIPE.

Trong nghiên cứu này, họ phát hiện ra lá đòng của một giống lúa bắt đầu quang hợp nhanh gấp gần hai lần (185%) so với loại chậm nhất. Một lá đòng hiệu quả hàng đầu khác đã cố định thêm 152% lượng đường. Họ cũng phát hiện ra sự khác biệt lớn (77%) về lượng nước mà lá đòng của thực vật trao đổi lấy carbon dioxide cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp. Ngoài ra, họ phát hiện ra hiệu quả sử dụng nước trong lá đòng tương quan với hiệu quả sử dụng nước trước đó trong quá trình phát triển của các giống lúa này, cho thấy rằng hiệu quả sử dụng nước trong điều kiện động có thể được kiểm tra ở các giai đoạn phát triển khi cây lúa còn nhỏ.

Stephen Long, Chủ tịch Đại học Ikenberry Endowed của Illinois về Khoa học Cây trồng và Sinh học Thực vật cho biết: “Chúng tôi không tìm thấy mối tương quan nào giữa lá đòng và các lá khác trên cây, ngoài hiệu quả sử dụng nước, điều này cho thấy cả hai loại lá này có thể cần được tối ưu hóa cho cảm ứng. Trong khi điều này có nghĩa là có nhiều công việc hơn cho các nhà khoa học và nhà chọn tạo giống, nó cũng có nghĩa là có nhiều cơ hội hơn để cải thiện hiệu quả quang hợp và sử dụng nước của cây trồng. Cải thiện việc sử dụng nước ngày càng quan trọng vì nông nghiệp chiếm hơn 70% lượng nước sử dụng của con người và lúa có lẽ là phần lớn nhất trong số này".

Xác nhận nghiên cứu trước đây của họ trên tạp chí New Phytologist, không tìm thấy mối tương quan nào giữa dữ liệu thu thập được trong điều kiện dao động và trạng thái ổn định, nơi cây lúa tiếp xúc với mức độ ánh sáng cao liên tục. Phát hiện này làm tăng thêm sự đồng thuận rằng các nhà nghiên cứu nên tránh xa nghiên cứu phụ thuộc vào các phép đo trạng thái ổn định.

Liana Acevedo-Siaca, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Illinois, cho biết: “Chúng tôi nhận ra sự cần thiết của các thí nghiệm để phản ánh chính xác hơn thực tế mà cây trồng trải qua ngoài đồng ruộng. Chúng tôi cần tập trung nỗ lực vào việc nắm bắt các điều kiện biến động để có thể cải thiện năng suất cây trồng trong thế giới thực chứ không phải trong phòng thí nghiệm".

Công việc này là một phần của dự án “Thực hiện Tăng hiệu quả Quang hợp (RIPE)”, nhằm cải thiện khả năng quang hợp để trang bị cho nông dân trên toàn thế giới những cây trồng năng suất cao hơn, đảm bảo mọi người có đủ lương thực cho một cuộc sống khỏe mạnh và hiệu quả. RIPE được tài trợ bởi Quỹ Bill & Melinda Gates, Quỹ Nghiên cứu Nông nghiệp & Thực phẩm Hoa Kỳ và Văn phòng Đối ngoại, Khối thịnh vượng chung & Phát triển của Vương quốc Anh, người cam kết đảm bảo Tiếp cận Toàn cầu và cung cấp các công nghệ của dự án cho những nông dân cần chúng nhất.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Eurekalert.