Sau hai tuần không có nước, lúa mì không sống được khi đất được xử lý bằng nước (hình trái), nhưng phát triển mạnh khi đất được xử lý với 3% ethanol (hình phải). Điều này cũng đúng đối với cây lúa nước và cây mô hình Arabidopsis. Nguồn: RIKEN.

Một nghiên cứu mới được thực hiện tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN, Nhật Bản cho biết ethanol có thể giúp thực vật tồn tại trong thời kỳ hạn hán. Với sự dẫn dắt bởi Motoaki Seki, các nhà nghiên cứu cho thấy thêm ethanol vào đất cho phép thực vật, bao gồm cả cây lúa nước và cây lúa mì phát triển mạnh sau hai tuần mà không cần tưới nước. Vì ethanol an toàn, rẻ và phổ biến rộng rãi, phát hiện này đem đến một giải pháp thiết thực để tăng sản lượng lương thực trên toàn thế giới khi nguồn nước khan hiếm mà không cần phải tốn chi phí, tốn thời gian và đôi khi gây tranh cãi về khoa học khi tạo ra cây trồng biến đổi gen. Nghiên cứu được công bố ngày 25 tháng 8 trên tạp chí Plant and Cell Physiology.

Trong tương lai gần bao gồm tình hình dân số tăng đều đặn và tình trạng thiếu nước ngày càng gia tăng do biến đổi khí hậu gây ra, hai điều kiện này chắc chắn sẽ dẫn đến tình trạng thiếu lương thực nếu không có hành động cụ thể. Theo đó có thể lựa chọn giải pháp ngăn cây chết khi không có nước. Việc biến đổi gen thực vật để các khí khổng của chúng - lỗ chân lông trên lá - đóng kín, đã phần nào hiệu quả vì nó ngăn không cho nước thoát ra khỏi cây. Tuy nhiên, việc sản xuất cây biến đổi gen rất tốn kém, mất thời gian và các nước có nhu cầu lớn nhất có thể không được tiếp cận một cách hoàn toàn với các loại cây trồng biến đổi này.

Seki và nhóm của ông đang nghiên cứu có một cách tiếp cận khác. Biết rằng thực vật có khả năng sản sinh ra ethanol khi thiếu nước, họ lý giải rằng việc cung cấp ethanol cho thực vật sẽ bảo vệ chúng khỏi hạn hán trong tương lai. Để kiểm tra giả thuyết này, họ đã trồng cây trong khoảng hai tuần với lượng nước dồi dào. Sau đó, họ tiền xử lý đất trước bằng ethanol trong ba ngày, tiếp theo là để cây ở tình trạng thiếu nước trong hai tuần. Khoảng 75% cây lúa mì và cây lúa nước được xử lý ethanol vẫn sống sót sau khi tưới lại, trong khi đó chỉ dưới 5% số cây không được xử lý sống sót.

Sau khi chứng minh rằng ethanol có thể bảo vệ hai loại cây trồng quan trọng này khỏi hạn hán, tiếp theo, họ đặt ra giải thích tại sao bằng cách tập trung vào cây mô hình Arabidopsis. Đầu tiên, họ quan sát những chiếc lá. Họ phát hiện rằng ngay sau khi cây Arabidopsis bị thiếu nước được xử lý bằng ethanol, khí khổng đóng lại và nhiệt độ lá tăng lên. Trong thời gian thiếu nước khoảng 11 đến 12 ngày, những cây này đã giữ được nhiều nước trong lá hơn những cây không được xử lý.

Sau đó, các nhà nghiên cứu phân tích sự biểu hiện của gen trước và trong khi thiếu nước và gắn thẻ vô tuyến cho ethanol trước khi xử lý. Điều này cho phép họ xem những quá trình nào đã được kích hoạt trong thời gian khô hạn và điều gì đã xảy ra với ethanol sau khi nó được rễ cây hấp thụ. Ngay cả trước khi bị thiếu nước, các cây xử lý bằng ethanol đã bắt đầu biểu hiện các gen thường được biểu hiện trong quá trình thiếu nước. Thêm vào đó, trong cùng khoảng thời gian đó mà hàm lượng nước trong lá chưa được xử lý giảm xuống, các cây được xử lý bằng ethanol tạo ra đường từ ethanol và thực hiện quá trình quang hợp.

Seki phát biểu rằng xử lý đất bằng ethanol làm giảmtác động của hạn hán trên nhiều mặt. Đầu tiên, các gen liên quan đến hạn hán được biểu hiện ngay cả trước khi thiếu nước, giúp cây có bước khởi đầu để chuẩn bị. Sau đó, khí khổng đóng lại, cho phép lá giữ được nhiều nước hơn. Đồng thời, một số ethanol được sử dụng để tạo ra nhiều loại đường, giúp cung cấp nhiều năng lượng cần thiết mà thông thường khó có được khi khí khổng đóng.

Seki cho biết: “Chúng tôi nhận thấy việc xử lý các loại cây trồng thông thường như lúa mì và lúa nước bằng ethanol ngoại sinh có thể làm tăng sản lượng cây trồng trong thời kỳ hạn hán. Giống như cây Arabidopsis, điều này có thể xảy ra thông qua những thay đổi trong quá trình trao đổi chất và điều hòa phiên mã bị biến đổi do hạn hán. Điều này đem đến cho chúng tôi một phương pháp đơn giản và ít tốn kém để làm tăng năng suất cây trồng ngay cả khi bị hạn chế về nguồn nước mà không cần phải biến đổi gen”.

Bùi Thị Huyền Nhung theo Phys.org