Ethanol tăng cường khả năng chịu hạn của cây trồng. (A, B) Các nồng độ etanol (EtOH) khác nhau đã nâng cao khả năng chịu hạn của A. thaliana. Dữ liệu được ghi lại 3 ngày sau khi cây được tưới lại. (C, D) Xử lý etanol 50 mM nâng cao đáng kể khả năng chịu hạn của lúa mì (T. aestivum, Chinese Spring). Dữ liệu được ghi lại 30 ngày sau khi cây được tưới lại. (E, F) Xử lý bằng ethanol 100 mM nâng cao đáng kể khả năng chịu hạn của cây lúa (O. sativa L., Nipponbare). Dữ liệu được ghi lại 20 ngày sau khi cây được tưới lại. Các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt đáng kể theo phép thử Tukey-Kramer (P <0,05); (A – D) n = 3 và (E, F) n = 4.

Một nghiên cứu mới được thực hiện tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN ở Nhật Bản cho biết ethanol có thể giúp thực vật tồn tại trong thời kỳ hạn hán. Motoaki Seki và cộng sự đưa ra bằng chứng cho thấy thêm ethanol vào đất cho phép thực vật (gồm cả lúa và lúa mì) phát triển mạnh sau hai tuần mà không cần nước. Vì ethanol an toàn, rẻ và phổ biến, phát hiện này đưa ra một phương pháp thiết thực để tăng sản lượng lương thực trên toàn thế giới khi khan hiếm nước mà không cần phải tạo cây biến đổi gen tốn kém, tốn thời gian và đôi khi gây tranh cãi.

Tình trạng tăng dân số và thiếu nước trầm trọng do biến đổi khí hậu gây ra làm cho tình trạng thiếu lương thực diễn ra càng nhanh. Một lựa chọn là tìm cách ngăn chặn thực vật chết vì thiếu nước. Việc biến đổi gen thực vật để các khí khổng của chúng đóng kín, đã phần nào hiệu quả vì nó ngăn không cho nước thoát ra khỏi cây. Tuy nhiên, việc tạo ra cây biến đổi gen là rất tốn kém, mất thời gian và các nước có nhu cầu lớn nhất có thể không được tiếp cận bình đẳng với các loại cây trồng biến đổi gen này.

Seki và cộng sự đang nghiên cứu một cách tiếp cận khác: Biết rằng thực vật sản xuất ra ethanol khi thiếu nước, việc cung cấp nó cho thực vật sẽ bảo vệ chúng khỏi hạn hán trong tương lai. Để kiểm tra giả thuyết này, nhóm nghiên cứu đã trồng cây trong khoảng hai tuần với lượng nước dồi dào. Sau đó, họ xử lý đất trước khi trồng với ethanol trong ba ngày, tiếp theo là tước nước trong hai tuần. Khoảng 75% cây lúa và lúa mì được xử lý bằng ethanol vẫn sống sót sau khi tưới lại, trong khi chỉ dưới 5% 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, nhóm nghiên cứu đưa ra lý giải bằng cách tập trung vào cây mô hình Arabidopsis: khi quan sát những chiếc lá, ngay sau khi cây Arabidopsis được xử lý bằng ethanol bị thiếu nước, khí khổng đóng lại và nhiệt độ lá tăng lên; sau khi bị thiếu nước 11 và 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 bằng cách gắn thẻ vô tuyến cho ethanol trước khi xử lý. Điều này cho phép quan sát những quá trình nào 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 biểu hiện trong quá trình thiếu nước. Ngoài ra, cùng thời điểm mà hàm lượng nước trong lá chưa được xử lý giảm xuống, thực vật được xử lý bằng ethanol tạo ra đường từ ethanol và thực hiện quá trình quang hợp.

Seki cho rằng xử lý đất với ethanol làm giảm hạn hán trên một số mặt. Đầu tiên, các gen liên quan đến hạn hán được biểu hiện ngay cả trước khi thiếu nước, giúp cây có thể bắt đầu 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, cung cấp nhiều năng lượng cần thiết mà thông thường khó có được với khí khổng đóng.

Seki chia sẻ: “Chúng tôi thấy rằng việc xử lý các loại cây trồng thông thường như lúa mì và gạo bằng ethanol ngoại sinh có thể làm tăng sản lượng cây trồng trong thời kỳ hạn hán. Giống như ở cây Arabidopsis, điều này có thể xảy ra thông qua những thay đổi trong cấu hình chuyển hóa và phiên mã điều chỉnh phản ứng với căng thẳng do hạn hán. Sử dụng phương pháp này vừa rẻ tiền vừa  dễ dàng để tăng năng suất cây trồng ngay cả khi nguồn nước bị hạn chế mà không cần phải sử dụng kỹ thuật biến đổi gen”.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo RIKEN.