Bước đột phá tiếp theo trong cây đậu tương có thể nằm dưới lòng đất

Các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm các giống đậu tương có rễ sâu hơn, được thiết kế để tìm nguồn nước trong thời kỳ hạn hán và lưu trữ nhiều carbon hơn dưới lòng đất, nhưng thử thách thực sự sẽ là liệu những đặc tính này có hiệu quả trên đồng ruộng của nông dân hay không.

Các giống đậu tương được biến đổi gen để phát triển rễ sâu hơn đang được thử nghiệm trên đồng ruộng để xác định xem chúng có thể chịu hạn tốt hơn đồng thời lưu trữ thêm carbon trong đất nông nghiệp hay không.

Theo hãng tin AP, các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Sinh học Salk đang nghiên cứu cách độ sâu, kích thước và thành phần của rễ có thể cải thiện khả năng chống chịu của cây trồng và khả năng lưu trữ carbon. Nhưng vẫn còn những câu hỏi quan trọng về hiệu suất của cây trồng trong điều kiện canh tác thực tế, carbon tồn tại dưới lòng đất trong bao lâu và liệu những thay đổi này có ảnh hưởng đến năng suất hay không.

Theo một thông cáo báo chí, khoản tài trợ 18 triệu đô la từ Quỹ Trái đất Bezos sẽ hỗ trợ thử nghiệm trên đồng ruộng và nghiên cứu để đưa cây trồng này vào sản xuất thương mại.

Wolfgang Busch, giám đốc Sáng kiến ​​Khai thác Thực vật của Salk, cho biết áp lực khí hậu đang khiến công việc này ngày càng cấp bách.

Ông nói: “Chúng ta thực sự đang đi theo một hướng rất đáng lo ngại. Việc sản xuất đủ lương thực cho đủ người sẽ trở nên khó khăn hơn”.

Xác định các gen định hình sự phát triển của rễ

Trong sáu năm qua, các nhà khoa học tại Viện Salk đã nghiên cứu bộ gen của hàng trăm giống cây trồng phổ biến, bao gồm đậu tương và lúa miến, được thu thập từ khắp nơi trên thế giới.

Công trình này đã tạo ra cái mà giáo sư nghiên cứu Todd Michael của Viện Salk mô tả là một “bách khoa toàn thư” về bộ gen thực vật. Các nhà nghiên cứu đã xác định được 347 gen liên quan đến việc lưu trữ carbon và sự phát triển của rễ, sau đó chỉnh sửa DNA thực vật để phát triển các loại cây có rễ sâu hơn.

“Chúng tôi muốn tận dụng sự biến dị tự nhiên của một loại cây nhất định”, Michael nói. “Chúng ta chỉ cần có khả năng thực hiện các phép lai phù hợp để đưa những gen đó vào”.

Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng rễ sâu hơn sẽ giúp cây trồng tiếp cận nước bên dưới các lớp đất mặt trong thời kỳ hạn hán. Những rễ này cũng có thể tích trữ carbon sâu hơn dưới lòng đất, nơi nó có thể ít bị ảnh hưởng bởi việc cày xới.

Nhóm nghiên cứu cũng đang nỗ lực để tăng kích thước rễ và hàm lượng suberin, một chất chứa carbon, giống như nút chai, phân hủy chậm hơn nhiều mô thực vật khác.

Kiểm tra lợi ích tiềm năng cho sản xuất cây trồng

Ngoài khả năng chống hạn, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu xem liệu hệ rễ dốc hơn có thể cho phép cây trồng mọc gần nhau hơn, từ đó có khả năng tăng năng suất hay không. Rễ lớn hơn và sâu hơn cũng có thể hấp thụ nhiều nitơ và các chất dinh dưỡng khác mà nếu không sẽ bị cuốn trôi ra đồng ruộng.

Những lợi ích tiềm năng đó vẫn cần được kiểm chứng trên thực địa.

Tại Đại học Illinois Urbana-Champaign, các nhà nghiên cứu đang trồng đậu tương có rễ sâu hơn dưới một mái che có thể đóng mở để kiểm soát lượng mưa và thử nghiệm phản ứng với hạn hán. Camera dưới lòng đất và thiết bị cảm biến cho phép các đối tác nghiên cứu theo dõi sự phát triển của rễ và lượng carbon trong đất.

Dữ liệu từ Illinois và các địa điểm khác ở Missouri, Kansas và Iowa sẽ giúp các nhà nghiên cứu đánh giá cả năng suất cây trồng và khả năng lưu trữ carbon.

Vì công tác lai tạo giống cây trồng từ trước đến nay ít chú trọng đến rễ, “chúng ta thực sự không biết sự đánh đổi thực sự là gì”, Busch nói. “Bạn phải thử nghiệm nó trên thực địa.”

Đo lường lượng carbon lưu trữ dưới lòng đất

Dựa trên các kết quả thí nghiệm trước đó, các nhà nghiên cứu tại Salk ước tính rằng đậu tương có rễ sâu hơn và lớn hơn có thể lưu trữ thêm một tấn khí carbon dioxide trên mỗi hecta – khoảng 2,5 mẫu Anh mỗi năm. Liệu ước tính đó có đúng trong điều kiện thực địa hay không, và lượng carbon được lưu trữ trong bao lâu, sẽ phụ thuộc vào độ sâu của rễ và môi trường đất xung quanh. Kết quả thực địa ban đầu dự kiến ​​sẽ có vào mùa thu này, Busch cho biết.

Một nghiên cứu năm 2025 do Busch đồng tác giả đã mô hình hóa tác động tiềm tàng của việc áp dụng các giống đậu tương, ngô, bông và cải dầu có rễ sâu hơn ở các quốc gia đã trồng cây trồng biến đổi gen. Nghiên cứu ước tính rằng việc áp dụng rộng rãi có thể loại bỏ khoảng 1 gigaton carbon dioxide mỗi năm vào năm 2040.

Dự báo đó phụ thuộc vào việc áp dụng trên quy mô lớn. Nghiên cứu cho thấy việc triển khai có thể được hỗ trợ bằng cách sử dụng đất nông nghiệp và cơ sở hạ tầng nông nghiệp hiện có.

Lợi ích cho nông dân và ngành công nghiệp hạt giống sẽ định hình việc áp dụng

Để công nghệ này đạt được diện tích canh tác thương mại, nó cần phải mang lại lợi ích rõ ràng cho nông dân và các công ty hạt giống, Busch nói. Ông chỉ ra việc áp dụng cây trồng kháng thuốc diệt cỏ như một ví dụ về tốc độ lan truyền nhanh chóng của công nghệ hạt giống mới.

“Trong lịch sử, rõ ràng là nếu bạn có một công nghệ mà một công ty hạt giống lớn quan tâm, nó sẽ lan truyền rất, rất nhanh”, ông nói. Tuy nhiên, Andrew Bovarnik, người đứng đầu hệ thống lương thực toàn cầu của Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc, cảnh báo rằng các công nghệ cây trồng đầy hứa hẹn có thể mất nhiều thời gian hơn để đến được các trang trại so với dự đoán của các nhà nghiên cứu.

Ông cho biết, các công ty hạt giống, người mua hàng hóa, trợ cấp của chính phủ, các quy tắc thương mại và tài chính đều ảnh hưởng đến quyết định của nông dân.

“Người ta thường có cảm giác rằng chỉ cần đổi mới và nảy ra một ý tưởng hay là mọi chuyện sẽ thành hiện thực ngay lập tức”, Bovarnik nói. “Nhưng thực tế thường không diễn ra như vậy. Chúng ta đang bị kẹt trong một hệ thống đã bám rễ quá sâu”.

Nông dân cũng cần bằng chứng cho thấy các loại cây trồng mới lạ sẽ không gây ra những vấn đề như dễ nhiễm bệnh hơn hay giảm khả năng chịu nhiệt.

Tầm nhìn xa hơn phạm vi hạt giống

Bovarnik cho biết, các khoản trợ cấp và những chính sách khuyến khích khác có thể thúc đẩy việc áp dụng các giống mới. Tuy nhiên, lợi ích tổng thể còn phụ thuộc vào công tác quản lý đất đai, cách sử dụng đất và hiệu quả sử dụng các loại cây trồng như đậu tương.

“Hãy luôn nhìn vấn đề lương thực dưới góc độ chiến lược và hệ thống bao quát”, Bovarnik nói, “chứ không chỉ tập trung vào các giải pháp đổi mới ở khâu cuối cùng”.

Ông Busch thừa nhận rằng việc phát triển các loại cây trồng và sản phẩm hạt giống mới có thể mất nhiều năm, do đó việc cấp vốn kịp thời đóng vai trò rất quan trọng.

“Đó là cuộc chạy đua với thời gian”, ông nói khi đề cập đến vấn đề biến đổi khí hậu. “Chúng ta đang chạy đua để hạn chế thiệt hại và ngăn chặn việc vượt qua các ngưỡng tới hạn – những điểm mốc mà từ đó rất khó để đảo ngược tình thế”.

Võ Như Cầm theo Seedworld.