Các cây có lá xanh nhạt tiết kiệm nitơ mà không làm mất hiệu quả quang hợp

Các nhà khoa học sử dụng các cây có lá màu xanh nhạt với hy vọng cho phép nhiều ánh sáng xuyên qua tán lá đồng thời tăng hiệu quả sử dụng ánh sáng và tăng năng suất. Chiến lược này đã được thử nghiệm trong một nghiên cứu mô hình gần đây cho thấy các lá có hàm lượng chlorophyll giảm không thực sự cải thiện mức độ quang hợp ở tán cây nhưng thay vào đó bảo tồn một lượng nitơ đáng kể mà cây có thể tái đầu tư để nâng cao hiệu quả sử dụng ánh sáng và tăng năng suất.

Các nhà khoa học đã thiết kế những cây có lá xanh nhạt để cho phép ánh sáng xuyên qua tán cây để tăng sự quang hợp và tăng năng suất; tuy nhiên, các mô hình cho thấy các cây này có thể cần nitơ ít hơn và quang hợp ít bị ảnh hưởng. Nguồn: Claire Benjamin/Đại học Illinois

Các lá trên cùng của cây hấp thụ ánh sáng nhiều hơn so với lượng anh sáng chúng sử dụng, trong khi những lá thấp hơn thiếu ánh sáng. Các nhà khoa học đã thiết kế các cây có lá màu xanh nhạt với hy vọng cho phép nhiều ánh sáng xuyên qua tán cây trồng và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và năng suất tổng thể. Chiến lược này đã được thử nghiệm trong một nghiên cứu mô hình gần đây cho thấy các lá có hàm lượng chlorophyll giảm không thực sự cải thiện sự quang hợp ở tán cây nhưng thay vào đó bảo tồn một lượng nitơ đáng kể mà cây có thể tái đầu tư để nâng cao hiệu quả sử dụng ánh sáng và tăng năng suất cây trồng.

Berkley Walker, một nghiên cứu sinh của Alexander von Humboldt thuộc trường Đại học Pennsylvania, nói: "Lá trên đỉnh tán cây thật sự tham lam - chúng hấp thụ rất nhiều ánh sáng và không để quá nhiều cho các anh chị em của chúng ở dưới”. Düsseldorf, người thực hiện thử nghiệm này được hỗ trợ bởi tổ chức Nhận thấy hiệu quả quang hợp gia tăng- Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) phát biểu:"Lá bên trên không hiệu quả lắm với năng lượng ánh sáng đó, nhưng hiệu quả rõ rệt với lá ở đáy. Vì vậy, nếu bạn chỉ cần lấy một ít ánh sáng đã được rọi lên phía trên và đẩy nó xuống sâu hơn vào tán lá, về mặt lý thuyết, bạn sẽ có một mái vòm hiệu quả hơn".

Xuất bản trong quyển Sinh lý học thực vật, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm ý tưởng này bằng cách sử dụng một mô phỏng máy tính kết hợp dữ liệu từ gần 70 giống đậu nành có mức độ diệp lục khác nhau từ ngân hàng giống của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ. Họ phát hiện ra rằng các cây có độ diệp lục thấp hơn 20% so với lý thuyết đòi hỏi phải có 9% lượng nitơ ít hơn mà không có cách nào để tăng lượng carbon (sinh khối) và năng suất

Phó giám đốc RIPE, Don Ort, một nhà sinh lý học thuộc tổ chức Nghiên cứ quang hợp USDA / ARS và Giáo sư Robert Emerson về Sinh học thực vật và Khoa học cây trồng tại Viện Carl R. Woese nghiên cứu sinh học gen thuộc Đại học Illinois cho biết: "Mô phỏng này cho thấy cấu trúc bên trong phức tạp của lá cây làm cho ánh sáng tỏa ra xung quanh nhiều đến nỗi ánh sáng có cùng xác suất tăng lên khi nó di chuyển xuống”.  "Khi chúng ta giảm chất diệp lục, ánh sáng sẽ mất đi nhiều hơn để phản xạ, và chúng ta không nhận được đầy đủ các lợi ích của việc chiếu sáng sâu hơn vào tán cây nơi ánh sáng có thể được hấp thụ".

Tiếp theo, họ đang tìm hiểu xem những khoản tiết kiệm nitơ này có thể được sử dụng để khắc phục các tắc nghẽn quang hợp khác cũng như cách khác để tăng thâm nhập ánh sáng vào tán.

Walker cho biết: "Đó không phải là trường hợp bất lợi đối với đối tượng cây có lá xanh nhạt, nhưng chiến lược này sẽ mang một chút sắc thái hơn là chỉ đưa cây trồng ra khỏi nơi có hàm lượng chlorophyll thấp hơn. "Chúng ta cần khám phá nếu ánh sáng màu xanh lá cây có thể được kết hợp với sự thay đổi trong kiến trúc lá hoặc nếu chúng ta có thể thiết kế lại các lá mỏng hơn để giảm phản xạ ánh sáng và cải thiện độ truyền".

Các nghiên cứu khác do RIPE tài trợ làm giảm hàm lượng chlorophyll trong lúa cho thấy rằng việc phân bổ lại lượng nitrogen này có thể cải thiện sự quang hợp của tán và hiệu quả sử dụng nitơ lên 30%. Theo cộng tác viên Xinguang Zhu, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, việc vận dụng hàm lượng chất diệp lục lá là một lựa chọn thú vị để khám phá năng lượng, hiệu quả sử dụng năng lượng và các mẫu phân bố nitơ giữa các protein quang hợp trong lá".

Đỗ Thị Thanh Trúc theo sciencedaily.