Các hạt nano giúp thực vật tạo miễn dịch chống lại stress nhiệt

Hạt nano được hấp thụ vào cây và giải phóng các chất bên trong của chúng trong điều kiện nhiệt độ cao. Nguồn: Đại học Carnegie Mellon.

Greg Lowry thuộc Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường và cộng sự đang tạo ra các hạt nano (NP) và màng bọc NP, đây sẽ là những sản phẩm cách mạng hóa ngành nông nghiệp. Nghiên cứu của ông đã chứng minh rằng các hạt NP được phủ bằng các polyme phù hợp có thể được hấp thụ 99% trên bề mặt lá, điều này cho thấy nó có hiệu quả hơn các phương pháp sử dụng phân bón lá thông thường.

Bước tiếp theo trong nghiên cứu hiện nay là "phương pháp trị liệu thực vật", Lowry và  Bob Tilton thuộc Khoa  Kỹ thuật hóa học nghiên cứu để tạo ra "miễn dịch" cho cây trồng chống lại một số yếu tố gây căng thẳng lớn nhất trong nông nghiệp đó là: hạn hán và nhiệt độ khắc nghiệt. Trong bài báo gần đây trên tạp chí ACS Nano, họ đã trình bày chi tiết những bằng chứng đầu tiên về việc phóng thích chất kháng khuẩn lên thực vật trong mô hình được lập trình về nhiệt độ.

Tilton cho biết: “Nhiệt độ cao kéo dài có thể gây ra stress cho cây trồng, những hạt NP được ứng dụng để chúng có thể liên kết các tác nhân giảm stress nhiệt và phóng thích chúng vào cây trồng khi thời tiết trở nên rất nóng".

Các NP là một loại polymer mới. Mỗi loại NP chứa một chất kháng khuẩn riêng được biết là tinh thể màu tím (CV). Nhóm nghiên cứu đã phun NP lên lá cà chua, quan sát thấy tỷ lệ hấp thụ cao và sau đó lan truyền khắp toàn bộ cây trong ba ngày tiếp theo tương tự như trong nghiên cứu trước đây của Lowry. Khả năng phóng thích được lập trình sau đó hoạt động khi nhiệt độ bên trong cây đạt 35-40^oC.

Hạn hán và nắng nóng khắc nghiệt có thể giết chết thực vật, cũng như khiến chúng rất dễ bị ảnh hưởng bởi các mối đe dọa sinh học và phi sinh học. Khi hiện tượng nóng lên toàn cầu tiếp tục kéo dài và mức độ nghiêm trọng của các đợt nắng nóng càng tăng sẽ gây khó khăn cho ngành nông nghiệp càng lớn. Các hạt polyme của Tilton và Lowry sẽ nằm im trong thực vật cho đến khi nhiệt độ thay đổi và tại thời điểm đó, chúng sẽ được kích hoạt để giải phóng các chất kháng khuẩn như CV để cung cấp cho cây trồng thêm năng lượng cần thiết tồn tại trong những giai đoạn stress nhiệt này.

Hiện nay các nhà khoa học đang xem xét việc đưa các phương pháp trị liệu khác vào thực vật không chỉ có thể giúp chúng chống lại các mầm bệnh nguy hiểm trong thời kỳ stress nhiệt, mà còn có thể giảm thiểu stress nhiệt bằng cách kích thích quá trình quang hợp bên trong thực vật.

Tilton cho biết: “Các polyme với các đặc tính tương tự về chất lượng đã được nghiên cứu như là một dạng thuốc bảo vệ thực vật cho các liệu pháp trị liệu thực vật. Tuy nhiên, các cơ chế hoạt động của từng loại khá khác nhau để giải phóng các chất giúp cây trồng đối phó với điều kiện thời tiết khắc nghiệt".

Khi khí hậu thay đổi, đất canh tác bị thu hẹp và dân số tiếp tục gia tăng, việc tối đa hóa hiệu quả của nông nghiệp ngày càng quan trọng hơn. Tỷ lệ hấp thụ cao và một loạt các ứng dụng để bảo vệ và nuôi dưỡng thực vật được cung cấp bởi các phương pháp trị liệu thực vật có thể là chìa khóa để hạn chế những tác động lớn này. Như Lowry và các đồng nghiệp đã nêu trong một bài báo gần đây trên tạp chí Nature Food, công nghệ nano nông nghiệp đang trên đà phát triển từ phòng thí nghiệm đến đồng ruộng. Tuy nhiên, lĩnh vực này vẫn đòi hỏi sự đầu tư và nỗ lực lớn hơn để ứng dụng cho các thử nghiệm quy mô lớn nhằm chứng minh tính hiệu quả và khả năng kinh tế của công nghệ mang tính cách mạng như những nghiên cứu về các hạt NP của nhóm tác giả.

Mai Thanh Trúc theo Phys.org