Cây lúa được ghi nhận có khả năng bẫy và tiêu diệt sâu keo mùa thu

Cây lúa và cây bắt ruồi Venus có một điểm chung mà mãi đến gần đây mới được ghi nhận về mặt khoa học. Bằng cách sử dụng mùi hương để dẫn dụ ấu trùng sâu vào bẫy, cây lúa có thể tiêu diệt ấu trùng sâu keo mùa thu ở giai đoạn đầu bằng cách giữ chúng trong gié lúa - phần nằm ở cuối bông lúa, nơi các hạt lúa phát triển.

Trong giai đoạn ra hoa, gié lúa mở ra để lộ hoa nhỏ phục vụ quá trình thụ phấn. Bề mặt gié được bao phủ bởi các lông biểu bì (trichome) dạng gai nhỏ; khi ấu trùng mắc vào các cấu trúc này, gié lúa sẽ từ từ khép lại và giữ chặt chúng. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Ecological Processes.

Giống như nhiều phát hiện khoa học quan trọng khác, quan sát dẫn đến phát hiện này xuất hiện hoàn toàn ngoài dự kiến đối với Devi Balakrishnan.

“Điều này hoàn toàn không nằm trong kế hoạch”, Balakrishnan, tiến sỹ thuộc Bộ môn Côn trùng học và Bệnh cây của Trạm Thí nghiệm Nông nghiệp Arkansas - đơn vị nghiên cứu của Khoa Nông nghiệp, Đại học Arkansas - cho biết. “Tôi đang thực hiện một thí nghiệm khác trên lúa với sâu keo mùa thu và bắt đầu nhận thấy những con sâu này nằm bên trong gié lúa và chúng đã chết”.

Cái chết trong gié lúa

Để xác định nguyên nhân và mức độ sâu keo mùa thu bị mắc kẹt trong gié lúa, Balakrishnan đã tiến hành bốn thí nghiệm độc lập dưới sự hướng dẫn của Rupesh Kariyat - phó giáo sư chuyên ngành côn trùng học cây trồng tại Đại học Arkansas.

Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy khoảng 50% ấu trùng sâu keo mùa thu khoảng một tuần tuổi bị mắc kẹt và chết trong gié lúa khi cố ăn hoa nhỏ. Kết quả tương tự cũng được ghi nhận khi các nhà nghiên cứu đặt lá lúa vào khu nuôi sâu; khoảng một nửa số sâu chết trong vòng 48 giờ khi cố tiếp cận phần hoa bên trong gié lúa.

Trong thí nghiệm thứ ba, nhóm nghiên cứu kiểm tra liệu các hợp chất bay hơi từ hoa có thể dẫn dụ sâu keo mùa thu đến bông lúa hay không. Kết quả cho thấy ấu trùng sâu có xu hướng ưu tiên các bông lúa mang gié đang có hoa hơn so với các gié ở giai đoạn chắc bột (dough stage) - giai đoạn muộn hơn khi gié đã khép lại để hạt lúa tiếp tục phát triển. Nghiên cứu cho rằng các kết quả này cung cấp bằng chứng ban đầu cho thấy lông biểu bì trên gié lúa có thể hoạt động như một cơ chế phòng vệ chống lại các loài côn trùng ăn thực vật tấn công cơ quan sinh sản của cây.

Sơ đồ minh họa thí nghiệm chứng minh các lông biểu bì (trichome) trên bông lúa bẫy ấu trùng sâu keo mùa thu (FAW) ở giai đoạn đầu, dẫn đến cái chết của chúng.Nguồn: Ecological Processes (2026).

“Đây là minh chứng ban đầu cho giả thuyết”, Kariyat cho biết. “Một trong những điều chúng tôi vẫn muốn tìm hiểu là liệu đây có phải là sự kết hợp giữa mùi hương của hoa, lông biểu bì, các thành phần riêng lẻ trong hoa và giống lúa hay không”.

Kiểm soát dịch hại bằng hương thơm

Các thí nghiệm được tiến hành trên giống lúa hoang dại. Trong khi lúa có nguồn gốc từ châu Á thì sâu keo mùa thu có nguồn gốc từ Bắc Mỹ và hiện đã trở thành loài xâm lấn ở nhiều khu vực khác trên thế giới, Balakrishnan cho biết. Những nghiên cứu trong tương lai có thể xem xét những loài sâu nào khác, cũng như ở giai đoạn phát triển nào, có thể bị mắc kẹt trong gié lúa. Những ấu trùng ở giai đoạn phát triển lớn hơn đã phát triển hàm nhai có thể cắn thoát khỏi không gian chật hẹp này.

Do các nhà nghiên cứu đã thu thập và phân tích mùi hương do hoa phát ra - yếu tố có khả năng dẫn dụ ấu trùng - Kariyat cho biết họ muốn kiểm tra xem việc tăng cường lượng mùi hương này dưới dạng thuốc phun có thể giúp thu hút và bẫy nhiều ấu trùng hơn trong gié lúa hay không. Việc tạo ra một hợp chất hóa học tự nhiên để phun lên lúa trong giai đoạn trổ hoa có thể trở thành một chiến lược kiểm soát dịch hại.

“Lúa là một loài cây có khả năng phòng vệ rất mạnh, điều mà chúng ta thường không nghĩ đến khi nói về lúa … chúng ta không xem nó như một loài thực vật độc hại”. Kariyat nói. “Nhưng chúng tôi cho rằng sâu keo mùa thu bị hấp dẫn vì mùi hương của hoa về cơ bản báo hiệu cho ấu trùng biết rằng ở đây có nguồn thức ăn tốt hơn. Chúng tôi suy đoán rằng các hợp chất bay hơi này có thể chịu trách nhiệm trong việc thu hút sâu keo mùa thu đến các hoa nhỏ, sau đó chúng bị mắc lại bởi các lông biểu bì”.

Lúa cũng là cây lương thực chính của khoảng một nửa dân số thế giới, trong khi sâu keo mùa thu đang nổi lên như một mối đe dọa nghiêm trọng do khả năng kháng nhiều loại thuốc trừ sâu ngày càng tăng. Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết quan trọng về tương tác giữa thực vật và côn trùng, có thể mở ra các chiến lược kiểm soát thay thế hoặc bổ sung trong tương lai.

Ban đầu, Balakrishnan tiến hành nghiên cứu nhằm tìm hiểu liệu một protein kinase tham gia vào cơ chế truyền tín hiệu ở thực vật có thể giúp cây lúa chống chịu stress hay không. Để thực hiện điều này, cô sử dụng sâu keo mùa thu như một đối tượng sinh học kiểm tra, đồng thời nghiên cứu vai trò của SnRK1 - viết tắt của sucrose non-fermenting-related kinases - trong giai đoạn lúa trổ hoa.

Sau 48 giờ trong lồng nuôi, ấu trùng tuổi 2 đã di chuyển từ lá lên các bông lúa.

“Có những nghiên cứu cho thấy sâu keo mùa thu có thể ăn bông lúa, nên tôi cho rằng đó là điều chúng đang làm”, Balakrishnan nói. “Nhưng khi quan sát kỹ hơn, chúng hoàn toàn không ăn gì cả. Chúng đã chết bên trong gié lúa - và không chỉ một hoặc hai con. Điều này xảy ra rất thường xuyên”.

Cô đã báo cáo phát hiện bất ngờ này với Kariyat, người ngay lập tức nhận thấy tiềm năng của nó.

Vào thời điểm đó, Balakrishnan đang ở năm thứ hai của chương trình nghiên cứu sinh tại Đại học Arkansas và nhiều thí nghiệm của cô cho kết quả “không có ý nghĩa thống kê”. Theo thời gian, các sinh viên trong phòng thí nghiệm của Kariyat đã nói đùa gọi những kết quả mơ hồ đó là "Hiệu ứng Devi".

“Và rồi cô ấy tạo ra bộ dữ liệu có lẽ thú vị nhất mà phòng thí nghiệm chúng tôi từng có”, Kariyat nói.

Kể từ đó, phát hiện này đã trở thành tâm điểm chú ý vượt ra ngoài phạm vi bang Arkansas. Trong các bài giảng được mời trình bày vào tháng 4 vừa qua, Kariyat đã giới thiệu một thập kỷ nghiên cứu về sinh thái hóa học và côn trùng học cây trồng trên các cây hàng năm ở Arkansas tại Đại học Quốc gia Đài Loan, Đại học Quốc gia Chung Hsing ở Đài Loan và Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) tại Philippines.

“Đến cuối mỗi buổi seminar, đây luôn là nghiên cứu mà mọi người muốn thảo luận”, ông cho biết. “Họ muốn nghe nhiều hơn về công trình của Devi”.

Lông biểu bì không phải là chủ đề mới trong phòng thí nghiệm của Kariyat. Ông và các cộng sự đã công bố hơn 20 bài báo về các cấu trúc nhỏ giống như sợi lông này trên thực vật, ghi nhận các tác động trước và sau khi bị ấu trùng ăn. Tuy nhiên, phát hiện về gié lúa lần này hoàn toàn khác biệt.

“Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi có một câu đùa rằng dù bạn đang nghiên cứu vấn đề gì - kể cả protein kinase - thì cuối cùng bạn cũng sẽ phải đếm lông biểu bì”, Kariyat nói. “Phát hiện này nhắc nhở chúng tôi rằng đôi khi những nghiên cứu khoa học thú vị nhất lại bắt đầu khi mọi thứ không diễn ra đúng như kế hoạch”.

Phạm Thành Nhân theo Phys.org