Đầu dò thực vật có ý nghĩa trong canh tác bền vững

Các khuôn silicon được chế tạo, sử dụng để sản xuất các vi kim siêu mỏng trong canh tác bền vững. Nguồn: KAUST.

Một phương pháp tạo ra các cảm biến siêu mỏng để theo dõi sức khỏe của cây trồng có thể giúp nông dân tăng năng suất cây trồng mà không cần tăng diện tích đất nông nghiệp.

Nông nghiệp thâm canh đã góp phần làm mất đa dạng sinh học và biến đổi khí hậu trên diện rộng, tuy nhiên dân số ngày càng tăng tiếp tục gây áp lực trong việc sản xuất nhiều lương thực hơn. Thách thức hiện nay nằm ở việc tăng sản lượng mà không cần thêm quỹ đất hoặc bón quá nhiều phân. Canh tác chính xác là một giải pháp đầy hứa hẹn liên quan đến việc theo dõi thời gian thực về nhu cầu của cây trồng và đáp ứng với lượng nước, ánh sáng hoặc chất dinh dưỡng phù hợp.

Nghiên cứu sinh Abdullah Bukhamsin cho biết: “Việc canh tác chính xác thường dựa vào các cảm biến trên đất hoặc máy bay không người lái được trang bị các camera đặc biệt, nhưng họ không thể nắm bắt những thay đổi trong cây đủ sớm để can thiệp. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc đo lường điện trở sinh học - dòng điện đi qua các mô hữu cơ dễ dàng như thế nào - có thể tiết lộ thông tin về sinh lý thực vật, từ hàm lượng nitơ và nước của nó đến sự hiện diện của nấm bệnh hoặc kim loại”.

Tuy nhiên, thực vật có lớp bên ngoài dày ngăn chặn các tín hiệu điện và cảm biến điện trở sinh học phải xuyên qua bề mặt mà không ảnh hưởng đến các đặc tính mà chúng muốn đo. Sản xuất các dụng cụ đủ nhỏ và mỏng để thực hiện công việc này vẫn là điều khó khăn.

Giờ đây, một phương pháp hiệu quả để tạo khuôn silicone có thể được sử dụng để sản xuất các vi kim siêu mỏng như vậy, đã được nghiên cứu bởi Bukhamsin và nhóm các nhà nghiên cứu đa ngành của KAUST do Khaled Salama đứng đầu. Những chiếc kim mỏng manh này có thể được giải phóng nguyên vẹn bằng cách ngâm khuôn trong trichloromethane. Bukhamsin cho biết: “Sự trương nở làm cho khuôn nở ra một chút, do đó nhẹ nhàng đẩy cấu trúc bị mắc kẹt ra ngoài”.

Các khuôn có thể tái sử dụng cho phép sản xuất hàng loạt vi kim, mang lại hiệu quả về chi phí trong các loại polyme thân thiện với thực vật khác nhau. Khi nhóm nghiên cứu thử nghiệm vi kim trên lá của cây Arabidopsis thaliana, lỗ thủng được bịt kín trong vòng bốn ngày và cây không bị hại.

Bukhamsin cho biết: “Trong các thử nghiệm chúng tôi thực hiện, các phép đo trở kháng có liên quan mật thiết đến lượng ánh sáng mà cây tiếp xúc và độ mất nước của cây. Dữ liệu điện trở sinh học này có thể được sử dụng cùng với công nghệ bóng râm và hệ thống tưới tiêu đáp ứng nhu cầu thực tế của cây trồng, do đó tránh được tình trạng tưới quá mức. Thật bất ngờ, mối quan hệ này gần như giống hệt nhau ở các cây trồng khác, ví dụ cây chà là và lúa mạch. Điều này đầy hứa hẹn vì nó làm nổi bật tính linh hoạt của phương pháp tiếp cận và khả năng ứng dụng tiềm năng của nó trên các loại cây khác nhau”.

Theo Salama, “Ở bước tiếp theo, chúng tôi sẽ khám phá những yếu tố môi trường khác ảnh hưởng đến trở kháng của thực vật và cách chúng ta có thể sử dụng các phép đo điện hóa để định lượng nồng độ hormone trong các loài thực vật khác nhau. Dữ liệu chi tiết như vậy có thể cung cấp cho việc canh tác chính xác được tinh chỉnh nhiều hơn trong tương lai”.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org