Kê phục sinh – loài cây hồi sinh sau hạn hán khắc nghiệt

Một khám phá mới của các nhà khoa học có thể giúp bảo vệ sản lượng cây trồng và giảm tỷ lệ cây chết do hạn hán, nguyên nhân gây ra khoảng một phần tư thiệt hại trong sản xuất nông nghiệp tại Hoa Kỳ.

Nước là yếu tố thiết yếu cho sự phát triển, sinh sản và tồn tại của thực vật. Hạn hán gây ra căng thẳng nghiêm trọng đối với cây trồng và có thể làm giảm đáng kể sản lượng hàng năm hoặc thậm chí làm chết toàn bộ vụ mùa. Hạn hán cũng làm tăng chi phí cho nông dân, buộc họ phải đầu tư vào hệ thống tưới tiêu để giữ cho cây trồng sống sót. Những tác động và chi phí này dẫn đến nguồn cung thực phẩm giảm và giá cả thực phẩm tăng cao đối với người tiêu dùng.

Sau nhiều năm nghiên cứu cơ chế và tác động của hạn hán đối với thực vật, các nhà khoa học tại Cục Nghiên cứu Nông nghiệp (ARS) thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) và Đại học Bang Colorado (CSU) đã xác định được các quá trình sinh học dẫn đến hiện tượng tử vong ở thực vật dưới điều kiện hạn hán nghiêm trọng, đồng thời xác minh khả năng phục hồi một phần của thực vật đối với các tổn thương do hạn hán gây ra. Họ cũng phát hiện ra một loài thực vật (họ hàng với kê hoang dã) có khả năng chịu hạn đặc biệt, thể hiện khả năng "phục sinh" sau những đợt hạn hán khắc nghiệt.

Trong điều kiện hạn hán nghiêm trọng, đất và không khí trở nên khô cằn khiến nước bên trong cây không còn ở dạng lỏng mà chuyển thành dạng khí. Quá trình này, gọi là hình thành thuyên tắc khí (embolism), dẫn đến sự xuất hiện của các bong bóng khí gây tắc nghẽn trong các mô dẫn nước của cây. Những thuyên tắc này làm giảm khả năng vận chuyển nước và khoáng chất từ rễ lên lá, cản trở các quá trình thiết yếu cho sự sinh trưởng, sinh sản và tồn tại của cây trồng.

Nhà khoa học Sean Gleason của ARS và cây kê “phục sinh”. Nguồn: Jared Stewart, Đại học Bang Colorado (CSU).

Việc hình thành thuyên tắc khí từng là hiện tượng ít được hiểu rõ do khó quan sát bằng các thiết bị và phương pháp được sử dụng trong các nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, nhóm nhà khoa học tại ARS và CSU đã sử dụng một phương pháp cải tiến, trong đó họ quét toàn bộ cây bằng một loại máy X-quang trong phòng thí nghiệm. Thiết bị này cho phép họ quan sát dòng chảy của nước qua các bộ phận của cây, bao gồm thân, rễ và lá, giúp phát hiện các bong bóng khí hay thuyên tắc xuất hiện trong toàn bộ cây.

“Chúng tôi đã phát hiện ra một loài kê hoang dã có khả năng đảo ngược quá trình hình thành thuyên tắc trong mô dẫn nước”, ông Sean Gleason, nhà sinh lý học thực vật tại ARS, đơn vị Nghiên cứu Quản lý Nước và Hệ thống tại Colorado, cho biết. “Chúng tôi gọi loài cây này là kê phục sinh vì nếu được tưới nước, ngay cả khi gần như 100% mô dẫn nước bị thuyên tắc, cây vẫn có thể lại làm đầy các thuyên tắc này và hồi phục. Đây là nghiên cứu đầu tiên cung cấp bằng chứng trực tiếp cho thấy quá trình ‘làm đầy’ hoàn toàn và chức năng của mạch gỗ trong thân cây sau hạn hán nghiêm trọng. Phát hiện này thách thức các giả định lâu nay về khả năng phục hồi thủy lực của thực vật và có ý nghĩa lớn đối với khả năng chống chịu hạn của cây trồng trong môi trường thiếu nước”.

Troy Ocheltree, đồng tác giả và cộng tác viên tại Khoa Quản lý Rừng và Đồng cỏ của CSU, đã giải thích thêm về những ảnh hưởng quan trọng của nghiên cứu này đối với cải tiến cây trồng và đồng cỏ tự nhiên:

“Kết quả cho thấy ngay cả khi cây bị căng thẳng nghiêm trọng, chúng vẫn có khả năng phục hồi trong cùng năm xảy ra hạn hán và tiếp tục phát triển trở lại,” ông nói. “Khả năng này ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng mùa vụ cũng như lượng cỏ chăn thả dành cho gia súc”.

Các nhà nghiên cứu đang tìm cách ứng dụng công nghệ mới để chuyển khả năng chịu hạn của loài kê này sang các loại cây trồng chính như lúa mì, ngô và lúa gạo, nhằm bảo vệ nền nông nghiệp Hoa Kỳ trong tương lai.

Phạm Thành Nhân theo ARS.