Khám phá chất hóa học khiến hạt giống nảy mầm thụ động

Hình ảnh hồng ngoại cho thấy sự bốc thoát hơi nước được tăng lên (màu xanh nước biển) ở cây cà chua và lúa mì xử lý với ANT. Nguồn: Aditya Vaidya/UCR.

Những hạt giống nằm im có thể sẽ sống lại với sự hỗ trợ của một chất hóa học mới được phát hiện bởi nhóm nghiên cứu do Đại học California-Riverside (UCR) dẫn đầu.

Thực vật có khả năng nhận biết hạn hán, lúc đó thực vật sẽ tiết ra hormone giúp chúng giữ nước. Cũng chính loại hormone này (ABA) gửi một thông điệp đến hạt giống cảnh báo đây không phải là thời điểm thích hợp để nảy mầm. Điều này dẫn đến việc giảm năng suất cây trồng và ít lương thực hơn ở những vùng nóng - ngày một nhiều do biến đổi khí hậu.

Aditya Vaidya, tác giả nghiên cứu dự án của UCR cho biết: “Nếu bạn chặn ABA, bạn sẽ gây rối con đường hóa học mà thực vật sử dụng để ngăn chặn sự nảy mầm của hạt giống. Hóa chất mới chúng tôi sử dụng, Antabactin, thực hiện chính xác điều này và sẽ làm những hạt ngủ đông nảy mầm".

Các minh chứng về hiệu quả của Antabactin được mô tả trong một bài báo mới được xuất bản trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.

Công trình này được xây dựng dựa trên việc nghiên cứu tạo ra chất hóa học mô phỏng tác động của hormone ABA - do thực vật sản xuất để đối phó với căng thẳng do hạn hán. Hóa chất đó có tên Opabactin, nó làm chậm sự phát triển của cây để cây tiết kiệm nước và không bị héo. Opabactin hoạt động bằng cách khiến thực vật đóng các lỗ nhỏ trên lá và thân của chúng, ngăn nước thoát ra ngoài.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn tìm ra một phân tử có tác dụng ngược lại, mở các lỗ, khuyến khích sự nảy mầm và tăng sự phát triển của thực vật. Mặc dù hiện tượng ngủ đông của hạt phần lớn đã được loại bỏ thông qua nhân giống, nó vẫn còn là một vấn đề ở một số loại cây trồng như rau diếp.

Theo GS. Sean Cutler (Bộ môn Sinh học tế bào thực vật, UCR), tăng tốc và làm chậm sự phát triển của thực vật là những công cụ quan trọng đối với nông dân. Nghiên cứu của ông và cộng sự là nhằm quản lý cả hai nhu cầu này.

Để tìm ra điều ngược lại của chất hóa học Opabactin, Vaidya đã nhanh chóng tạo ra 4.000 dẫn xuất của nó. Theo Cutler, anh ấy đã tìm thấy một cái kim trong đống cỏ khô hóa học. Hợp chất mà anh ấy tạo ra ngăn chặn các thụ thể tiếp cận ABA và có hiệu lực bất thường.

Trong bài báo, các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng Antabactin cho hạt giống lúa mạch và cà chua đã tăng tốc độ nảy mầm. Có thể hình dung, cả Antabactin và Opabactin đều có thể làm việc cùng nhau để giúp cây trồng phát triển trong một thế giới với khí hậu ngày càng khô và nóng hơn.

Một khi Antabactin giúp hạt nảy mầm thành cây khỏe mạnh, nông dân có thể bắt đầu tiết kiệm nước vào đầu mùa vụ bằng cách phun Opabactin. Cũng bằng cách này, giúp cây đủ nước khi bắt đầu ra hoa.

Theo Vaidya: “Giống như một người phụ nữ yêu cầu lượng dinh dưỡng cao hơn trong thời kỳ mang thai, cây trồng cần nhiều nước và dinh dưỡng hơn khi chúng ra hoa và đậu quả. Điều này đúng đối với hầu hết các loại cây trồng, đặc biệt là đối với loại cây trồng có liên quan đến kinh tế như ngô và lúa mì".

Nhóm nghiên cứu tiếp tục điều tra các biến thể trong quá trình ngủ của hạt do ABA gây ra ở nhiều loài thực vật khác. Họ cũng muốn kiểm tra việc sử dụng Antabactin như một công cụ hóa học để tăng sự phát triển của thực vật trong môi trường nhà kính, nơi nước không bị hạn chế.

Vaidya cho biết: “Chúng tôi hy vọng sẽ xác định được các nhân tố phân tử quan trọng chi phối sự ngủ đông của hạt, cuối cùng làm giảm nguy cơ mất năng suất do trồng không đúng thời điểm hoặc hạt nảy mầm kém”.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org