Một phương pháp mới được các nhà khoa học hoa kỳ chứng minh để đo căng thẳng (stress) ozone trên cây đậu tương

Trồng cây đậu tương tại khu thực nghiên cứu (Làm tăng nồng độ không khí tự do từ cây đậu tương).

Thế giới không chỉ tập trung giải quyết khủng hoảng khí hậu mà còn duy trì nguồn cung cấp lương thực cho thế giới. Các nhà nghiên cứu cần có công cụ để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các chất ô nhiễm trong khí quyển đến cây trồng. Trong thập kỷ qua, những người làm về nông nghiệp đã chuyển sang đo huỳnh quang diệp lục (SIF) do năng lượng mặt trời gây ra để phát hiện những căng thẳng đối với thực vật.

Thực vật hấp thụ ánh sáng từ mặt trời để cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp và năng lượng không sử dụng được phát ra dưới dạng nhiệt và ánh sáng nhỏ mà mắt người không thể nhìn thấy được gọi là huỳnh quang. Kể từ khi bản đồ SIF toàn cầu đầu tiên được tạo ra vào năm 2011, SIF đã được các nhà nghiên cứu sử dụng để nghiên cứu động lực quang hợp. Ví dụ, nó đã được sử dụng để xác định mức độ cao của carbon dioxide (CO₂) hoặc nhiệt độ tăng cao ảnh hưởng đến các đặc tính của thực vật như thế nào.

Giờ đây, một nhóm từ Đại học Illinois Urbana-Champaign và Cơ quan Nghiên cứu Nông nghiệp USDA (ARS) đã sử dụng SIF để đo lường tác động của nồng độ ozone tăng cao (O₃) đối với cây đậu tương. Nhóm nghiên cứu đã công bố phát hiện trên tạp chí Experimental Botany.

Genghong Wu, tác giả đầu tiên của công trình và cựu nghiên cứu sinh tại phòng Khoa học Tài nguyên và Môi trường, dưới sự hướng dẫn của phó giáo sư Kaiyu Guan, tác giả chính của công trình, cho biết: “Các nhà nghiên cứu đã nhận sử dụng thấy SIF là cách nhanh hơn, an toàn hơn và không xâm lấn để nghiên cứu quá trình quang hợ. Đó là lý do vì sao nó trở nên phổ biến. Điểm mới của nghiên cứu này là lần đầu tiên SIF được sử dụng để đo mức độ căng thẳng ozone tăng cao trên đậu tương trên đồng ruộng”.

Ozone là một chất gây ô nhiễm không khí có hại và gây thiệt hại kinh tế cho nông dân.  SoyFACE (Làm tăng nồng độ không khí tự do từ cây đậu tương) cung cấp cơ sở thử nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của ô nhiễm ozone từ đồng ruộng. Nó được quản lý bởi Nhà khoa học Lisa Ainsworth của cơ quan nghiên cứu về nông nghiệp ở Hoa Kỳ. Đối với nghiên cứu hiện tại, cô đã thiết kế thí nghiệm tăng O₃ với bốn ô làm đối chứng và bốn ô khác có lượng O₃ cao hơn. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một hệ thống quang phổ di động được đặt phía trên tán cây khoảng nửa mét để thực hiện các phép đo trên cả ô kiểm soát và ô O₃ nâng cao. Họ phát hiện ra rằng mức O₃ tăng dẫn đến giảm SIF tới 36% đối với thời vụ trồng muộn.

Các quá trình khác liên quan đến quang hợp như sự di chuyển điện tử và trao đổi khí ở lá được đo đồng thời cùng với SIF. Giáo sư Ainsworth cho biết: “Khi chúng tôi quan sát thấy sự trao đổi khí ở lá và di chuyển điện tử giảm khi nồng độ ozone cao hơn, điều đó cho thấy sự giảm SIF là một dấu hiệu của căng thẳng”.

Mặc dù SIF liên quan trực tiếp đến quá trình quang hợp - quá trình thực vật hấp thụ ánh sáng và biến nó thành năng lượng hóa học  nhưng đây không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến SIF. Wu lưu ý rằng quá trình quang hợp của cây và kết hợp với các thước đo kích thước của cây có thể giúp nông dân ước tính được năng suất.

Một trong những ưu điểm của SIF là có khả năng mở rộng. Wu hiện đang nghiên cứu ở Đức cùng các đồng nghiệp. Họ sử dụng máy bay bay cách mặt đất 1km để đánh giá tác động của SIF trên toàn bộ cánh đồng. Cùng với Guan, Giám đốc sáng lập của Trung tâm Phát triển bền vững Hệ sinh thái Nông nghiệp (ASC) và một nhà nghiên cứu đồng nghiệp trong nghiên cứu này, Wu hy vọng sẽ sử dụng phương pháp này để theo dõi quá trình quang hợp ở các khu vực trên thế giới từ một vệ tinh quay quanh Trái đất.

Wu nhắc lại: “Chúng tôi muốn sử dụng SIF để ước tính hoặc theo dõi động lực của quá trình quang hợp ở quy mô khu vực hoặc toàn cầu. Để làm được điều đó, chúng ta cần hiểu rõ hơn về mối liên quan giữa SIF và quá trình quang hợp”.

Các thí nghiệm mà các đồng nghiệp này đã thực hiện trên SoyFACE (cây đậu tương) kết hợp của SIF với ô nhiễm không khí, giúp xây dựng sự hiểu biết về liên kết hoạt động của chúng .

Dương Thị Lan Oanh theo Đại học Illinois.