Nghiên cứu làm sáng tỏ đặc điểm lá, năng suất cây trồng năng lượng sinh học C₄

Mối quan hệ giữa khối lượng khô của lá trên một diện tích (LMA), A_m, N_m và P_m ở các kiểu gen tam bội và tứ bội của Miscanthus× giganteus. Nguồn: Plant, Cell & Environment (2022). DOI: 10.1111/pce.14433.

Một nghiên cứu do các nhà nghiên cứu tại Trung tâm đổi mới năng lượng sinh học và sản phẩm sinh học tiên tiến (CABBI) đã nâng cao sự hiểu biết về các mối quan hệ về chức năng lá và cung cấp thông tin có giá trị cho các nhà khoa học mô hình hóa năng suất của cây năng lượng sinh học C₄.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra 2 loài thực vật C₄ là miscanthus (một chi thực vật có hoa, họ Hòa thảo phân bố trong khu vực châu Phi, châu Á) và lúa miến đều chiếm một vị trí riêng biệt của phổ kinh tế học lá (LES), với tốc độ quang hợp và hiệu quả sử dụng nitơ cao hơn so với các loài thực vật C₃ thông thường. Các kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Plant, Cell & Environment, các tác giả nghiên cứu là tiến sỹ Shuai Li (CABBI) và Lisa Ainsworth (Đại học Illinois).

LES mô tả mối quan hệ giữa các đặc điểm của lá phản ánh sự đánh đổi cơ bản làm cơ sở cho các chiến lược sinh thái chính để thu nhận và sử dụng tài nguyên trong thực vật. Nó chủ yếu dựa trên thông tin từ các loài C₃ trong môi trường tự nhiên và hiếm khi được nghiên cứu ở các cây C₄ sử dụng một quá trình cố định cacbon khác: Cây C₄ chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành các phân tử 4 cacbon, trong khi sản phẩm quang hợp đầu tiên của Cây C₃ là phân tử 3 cacbon. Thực vật C₄ chiếm khoảng 3% các loài thực vật trên cạn nhưng bao gồm các nguồn cung cấp thực phẩm và nhiên liệu sinh học chính trên toàn thế giới, chẳng hạn như ngô, cao lương và miscanthus.

Các nhà nghiên cứu CABBI đã chỉ ra cây trồng năng lượng sinh học C₄ chiếm một phạm vi khác biệt của LES, với tỷ lệ quang hợp cao hơn và hiệu quả sử dụng nitơ lớn hơn. Ngoài ra, các kiểu gen Miscanthus × giganteus với các mức độ dị bội khác nhau (hoặc số lượng cặp nhiễm sắc thể) biểu hiện sự khác biệt về tính trạng của lá và các mối quan hệ chức năng của lá khác biệt so với cây C₃.

Theo Ainsworth (Nhà sinh lý học thực vật, USDA-ARS): “Bằng cách mở rộng các mối quan hệ tính trạng được mô tả trong LES để đưa cây trồng C₄ trong điều kiện nông nghiệp, nghiên cứu nâng cao hiểu biết về các mô hình tổng thể trên toàn thế giới trong các mối quan hệ chức năng của lá và cung cấp cái nhìn sâu sắc về tiềm năng của thể lưỡng bội để cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên. Nghiên cứu này đã tận dụng các vùng trồng đa dạng của miscanthus ở Illinois và Mississippi để kiểm tra xem các đặc tính của lá khác nhau như thế nào ở các dòng khác nhau và trong các môi trường khác nhau. Nghiên cứu chỉ ra sự đầu tư mà các dòng miscanthus khác nhau tạo ra trong cấu trúc lá và hàm lượng chất dinh dưỡng. Đây là thông tin quan trọng để mô hình hóa năng suất của cây trồng năng lượng sinh học và nơi chúng có thể được trồng.

Đinh Thị Hương theo Phys.org