Phương pháp mới đo lường cách cây bóng râm tiếp nhận ánh sáng

TS. Hugo de Boer đặt một cây thử nghiệm (Bittersweet) trong điều kiện ánh sáng đỏ tiết chế và đỏ xa. Nguồn: Đại học Utrecht.

Cây được trồng dưới bóng râm của các cây khác nhận được nhiều ánh sáng hơn so với những gì các nhà khoa học từng tin tưởng. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Utrecht và Wageningen (WUR) mô tả cách thức, trong một bài báo gần đây trên tạp chí Plant Cell & Environment. Kết luận của họ không chỉ thúc đẩy nghiên cứu về hoạt động của quá trình quang hợp trong điều kiện râm mát mà còn có thể có lợi cho nghề làm vườn trong nhà kính.

Hugo de Boer lý giải: "Khi hiểu rõ hơn về cách các màu sắc ánh sáng ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và sự phát triển của cây trồng, bạn có thể giúp nhà nông phát triển các phương pháp thông minh để bổ sung ánh sáng mặt trời tự nhiên bằng ánh sáng màu. Hiệu ứng này xảy ra ở những cây trồng bị các cây khác che bóng".

Điều này là do thực vật chỉ hấp thụ một phần ánh sáng mặt trời để quang hợp, quá trình thực vật sử dụng để chuyển đổi ánh sáng mặt trời và CO₂ thành glucose. Một số ánh sáng cũng đi qua lá, chủ yếu dưới dạng ánh sáng xanh lục. Bạn có thể tự mình nhìn thấy điều đó khi nhìn lên tán rừng: những chiếc lá trông giống như các bộ lọc màu xanh lục phía trên bạn. Hiệu ứng tương tự cũng xảy ra với ánh sáng vượt ra ngoài phần có thể nhìn thấy của quang phổ màu đỏ, trong dải tần số từ 700-750nm. Chúng tôi gọi màu đó là "đỏ xa". Do đó, thực vật mọc trong bóng râm của các thực vật khác nhận được tỷ lệ ánh sáng xanh lục và đỏ xa lớn hơn so với thực vật mọc dưới ánh sáng mặt trời đầy đủ. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy thực vật có cách đặc biệt để sử dụng phần đỏ xa của quang phổ màu để quang hợp.

Quang hợp trong bóng râm

Tinko Jans từ WUR cho biết: "Cho đến nay, các nhà nghiên cứu hiếm khi cân nhắc đến khả năng thực vật sử dụng ánh sáng đỏ xa để quang hợp. Đó là vì các thí nghiệm trước đây với ánh sáng đơn sắc đã chỉ ra rằng thực vật chủ yếu sử dụng ánh sáng từ các bước sóng khả kiến ​​(400-700nm) để quang hợp và ánh sáng có bước sóng ngắn hoặc dài hơn đóng góp rất ít vào quá trình này. Nhưng khi bạn kết hợp ánh sáng đỏ xa với một lượng nhỏ ánh sáng khả kiến, thì trên thực tế, nó đóng góp đáng kể vào quá trình quang hợp. Vì vậy, chúng tôi đã phát triển một phương pháp mới để đo lường và mô hình hóa cách ánh sáng đỏ xa bổ sung đóng góp vào quá trình quang hợp”.

Cây thí nghiệm (Bittersweet) trong điều kiện thí nghiệm với ánh sáng đỏ và đỏ xa bổ sung. Nguồn: Đại học Utrecht.

Phản ứng tránh bóng râm

Các nhà khoa học và chuyên gia làm vườn đã biết từ lâu rằng thực vật có thể sử dụng phần đỏ xa của quang phổ màu để nhận dạng các cây gần đó từ bóng râm mà chúng tạo ra.

Jans cho biết: "Nhiều loại cây phản ứng với sự gia tăng tương đối của ánh sáng đỏ xa bằng cách mọc thẳng lên, để giành chiến thắng trong cuộc cạnh tranh giành ánh sáng. Phản ứng tránh bóng râm này cũng giúp ích cho các chuyên gia làm vườn, vì nó cho phép họ trồng nhiều cây gần nhau hơn. Những phát triển gần đây trong công nghệ LED đã tạo ra động lực lớn cho nghiên cứu về phản ứng của thực vật với bóng râm và việc sử dụng ánh sáng đỏ xa trong nghề làm vườn".

Từ phép đo đến mô hình toán học

Theo De Boer: "Trong các thí nghiệm trước đó, chúng tôi cũng đã nghiên cứu phản ứng tránh bóng râm. Ngoài việc cho thấy những thay đổi về hình thái, cây ưa bóng râm bắt đầu phát triển nhanh hơn nhiều khi chúng tôi cố gắng đánh lừa chúng bằng cách lắp đèn LED để bổ sung ánh sáng đỏ xa. Điều đáng kinh ngạc là cây hoàn toàn có khả năng sử dụng ánh sáng đỏ xa bổ sung để quang hợp".

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành một số lượng lớn các phép đo quang hợp sử dụng các màu sắc và cường độ ánh sáng khác nhau.

De Boer cho biết: "Nhưng hóa ra việc định lượng hiệu ứng màu sắc đối với quá trình quang hợp lại khó khăn hơn nhiều, vì các mô hình toán học và phương pháp đo lường hiện có đều dựa trên giả định rằng thực vật chỉ sử dụng ánh sáng từ quang phổ khả kiến. Vì vậy, chúng tôi đã điều chỉnh một mô hình quang hợp thường được sử dụng để định lượng hiệu ứng màu sắc bằng cách sử dụng các phép đo kết hợp giữa quang hợp và toàn bộ quang phổ ánh sáng chiếu tới lá".

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org