Thay thế phân lân: Than sinh học kiểm soát phản ứng thực vật

So sánh với cây đối chứng (hình bên trái) cho thấy hiện tượng cộng sinh với nấm Mycorrhiza tốt hơn khi cây cà chua con được bón bằng than sinh học làm từ rơm cây lúa mì (hình giữa). Khi sử dụng than sinh học có nguồn gốc từ phân gà, sự cộng sinh yếu hơn (hình bên phải). Nguồn: JKIP, KIT.

Trong vài năm gần đây, than sinh học được nghiên cứu rộng rãi như là một sản phẩm thay thế phân lân. Than sinh học là một sản phẩm tái chế được tạo thành từ quá trình nhiệt phân sinh khối, tức là các nguyên liệu hữu cơ được đốt trong điều kiệm yếm khí ở mức nhiệt độ 400-700^oC. Than sinh học có thể khác nhau đáng kể do các nguyên liệu hữu cơ khác nhau. Phế thải từ gỗ, phân gà hay lá cây có thể được sản xuất thành phân bón.

Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây đã cho thấy, thực vật có những phản ứng khác nhau đối với các loại than sinh học. Một số thì sinh trưởng tốt, một số thì phản ứng như thể chúng không được bón phân đầy đủ, thậm chí một số khác còn bị nhiễm độc do bón than sinh học.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng cây cây cà chua con và phát hiện rằng nguồn gốc sinh khối của than sinh học rất quan trọng đối với sự cộng sinh của nấm rễ Arbuscular mycorrhiza (nấm AM) có trong đất.

Trong thí nghiệm đầu tiên, nhóm đã nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học làm từ rơm lúa mì và phân gà. Than sinh học làm từ phân gà chứa hàm lượng phosphate cao gấp 9 lần so với than sinh học làm từ rơm lúa mì. Phosphate là dạng hòa tan của phospho liên kết với oxy. Nó là một phân tử cần thiết cho sự phát triển của thực vật. “Đúng như dự đoán, những cây cà chua được bón bằng than sinh học làm từ phân gà sinh trưởng tốt hơn”, theo giáo sư Natalia Requena, chuyên gia về bệnh học thực vật ở mức độ phân tử.

Cộng sinh với nấm AM đảm bảo sự phát triển lâu dài của thực vật

Trong thí nghiệm thứ hai, các nhà khoa học đã nhiễm nấm AM vào cây cà chua con. Trong hơn 400 triệu năm, các vi nấm này đã sống trong rễ của hơn 80% các loài thực vật trên cạn. Chúng xâm nhập qua vỏ cây, hấp thu phosphate và cung cấp cho cây trồng. Ngược lại, cây trồng cung cấp đường và lipit cho chúng.

Khi quan sát những phân tử được chọn, các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng than sinh học giàu phosphate từ phân gà làm suy yếu sự cộng sinh giữa cây cà chua và nấm AM. Trao đổi phân tử hầu như không xảy ra. Than sinh học có nguồn gốc từ rơm lúa mì thì ngược lại, có một sự cộng sinh tích cực giữa thực vật và nấm.

Giáo sư Requena giải thích: “Về lâu dài, cây trồng được bón bằng than sinh học có nguồn gốc từ lúa mì tương thích với các loài vi sinh vật khác hơn và được bảo vệ tốt hơn đối với các tác nhân gây bệnh”.

Hiểu rõ các tế bào hơn, giảm việc sử dụng phân bón

Nhóm nghiên cứu đã phân tích biểu hiện gen để tìm bằng chứng cho những kết quả này. “Đây là phương pháp tích cực và tốn kém nhưng nó cho phép chúng tôi quan sát được những gì xảy ra trong gen thực vật và các marker nào được biểu hiện hay không”. Các thí nghiệm tiếp theo là cần thiết để làm rõ hơn về phản ứng của thực vật. “Khi chúng tôi thành công trong việc giải mã phản ứng này, chúng tôi có thể lên chương trình cho cây trồng về lâu dài để chúng cần ít phosphate hơn, do đó ít sử dụng phân khoáng hơn”, Requena cho biết.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Phys.org