Các nhà nghiên cứu ở Illinois đã phát hiện cảm biến ánh sáng huỳnh quang có thể giúp nhận biết các dấu hiệu căng thẳng với nhiệt độ cao ở cây đậu nành và căng thẳng này làm giảm năng suất cây trồng. Ảnh: L. Brian Stauffer.

Các nhà khoa học cho biết họ có thể phát hiện và dự đoán những thiệt hại do nhiệt độ ở cây trồng bằng cách đo dấu hiệu ánh sáng huỳng quang ở các lá cây bị căng thẳng nhiệt. Các nhà nghiên cứu cho rằng, nếu được thu thập qua vệ tinh, các tín hiệu ánh sáng này có thể hỗ trợ việc giám sát sự sinh trưởng và năng suất cây trồng bị căng thẳng nhiệt độ do biến đổi khí hậu.

Nghiên cứu của họ đo lường sự phát huỳnh quang diệp lục từ ánh nắng mặt trời (SIF) để giám sát sức khỏe quang hợp của cây trồng và thiết lập một mối liên hệ giữa căng thẳng nhiệt độ và năng suất cây trồng. Những khám phá này đã được đăng trên tạp chí Global Change Biology.

Các nhà khoa học cho biết chất huỳnh quang diệp lục từ ánh nắng mặt trời xuất hiện khi một phần nhỏ của năng lượng quang hợp ở dạng cận hồng ngoại được phát ra từ lá cây.

“Có một mối liên hệ giữa huỳnh quang diệp lục từ ánh nắng mặt trời và mức độ quang hợp ở cây trồng, tuy nhiên vẫn chưa rõ nếu phát hiện SIF có thể đo lường các phản ứng sinh lý khi cây bị căng thẳng nhiệt độ”, trưởng nhóm nghiên cứu Hyungsuk Kimm, sinh viên chuyên ngành Tài nguyên và Khoa học Môi trường ở đại học Illinois Urbana – Champaign nói. “Ví dụ, khi các cây đậu nành bị căng thẳng nhiệt độ cao, chúng không thể hiện bất kỳ một dấu hiệu thay đổi nào trong tán cây và các tín hiệu cảm ứng thông thường không cung cấp các dấu hiệu quang phổ rõ ràng”.

Để làm rõ mối liên hệ giữa SIF và năng suất cây trồng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hệ thống cảm biến quang phổ cao để đo SIF trên các cây đậu nành trong những ô thí nghiệm tăng nhiệt độ và không kiểm soát không khí ở trung tâm Illinois. Nghiên cứu đã sử dụng đèn hồng ngoại để tăng nhiệt độ môi trường lên 1,5^oC, 3,0^oC, 4,5^oC và 6,0^oC so với nhiệt độ tán cây xung quanh để theo dõi những thay đổi về huỳnh quang diệp lục ở tán cây đậu nành trong môi trường được kiểm soát.

Hình ảnh minh họa cho thấy: thiết lập thí nghiệm (hình a), hình ảnh đo đạc thực địa (hình b), nhà nghiên cứu sử dụng hệ thống quang phổ và hệ thống ngăn tán cây (hình c). Đồ họa: Hyungsuk Kimm.

“Thiết lập thử nghiệm này. Nó là một dải nhiệt độ rộng”, Carl Bernacchi đồng tác giả - giáo sư  thực vật học và Khoa học cây trồng đồng thời là nhà nghiên cứu khoa học thuộc cơ quan nghiên cứu của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ nói.

Kaiyu Guan, giáo sư về tài nguyên và khoa học môi trường nói: “Chúng tôi đã phát hiện ra rằng huỳnh quang từ ánh nắng mặt trời phản ứng với sự tăng nhiệt độ và tương ứng với chất lượng lá cây đậu nành ngày càng thấp. Chúng tôi cũng nhận thấy căng thẳng nhiệt độ tác động lớn đến cây đậu nành trong giai đoạn sinh sản của cây khi cây tạo hạt, làm ảnh hưởng đến kích thước và chất lượng hạt đậu nành”.

Nghiên cứu này tạo sự tương quan giữa căng thẳng nhiệt, SIF và chất lượng hạt, đồng thời làm sáng tỏ những ảnh hưởng của căng thẳng nhiệt độ đến hiệu suất quang hợp và năng suất cây trồng.

Lisa Ainsworth, giáo sư thực vật học và là nhà nghiên cứu nông nghiệp ở Illinosis nói: “Kỹ thuật này cung cấp một công cụ cho các nhà chọn giống xác định các cây trồng chịu nhiệt tốt hơn và giúp người nông dân chọn được các giống cây trồng tốt để trồng ở Corn Belt - Hoa Kỳ khi nhiệt độ tăng, như dự đoán của nhiều mô hình khí hậu”.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Đại học Illinois.