Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Illinois đã thành lập mô hình cải thiện quá trình quang hợp thông qua biến đổi enzyme và mô phỏng sự phát triển của đậu tương với điều kiện khí hậu thực tế, nhằm xác định mức độ cải thiện trong quá trình quang hợp có thể dẫn đến tăng năng suất.

Yufeng He, một nhà nghiên cứu sau tiến sỹ tại Illinois, người đứng đầu công trình nghiên cứu này trong dự án nghiên cứu có tên “Hiện thực hóa tăng hiệu quả quang hợp” (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency,RIPE) cho biết: “Có một mối quan hệ phức tạp giữa việc cải thiện quang hợp và năng suất thực tế, quang hợp cao hơn không nhất thiết có nghĩa là bạn có năng suất cao hơn. Lợi nhuận thu được bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện khí hậu theo mùa. Nghiên cứu này đã tạo ra một cây cầu nối phần còn thiếu giữa cải tiến quang hợp và năng suất cao hơn ở quy mô đồng ruộng”.

RIPE, do Illinois dẫn đầu, đang cải tiến cây trồng để có năng suất cao hơn bằng cách cải thiện quá trình quang hợp, quá trình tự nhiên mà tất cả các loại cây sử dụng để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng và năng suất.

Ông  ấy và các đồng nghiệp của mình trong nhóm nghiên cứu Matthews đã sử dụng khung mô hình BioCro để mô phỏng đậu tương trên các cánh đồng ở Illinois trong điều kiện CO₂ bình thường và tăng cao, đặc biệt chú ý đến hai thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của tán cây: Jmax và Vcmax. Họ muốn xác định tác động của việc thúc đẩy các quá trình quang hợp này ở cấp độ tán cây, thay vì chỉ ở cấp độ lá và xác định xem các hiệu ứng có thể dẫn đến năng suất cao hơn trong một loạt điều kiện khí hậu hay không.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng lợi nhuận tổng thể trong quá trình quang hợp của thực vật và sinh khối quả (sản lượng) bị ảnh hưởng khi thực vật được mô phỏng trong môi trường CO₂ cao. Họ cũng phát hiện ra rằng mối tương quan giữa tăng cường quang hợp và tăng năng suất phụ thuộc vào điều kiện khí hậu ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của đậu tương. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Field Crops Research.

“Đã có bằng chứng cho thấy rằng quá trình quang hợp có thể được cải thiện bằng cách điều chỉnh một số enzyme nhất định, nhưng hầu hết các nghiên cứu này chỉ được thực hiện khi xem xét tác động ở quy mô lá hoặc tác động từ một số thử nghiệm thực địa hạn chế và điều kiện khí hậu theo mùa”. Megan Matthews (GEGC), phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường tại Illinois và là nhà khảo sát chính của nghiên cứu cho biết. “Chúng tôi đã nghiên cứu tác động của điều kiện khí hậu theo mùa ở cấp độ thực địa đối với việc cải thiện quá trình quang hợp. Sử dụng đầu vào khí hậu thực tế để chạy các mô hình của chúng tôi và cho thấy những cải tiến đó sẽ thay đổi như thế nào với các vùng khí hậu khác nhau”.

Các bước tiếp theo của các nhà nghiên cứu liên quan đến việc bổ sung dữ liệu cụ thể từ các giống cây trồng và điều kiện môi trường ở châu Phi, đồng thời kết hợp các mô hình cơ học chi tiết hơn để áp dụng những phát hiện này vào tăng trưởng cây trồng ở cận Sahara, Châu Phi.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học Illinois.