Elena Pelech (bên trái), nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của RIPE và Giám đốc RIPE Steve Long  đang nghiên cứu trên cây đậu nành non.

Trong một nghiên cứu mới do dự án Realizing Increase Photosynthetic Efficiency (RIPE) thực hiện, các nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois Urbana-Champaign đã nhìn lại quá trình phát triển của đậu nành và phát hiện ra rằng thực vật hiện đại có độ dẫn thịt lá tăng lên. Điều này có nghĩa là carbon dioxide di chuyển nhanh hơn từ bên trong lá đến enzyme cố định carbon Rubisco, do đó làm tăng quá trình quang hợp mà không mất thêm nước.

Phát hiện này mới được công bố trên tạp chí Plant, Cell and Environment.

“Chúng tôi nghĩ rằng sẽ rất thú vị khi xem xét một số giống đậu nành tổ tiên (đậu nành hoang dại) và so sánh chúng với một giống hiện đại (đậu nành trồng), điều này giúp chúng tôi hiểu rõ hơn liệu có sự biến đổi tự nhiên nào hỗ trợ cho quá trình chọn lọc giống trực tiếp để tăng năng suất và hiệu quả sử dụng nước hay không”, Elena Pelech – một nhà nghiên cứu sau tiến sỹ tại Long Lab, cho biết.

“Tôi đã trồng một giống đậu nành năng suất cao có tên là LD11 (Glycine max), được lai tạo ở đây tại vùng Trung Tây, sau đó tôi đã chọn bốn giống tổ tiên (Glycine soja) được phát hiện từ các tỉnh đông bắc Trung Quốc, khu vực được cho là đã thuần hóa”, Pelech cho biết.

Nghiên cứu này bao gồm việc trồng cả đậu nành hiện đại và đậu nành tổ tiên từ hạt trong nhà kính và đo độ dẫn của thịt lá sau khi chuyển từ bóng râm sang ánh nắng mặt trời bằng cách sử dụng các phép đo đồng thời về trao đổi khí và phân biệt đồng vị cacbon.

Một hàng cây đậu nành hiện đại trong nhà kính.

“Tổ tiên của đậu nành thuần hóa là một loại cây leo có thể tránh được nhiều bóng râm so với tán cây đậu nành rậm rạp ngày nay, nơi mà sự chuyển đổi từ bóng râm sang ánh nắng mặt trời thường xuyên diễn ra và tốc độ dẫn truyền thịt lá có thể tăng lên sau những quá trình chuyển đổi này ảnh hưởng đến quá trình quang hợp”.

Một cây đậu nành gốc.

Hầu hết dữ liệu đã công bố đều tập trung vào các điều kiện trạng thái ổn định, nghĩa là cây được giữ trong điều kiện ánh sáng, nhiệt độ hoặc CO₂ ổn định. Với phương pháp trao đổi khí và phân biệt đồng vị cacbon đồng thời, các nhà nghiên cứu đã có thể thay đổi các điều kiện đó – cụ thể là biến số ánh sáng – để đo phản ứng động của độ dẫn của thịt lá. Kết quả dẫn đến việc nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng sau quá trình chuyển đổi từ bóng râm sang ánh sáng mặt trời, độ dẫn của thịt lá là một hạn chế đáng kể đối với quá trình quang hợp của đậu nành, nhưng độ dẫn của thịt lá đối với giống cây trồng mô hình cao hơn gấp hai lần, tương ứng với sự gia tăng đáng kể về hiệu quả quang hợp và sử dụng nước.

“Dữ liệu này đang kể một câu chuyện”, Pelech cho biết. “Có bằng chứng cho thấy chúng tôi đã gián tiếp tăng độ dẫn của thịt lá lên gấp 2 lần, cho thấy một hạn chế lớn đối với quá trình quang hợp đã giảm thông qua quá trình chọn lọc và lai tạo sau đó”.

Giờ đây, được trang bị kiến ​​thức này, các nhà khoa học có thể khai thác tiềm năng chưa được khám phá trong quá trình lai tạo đậu nành để mang lại những cải thiện năng suất bền vững hơn nữa mà không cần thêm nước, một trong số nhiều chiến lược nhằm bổ sung cho các nỗ lực lai tạo để tăng sản lượng cây trồng trên đất hiện có cho nông nghiệp.

Võ Như Cầm theo Dự án RIPE.