Sơ đồ tổng quan minh họa các quy trình thực tế nhằm tận dụng các tính trạng GHW trong nhân giống. Nguồn: Vegetable Research (2024). DOI: 10.48130/vegres-0024-0001.

Một nhóm nghiên cứu đã làm sáng tỏ “giờ vàng” vào sáng sớm là thời điểm then chốt để đạt được hiệu quả sử dụng nước tối ưu (WUE) ở cây trồng, tiết lộ rằng thực vật có thể duy trì tốc độ thoát hơi nước thấp hơn và hoạt động quang hợp cao hơn trong điều kiện ánh sáng thuận lợi và thâm hụt áp suất hơi tối thiểu (VPD).

Sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế khí khổng này đưa ra khái niệm WUE giờ vàng (GHW), nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cân bằng việc bảo tồn nước với sản lượng sinh khối. Thông qua việc áp dụng các kỹ thuật phân tích kiểu hình tiên tiến, nhóm nghiên cứu đề xuất một phương pháp sàng lọc định lượng và thông lượng cao của tính trạng GHW, nhằm tạo ra các giống cây trồng vừa có năng suất cao vừa tiết kiệm nước.

Chiến lược đổi mới này tìm cách giải quyết những thỏa hiệp thông thường giữa tiết kiệm nước và năng suất cây trồng bằng cách tận dụng các đặc điểm điều tiết nước vốn có của thực vật, đưa ra giải pháp thay thế xanh hơn để đạt được năng suất nông nghiệp và tính bền vững của nước.

Trong bối cảnh thiếu nước toàn cầu và biến đổi khí hậu, việc tăng cường WUE trong cây trồng đã trở nên cấp thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho sản xuất nông nghiệp. Bất chấp những tiến bộ trong việc hiểu biết về bất lợi hạn hán, việc chuyển những phát hiện trong phòng thí nghiệm sang cải tiến thực địa vẫn phải đối mặt với những trở ngại như điều kiện môi trường thay đổi và các chỉ số phức tạp về khả năng chịu hạn.

Cơ chế của khí khổng, rất quan trọng để cân bằng sự hấp thụ CO₂ và mất nước, nổi lên như một trọng tâm chính để cải thiện WUE. Tuy nhiên, việc tối ưu hóa độ nhạy của khí khổng để tránh tiết kiệm nước quá mức gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và năng suất vẫn là một thách thức. Nghiên cứu trước đây nhấn mạnh tiềm năng của cây trồng với độ nhạy thâm hụt áp suất hơi giảm để cải thiện WUE mà không ảnh hưởng đến năng suất, nhấn mạnh sự cần thiết phải xem xét tính chất động của WUE bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường và di truyền.

Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Vegetable Research đề xuất nghiên cứu các loại cây có thể nhanh chóng điều chỉnh WUE để ứng phó với những thay đổi môi trường như một chiến lược nhằm đạt được nền nông nghiệp tiết kiệm nước với năng suất cao.

Khái niệm GHW xuất hiện từ các quan sát về sự biến đổi ngày đêm trong quá trình quang hợp và thoát hơi nước (Tr), cho thấy thời kỳ WUE đạt đỉnh vào sáng sớm. Ở giai đoạn này, thực vật có thể đạt được cường độ quang hợp cao hơn ở mức Tr thấp hơn trong môi trường VPD thấp. Một quy định WUE chính xác và hợp lý hơn đạt được bằng cách kiểm soát khí khổng, do đó đạt được sự cân bằng giữa bảo tồn nước và năng suất.

Để định lượng tính trạng GHW, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp liên quan đến các phép đo động của quá trình quang hợp, Tr và WUE. Phương pháp này tận dụng các công nghệ phân tích kiểu hình sinh lý hiệu suất cao, như hệ thống thuộc mảng cây trồng, để theo dõi các thông số sinh lý của nước.

Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp này bằng cách ghi lại Tr và thâm hụt áp suất hơi (VPD) trong khoảng thời gian ngắn để ước tính WUE động và sản lượng vật chất hàng ngày, cho thấy sự khác biệt đáng kể về kiểu gen trong GHW giữa các loại cây trồng khác nhau. Cách tiếp cận đổi mới này cung cấp khả năng định lượng toàn diện đặc điểm GHW bằng cách phân tích giá trị và thời điểm cao nhất trong giờ vàng cũng như Tr/VPD tích lũy.

Theo nhà nghiên cứu cấp cao của nghiên cứu, giáo sư Pei Xu: "Phương pháp này rất đặc biệt vì nó không chỉ tập trung vào khả năng chịu hạn mà còn tập trung vào cơ chế sử dụng nước của thực vật. Cách tiếp cận mang tính đổi mới và công nghệ tiên tiến này có khả năng dung hòa sự đánh đổi giữa tiết kiệm nước và năng suất cao trong sản xuất cây trồng, tạo điều kiện tăng năng suất trong điều kiện đủ nước và sản xuất ổn định trong điều kiện khan hiếm nước”.

Nghiên cứu đã làm sáng tỏ tiềm năng của các tính trạng GHW trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng nước của cây trồng và đặt nền tảng cho việc lựa chọn các kiểu gen có tính trạng GHW vượt trội. Để cân bằng giữa tiết kiệm nước và năng suất, nhu cầu duy trì các điều kiện môi trường nhất quán trong kiểu hình để giảm thiểu hiệu ứng hàng loạt đã được nhấn mạnh.

Đỗ Thị Nhạn theo Phys.org