Vi sinh vật có ích là chìa khóa cho ngành nông nghiệp bền vững

Một nghiên cứu mới làm sáng tỏ cách di truyền thực vật và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật trên đồng ruộng.

Những điều tuyệt vời có thể xảy ra khi thực vật được bao quanh bởi các vi khuẩn thích hợp. Một nghiên cứu về Acmispon strigosus, một loại cây trong họ đậu, cho thấy sự tăng trưởng gấp 13 lần khi thực vật kết hợp với một chủng vi khuẩn cố định đạm hiệu quả cao như Bradyrhizobium.

Thực vật kết hợp với vi khuẩn có lợi để thúc đẩy tăng trưởng. Một số nhà lai tạo nghĩ rằng sự hiểu biết về các đặc điểm của thực vật giúp họ lựa chọn được vi khuẩn một cách hiệu quả là chìa khóa cho nông nghiệp bền vững trong tương lai.

Một rào cản trong việc tận dụng những tính năng của vi khuẩn có lợi là các yếu tố di truyền và sự phức tạp của môi trường có ảnh hưởng đến tăng trưởng thực vật. Nếu không được tác động thực vật không phải lúc nào cũng lựa chọn được các vi khuẩn có lợi, thay vào đó, xung quanh thực vật vừa có cả vi khuẩn có lợi vừa có cả vi khuẩn có hại.

Giáo sư Joel Sachs, một giáo sư về tiến hóa sinh thái học tại Đại học California, Riverside và là thành viên của Viện Sinh học cho biết: “Rất khó để dự đoán được vi khuẩn nào sẽ phát huy được tác dụng trong điều kiện thực địa vì vi khuẩn có lợi cho cây trồng trong phòng thí nghiệm không phải lúc nào cũng cạnh tranh thành công với vi khuẩn hiện có ngoài thực địa. Một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn là lai tạo các giống cây trồng tốt hơn nhằm quản lý các nhóm vi sinh vật thích hợp với giống cây trồng đó và đây cũng được xem là sự tiến bộ sẽ được truyền lại cho các thế hệ tương lai".

Trong một nghiên cứu được công bố mới đây trên tờ New Phytologist, nhóm Sachs đã nâng cao hiểu biết của chúng ta về di truyền thực vật và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật trên đồng ruộng như thế nào. Tác giả đầu tiên của bài báo này là Camille Wendlandt, một sinh viên tốt nghiệp trong nhóm nghiên cứu của Sachs.

Các nhà nghiên cứu đã đánh giá liệu Acmispon strigosus (cây họ đậu) có thay đổi cách nó kết hợp với các chủng vi khuẩn cố định đạm khác nhau khi môi trường của nó thay đổi không. Đáng ngạc nhiên, họ thấy rằng việc thay đổi môi trường của cây bằng cách bón phân vào đất thì không làm thay đổi cách thức thực vật kết hợp với vi khuẩn. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng sự biến đổi di truyền giữa các cây đậu là quan trọng nhất trong việc giải thích liệu thực vật có ưu tiên trong việc kết hợp với các vi khuẩn có lợi nhất hay không. Nói cách khác, một số giống cây trồng này tốt hơn một số giống cây trồng khác trong việc phát triển các quan hệ hợp tác có lợi này.

Các giống cây đậu tốt nhất thì ưu tiên kết hợp với các vi khuẩn có lợi đem lại sự tăng trưởng rất cao, trái ngược với một số giống đậu khác không đầu tư nhiều vào việc kết hợp với các vi khuẩn có lợi thì sự tăng trưởng kém hơn.

Wendlandt cho biết "Thực tế là những đặc điểm chi phối các mối quan hệ đối tác này khác nhau giữa các loài thực vật cùng loài và di truyền, điều này cho thấy rằng chúng có thể được chọn bởi các nhà lai tạo giống. Cuối cùng, chúng tôi hy vọng rằng các nhà nông học sẽ sử dụng nghiên cứu này để phát triển các giống cây trồng tận dụng tối đa các vi khuẩn đất mà chúng được tiếp xúc. Điều này có thể làm giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học, tốn nhiều chi phí và có thể gây ô nhiễm môi trường".

Công việc tương lai trong phòng thí nghiệm sẽ tập trung vào việc liệu cây đậu có còn thể hiện sự khác biệt về di truyền khi chúng tương tác với các quần thề vi khuẩn phức tạp hơn, cũng như những gì chúng gặp phải trong đất ruộng. Phòng thí nghiệm cũng đang mở rộng nghiên cứu của mình để đặt các câu hỏi tương tự với các cây đậu đũa, đây là một cây họ đậu quan trọng ở vùng cận Sahara châu Phi.

Mai Thanh Trúc theo Sciencedaily.