Hoạt chất mới bảo vệ cây trồng khỏi hạn hán, bất chấp biến đổi khí hậu

Một nhóm nhà khoa học do Đại học California Riverside (UCR), Mỹ, dẫn đầu đã tạo ra một chất hóa học để giúp cây trồng giữ được nước, có thể ngăn chặn làn sóng thiệt hại hàng năm do hạn hán và giúp nông dân trồng lương thực bất chấp biến đổi khí hậu.

Giáo sư sinh học tế bào thực vật tại UCR Sean Cutler, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Hạn hán là nguyên nhân số một, gắn liền với lũ lụt, mất mùa hàng năm trên toàn thế giới. Hóa chất này là một công cụ mới thú vị có thể giúp nông dân quản lý tốt hơn hiệu suất cây trồng khi mực nước thấp".

Phục hồi cây lúa mì bị héo do hạn hán. Cây sau khi được xử lý bằng chất OP bên phải. (Ảnh: UCR)

Nghiên cứu về hóa chất chống mất nước vừa được công bố trên Tạp chí Science ngày 25-10. Hóa chất này mang tên Opabactin, còn được viết tắt là OP.

Một phiên bản trước đó của OP do chính nhóm của Giáo sư Cutler phát triển vào năm 2013, được gọi là Quinabactin, là phiên bản đầu tiên thuộc loại này. Nó bắt chước axit abscisic, hoặc ABA, hormone tự nhiên được sản xuất bởi thực vật để đối phó với căng thẳng hạn hán. ABA làm chậm sự tăng trưởng của cây, vì vậy nó không tiêu thụ nhiều nước hơn mức có sẵn và cây không bị héo.

Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng việc phun các loại cây bằng ABA có thể cải thiện khả năng chịu hạn của chúng. Tuy nhiên, nó không ổn định và chi phí cao đối với hầu hết nông dân.

Hoạt chất Quinabactin là một thay thế khả thi cho hormone tự nhiên ABA, và các công ty đã sử dụng nó làm cơ sở của nhiều nghiên cứu bổ sung, nộp hơn một chục bằng sáng chế. Tuy nhiên, Quinabactin hoạt động không tốt đối với một số loại cây quan trọng như lúa mì, cây trồng chủ lực trên thế giới.

Giảm mất nước trong cà chua sau khi điều trị bằng OP. Hình ảnh nhiệt cho thấy nhiệt độ lá tăng (phải), tương đương với mất nước ít hơn. (Ảnh: UCR)

Khi ABA liên kết với một phân tử thụ thể hormone trong tế bào thực vật, nó tạo thành hai liên kết chặt chẽ, giống như bàn tay nắm lấy tay cầm. Trong khi đó, chất Quinabactin chỉ nắm lấy được một trong những tay cầm này. Nhóm của Giáo sư Cutler đã tiếp tục tìm kiếm hàng triệu phân tử bắt chước hormone khác nhau để bám vào cả hai tay cầm. Họ tìm kiếm và kết hợp với một số kỹ thuật hóa học để cho ra kết quả là OP.

OP là hoạt chất mạnh hơn 10 lần so với ABA và hoạt động rất nhanh. Trong vài giờ sử dụng OP, nhóm của Giáo sư Cutler đã tìm thấy một sự cải thiện có thể đo được về lượng nước cho cây. Vì OP hoạt động rất nhanh nên nó có thể giúp người trồng linh hoạt hơn khi họ đối phó với hạn hán.

Theo Giáo sư Cutler, chúng ta không thể dự đoán được mức hạn hán với độ chính xác hợp lý trong tương lai. Vì vậy, chỉ cần biết trước hạn hán trong hai tuần, người nông dân đã có đủ thời gian để đưa ra quyết định có cần sử dụng OP hay không để cải thiện năng suất cây trồng.

Syngenta, một công ty hóa chất và Quỹ khoa học quốc gia đã tài trợ ban đầu cho dự án này. Thành viên của nhóm nghiên cứu bao gồm những người khác từ UCR, Đại học Y Wisconsin, Đại học Bang Utah và Cơ quan Khoa học và Công nghệ Nhật Bản PRESTO, cũng như các trường đại học Shizuoka, Tottori và Utsunomiya tại Nhật Bản.

Nhóm của Giáo sư Cutler hiện đang tiếp tục nghiên cứu thêm về khám phá của mình. Hợp chất OP có thể làm chậm sự tăng trưởng của cây, vì thế, nhóm đang tìm một phân tử sẽ tăng tốc nó. Một phân tử như vậy có thể hữu ích trong môi trường được kiểm soát và có thể trồng cây trong nhà, nơi không cần đến cả lượng mưa.