Phát hiện ra một hormone có thể thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật lên 30%

  Phát hiện ra một hormone có thể thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật lên 30%

Từ trái sang phải tiến sỹ Omkar Kulkarni, hiện đang nghiên cứu tại phòng thí nghiệm L'Oréal – SCELSE; Samantha Phua, nghiên cứu sinh tại NUS và SCELSE; PGS. Sanjay Swarup, nghiên cứu viên chính tại Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Đô thị Bền vững (SUrF) thuộc Khoa Khoa học NUS và phó giám đốc Nghiên cứu tại SCELSE.  Nguồn: SCELSE.

 

Phát hiện này góp phần vào đảm bảo an ninh lương thực bền vững trên nhiều loại đất và cây trồng khác nhau.

 

Các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) và Trung tâm Kỹ thuật Khoa học Đời sống Môi trường Singapore (SCELSE) đã phát hiện ra một hoạt chất từ tự nhiên hoạt động mạnh mẽ chống lại các thách thức trong sản xuất nông nghiệp ngày nay như sử dụng vi sinh vật nông nghiệp hay hóa chất nông nghiệp có nguồn gốc tự nhiên có thể tăng cường tổng hợp mạnh mẽ giữa cây trồng và vi khuẩn, cải thiện năng suất cây trồng.

 

Trong một nghiên cứu được thực hiện 5 năm kể từ năm 2018, các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại hormone được thực vật tiết ra trên bề mặt đất trong thời kỳ căng thẳng. Một hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), tác dụng của nó chưa từng được biết đến gọi là methyl jasmonate (MeJA). Họ phát hiện MeJa đóng vai trò như một chìa khoá cho phép thực vật cộng hợp với các lớp vi sinh vật bám xung quanh trong đất. 

 

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện ba nghiên cứu quan trọng:

 

• Lần đầu tiên các nhà khoa học đã phát hiện ra rễ cây giải phóng MeJA dưới lòng đất ở dạng dễ bay hơi khi sử dụng một hệ thống luồng không khí được thiết kế đặc biệt.
•  
• Sự hiện diện của MeJA dễ bay hơi làm kích hoạt và tăng cường sự hình thành màng sinh học ở vi khuẩn nằm cách xa rễ cây.
•  
• Những vi khuẩn màng sinh học này giải phóng các hợp chất dễ bay hơi khác có thể thúc đẩy tăng trưởng thực vật lên tới 30%.

 

Các phát hiện này đã được trình bày chi tiết trong bài báo khoa học có tiêu đề “Metyl jasmonate dễ bay hơi từ rễ báo hiệu sự hình thành màng sinh học có lợi cho vật chủ bởi hệ vi sinh vật đất” đã được công bố trên tạp chí Nature Chemical Biology vào ngày 13 tháng 11 năm 2023.

 

Phó giáo sư Sanjay Swaruplàm làm việc tại Trung tâm nghiên cứu về nông nghiệp đô thị bền vững (SUrF) thuộc Khoa Khoa học trường đại học quốc gia N(US) và là Phó Giám đốc Trung tâm Kỹ thuật Khoa học Đời sống Môi trường (SCELSE) cho biết: “Phát hiện này rất đa dạng và là chìa khóa cho nông nghiệp bền vững. Việc khai thác các vi khuẩn nông nghiệp này sẽ không chỉ tăng năng suất cây trồng mà còn giảm nhu cầu về đầu vào tổng hợp và giảm thiểu tác động của các biện pháp canh tác hiện đại”.

 

Sau khi phát hiện ra cộng hợp riêng của thực vật và vi khuẩn có lợi, nhóm nghiên cứu đã nộp bằng sáng chế cho việc sử dụng ứng dụng mới này để tăng cường khả năng phục hồi và năng suất của hệ thống nông nghiệp. Kết quả cuối cùng là một thế hệ mới các hóa chất nông nghiệp hoặc các hóa chất có cấu trúc tự nhiên có thể được sử dụng để nâng cao lợi ích cho cây trồng

 

Vi sinh vật nông nghiệp có thể ảnh hưởng đến tăng trưởng thực vật và giải quyết vấn đề an ninh lương thực

 

Khi dân số thế giới được dự đoán sẽ đạt 10 tỷ người vào năm 2050, việc đảm bảo an ninh lương thực cho người dân đã trở thành một trong những thách thức cấp bách nhất hiện nay. Ví dụ, Singapore đã đặt mục tiêu “30 x 30”  có thể đáp ứng  30 % nhu cầu dinh dưỡng của chúng ta vào năm 2030.

 

Để đạt được những mục tiêu này, năng suất nông nghiệp phải khẩn trương ứng phó với những tác động của biến đổi khí hậu, suy thoái đất đai và các hiện tượng thời tiết ngày càng khó lường. Vi sinh vật và hóa chất nông nghiệp dựa trên thiên nhiên như một chiến lược đầy hứa hẹn cho nông nghiệp bền vững hiện nay.

 

Vi sinh vật nông nghiệp bao gồm các cộng đồng vi sinh vật gắn liền với cây trồng và chúng phục vụ trong việc thúc đẩy tăng trưởng thực vật, phòng ngừa bệnh tật và cố định đạm. Chúng cũng giúp giữ cho đất màu mỡ bằng cách phân hủy chất hữu cơ, tái chế chất dinh dưỡng và tạo mùn để giữ độ ẩm. Các cộng đồng vi sinh vật nông nghiệp đa dạng có thể được tìm thấy bên trong màng sinh học, nơi chúng được đưa vào kết hợp trong sản xuất.

 

Mùi vị tỏa ra từ rễ cây tạo ra hiệu ứng lan tỏa tích cực

 

Mùi MeJA VOC có thể tác động đến vi khuẩn từ xa. Điều này là tín hiệu có thể vượt ra ngoài vùng rễ ngay lập tức của thực vật (khu vực xung quanh rễ cây nơi các phân tử hòa tan và dễ bay hơi, tạo điều kiện cho sự giao tiếp giữa thực vật và hệ vi sinh vật liên quan).

 

Đồng tác giả đầu tiên của bài báo, tiến sỹ Omkar Kulkarni, hiện là nhà khoa học nghiên cứu tại phòng thí nghiệm L'Oréal-SCELSE, cho biết: “Thực vật không thể nói chuyện giống chúng ta, nhưng chúng có thể bắt tín hiệu ở khoảng cách xa. Khám phá này sẽ không chỉ mang lại những hiểu biết cơ bản về tương tác giữa thực vật và vi khuẩn mà còn có khả năng mở đường cho các hóa chất nông nghiệp tự nhiên”. Công trình là một phần trong luận án tiến sỹ của ông tại Khoa Khoa học Sinh học thuộc Khoa Khoa học NUS.

 

Tiến sỹ Mrinmoy Mazumder, nhà nghiên cứu của NUS tại SCELSE và là đồng tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết thêm: “Tín hiệu qua trung gian VOC giữa thực vật và vi khuẩn vùng rễ kéo dài khoảng cách với sự cộng tác hài hòa của tự nhiên. Khám phá này có ý nghĩa cơ bản và mang tính chuyển đổi đối với khoa học, mang lại cơ hội đi sâu vào những hiểu biết cơ học và phát triển các giải pháp phù hợp để quản lý căng thẳng ở các giống cây trồng đa dạng”.

 

Hoạch định trong tương lai

 

Kế thừa những phát hiện ban đầu, nhóm nghiên cứu sẽ nghiên cứu sâu hơn về bản chất hóa học của các hợp chất được giải phóng ra môi trường xung quanh do các vi sinh vật trong đất nhằm kích thích sự phát triển của thực vật. Nhóm nghiên cứu cũng sẽ thiết kế một cộng đồng vi sinh vật từ hệ sinh thái để khai thác khám phá về cách thực vật tranh thủ sự trợ giúp của các vi khuẩn có lợi trong đất để kích thích sự phát triển của thực vật.

 

Dương Thị Lan Oanh theo Đại học Quốc gia Singapore