Chọn tạo giống cây trồng chịu mặn

Xói mòn đất được biết đến như là một vấn đề đẩy dinh dưỡng của con người vào trạng thái nguy hiểm. Một trong các khía cạnh của xói mòn đất là sự nhiễm mặn đất, nó ảnh hưởng nhiều đến các khu vực khô hạn đặc biệt của trái đất, nơi mà nông dân buộc phải tưới nước đẫm cho những cánh đồng của họ. Số lượng lớn muối được hòa tan trong nước, chẳng hạn như natri và clorua, được lây lan vào trong đất và ở lại đó sau khi nước bốc hơi đi. Muối khiến cho cây trồng còi cọc, chậm phát triển và thậm chí, về lâu dài nó có khả năng làm cho đất trở thành cằn cỗi.

Cây diêm mạch (Chenopodium quinoa)

Giáo sư Rainer Hedrich, nhà khoa học thực vật tại Đại học Julius-Maximilians (JMU),Würzburg ở Bavaria, Đức, cho thấy: “Cho đến nay, toàn bộ những cách tiếp cận để chọn tạo những cây trồng chịu mặn cần được quan tâm nhiều hơn hoặc ít thất bại hơn”. Toàn bộ chúng đều nhằm mục đích sinh ra cây trồng sinh trưởng trên nền đất mặn và để xác định những dòng chịu mặn trong suốt quá trình chọn tạo. Nhưng cách tiếp cận này không thể triển khai được.

Hedrich giải thích: “Cây trồng của chúng ta là kết quả của đa số năm chọn tạo giống cây trồng. Trong khoảng thời gian đó, con người đã che chở chúng khỏi hầu hết mọi tác động tiêu cực của môi trường, do đó chúng mất đi nhiều khả năng hồi phục tự nhiên. Do đó, những dòng ưu tú này thường sẽ chết ngay khi tiếp xúc với quá nhiều muối”.

Những cây trồng chịu mặn phục vụ như là một mô hình

Vì vậy, Rainer Hedrich, cùng với Giáo sư Sergey Shabala (Đại học Tasmania) bắt đầu phát triển một chiến lược mới. Hai nhà khoa học đặt hy vọng vào các cây trồng có thể chịu mặn 1 cách tự nhiên.

Một trong các loại cây như vây là cây diêm mạch (Chenopodium quinoa). Cây có xuất xứ từ Andes, nơi mà nó đã và đang được dùng như một trong các loại lương thực trong suốt 7/000 năm. Trong khi đó, loại hạt không có chứa gluten và giầu vitamin của cây ngũ cốc Nam Mỹ này đã và đang tìm đường vào những kệ hàng của siêu thị Châu Âu.

Cây hấp thu muối từ đất và cất giữ nó trong những tế bào hình bóng ở phía trên bề mặt của lá. Việc này bảo vệ những quá trình chuyển hóa muối nhạy cảm, và cây trồng có thể sinh trưởng tốt ngay cả trên đất mặn.

Cây diêm mạch sẽ bị stress mặn nếu như không có những tế bào bong bóng.

Những nhà nghiên cứu đã tìm ra 1 cách dễ dàng để chứng tỏ rằng những tế bào bong bóng thật sự là nhân tố bảo đảm tính chịu mặn của cây. Giáo sư Shabala cho thấy: “Chỉ cần một số cú chải nhẹ lên lá cây diêm mạch là đã khiến cho những tế bào hình bóng bị rơi xuống. Khi bị mất đi những bong bóng muối, các cây này chỉ sinh trưởng tốt trên nền đất không mặn giống như những cây không bị chải. Nhưng việc tiếp xúc với muối thông thường sẽ khiến cho chúng sinh trưởng chậm đi đáng kể.

Những tế bào bong bóng hình tròn đến hình bầu dục của cây diêm mạch có đường kính gần nửa milimet. Chúng là các gã khổng lồ thật sự trong giới thực vật, và có thể liên tục được quan sát thấy bằng mắt thường. Khả năng lưu trữ của chúng cao gấp 1000 lần so sánh với bất cứ tế bào bình thường nào của bề mặt của lá.

Giá của việc loại bỏ muối là đường.

Để có thể có được một cái nhìn sâu sắc về “hệ điều hành” của cây diêm mạch và những tế bào bong bóng của chính nó, nhóm làm việc của giáo sư Jian-Kang Zhu (Đại học Thượng Hải) đã giải mã DNA của ngũ cốc Andes. Tiếp đến, nhóm nghiên cứu của giáo sư Hedrich đã so sánh những gen hoạt động của lá và những tế bào bong bóng. Những phân tích tin sinh cấp thiết được thực thi bởi những chuyên gia của trường Đại học Thượng Hải và của nhóm Georg Haberer đến từ Trung tâm Helmholtz Munich.

Kết quả: Ngay cả khi không xử lý muối thì cũng vẫn có những gen hoạt động trong những tế bào bong bóng, trong khi đó những gen này ở các loài cây khác thì chỉ hoạt động khi cây sống trong môi trường stress mặn. Chúng bao gồm những chất vận chuyển mang những ion natri và clorua vào trong tế bào bong bóng. Một kích thích với muối sẽ kích hoạt những gen cấp thiết để duy trì đường dẫn tín hiệu cho những hormone gây stress ABA.

Hedrich giải thích, “Sự lưu giữ muối cần tiêu thụ năng lượng. Năng lượng này được tạo ra bởi những tế bào bong bóng từ những phân tử đường mà chúng nhận được ở những lá cây. Những tế bào bong bóng nhận năng lượng cấp thiết từ lá và phản ứng lại bằng phương pháp hấp thu muối độc”.

Đưa tính chịu mặn vào những cây trồng.

Những phát hiện mới đã được công bố trên tạp chí Cell Reports. Chúng sẽ được dùng lâu dài cho việc chọn tạo những giống cây trồng chịu mặn. Giáo sư Hedrich nói: “Bước giai đoạn đầu được thực thi. Lúc này chúng ta sẽ dùng phối hợp giữa di truyền học phát triển và phân tích vai trò của những protein vận chuyển muối để hiểu về những cơ chế phân tử sinh ra và duy trì tính chịu mặn ở cây diêm mạch”.

Nhóm nghiên cứu của trường Đại học JMU muốn phân tích các dòng diêm mạch được trang bị cực kỳ nhiều hoặc cực kỳ ít những bong bóng muối. Đội có một nguồn nguyên vật liệu lớn để tiếp cận: khoảng 2/000 giống trồng và giống hoang dại của cây diêm mạch được biết cho đến ngày nay được thu thập từ Andes. Kết quả cuối cùng của công việc họ làm có thể không những là việc chọn tạo những giống diêm mạch có tính chịu mặn cao hơn mà còn là việc lai tạo những gen chịu mặn vào những giống giống cây trồng liên quan như cây củ cải đường hoặc cây rau cải bó xôi.

Nguyễn Thị Hồng Nhung theo Sciencedaily