Ethanol có thể giúp thực vật tồn tại trong thời kỳ hạn hán cho biết một nghiên cứu mới được thực hiện tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN ở Nhật Bản. Do Motoaki Seki dẫn đầu, các nhà nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung ethanol vào đất cho phép thực vật, bao gồm cả lúa và lúa mì, phát triển mạnh sau hai tuần mà không cần nước.
Vì ethanol an toàn, rẻ và sẵn có rộng rãi nên phát hiện này đưa ra một cách thiết thực để tăng sản lượng lương thực trên toàn thế giới khi khan hiếm nước mà không cần phải sản xuất cây trồng biến đổi gen tốn kém, tốn thời gian và đôi khi gây tranh cãi. Nghiên cứu được công bố vào ngày 25 tháng 8 trên tạp chí Plant and Cell Physiology.
>> Tham khảo: Công nghệ mới trên chip tạo ra các xung cực nhanh.
Tương lai gần bao gồm dân số tăng đều đặn và tình trạng thiếu nước do biến đổi khí hậu gây ra, hai điều kiện chắc chắn sẽ dẫn đến tình trạng thiếu lương thực trừ khi hành động được thực hiện. Một lựa chọn là tìm cách ngăn chặn thực vật chết khi chúng không được tiếp cận với nước.
Thực vật biến đổi gen để khí khổng của chúng — lỗ chân lông trong lá của chúng — luôn đóng lại, phần nào có hiệu quả vì nó ngăn không cho nước thoát ra khỏi thực vật. Tuy nhiên, việc tạo ra cây trồng biến đổi gen rất tốn kém và mất thời gian, và các quốc gia có nhu cầu lớn nhất có thể không có quyền tiếp cận bình đẳng với các loại cây trồng biến đổi gen này.
Seki và nhóm của anh ấy đang nghiên cứu một cách tiếp cận khác. Biết rằng thực vật sản xuất etanol khi thiếu nước, họ lập luận rằng việc cung cấp nước cho thực vật sẽ bảo vệ chúng khỏi hạn hán trong tương lai. Để kiểm tra giả thuyết này, họ đã trồng cây trong khoảng hai tuần với lượng nước dồi dào.
>> Tham khảo: Đặt hệ thống phanh trên pin lithium-ion để ngăn ngừa hỏa hoạn.
Sau đó, họ xử lý đất bằng ethanol trong ba ngày, tiếp theo là thiếu nước trong hai tuần. Khoảng 75% cây lúa mì và lúa được xử lý bằng ethanol sống sót sau khi tưới lại nước, trong khi chưa đến 5% cây không được xử lý sống sót.
Sau khi đã chỉ ra rằng ethanol có thể bảo vệ hai loại cây trồng quan trọng này khỏi hạn hán, tiếp theo họ bắt đầu giải thích lý do tại sao bằng cách tập trung vào cây mẫu Arabidopsis. Đầu tiên, họ nhìn vào những chiếc lá.
Họ phát hiện ra rằng ngay sau khi cây Arabidopsis được xử lý bằng ethanol bị thiếu nước, khí khổng của chúng đóng lại và nhiệt độ của lá tăng lên. Sau 11 và 12 ngày thiếu nước, những cây này đã giữ lại nhiều nước hơn trong lá của chúng so với những cây không được xử lý.
>> Tham khảo: Nghiên cứu cho thấy trồng cây có thể cứu mạng sống.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã phân tích biểu hiện gen trước và trong khi thiếu nước và đánh dấu radio cho ethanol trước khi tiền xử lý. Điều này cho phép họ xem quá trình nào đã được kích hoạt trong thời gian hạn hán và điều gì đã xảy ra với ethanol sau khi nó được rễ cây hấp thụ.
Ngay cả trước khi bị thiếu nước, các cây được xử lý bằng ethanol đã bắt đầu biểu hiện các gen thường được biểu hiện trong quá trình thiếu nước. Ngoài ra, trong khoảng thời gian hàm lượng nước trong lá không được xử lý giảm xuống, các cây được xử lý bằng ethanol đang tạo ra đường từ ethanol và thực hiện quá trình quang hợp.
Seki nói rằng việc xử lý đất bằng ethanol giúp giảm thiểu hạn hán trên một số mặt. Đầu tiên, các gen liên quan đến hạn hán được biểu hiện ngay cả trước khi thiếu nước, giúp cây trồng có một khởi đầu thuận lợi để chuẩn bị. Sau đó, khí khổng đóng lại, cho phép lá giữ được nhiều nước hơn. Đồng thời, một số etanol được sử dụng để tạo ra nhiều loại đường, cung cấp nhiều năng lượng cần thiết mà bình thường khó có được khi khí khổng đóng.
>> Tham khảo: Cách tiếp cận mới tăng gấp đôi hiệu quả chỉnh sửa tế bào gốc.
Seki cho biết: “Chúng tôi thấy rằng việc xử lý các loại cây trồng thông thường như lúa mì và lúa gạo bằng ethanol ngoại sinh có thể làm tăng sản lượng cây trồng trong thời kỳ hạn hán. Như ở cây Arabidopsis, điều này có thể thông qua những thay đổi trong cấu hình chuyển hóa và phiên mã điều chỉnh phản ứng hạn hán”. “Điều này cung cấp cho chúng tôi một cách rẻ tiền và dễ dàng để tăng năng suất cây trồng ngay cả khi nước hạn chế mà không cần biến đổi gen.”
