Nhà khoa học Eduardo Blumwald (phải) cùng với nhà nghiên cứu, tiến sĩ Akhilesh Yadav đang tiến hành thực nghiệm phương pháp mới trên cây lúa để sử dụng nitơ hiệu quả hơn. Ảnh: Trina Kleist/UC Davis
Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Davis, đã tìm ra cách giảm lượng phân đạm (nitơ) cần thiết để sản xuất nông nghiệp. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của ông Eduardo Blumwald, một giáo sư khoa học thực vật tên tuổi, người đã tìm ra một lộ trình mới để ngũ cốc thu được lượng nitơ cần thiết để phát triển.
Kết quả nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Plant Biotechnology cũng có thể giúp ích cho môi trường bằng cách giảm nguy cơ ô nhiễm nitơ, nguyên nhân chính dẫn đến nguồn nước bị ô nhiễm, và tăng phát thải khí nhà kính cùng nhiều vấn đề rủi ro cho sức khỏe con người.
Nitơ là chìa khóa cho sự phát triển của cây trồng và nhiều hoạt động nông nghiệp phụ thuộc vào phân bón hóa học để tăng năng suất. Tuy nhiên phần lớn những gì được sử dụng đã bị mất, rửa trôi vào đất và nước ngầm. Nghiên cứu của nhóm nhà khoa học do ông Eduardo Blumwald chủ trì đang được kỳ vọng có thể tạo ra một giải pháp thay thế bền vững.
Ông Blumwald nói: “Có thể nói phân bón nitơ không chỉ đắt mà là rất đắt, cho nên bất cứ những gì chúng ta có thể làm để loại bỏ chi phí đều quan trọng. Vấn đề một mặt là tiền, nhưng ngoài ra nó còn gây hại đối với môi trường”.
Các trung tâm nghiên cứu của ông Blumwald đã tiến hành thực nghiệm về việc tăng chuyển đổi khí nitơ trong không khí thành amoni, bởi vi khuẩn đất - một quá trình được gọi là quá trình cố định đạm.
Các loại cây trồng họ đậu như lạc, đậu tương có các nốt sần ở rễ có thể sử dụng vi khuẩn cố định đạm để cung cấp amoni cho cây. Còn các loại cây trồng ngũ cốc như lúa gạo và lúa mì không có khả năng đó và phải dựa vào việc hấp thụ nitơ vô cơ, chẳng hạn như amoniac và nitrat, từ phân bón trong đất.
“Nếu một cây trồng có thể tạo ra các chất hóa học khiến vi khuẩn trong đất cố định khí nitơ trong khí quyển, thì chúng ta có thể điều chỉnh cây trồng để chúng tạo ra nhiều hóa chất này hơn. Những hóa chất này sẽ tự tạo ra sự cố định đạm của vi khuẩn trong đất và cây trồng sẽ sử dụng nguồn amoni được hình thành này, làm giảm lượng phân bón”, theo lời ông Blumwald.
Nhóm nghiên cứu của nhà khoa học Blumwald đã sử dụng phương pháp sàng lọc hóa học và hệ gen học sinh vật để xác định các hợp chất trong cây lúa giúp tăng cường hoạt động cố định nitơ của vi khuẩn.
Sau đó, họ xác định các con đường tạo ra các hóa chất và sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen để tăng cường sản xuất các hợp chất kích thích sự hình thành màng sinh học. Tiếp đó, những màng sinh học này chứa vi khuẩn giúp tăng cường chuyển hóa nitơ. Kết quả là, hoạt động cố định đạm của vi khuẩn tăng lên cùng với lượng amoni trong đất để cây trồng phát triển.
Ông Blumwald cho biết: “Cây trồng chính là những nhà máy sản xuất hóa chất đáng kinh ngạc. Điều đó có thể giúp cung cấp một giải pháp thực hành nông nghiệp thay thế bền vững nhằm giảm thiểu việc sử dụng quá nhiều phân bón nitơ. Và cách thức này cũng có thể được sử dụng trên nhiều loại cây trồng khác”.
Hiện đơn xin cấp bằng sáng chế về kỹ thuật này đã được Đại học California đệ trình và đang chờ được phê duyệt. Nghiên cứu được hãng Bayer Crop Science tài trợ và đang tiếp tục hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về chủ đề này.
