Phát hiện di truyền mới cho phép cây trồng chuyển đổi nitơ từ không khí thành phân bón một cách tự nhiên
Written by Fabio Lucas Carvalho from clickpetroleoegas.com.br
Đột phá di truyền hứa hẹn các loại cây trồng tự cung tự cấp có thể biến nitơ từ không khí thành phân bón
Các nhà nghiên cứu từ nhiều nơi trên thế giới gần đây đã phát triển một phương pháp đơn giản hơn để cho phép cây trồng tự cố định nitơ mà không cần phân bón.
Đột phá này, có thể biến đổi nền nông nghiệp hiện đại, dựa trên tối thiểu bảy gen đã được xác định cho phép tế bào thực vật sản xuất ra loại enzyme cần thiết để chuyển đổi nitơ khí từ không khí thành phân bón.
Thách thức của quá trình cố định nitơ
Sản xuất phân bón nitơ Đây là một quá trình thiết yếu đối với nông nghiệp, vì nitơ là một trong những chất dinh dưỡng chính cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Tuy nhiên, cây trồng không cung cấp nitơ trực tiếp từ không khí, dẫn đến nhu cầu sử dụng phân bón công nghiệp.
Quy trình Haber-Bosch, được phát triển cách đây hơn một thế kỷ, đã cách mạng hóa quá trình chuyển đổi nitơ trong khí quyển thành dạng mà cây trồng có thể sử dụng. Tuy nhiên, quá trình sản xuất quy mô lớn này phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và gây ô nhiễm cao.
Tác động của phương pháp mới
Một phát triển mới của các nhà khoa học có thể có tác động lớn đến năng suất nông nghiệp và giảm việc sử dụng phân bón tổng hợp. Các loại cây lương thực quan trọng như ngô và lúa có khả năng tự cố định đạm, chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời.
Điều này sẽ làm giảm một chút việc sử dụng phân bón, không chỉ tiết kiệm đáng kể cho nông dân mà còn mang lại lợi ích cho môi trường bằng cách giảm lượng khí thải carbon liên quan đến việc sản xuất các đầu vào này.
Hợp tác quốc tế
Dự án dẫn đến khám phá sáng tạo này là kết quả của sự hợp tác giữa các nhà khoa học từ Đại học bang Utah (Hoa Kỳ), Đại học Bách khoa Madrid (Tây Ban Nha), Đại học Carnegie Mellon (Hoa Kỳ) và các trung tâm nghiên cứu khác.
Nhà hóa sinh Lance Seefeldt của Đại học bang Utah và nhà khoa học cấp cao Zhi-Yong Yang đã dẫn đầu cuộc điều tra cùng với một nhóm đa ngành bao gồm các chuyên gia về công nghệ sinh học và hệ gen.
Công trình của các nhà nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học Biên bản báo cáo của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia số ra ngày 6 tháng 11 năm 2024.
Quá trình cố định nitơ diễn ra như thế nào ở thực vật
Cố định nitơ là quá trình thực vật chuyển đổi khí nitơ có trong không khí thành các hợp chất có thể sử dụng cho quá trình sinh trưởng của chúng.
Theo truyền thống, quá trình này xảy ra ở một số loại thực vật, chẳng hạn như cây họ đậu, có mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn có khả năng thực hiện quá trình chuyển đổi này.
Hiện nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu để chuyển khả năng này sang các loại cây lương thực thiết yếu như lúa và ngô bằng cách đưa vào các gen cụ thể.
Một nhóm nghiên cứu đã tìm cách giảm số lượng gen cần thiết để cố định nitơ từ chín xuống còn bảy, giúp đơn giản hóa quá trình này.
Bằng cách đưa những gen này vào ty thể và lục lạp của thực vật, các nhà nghiên cứu tin rằng cây trồng có thể tạo ra đủ năng lượng để cố định nitơ trực tiếp từ ánh sáng mặt trời, mà không cần phân bón bên ngoài.
Lợi ích về mặt xã hội và môi trường
Ngoài khả năng giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học, khám phá này còn có tiềm năng to lớn giúp các quốc gia đang gặp khó khăn trong việc tiếp cận các nguồn đầu vào nông nghiệp.
Ví dụ, các khu vực ở Châu Phi cận Sahara đang phải đối mặt với những thách thức trong việc nhập khẩu phân bón do thiếu cơ sở hạ tầng hoặc làm trầm trọng thêm tình trạng thiếu lương thực.
Hơn nữa, việc giảm sản xuất phân đạm cũng có khả năng làm giảm tác động môi trường liên quan đến việc sử dụng phân đạm trên diện rộng.
Theo Seefeldt, gần 2% lượng nhiên liệu hóa thạch tiêu thụ trên thế giới được dùng để sản xuất phân bón, tạo ra lượng khí thải nhà kính đáng kể.
Triển vọng tương lai
Với việc phát hiện ra các gen thiết yếu cho quá trình cố định đạm, nghiên cứu cũng mở rộng sang các lĩnh vực ngoài nông nghiệp trên cạn, bao gồm khả năng sản xuất lương thực trong các sứ mệnh không gian.
Nhóm của Seefeldt đang hợp tác với NASA để khám phá cách áp dụng những phát hiện này vào các sứ mệnh dài hạn, chẳng hạn như các sứ mệnh được lên kế hoạch cho sao Hỏa, nơi sản xuất phân bón và lương thực sẽ là một thách thức lớn.
Tiến bộ khoa học đang được tăng cường là một bước quan trọng hướng tới đảm bảo an ninh lương thực trong tương lai và tạo ra các giải pháp bền vững hơn trong nông nghiệp.
Với những kết quả mới nhất, người ta hy vọng rằng việc sử dụng phân bón có thể giảm đáng kể, giúp giảm cả tác động đến môi trường và chi phí kinh tế của hoạt động này.
