Nghiên cứu về ứng dụng đồng hồ sinh học giúp tăng năng suất cây trồng

Sau một thời gian nghiên cứu, các nhà khoa học thực vật đã giải thích về đồng hồ sinh học ở thực vật. Được biết, các gen đồng hồ sinh học ở thực vật là hoàn toàn có thật. Chúng sẽ cho phép cây trồng “đo lường” được nhiều thông số quan trọng. Đương nhiên là con người chưa thể khai thác hết các thông số này. Các nhà khoa học cũng cho rằng, nếu có thể nghiên cứu để con người nắm bắt được khả năng sẽ rất hữu ích. Như vậy sẽ giúp triển khai được một số công việc như nhân giống cây trồng để có năng suất và canh tác bền vững hơn. Nghiên cứu này vừa được công bố trên tạp chí Science sáng nay. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về cơ chế này của thực vật nhé.

Nghiên cứu về đồng hồ sinh học bên trong thực vật

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, giống như con người, thực vật có một chiếc “đồng hồ sinh học ở bên trong”. Nghĩa là chúng có khả năng cho biết thời gian.

Thực vật có các tế bào được gọi là gene đồng hồ sinh học. Nó cho phép chúng đo nhịp độ hàng ngày và theo mùa. Hiểu được cách thức hoạt động của quá trình này có thể hỗ trợ việc sản xuất cây trồng. Như vậy sẽ thu được năng suất cao hơn và đạt được canh tác bền vững hơn.

Giáo sư Alex Webb, Chủ tịch Hội Cell Signalling tại Khoa Khoa học Thực vật thuộc Đại học Cambridge và là tác giả của báo cáo vào tháng 4/2021, cho biết: “Chúng tôi đã phát hiện ra rằng, thực vật phát triển tốt hơn nhiều khi đồng hồ sinh học của chúng phù hợp với nhịp độ môi trường mà chúng đang phát triển“.

Phát hiện về đồng hồ sinh học qua nghiên cứu

Giáo sư Webb giải thích: “Chúng ta đang sống trên một hành tinh quay, và điều đó có tác động rất lớn đến nhịp sinh học của chúng ta và cả nhịp sinh học của thực vật“.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học tại Đại học Cambridge đã dựa trên những quan sát ở loài thực vật có hoa nhỏ thuộc họ cải. Tên khoa học là arabidopsis thaliana, thường được gọi là cải xoong thale.

Họ phát hiện ra rằng, nguồn cung cấp ánh sáng theo nhịp độ mà chúng ta chứng kiến. Trong chu kỳ ngày và đêm dẫn đến sự phát triển của đồng hồ sinh học. Những chiếc đồng hồ này điều chỉnh hầu hết chu trình sinh học của thực vật. Từ quang hợp, trao đổi chất và phát triển.

Ông Webb cho biết thêm: “Các phản ứng của thực vật chống lại dịch hại theo đồng hồ sinh học sẽ được tối ưu hóa. Chúng có khả năng chống lại sâu bệnh tốt nhất vào thời điểm trong ngày. Lúc mà sâu bệnh hoạt động. Vì vậy, chỉ cần bật/tắt ánh sáng trong xe tải lạnh để bắt chước chu kỳ ngày/đêm sẽ kích hoạt đồng hồ sinh học của thực vật. Từ đó giúp cải thiện khả năng lưu trữ và giảm thiểu chất thải”.

Lợi ích nếu có thể nắm bắt được đồng hồ sinh học ở thực vật

Có thể điều chỉnh các quá trình của cây cho phù hợp

Các gene kiểm soát nhịp sinh học ở tất cả các loại cây trồng chính đều giống nhau. Chúng có nhiều ưu điểm. Hệ thống nhịp sinh học này có thể góp phần điều chỉnh các quá trình. Từ lúc ra hoa, sinh khối, quang hợp, sử dụng nước, phản ứng với nhiệt độ. Đặc biệt là khả năng phòng vệ chống lại mầm bệnh, là những yếu tố góp phần quan trọng trong nâng cao năng suất của cây trồng.

Ông Webb lưu ý: “Từ các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, chúng tôi thấy rằng, việc tưới cây hoặc sử dụng thuốc trừ sâu có thể hiệu quả hơn vào những thời điểm nhất định trong ngày, theo đó nông dân có thể tiết kiệm được nhiều hơn nguồn nước tưới cũng như thuốc trừ sâu. Đây là một ưu điểm quan trọng, có thể giúp tiết kiệm chi phí và góp phần vào sự phát triển bền vững”.

Tăng năng suất cây trồng

Đồng hồ sinh học của thực vật đóng một vai trò quan trọng. Chúng hỗ trợ trong việc điều chỉnh nhiều chức năng. Từ đó ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Bao gồm thời điểm ra hoa, sự quang hợp và nhu cầu tiêu thụ nước… Các gen kiểm soát nhịp sinh học ở tất cả các loại cây trồng chính. Chúng đều khá giống nhau. Điều này khiến cho chúng trở thành mục tiêu tiềm năng cho các nhà chọn tạo giống. Họ sẽ kiểm soát được nhiều hơn từ các chức năng này.

Các nhà khoa học tin rằng, việc nhận biết của thực vật rất có lợi. Chúng cũng có thể giúp giảm thiệt hại do sâu bệnh. Ngoài ra còn tạo cơ hội cho việc canh tác theo thời gian để sản xuất lương thực bền vững hơn.

Nghiên cứu về thực vật cũng đưa ra một ý tưởng tương tự để áp dụng trong y học, điều trị bệnh cho con người. Các loại thuốc sẽ hiệu quả hơn khi được dùng vào một thời điểm cụ thể và thích hợp trong ngày.