1. Nghiên cứu cho thấy các trang trại tuân theo các hoạt động thân thiện với đất trồng tạo nên thực phẩm lành mạnh hơn

Mọi người đều biết ăn trái cây và rau quả là tốt cho sức khỏe. Nhưng ngày nay, các cửa hàng cung cấp một loạt các lựa chọn: hữu cơ, thông thường, sản phẩm nông nghiệp địa phương. Loại nào tốt nhất cho sức khỏe của bạn?

Đất từ ​​trang trại tái sinh (đất đen hơn bên trái) so sánh với đất từ ​​trang trại thông thường lân cận (bên phải). Nguồn: David Montgomery - Đại học Washington.

Một nghiên cứu mới, được công bố trên tạp chí PeerJ, xem xét cách thức canh tác tái sinh - các kỹ thuật làm đất giúp giảm thiểu việc cày xới, sử dụng cây che phủ và trồng các loại cây khác nhau - ảnh hưởng như thế nào đến hàm lượng dinh dưỡng của thực phẩm. 

Kết quả của thử nghiệm sơ bộ, bao gồm 10 trang trại trên khắp Hoa Kỳ, cho thấy rằng cây trồng từ các trang trại theo phương pháp thân thiện với đất trong ít nhất 5 năm có thành phần dinh dưỡng lành mạnh hơn so với cây trồng tương tự ở các trang trại thông thường lân cận. Kết quả cho thấy sự gia tăng một số khoáng chất, vitamin và chất từ thực vật có lợi cho sức khỏe con người. 

Tác giả chính David Montgomery, Giáo sư về Trái đất và Khoa học vũ trụ của Đại học Washington UW cho biết: “Chúng tôi đã hợp tác với những người nông dân sử dụng các phương pháp canh tác tái sinh để tiến hành một thử nghiệm. Tất cả các trang trại tham gia, chủ yếu ở Trung Tây và miền Đông Hoa Kỳ, đã đồng ý trồng trên một mẫu Anh các loại cây trồng thử nghiệm - đậu Hà Lan, lúa miến, ngô hoặc đậu nành - để so sánh với cùng một loại cây trồng ở một trang trại lân cận sử dụng nông nghiệp thông thường”.

Đồng tác giả nghiên cứu Ray Archuleta đã đến thăm tất cả các trang trại và lấy mẫu đất của họ vào mùa hè năm 2019. Sau đó, nông dân gửi mẫu cây trồng của họ để phân tích. 

Montgomery nói: Mục đích là cố gắng có được một số so sánh trực tiếp, nơi bạn kiểm soát các biến số chính: Cây trồng giống nhau, khí hậu giống nhau, thời tiết giống nhau vì chúng ở ngay cạnh nhau, đất là giống nhau về loại đất, nhưng nó được canh tác khá khác nhau trong ít nhất 5 năm. 

Các địa điểm nghiên cứu bao gồm các trang trại và trang trại của đồng tác giả Paul Brown. 

Kết quả của nghiên cứu mới cho thấy rằng các trang trại thực hành nông nghiệp tái sinh có đất khỏe mạnh hơn, được đo bằng hàm lượng chất hữu cơ hoặc các-bon và bằng một bài kiểm tra tiêu chuẩn. 

Montgomery cho biết: “Những gì chúng ta đang thấy là các loại đất canh tác tái sinh có gấp đôi lượng các-bon trong lớp đất mặt và tăng gấp ba lần điểm số sức khỏe của đất”. 

Các mẫu cây trồng được phân tích tại các cơ sở phòng thí nghiệm tại UW, Đại học Bang Oregon và Đại học Bang Iowa. 

Thực phẩm được trồng theo phương pháp tái sinh trung bình chứa nhiều magiê, canxi, kali và kẽm hơn; nhiều vitamin, bao gồm B1, B12, C, E và K; và nhiều chất từ thực vật, các hợp chất thường không được theo dõi trong thực phẩm nhưng đã được chứng minh là có tác dụng giảm viêm và tăng cường sức khỏe con người. Cây trồng trong các trang trại tái sinh cũng có hàm lượng các nguyên tố có hại cho sức khỏe con người thấp hơn, bao gồm natri, cadimi và niken, so với các cây trồng thông thường khác. 

Montgomery cho biết: “Chúng tôi nhận thấy những phương pháp tái tạo này giúp cây trồng của chúng tôi có nhiều hợp chất chống viêm và chất chống oxy hóa hơn”. 

Các trang trại hữu cơ tránh thuốc trừ sâu hóa học nhưng họ có thể thay đổi các phương pháp canh tác khác, chẳng hạn như họ có nhiều loại cây trồng hay xới đất để kiểm soát cỏ dại. Kết quả từ một nghiên cứu đánh giá trước đó, được công bố bởi Montgomery và Biklé vào mùa thu, cho thấy cây trồng hữu cơ nói chung cũng có hàm lượng chất từ thực vật có lợi cao hơn so với cây trồng trong các trang trại thông thường. 

Các nhà nghiên cứu tin rằng chìa khóa nằm ở sinh học của đất - các vi sinh vật và nấm là một phần của hệ sinh thái đất - vì những sinh vật này trực tiếp và gián tiếp giúp tăng cường các hợp chất có lợi trong cây trồng. 

Nghiên cứu cũng xem xét bắp cải được trồng trên một trang trại không cày xới ở California và một trang trại lúa mì ở phía bắc Oregon. Nghiên cứu xem xét cả thịt từ một nhà sản xuất duy nhất, Brown’s Ranch; thịt bò và thịt lợn được nuôi bằng thức ăn nông nghiệp tái sinh có hàm lượng axit béo omega-3 cao hơn so với thịt từ một môi trường nuôi thông thường.

Theo Sciencedaily

2. Axit amin cũng có thể được phát triển như một loại thuốc trừ sâu chống lại virus thực vật?

Nguồn: Hongjian Song, Qingmin Wang.

Virus thực vật gây ra nhiều tác hại. Các đại dịch và dịch bệnh do virus ước tính có tác động đến kinh tế toàn cầu lên tới hàng chục tỷ đô la. Hiện nay, không có nhiều loại tác nhân chống virus thực vật hiệu quả và đạt yêu cầu trong thực tế sử dụng và đặc biệt là rất ít tác nhân điều trị. 

Trước tác hại của virus gây ra đối với sản xuất nông nghiệp, cần phát triển các loại thuốc phòng trừ virus thực vật thân thiện với môi trường. Việc tìm kiếm các ứng cử viên từ các sản phẩm tự nhiên ngày càng quan trọng và được chú trọng nghiên cứu. Các sản phẩm tự nhiên có nhiều đặc tính có thể khiến chúng trở thành ứng cử viên hữu ích, bao gồm sự đa dạng về cấu trúc, tính đặc hiệu và các phương thức hoạt động mới. Tuy nhiên, các sản phẩm tự nhiên cũng có một số nhược điểm, chẳng hạn như tính sẵn có của hợp chất bị hạn chế, cấu trúc phức tạp cao. Do đó, việc tạo ra thuốc trừ sâu dựa trên các sản phẩm tự nhiên đã trở thành một hướng quan trọng của việc tạo ra thuốc trừ sâu xanh. 

Tryptophan là một trong những axit amin thiết yếu và là tiền chất sinh tổng hợp của nhiều alkaloid. Giáo sư Qingmin Wang và Tiến sỹ Hongjian Song từ Đại học Nankai trước đây đã phát hiện ra rằng tryptophan, tiền chất sinh tổng hợp của Peganum harmala alkaloid và các dẫn xuất của nó có hoạt tính chống TMV cả in vitro và in vivo. Việc tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này đã dẫn đến việc xác định NK0238 là tác nhân có hiệu quả cao trong việc phòng ngừa và kiểm soát các bệnh do virus thực vật gây ra, nhưng các con đường tổng hợp hiện có không phù hợp với quá trình tổng hợp quy mô lớn. 

Họ đã tối ưu hóa một quy trình tổng hợp gồm hai bước của ứng cử viên diệt virus này. Lộ trình được tối ưu hóa cung cấp một nền tảng vững chắc cho quá trình tổng hợp quy mô lớn và các nghiên cứu về hiệu quả và độc tính tiếp theo. Kết quả thí nghiệm thực địa cho thấy nó có tác dụng tốt đối với nhiều loại virus thực vật. Độc tính qua đường miệng ở chuột là nhẹ và không ảnh hưởng đến sự an toàn của chim, cá hoặc ong. Nghiên cứu mang tên "Phát triển quy trình sinh tổng hợp, nghiên cứu hoạt tính kháng virus, đánh giá thực địa và độc tính của thuốc bảo vệ thực vật kháng virus NK0238" được công bố trên Tạp chí Frontiers of Agricultural Science and Engineering năm 2022.

Trong nghiên cứu này, một quy trình tổng hợp gồm hai bước cho thuốc bảo vệ thực vật kháng virus, NK0238, đã được phát triển. Bằng con đường này, NK0238 có thể thu được với năng suất 94% và độ tinh khiết gần 97%. So với các quy trình sinh tổng hợp đã được báo cáo trước đây, quy trình này có ưu điểm là tiết kiệm nguyên tử, năng suất cao và vận hành đơn giản. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng để điều chế hơn 40g NK0238 trong một lô duy nhất. Sau khi hoàn thành việc tối ưu hóa quy trình, một nghiên cứu chuyên sâu về hoạt tính kháng virus ở nhà kính và trên đồng ruộng cũng như các thử nghiệm độc tính sẽ được thực hiện. NK0238 thể hiện phổ kháng virus rộng trong các thí nghiệm thực địa.  Hoạt tính của NK0238 chống lại TMV, virus gây trên hồ tiêu, virus panax notoginseng Y, virus khảm hoa lay ơn, virus gây bệnh chùn đọt chuối bằng hoặc cao hơn amino-oligosaccharins và moroxydine hydrochloride-đồng axetat. Kết quả thử nghiệm độc tính sinh thái cho thấy hợp chất này không gây hại cho chim, cá, ong và tằm, hoạt tính tuyệt vời và tính an toàn khiến NK0238 trở thành một ứng cử viên đầy hứa hẹn để phát triển hơn nữa. 

Theo Phys.org

3. Lúa mì chỉnh sửa gen kháng được bệnh phấn trắng

Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một giống lúa mì đã được chỉnh sửa gen có thể chống lại nấm gây bệnh phấn trắng, mà không làm hạn chế sự phát triển của hạt.

Bệnh phấn trắng trên lá cản trở sự phát triển của lúa mì và các loại cây trồng khác.

Bệnh phấn trắng (powdery mildew) là một trong những bệnh hại lúa mì chính: nó làm cây vàng lá và còi cọc, có thể phá hủy tới 40% diện tích ruộng, khiến nó trở thành một trong những mầm bệnh gây hại và tốn kém nhất. 

Trong những chuyến thám hiểm vào những năm 1940 tới Ethiopia, các nhà khoa học đã phát hiện một số loại lúa mì địa phương không bị ảnh hưởng bởi loại nấm này. Tuy nhiên, những cây này và các phiên bản lai tạo sinh trưởng kém và không phát triển hạt. Vì vậy, vào những năm 1980, các nhà khoa học đã tạo ra giống lúa mạch có thể kháng nấm khá tốt và vẫn sinh trưởng tương đối mạnh để tạo ra hiệu quả kinh tế. Đây là một bước tiến đột phá, đã giúp bảo vệ lúa mì khỏi bệnh phấn trắng trong hàng thập kỷ trở lại đây. 

Ở lúa mì, một gen gọi là MLO, khi bị đột biến có khả năng nhanh chóng làm dày thành tế bào và tự hủy các tế bào xung quanh ngăn cho nấm không còn tế bào sống để lây nhiễm, nhưng nó làm năng suất giảm 5% - gây thiệt hại trong nông nghiệp quy mô lớn. 

Vài năm trước, Gao Caixia, nhà khoa học thực vật tại Viện Di truyền và sinh học phát triển thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, và các đồng nghiệp đã bắt đầu nghiên cứu các phương pháp chỉnh sửa gen chính xác, trong đó có CRISPR. Các phương pháp chỉnh sửa gen mới cho phép thực hiện những thay đổi có mục tiêu đối với bộ gen. Thường thì những thay đổi này cũng có thể thực hiện được bằng lai tạo truyền thống, nhưng phải mất thời gian đến vài năm, thay vì vài tháng như chỉnh sửa gen. Một điểm hấp dẫn khác của việc chỉnh sửa gen là, một số quốc gia gần đây đã tạo điều kiện thương mại hóa thuận lợi và nhanh chóng hơn nhiều.

Đúng như mong đợi, lúa mì chỉnh sửa gen của Gao chống lại nấm gây bệnh phấn trắng, nhưng điều ngạc nhiên là ở khoảng 30 cây trong thí nghiệm vẫn phát triển nhanh và số hạt không có sự khác biệt so với những cây không bị chỉnh sửa. “Tôi chắc chắn rằng chúng tôi đã khám phá ra điều gì đó tuyệt vời,” Gao nhớ lại. 

Tìm hiểu sâu hơn về bộ gen của những cây đã được chỉnh sửa, Gao và các đồng nghiệp phát hiện, việc chỉnh sửa vô tình loại bỏ không chỉ một phần của gen MLO mà còn cả một đoạn DNA lớn trên một nhiễm sắc thể, dẫn đến một gen gần đó được gọi là TMT3 hoạt động mạnh hơn, và đây là nguyên nhân giữ cho cây phát triển bình thường. Gao cho biết gen TMT3 mã hóa cho một loại protein liên quan đến vận chuyển các phân tử đường, nhưng vẫn chưa rõ vì sao gen này đã khắc phục được tình trạng mất năng suất do đột biến gen MLO gây ra. 

TMT3 cũng được tìm thấy trong nhiều loài thực vật khác. Do đó, Gao và các đồng nghiệp muốn thử chỉnh sửa gen một số cây như dâu tây, ớt và dưa chuột, đây là những loại cây rất dễ bị bệnh phấn trắng. Đồng thời, họ đã chỉnh sửa gen bốn giống lúa mì được nông dân Trung Quốc ưa chuộng, và sẽ kiểm tra năng suất các giống này trong các thử nghiệm lớn hơn. 

Trước khi có thể bán bất kỳ loại lúa mì chỉnh sửa gen nào cho nông dân ở Trung Quốc, các giống lúa mì chỉnh sửa gen mới cần được Bộ Nông nghiệp nước này phê duyệt. Gao lạc quan: Hướng dẫn mới của Bộ về việc phê duyệt cây trồng chỉnh sửa gen tạo ra một con đường rõ ràng để thương mại hóa. 

Theo Science.org

4. Các nhà khoa học thực vật sử dụng phương pháp mới để canh tác các loại cây lương thực một cách tốt hơn

Nguồn: Pixabay.

Trên thế giới hiện có hàng triệu người đang đối mặt với nạn đói, các nhà nghiên cứu ở Đại học Flinder đang tìm kiếm những đặc tính mới để có thể tăng sản lượng của cây lương thực trong tương lai. 

Các nghiên cứu, các cộng sự người Australia và quốc tế, kiểm tra một cách riêng rẽ xem các cây họ đậu sử dụng “hô hấp” thay thế như một phản ứng với điều kiện bất thuận như thế nào và cách mà một cây trồng phổ biến tìm thấy sức mạnh trong mối quan hệ 3 bên "ménage à trois" với đất và hệ thống rễ. 

Các dự báo vào năm 2030 của tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc bao gồm an ninh lương thực và dinh dưỡng cho các quốc gia ở châu Á, châu Phi và các quốc gia khác đang ngày càng trở nên xấu hơn với đại dịch, sự xung đột và suy thoái kinh tế làm giảm trầm trọng nguồn cung ứng do biến đổi khí hậu. 

Các nghiên cứu gần đây của đại học Flinder đã mở ra một hướng phát triển mới tạo ra các giống cây trồng sinh trưởng nhanh hơn và có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện môi trường như hạn hán, nắng nóng và nhiễm mặn do biến đổi khí hậu đang tạo áp lực lên việc sản xuất lương thực. 

Trong nghiên cứu đầu tiên, đăng trên tạp chí Frontiers in Plant Science, các chuyên gia ở đại học Flinder đã nhấn mạnh các quá trình phức tạp mà cây họ đậu trải qua để có một sự hô hấp dự phòng hoặc thay thế. Theo tiến sỹ Crystal Sweetman, quá trình này hoạt động giống như một chất chống oxy hóa, ngăn ngừa các thiệt hại do stress hay ở điều kiện khắc nghiệt của môi trường. 

Bà cho biết: “Hô hấp thay thế khá khác nhau ở các loài cây chẳng hạn như giữa cây họ đậu và cây ngũ cốc bởi vì ở các loài cây khác nhau sẽ có các phiên bản khác nhau của các gen và protein kiểm soát hô hấp thay thế. Điều này có nghĩa là một số loài thực vật có thể điều chỉnh phản ứng của chúng với stress hiệu quả hơn so với những loài khác”. 

“Có một sự biến đổi trong quần thể của cùng một loài tạo ra các ứng viên thú vị để lai tạo ra các giống cây trồng mới cải thiện được khả năng chịu nóng, chịu hạn, chịu mặn,… Đây là mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu này”. 

Trong một bài báo khác được công bố vào tuần trước trên tạp chí Plant and Soil, các nhà nghiên cứu ở đại học Flinder đã tập trung vào nghiên cứu cách các cây họ đậu tranh thủ sự trợ giúp của các vi sinh vật có ích trong đất để cải thiện sự sinh trưởng và khả năng chống chịu stress từ môi trường. Nghiên cứu mới nhất về sự cộng sinh "tripartite" ở cây đậu gà (đậu răng ngựa - chickpea) sau quá trình nghiên cứu về xạ khuẩn đã làm tăng khả năng cố định nitơ ở các nốt sần giúp cây sinh trưởng tốt và tăng năng suất. 

Giáo sư Chris Franco cho biết thêm rằng nghiên cứu này rất quan trọng cho việc tìm kiếm các biện pháp quản lý canh tác cây đậu gà tốt hơn khi mà độ pH, các chất dinh dưỡng và độ ẩm trong đất bị biến động do thời tiết ngày càng nóng hơn ở Australia, một quốc gia trồng cây đậu ngựa lớn thứ hai trên thế giới sau Ấn Độ.

Giáo sư Chris Franco nói: “Cùng với sự cố định nitơ của nhóm vi khuẩn nội cộng sinh, rễ của các cây họ đậu có thể còn được hỗ trợ bởi các nhóm vi khuẩn khác trong đất hoặc nhóm xạ khuẩn, chúng hiện diện ở trong đất và trong cây trồng”. 

“Nghiên cứu của chúng tôi khẳng định sự quan trọng của việc cộng sinh giữa cây họ đậu và nhóm vi khuẩn nội cộng sinh là mối quan hệ 3 bên với nhóm xạ khuẩn mở ra một hướng đi mới cho sự phát triển của các loại chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu để tối ưu quá sự sinh trưởng”. 

Ông nói thêm: “Điều này rất quan trọng trong việc cải tạo đất và các điều kiện môi trường để có thể canh tác cây đậu gà một cách bền vững”. 

Theo Phys.org

5. Nghiên cứu về gien điều chỉnh các phản ứng miễn dịch tích cực và tiêu cực ở thực vật

Trong một khám phá quan trọng đối với nông nghiệp và an toàn thực phẩm, các nhà khoa học đã báo cáo quy chế di truyền phản ứng miễn dịch của cây trồng.

Các nhà nghiên cứu tại TUS đã phát hiện ra nhóm gen điều chỉnh phản ứng  miễn dịch củaBrachypodium distachyon, loài cỏ hai lá mầm, đối với các mối đe dọa bên ngoài. Nguồn: Trung tâm nghiên cứu Riken BioResource.

Cơ chế bảo vệ thực vật qua trung gian của gien không biểu hiện liên quan đến sự phát sinh bệnh (NPR) ở cây đơn tính (cây có một lá mầm) không được ghi chép đầy đủ. Giờ đây, các nhà khoa học từ Đại học Khoa học Tokyo đã phát hiện ra cách họ gien NPR điều chỉnh phản ứng miễn dịch trong cây một lá mầm Brachypodium distachyon, loài cây mô hình ôn đới đại diện cho các loài ngũ cốc và cỏ làm nhiên liệu sinh học. Những phát hiện này cung cấp một kế hoạch chi tiết cho các hệ thống phòng thủ của thực vật và có thể đóng góp vào nghiên cứu nhiều hơn về các loài cây trồng có khả năng chống chịu, thúc đẩy canh tác ngũ cốc không có thuốc trừ sâu. 

Thực vật có thể được chia phần lớn thành cây hai lá mầm và cây một lá mầm. Những nhóm này, ngoài sự khác biệt về cấu trúc phôi thai của chúng, còn có nhiều yếu tố phân biệt khác. Đó là lý do tại sao rất có thể phản ứng miễn dịch của chúng đối với các mối đe dọa nhất định cũng sẽ khác nhau. 

Thực vật, giống như con người, phản ứng với các mối đe dọa từ bên ngoài. Những phản ứng miễn dịch này đã được nghiên cứu rộng rãi trong các mô hình cây hai lá mầm, nhưng ít hơn ở mô hình cây một lá mầm. 

Họ của gien không biểu hiện liên quan đến sự phát sinh bệnh (NPR) được biết là kiểm soát tín hiệu phòng thủ trong cuộc tấn công của mầm bệnh. Ở Arabidopsis thaliana, một cây hai lá mầm, NPR1 (AtNPR1) đóng vai trò như một vị trí liên kết với axit salicylic (SA) và tương tác với nhóm TGA của các yếu tố phiên mã (TFs) - nhóm này có trách nhiệm bật hoặc tắt các gien khi cần thiết. Điều này kích hoạt các gien bảo vệ, chẳng hạn như protein 1 liên quan đến sinh bệnh học (PR-1), cuối cùng kiểm soát phản ứng miễn dịch của thực vật. Điều này liệu cũng xảy ra trong cây một lá mầm? Một nhóm nghiên cứu, do Giáo sư Gen-ichiro Arimura từ Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản chủ trì, đã quyết định tìm hiểu. 

Họ biết rằng một số loài đơn tính, như lúa gạo và lúa mì, hiển thị phản ứng miễn dịch qua trung gian NPR1 tương tự khi đối mặt với sự tấn công của mầm bệnh. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tin rằng các cây một lá mầm khác có thể phản ứng khác và cũng muốn nghiên cứu các NPR khác, chẳng hạn như AtNPR3 / AtNPR4, có thể có tác động ngược lại với NPR1. Do đó, Giáo sư Arimura và các đồng nghiệp của ông đã chọn nghiên cứu chức năng NPR và phản ứng miễn dịch trong mô hình cây một lá mầm Brachypodium distachyon. 

Nghiên cứu được xuất bản trên Tạp chí Thực vật, giải thích cách các gien NPR trong B. distachyon điều chỉnh quá trình phiên mã được thúc đẩy TGA của các gien đáp ứng phòng vệ. 

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã xác định và nhân bản trình tự gien NPR của một lá mầm B. distachyon-BdNPR1, 2 và 3 - tương tự như trình tự NPR của các loài cây hai lá mầm khác, bao gồm cả Arabidopsis. Khi xử lý methyl salicylate, sự biểu hiện của BdNPR2 tăng lên đáng kể, nhưng không phải BdNPR1 / BdNPR3, cho thấy vai trò tích cực của nó trong phản ứng bảo vệ thực vật. Các nhà nghiên cứu cũng xác nhận rằng một trong những BdNPRs (BdNPR2) đã kích hoạt BdTGA-1 ở B. distachyon (cũng giống như các loài thực vật khác), bằng cách quan sát biểu hiện gien và tương tác phân tử trong nguyên sinh vật B. distachyon. Các thí nghiệm này cho thấy BdTGA1 và BdNPR2 tương tác với nhau để điều chỉnh sự biểu hiện PR-1, do đó củng cố vai trò của NPR2 trong phản ứng miễn dịch của B. distachyon. 

Phản hồi này có được axit salicylic (SA) làm trung gian không? Nhóm nghiên cứu đã trả lời bằng cách tạo ra một gien NPR2 đột biến. Giáo sư Arimura chỉ ra: “Một số dư lượng axit amin nhất định - đặc biệt là các axit amin arginine (Arg) - chịu trách nhiệm liên kết SA trong các NPR của Arabidopsis. Vì vậy, NPR2 đột biến của chúng tôi đã thiếu một dư lượng arginine cụ thể-Arg468. Đột biến này kém hiệu quả hơn NPR2 kiểu tự nhiên bình thường khi tăng biểu hiện PR-1, ngụ ý rằng Arg468 rất quan trọng đối với liên kết SA trên NPR2, do đó, PR-1 được điều chỉnh”. Thật thú vị, các thử nghiệm thử nghiệm của họ cũng phát hiện ra rằng BdNPR1 ngăn chặn sự điều hòa này, cho thấy vai trò của nó như một chất ức chế miễn dịch đối với B. distachyon. 

Giáo sư Arimura cho biết: Khi cây ở trạng thái khỏe mạnh, BdNPR1 có thể ngăn BdNPR2 kích hoạt BdTGA1, giữ cho gien PR1 bị tắt. Nhưng khi cây bị mầm bệnh tấn công, nồng độ SA tăng lên và kích thích sự biểu hiện BdNRP2, sau đó sẽ giảm, và kích hoạt trên gien PR1. Ngạc nhiên bởi sự độc đáo về mặt chức năng của BdNRP2, Giáo sư Arimura giải thích rằng sự tương đồng về trình tự giữa NPR2 từ B. distachyon và các loài thực vật khác không ảnh hưởng đến chức năng của chúng, vốn khác biệt rõ ràng đối với mọi loài thực vật. 

Nhưng làm thế nào để nghiên cứu di truyền này chuyển thành các ứng dụng thực tế? Nhiều loại cây trồng quan trọng, chẳng hạn như lúa mì và lúa gạo, là loại cây đơn tính. Những loại cây này vốn dễ bị nhiễm mầm bệnh vi sinh vật và sâu bệnh, nên được xử lý bằng thuốc trừ sâu để tránh bị hư hại. Thuốc trừ sâu sau đó gây suy thoái môi trường. Giáo sư Arimura cho biết: “Vòng luẩn quẩn này có thể bị phá vỡ bằng cách hiểu được các hệ thống phòng thủ của loài cây một lá mầm và giải quyết tính nhạy cảm của chúng theo cách bền vững hơn, với phương pháp canh tác không thuốc trừ sâu. Nó đưa chúng ta tiến gần hơn một bước tới việc giải quyết các vấn đề môi trường toàn cầu và an ninh lương thực, cho phép chúng ta hướng tới một xã hội bền vững hơn”.

 Theo Sciencedaily

6. Giải quyết vấn đề chảy tràn dinh dưỡng trong nông nghiệp

Nhà nghiên cứu khoa học môi trường và tài nguyên thiên nhiên Lowell Gentry mô tả ưu và nhược điểm của các chiến lược khác nhau để giảm lượng nitrate chảy tràn trong nông nghiệp. Nguồn: L. Brian Stauffer.

Dòng chảy nông nghiệp từ các trang trại ở phía tây là nguyên nhân chính dẫn đến một "vùng chết" rộng lớn ở Vịnh Mexico. Nitơ, phốt pho và các chất dinh dưỡng khác trong trang trại chảy vào sông Mississippi, đổ ra Vịnh, thúc đẩy tảo sinh sôi nảy nở quá mức và làm chết ngạt các sinh vật thủy sinh khác. Bang Illinois là thủ phạm chính gây ra tình trạng tàn phá môi trường đang diễn ra này. Biên tập viên Diana Yates của News Bureau đã nói chuyện với nhà nghiên cứu khoa học môi trường và tài nguyên thiên nhiên của Đại học Illinois, Lowell Gentry về các giải pháp khả thi. 

Vùng chết ở Vịnh Mexico ngày nay lớn đến mức nào và nông nghiệp của Illinois đóng góp bao nhiêu vào vấn đề này? 

Mùa hè năm ngoái, các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Louisiana đã đo vùng chết ở Vịnh là 6.334 dặm vuông (10.134 km²), lớn hơn mức trung bình lịch sử của nó. Diện tích lớn nhất từng được đo là 8.776 dặm vuông (14.041 km²) vào năm 2017. Ở bang Illinois, các nguồn phi điểm (trong đó nông nghiệp là nguồn lớn nhất cho đến nay) đóng góp 80% lượng nitơ và khoảng một nửa lượng phốt pho cho các sông, suối. Bang Illinois và Iowa đóng góp nhiều chất dinh dưỡng nhất cho vùng Vịnh và cả hai bang đều đã phát triển các chiến lược giảm thất thoát chất dinh dưỡng, với mục tiêu giảm 45% thất thoát nitơ và phốt pho vào năm 2035. 

Chúng tôi đã biết về vấn đề này trong nhiều năm. Tại sao Illinois vẫn gặp khó khăn trong việc giảm lượng chất dinh dưỡng chảy ra từ các trang trại? 

Câu trả lời là phức tạp. Nhiều người nghĩ rằng thất thoát chất dinh dưỡng từ đồng ruộng chỉ đơn giản là do bón quá nhiều phân và nông dân chỉ cần sử dụng ít lượng phân bón hơn. Trong một nghiên cứu về hệ thống thoát nước bằng đất sét, chúng tôi chỉ sử dụng 75% lượng phân đạm bón đầy đủ cho ngô. Điều này làm giảm 10% năng suất ngũ cốc nhưng ít ảnh hưởng đến sự thất thoát nitrate qua ống làm bằng đất sét trong quá trình nghiên cứu. 

Tuy nhiên, không còn nghi ngờ gì nữa, thời điểm và phương pháp sử dụng chất dinh dưỡng có thể có ảnh hưởng lớn đến sự thất thoát chất dinh dưỡng ở các khu vực thoát nước bằng đất sét của bang. Ví dụ, các nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng lượng nitrate bị mất đi nhiều hơn trên chất liệu đất sét khi bón phân đạm vào mùa thu thay vì vào mùa xuân, ngay trước khi trồng ngô. 

Sản xuất đậu tương cũng làm trầm trọng thêm sự thất thoát nitrate đối với hệ thống thoát nước bằng ống đất sét. Chúng tôi tin rằng dạng nitrate này hình thành do sự phân hủy của vi sinh vật đối với tàn dư thực vật và chất hữu cơ trong đất khi cộng đồng vi sinh vật trong đất cạn nguồn carbon dễ tiếp cận. Nitrate hình thành trong thời điểm đất bỏ hoang dễ bị rửa trôi. Đây là một khiếm khuyết trong hệ thống không được giải quyết. 

Có nhiều chương trình của chính phủ để khuyến khích nông dân giải quyết vấn đề. Một số chương trình có hoạt động tốt hơn những chương trình khác không? 

Còn quá sớm để thấy hiệu quả của các nỗ lực bảo tồn trên toàn bộ lưu vực sông Mississippi. Chúng tôi đã lấy mẫu nước ở sông Embarras ở Camargo, Illinois, trong 30 năm và thấy rất ít bằng chứng về sự cải thiện chất lượng nước trong thời gian này. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn đang trong giai đoạn cơ bản của dự án giám sát dài hạn vì có rất ít hoạt động bảo tồn trên mặt đất ở trung tâm Illinois, nơi có thể mang lại sự thay đổi đáng kể. 

Ba chương trình đang diễn ra, thúc đẩy nông dân áp dụng nhiều hơn việc bảo tồn: 1) Che phủ mùa thu tiết kiệm cho mùa xuân, chương trình cây che phủ của Bộ Nông nghiệp Illinois; 2) Tiết kiệm Tài nguyên Nông nghiệp của Ngày mai, một chương trình Bảo tồn Đất và Nước của quận Champaign, hướng dẫn nông dân cách quản lý chất dinh dưỡng; và 3) Quản lý Bảo tồn Chính xác, một chương trình do Hiệp hội Người trồng ngô Illinois phát triển nhằm mục đích giúp nông dân gặt hái những lợi ích kinh tế khi tham gia vào các hoạt động bảo tồn. 

Lò phản ứng sinh học là gì và chúng hoạt động tốt như thế nào? 

Lò phản ứng sinh học là những rãnh chứa đầy dăm gỗ nhận nước thoát từ ống đất sét và sử dụng quá trình khử nitơ qua trung gian sinh học để loại bỏ nitrate, tương tự như các vùng đất ngập nước được xây dựng nhưng có thiết kế nhỏ hơn nhiều. Chúng tôi hiện đang đánh giá hiệu suất của 06 lò phản ứng sinh học tại một trang trại ở quận Piatt. Cho đến nay, hiệu suất sử dụng là đáng thất vọng, với ít hơn 20% nitrate tồn tại trong chất liệu đất sét được loại bỏ. Nhưng bây giờ chúng tôi đang điều tra xem liệu các nắp đậy bằng đất (soil caps) trên đầu dăm gỗ có cải thiện hiệu suất và tăng tuổi thọ của lò phản ứng sinh học hay không. Những năm có thời tiết cực kỳ ẩm ướt sẽ là một thách thức thực sự đối với các chiến lược cuối đường ống, vì vậy các lò phản ứng sinh học vẫn là một công việc đang được tiến hành. 

Việc xây dựng vùng đất ngập nước mới hoặc đệm trồng hoa dại có giúp giữ chất dinh dưỡng tại chỗ không? 

Nghiên cứu của chúng tôi về các vùng đất ngập nước được xây dựng cho thấy chúng loại bỏ 50% nitrat trong chất liệu đất sét. Họ cũng cung cấp một loạt các lợi ích dịch vụ hệ sinh thái và động vật hoang dã khác. Tuy nhiên, vị trí của chúng bị hạn chế bởi địa hình. Đất ngập nước không thể được xây dựng ở bất kỳ vị trí nào. Chúng phải được bố trí ở những khu vực cho phép chúng giữ lại đủ nước trong hệ thống để xử lý mà không gây lũ lụt trở lại đồng ruộng. Ngoài ra, việc lắp đặt chúng có thể yêu cầu phải lấy đất ra khỏi sản xuất, điều này làm giảm đáng kể sức hấp dẫn của chúng đối với nông dân. Chất đệm hoa dại rất tốt cho các loài thụ phấn và có thể giúp chống xói mòn đất nhưng có tác động hạn chế đến việc giảm thất thoát chất dinh dưỡng trong các ruộng có hệ thống thoát nước bằng đất sét. 

Làm thế nào để người nông dân cải thiện carbon trong đất và giảm lượng chất dinh dưỡng chảy tràn? 

Đây là câu hỏi quan trọng nhất. Sự thất thoát carbon trong đất theo chế độ nông nghiệp thông thường trên các cánh đồng thoát nước qua đường ống bằng đất sét vẫn còn xảy ra. Chúng ta cần ngăn chặn sự thất thoát carbon trong đất và hơn thế nữa là, cố gắng tăng hàm lượng carbon trong đất nông nghiệp. Tôi tin rằng thất thoát nitrate-đất sét là kết quả của việc thất thoát carbon trong đất bởi vì chu trình carbon và nitơ liên kết chặt chẽ với nhau. 

Kể từ sau Thế chiến thứ hai, chúng ta đã phần nào tách rời chu trình nitơ và carbon bằng cách chuyển từ phân chuồng sang phân bón đạm vô cơ. Bổ sung nitơ vào đất mà không bổ sung đủ carbon sẽ làm cho hệ thống bị rò rỉ - đặc biệt là trong những năm ẩm ướt. Xới đất ít hơn và trồng các loại cây che phủ cỏ có lớp phủ ngoài như lúa mạch đen ngũ cốc là những cách tốt nhất để giải quyết tình trạng thất thoát carbon trong đất và cố gắng đảo ngược xu hướng suy giảm trữ lượng carbon trong đất. Lúa mạch đen ngũ cốc cũng là một loại “cây trồng bắt” nitơ tuyệt vời, vì chúng tôi thường thấy lượng nitrate trong chất liệu đất sét giảm hơn 40% khi lúa mạch đen ngũ cốc được trồng trước đậu tương. 

Cách tiếp cận nào có lợi nhất? 

Rất ít nghiên cứu dài hạn thực hiện để giải quyết câu hỏi này. Chúng tôi cần thêm dữ liệu nhằm tạo ra các mô hình có thể đánh giá tốt hơn chi phí và lợi ích của các hoạt động bảo tồn khác nhau. Về mặt chiến lược, tôi tin rằng các giải pháp trên đồng ruộng như trồng cây che phủ vụ đông là con đường tốt nhất, vì chúng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chu trình carbon, sự sẵn có của chất dinh dưỡng và sức khỏe tổng thể của đất. 

Các công nghệ cuối đường ống như lò phản ứng sinh học và bộ đệm ven sông bão hòa không ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe đất nhưng có thể hấp dẫn hơn đối với nông dân, vì chúng không yêu cầu họ thay đổi thực hành trên đồng ruộng và do đó ít rủi ro đối với sản xuất. Trong khi cây che phủ mùa đông tăng thêm chi phí hàng năm và rủi ro có thể làm giảm năng suất cây trồng và tỷ suất lợi nhuận, chúng giữ nitrate sau vụ trồng thông thường, giữ nó bên ngoài lớp đất sét và giữ lại trên đồng ruộng. Một phần nitơ này có sẵn cho vụ mùa tiếp theo. 

Trong một nghiên cứu chứng minh khái niệm, chúng tôi đã so sánh tính kinh tế và thiệt hại do nitrate được giữ lại trong ống đất sét giữa luân canh ngô-đậu tương-lúa mì (với đậu tương hai vụ sau lúa mì và lúa mạch đen ngũ cốc sau ngô) và ngô được trồng thông thường - luân canh đậu tương. Nghiên cứu đó cho thấy rằng người trồng có cùng lợi nhuận và giảm thiệt hại nitrate trong đất sét hơn 30% trong thời gian 06 năm với việc luân chuyển đa dạng hơn. Năm ngoái, ngô trong luân canh đa dạng cho năng suất cao hơn 25 giạ (1 giạ khoảng 36 Lít) trên một mẫu Anh (khoảng 4000m²) so với ngô trồng thông thường. Điều này chỉ ra rằng việc luân canh đa dạng hơn có thể làm tăng chu kỳ nitrate và có lợi cho năng suất cây trồng đồng thời giảm thất thoát nitrate đối với thoát nước nông nghiệp sử dụng đất sét. 

Theo Phys.org

7. Phát hiện các hợp chất ngăn chặn phản ứng miễn dịch của thực vật

Các loại thuốc ức chế phản ứng miễn dịch của thực vật thông qua việc ngăn chặn các con đường tín hiệu chính có thể cho phép các phương pháp tiếp cận mới để chỉnh sửa bộ gen. 

Hình 1: Mô hình cây Arabidopsis đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu của RIKEN một phương pháp thử nghiệm hàng trăm loại hóa chất để xác định cách chúng tương tác với các phản ứng miễn dịch của thực vật. Họ phát hiện ra rằng, trong khi hầu hết các loại  thuốc chống viêm không steroid (NSAID) tăng cường miễn dịch thực vật, thì ba loại NSAID -oxicam lại ngăn chặn nó.

Theo các nhà khoa học thực vật tại RIKEN1, một nhóm thuốc chống viêm không steroid (NSAID) đóng một vai trò quan trọng để nghiên cứu các cơ chế phân tử vốn có trong miễn dịch thực vật. Kết quả của nghiên cứu cũng có thể giúp cải thiện kỹ thuật chỉnh sửa bộ gen cho cây trồng. 

Nhiều NSAID, bao gồm cả aspirin, có nguồn gốc từ một loại hormone báo hiệu bảo vệ thực vật được gọi là axit salicylic. Trong thực vật, nồng độ axit salicylic tăng lên để phản ứng lại các cuộc tấn công gây bệnh từ vi rút, nấm và vi khuẩn. Điều trị bằng axit salicylic cũng có thể tăng cường phản ứng miễn dịch của thực vật. Tuy nhiên, các cơ chế chính xác cơ bản của các con đường tín hiệu axit salicylic vẫn chưa rõ ràng, một phần là do hợp chất này đóng nhiều vai trò và hoạt động khác nhau ở các loài thực vật khác nhau. 

Ken Shirasu tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN đã dành nhiều năm nghiên cứu khả năng miễn dịch của thực vật. Trở lại năm 1997, ông đã chứng minh rằng axit salicylic tạo ra tín hiệu miễn dịch. Khi gặp mầm bệnh, thực vật sẽ kích hoạt hoạt động của axit salicylic để gây chết tế bào cục bộ như một phản ứng miễn dịch quan trọng. Shirasu nói: “Di truyền hóa học đã trải qua một chặng đường dài kể từ đó, và vì vậy tôi quyết định quay trở lại thí nghiệm ban đầu với nhóm của tôi tại RIKEN. Chúng tôi thiết lập lại thử nghiệm bằng cách sử dụng hệ thống nuôi cấy tế bào của cây mô hình Arabidopsis”. 

Vì nhóm của Shirasu biết rằng axit salicylic tương tác với một protein gọi là NPR1, một chất điều hòa quan trọng của các gen liên quan đến miễn dịch, họ đã sử dụng gen mã hóa NPR1 làm dấu hiệu kích hoạt axit salicylic trong mô hình của mình. Các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu xem liệu các NSAID khác có thể tăng cường khả năng miễn dịch của cây khi bị thách thức với vi khuẩn gây bệnh đốm hay không. Hệ thống nuôi cấy tế bào cho phép họ nhanh chóng sàng lọc hàng nghìn hóa chất để tìm ra các chất có chức năng giống axit salicylic gây ra chết tế bào qua trung gian miễn dịch. 

“Shirasu cho biết, hầu hết các hóa chất mà chúng tôi thử nghiệm đều bắt đầu phản ứng miễn dịch tương tự như axit salicylic, nhưng chúng tôi đã tìm thấy ba loại NSAID-oxicam ngăn chặn tín hiệu miễn dịch. "Điều này rất tò mò". 

Khi nhóm nghiên cứu kiểm tra hoạt động của  tenoxicam mạnh nhất, họ phát hiện ra rằng tenoxicam ngăn không cho protein NPR1 tích tụ trong nhân tế bào. 

“Chúng tôi tin rằng tenoxicam điều chỉnh các gen liên quan đến stress oxy hóa, gây ra quá trình oxy hóa và thay đổi trạng thái oxy hóa khử của tế bào”, Shirasu nói. “NPR1 được điều chỉnh bởi trạng thái oxy hóa khử, vì vậy sự gián đoạn này ức chế con đường axit salicylic của thực vật”. 

“Các NSAID này cung cấp một công cụ độc đáo để phân tích con đường tín hiệu axit salicylic và nâng cao hiểu biết của chúng ta về khả năng miễn dịch của thực vật”, Shirasu cho biết thêm. 

Một ứng dụng tiềm năng của phát hiện này có thể là chỉnh sửa bộ gen. Agrobacterium thường được sử dụng để biến đổi gen thực vật, nhưng một số loại cây trồng có khả năng chống lại sự lây nhiễm. NSAID- oxicam có thể cung cấp một cách tắt miễn dịch để quá trình chuyển đổi có thể hoạt động. 

Theo RIKEN

8. Tối đa hóa lợi nhuận từ cây trồng trong điều kiện thiếu nước sử dụng mô hình để tìm giải pháp

Trong hợp tác nghiên cứu giữa Cục Nghiên cứu Nông nghiệp (ARS), cơ quan Nghiên cứu Quản lý Đất và Nước, Đại học Castilla-La Mancha (UCLM) ở Tây Ban Nha, Đại học Tây Texas A&M và Texas A&M AgriLife, các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh mô hình cây trồng để sử dụng ở các vùng cao Texas, mô phỏng việc sử dụng nước của cây trồng và năng suất ngô nhằm giúp nhà nông điều chỉnh chiến lược tưới tiêu trục trung tâm (tưới vòng tròn quanh trục) và tối đa hóa lợi nhuận trong điều kiện thiếu nước. 

Khu vực cao nguyên Texas có điều kiện bán khô hạn, phần lớn tưới tiêu phụ thuộc vào hệ thống nước ngầm. Mỗi mùa, nhà nông tiên lượng lượng nước cần thiết để tưới trên mảnh đất của họ trong điều kiện thiếu nước. Giải quyết vấn đề này không đơn giản vì họ phải xem xét việc giảm diện tích được tưới, điều này ảnh hưởng đến năng suất ngũ cốc, chi phí đầu vào và thời gian tưới tiêu. 

Để giúp nông dân giải quyết những vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã hoàn thành một nghiên cứu sử dụng dữ liệu khí hậu trong 25 năm để mô phỏng sản xuất ngô bằng cách sử dụng một dãy dung tích tưới khác nhau, lượng nước tối đa tưới cho một mẫu Anh (0,4 ha) trong một ngày, nhằm đánh giá chiến lược phân bổ nước có khả năng tăng lợi nhuận và cải thiện hiệu quả sử dụng nước. 

Nhiều nông dân ở cao nguyên Texas tưới cây bằng cách sử dụng trục trung tâm (tưới vòng tròn quanh trục), thiết bị thường cần 5 ngày hoặc hơn để hoàn thành một vòng quay xung quanh cánh đồng. Khi đánh giá các chiến lược để tối đa hóa lợi nhuận trong điều kiện thiếu nước, nghiên cứu xem xét yếu tố thời gian di chuyển trục giữa vì điều này ảnh hưởng đến lượng nước tưới và năng suất cuối vụ. 

Tưới phun mưa cho ngô ở Bushland Texas (tháng 7, 2021) tám ngày trước giai đoạn trổ cờ. Trường hợp không đủ nước cho cây trồng trong 3 đến 4 tuần tiếp theo có thể gây thiệt hại về năng suất. Nguồn: R.C. Schwartz, D4843-1.

 Mô hình cho thấy dung tích tưới tiêu đại diện cho vùng và mùa vụ với lượng mưa trung bình thì lợi nhuận tối đa đạt được bằng cách tưới khoảng 75% toàn bộ diện tích xung quanh trụ tưới so với diện tích còn lại trên đất bỏ hoang (ruộng chưa cấy) hoặc đất khô cằn. Việc tập trung nước tạo ra lợi nhuận ròng lớn hơn do chi phí giống và phân bón thấp hơn và năng suất ngô cao hơn, bù đắp cho việc thiếu sản xuất ở các khu vực bỏ hoang. Trong những năm có hạn hán theo mùa, diện tích tưới tiêu sẽ cần được hạn chế hơn nữa để tránh mất mùa và tối đa hóa lợi nhuận. 

Nhà khoa học đất trong Nghiên cứu quản lý đất và nước, Robert Schwartz cho biết: "Kết quả từ mô hình điều chỉnh này cho phép nông dân đánh giá cách tốt nhất để phân bổ lượng nước bị hạn chế có sẵn cho một phần nhỏ diện tích đất dưới trục tưới mà về lâu dài việc tối đa hóa lợi nhuận và sử dụng tài nguyên nước một cách hiệu quả. Một số kịch bản trong nghiên cứu thậm chí còn chứng minh lợi nhuận có thể được tối đa hóa bằng cách tưới một phần diện tích nhưng sử dụng ít nước hơn so với tưới toàn bộ vòng tròn quanh trục, do đó tiết kiệm nước ngầm để sử dụng trong tương lai". 

Nhà nghiên cứu Alfonso Domínguez của Trung tâm nghiên cứu nước (CREA) thuộc UCLM cho biết: “Nghiên cứu này đã chứng minh mô hình sử dụng nước cho cây trồng MOPECO có thể được điều chỉnh theo nhiều tình huống khác nhau và là công cụ hữu ích để cải thiện tính bền vững về môi trường và kinh tế của các hệ thống nông nghiệp nơi nguồn nước bị hạn chế. Một phiên bản đơn giản hóa của mô hình này đang được thử nghiệm ở nhiều khu vực bán khô hạn của lưu vực Địa Trung Hải và châu Mỹ với mục tiêu cung cấp cho lĩnh vực nông nghiệp thông qua nền tảng trực tuyến".

Theo ARS

9. Nghiên cứu phát thải từ sản xuất dầu thực vật cho thấy nhu cầu cấp thiết về các giải pháp phát triển xanh hơn

Một nghiên cứu toàn cầu mới đã tiết lộ mức độ phát thải khí nhà kính (GHG) do sản xuất dầu thực vật gây ra, làm nổi bật sự cần thiết của các giải pháp phát triển bền vững hơn. 

Các nhà khoa học từ Đại học Nottingham đã thực hiện phân tích đầu tiên để xem xét lượng phát thải khí nhà kính từ hầu hết các hệ thống hiện đang được sử dụng để sản xuất dầu cọ, đậu tương, hạt cải dầu và hướng dương trên khắp thế giới. Nghiên cứu là một phân tích tổng hợp, kết hợp tất cả các nghiên cứu liên quan liên quan đến tác động môi trường của việc sản xuất dầu được công bố từ năm 2000 đến năm 2020. Các phát hiện đã được công bố trên Tạp chí Science of the Total Environment. 

Nghiên cứu mới này phản ánh gần 6.000 nhà sản xuất ở 38 quốc gia, và đại diện cho hơn 71% sản lượng dầu thực vật toàn cầu. Trong tất cả các hệ thống trồng trọt có dầu, lượng phát thải khí nhà kính trung bình là 3,81 kg CO2/kg dầu tinh luyện. Mức phát thải trung bình cụ thể của cây trồng nằm trong khoảng từ 2,49 kg CO2 đối với dầu hạt cải đến 4,25 kg CO2 đối với dầu đậu nành trên mỗi kg dầu tinh luyện. 

Lượng phát thải trung bình từ dầu đậu nành cao hơn so với dầu cọ. Tuy nhiên, các hệ thống dầu hạt cải và dầu hướng dương trung bình có ít khí thải hơn so với dầu cọ và dầu đậu nành, do đó có vẻ là những lựa chọn bền vững hơn. 

Khi một khu rừng bị chặt phá để lấy không gian cho nông nghiệp, các-bon tích trữ trong cây cối và thảm thực vật sẽ được thải vào khí quyển dưới dạng CO2. Nhiều các-bon lưu trữ trong đất cũng thường được thải ra ngoài. Các nhà nghiên cứu đã phân tích tác động của kiểu phá rừng này đối với tính bền vững của cây trồng. Họ cũng xem xét chi phí các-bon của việc chiếm đất nông nghiệp ngay cả trong trường hợp phá rừng đã xảy ra hơn 100 năm trước (có thể là trường hợp của hầu hết châu Âu). Điều này là do mặc dù có thể không có các-bon được thải ra thông qua việc sử dụng đất cho nông nghiệp ngày nay, nhưng cơ hội lưu trữ các-bon, chẳng hạn như thông qua việc tái trồng cây, đã mất đi. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng đất đã đóng góp đáng kể vào lượng phát thải GHG, thường chiếm một nửa tổng lượng phát thải chung. 

Tiến sĩ Thomas Alcock, thành viên nghiên cứu cho biết: “Điểm mạnh của việc có nhiều hệ thống sản xuất khác nhau được đưa vào nghiên cứu này là chúng tôi có thể xác định các hệ thống bền vững nhất cho từng loại cây trồng và thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi hơn các hệ thống này. Chúng ta nên nhắm mục tiêu sản xuất trên đất có tiềm năng lưu trữ các-bon thấp, mặc dù chúng ta cũng cần xem xét các chỉ số bền vững khác như đa dạng sinh học. thay vì dành diện tích đất để tái sinh rừng”. 

Nghiên cứu nhấn mạnh nhu cầu và phạm vi cải thiện tính bền vững trong các hệ thống sản xuất hiện tại, bao gồm thông qua việc tăng năng suất trong khi hạn chế áp dụng các nguyên liệu đầu vào có dấu vết các-bon cao, và trong trường hợp dầu cọ thông qua việc áp dụng rộng rãi hơn các công nghệ thu giữ khí mê-tan trong các công đoạn chế biến. 

Tiến sĩ Alcock giải thích: “Điều này có nghĩa là giảm lượng nitơ tổng hợp bón cho cây trồng càng nhiều càng tốt. Ở trang trại, đây thường là nguồn phát thải GHG lớn nhất. Điều này khá phức tạp, vì cây trồng cần nhiều nitơ để có năng suất, nhưng có những cách để giảm thiểu điều này, chẳng hạn như thông qua việc chọn giống cây trồng sử dụng nitơ hiệu quả hơn và bằng cách đưa các cây họ đậu vào luân canh, vì chúng cung cấp nitơ cho đất một cách tự nhiên hơn”. 

Theo Sciencedaily

10. Các nhà nghiên cứu sử dụng ánh sáng sóng điện từ (synchrotron) `bóc vỏ hành tây` trên thành tế bào để giúp cây trồng chống chịu với hạn hán và bệnh hại

Nguồn: Pixabay/CC0.

Ariana Forand, một sinh viên cao học ở trường Đại học Nông nghiệp và Tài nguyên Sinh học thuộc tại Đại học Saskatchewan (USask), đã cho biết: “Chúng tôi biết đã có nhiều đợt hạn hán trên thảo nguyên và sinh kế của người dân đang gặp khó khăn. “Thật ngạc nhiên khi tìm ra những sửa đổi cho phép thực vật chống lại nhiều bất lợi”. 

Forand gần đây đã tiên phong một dự án khám phá cách thức mà canxi và boron đóng một vai trò có lợi trong việc củng cố thành tế bào thực vật, giúp giảm tình trạng mất nước do đóng băng và khô hạn và tăng khả năng chống lại mầm bệnh. 

Hóa ra, loại cây thích hợp nhất để kiểm tra lý thuyết lại là cây hành tây. 

Nhóm nghiên cứu đã phân tích các mẫu hành tây và dữ liệu được thu thập tại Nguồn Photon Tân tiến (APS) ở Illinois, nhờ sự hợp tác của cơ sở với Nguồn ánh sáng Canada (CLS) tại Đại học Saskatchewan. 

Forand đã cho rằng: “Dự án này thực sự được xây dựng dựa trên công trình nghiên cứu trước đây của một học viên cao học tên là USask, Jun Liu, người đã làm việc trong điều kiện bất lợi đóng băng và chúng tôi biết rằng trong cả điều kiện hạn hán và lạnh giá, thực vật đều mất nước theo những cách tương tự”. 

Loại hành tây là cây trồng tốt để thử nghiệm “bởi vì bạn có thể dễ dàng bóc đi một lớp tế bào và nhìn thấy những thay đổi trong thành tế bào”, đây là một chìa khóa cấu trúc thực vật để bảo vệ chống lại các loại bất lợi khác nhau. 

Một điểm độc đáo của nghiên cứu này, kết quả được công bố trên tạp chí Plants, đó là vấn đề đã được xem xét ở khía cạnh nhiều bất lợi xảy ra cùng một lúc, như là sự mất nước ở loại hành tây Welsh và hành tây để nấu ăn và khả năng kháng mầm bệnh ở Arabidopsis, một loài cỏ dại có hoa nhỏ có nguồn gốc từ châu Phi. 

Sau khi bổ sung thêm canxi kết hợp với nước đối với hành tây được trồng trong nhà kính, Forand đã sử dụng kính hiển vi tia X sóng điện từ (synchrotron) để khẳng định rằng không chỉ thực vật đã hấp thụ canxi mà nó còn khu biệt trong thành tế bào. 

Thử nghiệm xa hơn với điều kiện khô hạn đã cho thấy có một sự giảm lượng nước thất thoát ở trong cây được xử lý. Tương tự, Bo được biết là liên kết với pectin trong thành tế bào của cây Arabidopsis, giúp tăng cường khả năng chống chịu bệnh hại. 

Forand đã cho biết: “Chúng tôi đang xem xét các con đường để củng cố cấu trúc thành tế bào”. Việc xác nhận rằng canxi và Bo làm giảm tác động của việc mất nước và bệnh hại mở ra cơ hội để tìm kiếm hiệu ứng tương tự đối với các cây trồng khác. 

Tiến sỹ Karen Tanino, giáo sư khoa học thực vật của USask và người hướng dẫn của Forand, đã nói rằng trong bất kỳ năm nào, “một điều kiện bất lợi có thể phổ biến hơn một điều kiện bất lợi khác, bạn thực sự không thể dự đoán điều gì sẽ xảy ra và như thế nào. Nghiên cứu này cho thấy một cơ hội để bảo vệ thực vật chống lại những thay đổi bất lợi từ năm này sang năm khác”. 

Cả Forand và Tanino đều cho rằng việc mở rộng nghiên cứu hiện nay của họ mang lại cơ hội để tăng cường khả năng chống mất độ ẩm và bệnh hại ở cả cây trồng ngoài đồng ruộng và trong lĩnh vực canh tác làm vườn.

Tanino, nhà nghiên cứu khoa học thực vật USask đầu tiên sử dụng kỹ thuật synchrotron tại CLS trong một dự án kiểm tra khả năng chống đóng băng ở hành tây, như là một cách tình cờ, đã cho rằng trong khi bảo vệ thành tế bào thực vật chống lại các bất lợi khác nhau, đó không phải là một viên đạn bạc, “đó là một hàng phòng thủ đầu tiên”. 

Theo Phys.org