KIM AN –
Các nhà khoa học đang biến đổi gen cây lúa để có thể chịu được các kiểu khí hậu khắc nghiệt của biến đổi khí hậu.
Langdale, giáo sư phát triển cây trồng tại Đại học Oxford, thuộc nhóm các nhà khoa học từ 12 trường đại học của tám quốc gia, đang phát triển giống lúa mới siêu hiệu quả, chịu được hạn hán, có tên gọi là C4. Thế nên, trong thế giới mà khí hậu thay đổi đột ngột với gần một tỉ người bị đói, đây có thể là tin mừng cho con người.
Hai giống lúa mới C4 và SUSIBA2 có thể chịu được hạn hán, hiệu quả tốt hơn và ít gây hại đến môi trường nhưng vẫn còn trong phòng thí nghiệm.
Gần ba tỉ người trên khắp hành tinh sống dựa vào cây lúa để tồn tại, là một trong những giống cây cung cấp thực phẩm phổ biến nhất thế giới, cung cấp hơn 1/5 lượng calo cho nhân loại. Khi dân số tăng thì nhu cầu cũng sẽ tăng. Theo như Hiệp hội Nghiên cứu lúa quốc tế IRRI, mỗi một mẫu đất được dùng trồng trọt tại châu Á đủ dùng cho 27 người. Đến năm 2050, cũng cùng một diện tích này nhưng lượng gạo sẽ phải cần để cung cấp được cho 43 người.
Trong khi đó, khí hậu thay đổi sẽ làm cho trồng trọt gặp nhiều khó khăn hơn. Việc ấm lên của trái đất sẽ làm mùa màng thất thường, hạn hán thường xảy ra và trầm trọng hơn, dẫn đến thiếu nước và việc trồng trọt gặp nhiều khó khăn hơn. Giống lúa truyền thống (C3) tăng trưởng nhờ quy trình hóa học mà ta thường biết là quá trình quang hợp: lúa hấp thụ khí CO2 trong không khí, phân tách và kết hợp với phân tử carbon để tạo thành acid phosphoglyceric (3-PGA), là phân tử hữu cơ giúp cây lúa sinh trưởng. Tuy quy trình này giúp giống lúa C3 sống được nhưng lại không đạt năng suất cao, vì theo các nhà khoa học, thành phần RuBisCO trong giống lúa C3 (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, giúp CO2 phản ứng dễ dàng) chưa phản ứng tốt, cũng có thể RuBisCO hấp thụ ôxy trong không khí tạo ra hợp chất độc hại. Quy trình này gây lãng phí năng lượng và giảm hiệu quả thu hoạch của cây. Và khi trời nóng, RuBisCO gần như không thu nạp O2 để phản ứng với CO2.
Ngược lại, cây trồng giống C4 như bắp, lại hiệu quả hơn nhờ vào cấu trúc tế bào trên lá cây. Trong giống cây C4, RuBisCO chuyển đổi CO2 thành năng lượng thoát ra khỏi bề mặt lá trong dạng tế bào đặc biệt, gọi là bó tế bào vỏ, ngăn chặn RuBisCO phản ứng với ôxy trong không khí và buộc chúng chỉ phản ứng với CO2, tạo ra quá trình quang hợp đạt hiệu quả tối đa. Các lỗ khí (kẻ hở li ti ở mặt trên của lá) của giống C4 hẹp hơn, nên có thể giữ được nhiều nước hơn, giúp cây chống chọi trong điều kiện khí hậu khô hạn rất tốt.
Các nhà nghiên cứu đang tìm loại gen trong giống cây C4 chịu trách nhiệm tạo ra cấu trúc tế bào và kích hoạt quá trình quang hợp. Một khi những loại gen này được tìm ra thì họ sẽ tìm cách cấy ghép vào nhiễm sắc thể của cây lúa. Viện Kỹ thuật Massachusetts đặt tên dự án C4 này là một trong “10 kỹ thuật đột phá của năm 2015”. Nếu thành công, giống lúa C4 có thể là một cuộc cách mạng hóa toàn cầu về ngành trồng lúa trên toàn thế giới.
Nhưng việc canh tác cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu. Metan chiếm 20% nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính bởi loại khí này có khả năng giữ nhiệt trong không khí. Trong đó, gần 17% chất thải khí metan trên toàn cầu là từ canh tác trồng lúa. Bởi vì đất ruộng nóng, ẩm là điều kiện tuyệt vời cho một loại vi khuẩn có tên là methanogens sinh trưởng. Chúng hấp thụ khí CO2 thải ra từ rễ lúa và chuyển hóa thành khí metan. Kết quả là đồng ruộng mỗi năm thải vào không khí từ 25 triệu đến 100 triệu tấn metan.
Chuanxin Sun, Khoa Nông nghiệp của trường Đại học Thụy Điển, đang nghiên cứu để giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra giống lúa sản sinh ra ít metan. Sun và đồng sự nghiên cứu nếu họ có thể tác động trực tiếp khí carbon trên cây trồng từ dưới rễ hay từ trên thân và lá, để có thể ngăn vi khuẩn đến gần rễ và sản xuất ra quá nhiều metan.
Bằng cách tách gen từ cây lúa mạch và cấy ghép với cây lúa, các nhà khoa học đã tạo ra một giống lúa mới có tên là SUSIBA2. Nhờ vào gen của cây lúa mạch, giống lúa SUSIBA2 hút được nhiều khí CO2 trong lá cây, thân cây và hạt lúa trong khi giảm lượng carbon xuống dưới rễ, làm vi khuẩn gần rễ cây không còn sản sinh ra metan. Sự tập trung carbon trên hạt lúa cũng tạo ra hạt gạo lớn, lượng tinh bột nhiều hơn và thu hoạch cũng nhiều hơn khoảng 10%. Kết quả thử nghiệm thực tế tại Trung Quốc trong ba năm thu lại nhiều tín hiệu khả quan, khi lượng khí metan thải ra giảm đáng kể.
Vui mừng vì kết quả này, cả hai nhóm các nhà khoa học trên đều cẩn trọng và thừa nhận sẽ cần từ 10 đến 15 năm nữa các giống cây trồng này mới đưa ra ngoài thị trường, thậm chí nếu tất cả các thử nghiệm đều thành công.
Tuy nhiên, vấn đề khác mà cả hai nghiên cứu cùng đối mặt đó là việc nhiều người không tin tưởng vào các loại cây trồng biến đổi gen, họ lo lắng việc tác động đến môi trường và sức khỏe con người.
Các nhà khoa học cũng biết đến sự lo lắng này. Ông Sun cho rằng các loại cây này chưa có những tác động nào tiêu cực đến môi trường, tuy nhiêu ông cũng thừa nhận rằng nó có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái đất, vì vậy cần nghiên cứu sâu rộng hơn để hiểu thêm về những tác động này.
