Cácnhà khoa học đã chuyển các gen vào vi khuẩn xâm nhiễm cây làm cho chúng hút đạmtừ không khí và chuyển nó thành amoniac, một loại phân bón tự nhiên.
Côngtrình này có thể giúp những người nông dân trên khắp thế giới sử dụng ít phânhóa học hơn để trồng các loại cây lương thực quan trọng như lúa mì, ngô và đậunành.
Nhómcác nhà khoa học từ Đại học Bang Washington đã công bố công trình “Kiểm soát sựcố định đạm ở vi khuẩn liên quan đến ngũ cốc” vào cuối tháng trước trên tạpchí Nature Microbiology.
JohnPeters, Giám đốc Viện Hóa Sinh của WSU, đồng tác giả của công trình, cho biết:“Có sự quan tâm ngày càng tăng trong việc giảm lượng phân bón được sử dụngtrong nông nghiệp vì nó đắt tiền, có tác động xấu đến môi trường và tốn nhiềunăng lượng để tạo ra . Có lợi ích to lớn để phát triển các biện pháp nhằm làmtăng sự cố định đạm sinh học cho sản xuất cây trồng trên toàn thế giới”.
Cáchthức cây họ đậu hút đạm
Nghiêncứu của nhóm giúp chia sẻ lợi ích của mối quan hệ cộng sinh được tìm thấy trongcác cây họ đậu, mà những người nông dân đã dựa vào nhiều thế kỷ để làm giàu đấtmột cách tự nhiên.
Cáccây họ đậu, như đậu xanh và đậu lăng, yêu cầu phân bón ít hơn nhiều so với cácloại cây trồng khác, vì chúng đã phát triển mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩnmà phát triển bên trong các mô rễ của chúng. Những vi khuẩn này chuyển đạm ởdạng khí thành amoniac qua quá trình được gọi là cố định đạm sinh học.
Vikhuẩn lấy đạm từ không khí và chuyển nó thành amoniac cho cây sử dụng để pháttriển. Đổi lại các cây cung cấp carbon và các chất dinh dưỡng khác cho vikhuẩn.
Đểhoạt động cộng sinh, các cây họ đậu và vi khuẩn đã tiến hóa để phóng thích cáctín hiệu mà mỗi loại có thể hiểu được. Cây tiết ra các hóa chất báo tín hiệucho vi khuẩn khi chúng cần cố định đạm. Các vi khuẩn tạo ra các tín hiệu tươngtự để cho cây biết khi nào chúng cần carbon.
Giảmphân bón
Đểphát triển một phương pháp tổng hợp cho mối quan hệ cộng sinh này giữa vi khuẩnvà cây trồng, các nhà khoa học đã nghiên cứu nhằm xác định các nhóm gen trongvi khuẩn có khả năng cố định đạm, sau đó chuyển các nhóm gen đó vào các vikhuẩn khác.
Giảmnhu cầu sử dụng phân bón có thể có tác động lớn đến nguồn lương thực, việc sửdụng năng lượng và chi phí sản xuất nông nghiệp trên toàn thế giới.
Phânbón quá đắt đối với nhiều người nông dân trên thế giới. Không có chúng, nhiềuloại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng sẽ không phát triển ở nhiều khu vực có đấtnghèo đạm.
Petersnói “Dự án này nhằm mục đích tăng sản lượng lương thực và giúp nuôi sống thếgiới”. “Chuyển đổi sản xuất thực phẩm để có kết quả mà không cần phân đạm cóthể là sự phát triển to lớn ở các nước chậm phát triển. Bổ sung các vi khuẩnnày sẽ giống như đổ trà bất tử kombucha vào rễ”.
Thách thức phứctạp
Phòngthí nghiệm của Peters chuyên nghiên cứu các quá trình trao đổi chất ở vi khuẩn,hoặc cách chúng tạo ra và sử dụng năng lượng. Phòng thí nghiệm của ông đã cungcấp kiểu của mỗi tế bào sống quyết định cây hoặc vi khuẩn phát triển và nótrông như thế nào (blueprint) về cách thức của việc cố định đạm xảy ra ở các visinh vật khác nhau. Sau đó, các đồng tác giả của ông, các nhà sinh học tổng hợptại Viện Công nghệ Massachusetts, có khả năng tạo ra các cơ chế mà vi khuẩn vàcây trồng sẽ cần.
“Đâylà một thách thức phức tạp và có phạm vi rộng, nó thực sự cần một đội ngũ lớnvới nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau để giải quyết”, Peters nói. “Nhưng nếuchúng ta thành công, phần thưởng có thể là rất lớn cho toàn bộ hành tinh củachúng ta”.