Trong một nỗ lực nhằm tăng năng suất nông nghiệp và hạn chế lãng phí, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Robert H. Smith của Đại học Hebrew, Đại học Jerusalem (HU), đã phát triển một phương pháp để phát hiện các dấu hiệu căng thẳng trước khi cây trồng bị hư hại. .
Thực vật chịu mọi tác động của thời tiết và các yếu tố ngoại cảnh khác gây hại và ảnh hưởng đến khả năng quang hợp và tạo quả của cây. Nếu nông dân có thể nhận được dấu hiệu cảnh báo sớm rằng cây trồng của họ không tốt, điều này sẽ giúp họ thực hiện các biện pháp để bảo vệ sản phẩm của mình, ngăn ngừa thiệt hại đáng kể và bảo vệ nguồn lương thực quốc gia.
Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Plant Physiology của Matanel Hipsch dưới sự chỉ đạo của Tiến sĩ Shilo Rosenwaser tại Khoa Khoa học Thực vật của HU, các nhà khoa học đã giới thiệu các cảm biến sinh học phân tử trong khoai tây cho phép theo dõi thời gian thực các tín hiệu căng thẳng trong thực vật.
Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển một kỹ thuật cải tiến cho phép phát hiện sớm tình trạng căng thẳng và thiếu dinh dưỡng mà không làm tổn hại đến bản thân cây trồng. Các nhà nghiên cứu đã chọn tập trung vào khoai tây khiêm tốn, như một loại cây lương thực chính chiếm 40% kim ngạch xuất khẩu của Israel và rất quan trọng đối với an ninh lương thực trên toàn thế giới. Được biết đến với tên Latinh, Solanum tuberosum, khoai tây cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu như chất xơ, vitamin, khoáng chất, protein và chất chống oxy hóa.
Bằng cách sử dụng kỹ thuật di truyền, nhóm đã giới thiệu một gen mới được mã hóa cho một protein huỳnh quang báo cáo mức độ phản ứng của các loài oxy — các phân tử phản ứng cao mà sự tích tụ của chúng biểu thị phản ứng căng thẳng. Bộ cảm biến sinh học được nhắm mục tiêu vào lục lạp, cơ quan trong tế bào chịu trách nhiệm quang hợp, quá trình hóa học chuyển ánh sáng thành năng lượng để cung cấp năng lượng cho sự phát triển của cây. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể theo dõi ánh sáng phát ra từ các cảm biến sinh học và xác định giai đoạn đầu của phản ứng căng thẳng của thực vật.
“Bằng cách sử dụng camera huỳnh quang có độ nhạy cực cao, chúng tôi có thể theo dõi các tín hiệu huỳnh quang phát ra từ cảm biến sinh học và nhận thấy sự tích tụ của các loại oxy phản ứng trong giai đoạn đầu phản ứng với các điều kiện căng thẳng như hạn hán, nhiệt độ khắc nghiệt và ánh sáng cao, ”Rosenwaser giải thích.
Các nhà nghiên cứu tin rằng việc ứng dụng cảm biến sinh học có thể được mở rộng sang các cây trồng chủ lực khác — một nỗ lực sẽ giúp ngăn chặn làn sóng mất an ninh lương thực và mất mùa do biến đổi khí hậu trên toàn thế giới.
