Công nghê nuôi cây trồng chịu mặn

Quinoa lá với muối muối điển hình. Ở bên phải, bạn nhìn thấy nhà máy vận chuyển các muối hòa tan natri và clorua đầu tiên vào bàng quang và sau đó là trong không khí. Đường mang cùng với chúng cung cấp năng lượng cần thiết.

1112017_2

Nguồn: Jennifer Böhm

Xói mòn đất được coi là một vấn đề khiến sức khoẻ của con người bị nguy hiểm. Một trong những khía cạnh của nó là đất nhiễm mặn, ảnh hưởng đến những vùng khô hạn đặc biệt của trái đất, nơi mà nông dân buộc phải tưới nước cho đồng ruộng. Số lượng lớn muối hòa tan trong nước, chẳng hạn như natri và clorua, được khuếch tán vào đất và ở lại đó sau khi nước bốc hơi. Muối làm cho cây cối cày cấy và thậm chí có thể làm cho đất bị vô sinh trong thời gian dài.

Giáo sư Rainer Hedrich, nhà khoa học thuộc Đại học Julius-Maximilians-Würzburg ở Bavaria, Đức, cho biết: “Tất cả các phương pháp tiếp cận để tạo ra các cây trồng có khả năng chịu mặn cần phải được coi là nhiều hay ít hơn là thất bại. Tất cả chúng nhằm mục đích làm cho cây trồng phát triển trên đất mặn và để xác định các dòng giống chịu mặn trong quá trình. Nhưng cách tiếp cận này không thể làm việc.

Hedrich giải thích: “Cây trồng của chúng ta là kết quả của nhiều năm sinh sản, trong suốt thời gian đó, con người đã che chở chúng khỏi mọi ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, để chúng mất nhiều khả năng phục hồi tự nhiên của chúng. . “Ngay khi những dòng tinh hoa này tiếp xúc với muối quá nhiều, chúng thường chết.”

Các nhà máy chịu mặn là mô hình

Vì vậy, Rainer Hedrich, cùng với Giáo sư Sergey Shabala (Đại học Tasmania), đặt ra để phát triển một chiến lược mới. Hai nhà khoa học đặt cược vào những cây trồng có khả năng chịu mặn một cách tự nhiên.

Một trong những cây đó là quinoa ( Chenopodium quinoa ). Nó đến từ Andes, nơi nó đã được sử dụng làm thức ăn trong 7.000 năm. Trong khi đó hạt giống ngũ cốc Nam Mỹ này, không chứa gluten và giàu vitamin, đã tìm đường vào các kệ siêu thị ở châu Âu.

Nhà máy hấp thụ muối từ đất và chứa nó trong các tế bào bàng quang trên bề mặt lá của nó. Điều này bảo vệ quá trình trao đổi chất muối nhạy cảm, và cây trồng có thể phát triển tốt ngay cả trên đất nước mặn.

Nếu không có tế bào bàng quang, quinoa chịu đựng stress muối

Các nhà nghiên cứu đã tìm ra một cách đơn giản để chứng minh rằng nó thực sự là các tế bào bàng quang đảm bảo độ mặn của cây. Giáo sư Shabala nói: “Chỉ cần một vài cú đánh nhẹ trên lá quinoa làm cho các tế bào bàng quang rơi ra. Bị bong bọt muối, những cây này phát triển trên đất không chứa muối cũng như các mẫu không chải. Nhưng việc tiếp xúc với muối thông thường sẽ làm tăng đáng kể sự phát triển của chúng.

Các tế bào bàng quang tròn và hình bầu dục của quinoa có đường kính gần nửa milimet. Chúng là những gã khổng lồ thực sự trong vương quốc thực vật, và thường có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Khả năng lưu trữ của chúng cao gấp 1000 lần so với bất kỳ tế bào bình thường nào của bề mặt lá.

Giá muối là đường

Để có được một cái nhìn sâu sắc về “hệ điều hành” của quinoa và các tế bào bàng quang của nó, nhóm làm việc của giáo sư Jian-Kang Zhu (Đại học Thượng Hải) đã giải mã ADN ngũ cốc của Andes. Nhóm nghiên cứu của giáo sư Hedrich đã so sánh các gen hoạt động của lá và tế bào bàng quang. Các phân tích cần thiết về sinh học được thực hiện bởi các chuyên gia từ Đại học Thượng Hải và từ nhóm Georg Haberer từ Trung tâm Helmholtz Munich.

Kết quả: Ngay cả khi không điều trị bằng muối, có những gen hoạt động trong tế bào bàng quang ở các loài khác chỉ hoạt động khi cây bị căng thẳng. Chúng bao gồm các chất vận chuyển chứa ion natri và clorua vào trong tế bào bàng quang. Kích thích với muối kích hoạt sự kích hoạt của các gien khác cần thiết để duy trì đường dẫn tín hiệu cho các hormon gây căng thẳng ABA.

Lưu trữ muối tiêu thụ năng lượng. Năng lượng này được tạo ra bởi các tế bào bàng quang từ các phân tử đường họ đặc biệt nhập từ lá cho mục đích đó. Các tế bào bàng quang nhận năng lượng cần thiết từ lá và phản ứng bằng cách hấp thụ muối độc “, Hedrich giải thích.

Lai giống khả năng chịu mặn vào cây trồng

Các phát hiện mới đã được công bố trên tạp chí Cell Reports . Chúng sẽ được sử dụng lâu dài để nhân giống cây trồng chịu mặn. Giáo sư Hedrich nói: “Bước đầu tiên được thực hiện. “Bây giờ chúng ta sẽ sử dụng một sự kết hợp của di truyền học phát triển và phân tích chức năng của các protein vận chuyển muối để hiểu các cơ chế phân tử tạo ra và duy trì khả năng chịu mặn trong quinoa.”

Nhóm nghiên cứu JMU muốn học hỏi từ các dòng quinoa được trang bị một số lượng rất lớn hoặc rất thấp của muối bàng quang. Nó có một hồ bơi lớn để vẽ: khoảng 2000 hoang dã và trồng các giống của cây trồng từ Andes được biết đến cho đến nay. Kết quả cuối cùng của công việc của họ có thể không chỉ là việc nhân giống các giống quinoa với khả năng chịu mặn cao hơn mà còn sự lai tạp của các gen khoan dung muối vào các cây trồng liên quan như củ cải đường hoặc rau bina.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171010124050.htm

(TTDL QH&ĐT TNN)