Phát hiện mới về protein thực vật có thể giải quyết nhu cầu lương thực và nhiên liệu toàn cầu

Các phát hiện mới về con đường thực vật vận chuyển các chất quan trọng trong màng sinh học để chống lại các kim loại độc và sâu bệnh, tăng khả năng kháng muối và hạn hán, kiểm soát mất nước và trữ đường có thể giúp gia tăng nguồn cung lương thực và năng lượng cho sự tăng trưởng nhanh chóng của dân số toàn cầu.

Đây là kết luận của 12 nhà nghiên cứu sinh học thực vật trên thế giới thông qua những phát hiện gần đây trong phòng thí nghiệm về các đặc tính quan trọng của thực vật vận chuyển protein, một cách chọn lọc có thể có tác động sâu sắc đến nền nông nghiệp thế giới. Các nhà khoa học báo cáo trong tạp chí Nature số ra ngày 2/5/2013 rằng phát hiện của họ có thể giúp thế giới đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về lương thực và nhiên liệu khi dân số thế giới được dự đoán sẽ tăng từ 7 tỉ người lên đến 9 tỉ người vào năm 2050.
Julian Schroeder, giáo sư ngành sinh học tại UC San Diego cho biết: “Các màng vận chuyển này là một loại protein đặc biệt mà thực vật sử dụng để hấp thu chất dinh dưỡng từ đất, vận chuyển đường và ngăn cản các chất độc như muối và nhôm. Schroeder cho biết, nhiều nghiên cứu gần đây trong phòng thí nghiệm của ông và các nhà khoa học khác trên thế giới chỉ được biết đến trong phạm vi một nhóm nhỏ các nhà sinh học thực vật, song bằng cách phổ biến rộng rãi những phát hiện này, các nhà sinh học kỳ vọng sẽ cung cấp kiến thức cho các nhà hoạch định chính sách và đẩy nhanh tốc độ ứng dụng cuối cùng các phát hiện của họ trong ngành nông nghiệp. 
Trong báo cáo, các nhà sinh học viết: “Với dân số hiện tại 7 tỉ người, gần 1 tỉ người đang thiếu ăn và không đủ protein và carbonhyrate trong khẩu phần ăn hàng ngày. Một tỉ người khác bị suy dinh dưỡng vì thiếu các vi chất cần thiết như sắt, kẽm và vitamin A. Sự thiếu hụt này có một tác động rất xấu đến sức khỏe con người, làm giảm khả năng miễn dịch với các bệnh truyền nhiễm, cũng như làm tăng nguy cơ suy yếu tinh thần. Trong vòng 4 thập kỷ tới, 2 tỉ người tăng thêm sẽ đòi hỏi lương thực giàu dinh dưỡng hơn. Cùng với quá trình đô thị hóa nhanh, nhu cầu tăng lên về protein ở các nước đang phát triển kết hợp với tác động của biến đổi khí hậu và tăng trưởng dân số sẽ tạo thêm nhiều sức ép hơn đối với sản xuất nông nghiệp.”
“Việc tăng cường sử dụng phân bón vô cơ và nguồn cung nước hay áp dụng hệ thống canh tác hữu cơ trong nông nghiệp sẽ không thể thỏa mãn đòi hỏi vừa tăng năng suất vừa thân thiện với môi trường. Sản lượng lương thực tăng trên tài nguyên đất có giới hạn sẽ phụ thuộc vào các phương pháp canh tác đổi mới kết hợp với cải tiến di truyền của cây trồng.”
Một trong những cải cách nghiên cứu của Schroeder đã giúp phát hiện ra chất vận chuyển nguyên tố kim loại mềm màu trắng bạc đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ cây khỏi tác động của muối, nguyên nhân gây mất mùa ở các ruộng được tưới, như ở thung lũng California. Các nhà khoa học nông nghiệp ở Ôx-trây-lia, đứng đầu là Rana Munns và cộng sự của bà, đã tận dụng loại chất vận chuyển này trong nghiên cứu lai giống để tạo ra cây lúa mỳ có khả năng chịu muối trong đất, làm năng tăng suất lúa mỳ thêm 25% trong các thử nghiệm trên ruộng. Sự phát triển mới này có thể được sử dụng để cải thiện tính chịu muối ở cây trồng, để chúng có thể được trồng ở vùng đất đã từng có hiệu quả cao nhưng nay là đất bỏ hoang.
Một phát hiện mới gần đây bởi các tác giả Emanuel Delhaize ở Ôx-trây-lia và Leon Kochian từ trường Đại học Cornell, mở ra triển vọng trồng cây trên đất 30% axit mà hiện nay không thích hợp trong sản xuất nông nghiệp, song mặt khác lại lý tưởng cho ngành nông nghiệp.
Các nhà khoa học cho biết: “Khi đất có axit, các i-on nhôm được giải phóng trong đất gây ra độc tích cho cây trồng. Khi còn ở trong đất, nhôm phá hủy rễ của những cây yếu và ngăn cản sự sinh trưởng ở rễ, làm suy yếu khả năng hút nước và chất dinh dưỡng.”
Từ những phát hiện gần đây, các nhà sinh học thực vật hiểu cơ chế vận chuyển protein để kiểm soát quá trình cho phép rễ cây chống lại kim loại nhôm độc hại. Bằng cách biến đổi cây trồng chuyển hóa i-on nhôm thành một dạng không độc, các nhà khoa học nông nghiệp có thể biến đất axit năng suất thấp hoặc không thích hợp thành vùng đất hiệu quả có thể trồng cây làm lương thực và nhiên liệu sinh học.
Sự phát triển protein vận chuyển được các nhà sinh học mô tả đã chứng tỏ minh được sự gia tăng lưu giữ chất sắt và kẽm ở cây lương thực nhằm cải thiện chất lượng dinh dưỡng.

New Plant Protein Discoveries Could Ease Global Food and Fuel Demands

(http://www.sciencedaily.com)