Cây trồng có thể 'nói chuyện'

Công nghệ giúp người nông dân tối ưu hóa việc hỗ trợ để cây phát triển tốt hơn.

Các nhà khoa học tại Trung tâm Nghiên cứu Hệ thống Thực vật Lập trình (CROPPS) thuộc Đại học Cornell (Mỹ) đã mở ra cánh cửa mới trong lĩnh vực giao tiếp giữa con người và thực vật, giúp cây trồng không chỉ gửi đi tín hiệu, mà còn có thể phản hồi với con người theo cách chưa từng có trước đây.

Giải mã cách thực vật truyền tín hiệu

Bên trong mỗi loại cây, nước không chỉ duy trì sự sống, mà còn đóng vai trò truyền tín hiệu. Theo đó, cây có một hệ thống áp suất âm giúp giữ nước bên trong thân, rễ và lá. Khi môi trường bên ngoài thay đổi, áp suất này có thể bị xáo trộn, làm thay đổi cách cây phản ứng với các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và sự tấn công của côn trùng.

Các nhà nghiên cứu tại CROPPS đã tìm ra cách để tận dụng những tín hiệu tự nhiên này, giúp cây có thể “báo cáo” tình trạng của chúng theo cách rõ ràng hơn. Ví dụ, khi bị tổn thương hoặc chịu áp lực, cây có thể giải phóng những tín hiệu hóa học và cơ học. Những tín hiệu này được truyền qua hệ thống mạch của cây và có thể giúp cây kích hoạt cơ chế bảo vệ hoặc thay đổi cách quản lý nguồn nước.

“Chúng tôi đang cố gắng xây dựng kiến thức nền tảng để hiểu cách thức giao tiếp ở thực vật diễn ra” - nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Vesna Bacheva tại CROPPS cho biết và chia sẻ thêm, các nhà nghiên cứu cung cấp hiểu biết cơ học về những gì thúc đẩy tín hiệu từ nơi này đến nơi khác và giải thích cách các tín hiệu cơ học và hóa học có thể lan truyền.

Một điều thú vị nữa là áp suất bên trong cây có thể giúp kích hoạt kênh giải phóng các ion như canxi. Nhóm nghiên cứu nhận thấy dòng canxi trong cây có thể ảnh hưởng đến phản ứng của chúng với căng thẳng bên ngoài. Chẳng hạn, khi cây bị côn trùng tấn công, hệ thống áp suất sẽ thay đổi, kích hoạt dòng canxi và từ đó khởi động quá trình sản xuất hóa chất bảo vệ.

Khám phá này không chỉ giúp làm rõ cơ chế nội tại của thực vật, mà còn mở ra những triển vọng ứng dụng mới. Nếu chúng ta có thể mô phỏng hoặc tác động đến hệ thống tín hiệu này, con người có thể giúp cây trồng phản ứng nhanh hơn trước những thay đổi môi trường, từ đó nâng cao khả năng chống chịu của chúng đối với hạn hán, sâu bệnh và điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

Từ cây trồng “biết nói” đến “biết nghe”

Không dừng lại ở việc hiểu cách thực vật phát tín hiệu, nhóm nghiên cứu cũng đang hướng đến mục tiêu cho phép con người “giao tiếp” với cây trồng theo hướng ngược lại. Nếu nông dân có thể cảnh báo cây trồng về những thay đổi môi trường sắp xảy ra, điều đó có thể giúp tối ưu hóa việc quản lý tài nguyên thiên nhiên.

Một ví dụ điển hình là khả năng cảnh báo cây trồng về một đợt hạn hán sắp tới. Khi nhận được tín hiệu, cây có thể điều chỉnh cơ chế hấp thụ và bảo tồn nước, hạn chế thất thoát và tăng cường khả năng chống chịu. Đây có thể là một công nghệ mang tính cách mạng, giúp nông dân giảm thiểu tổn thất do biến đổi khí hậu và thời tiết cực đoan.

Ngoài ra, nghiên cứu còn hướng đến việc thiết kế cây trồng có thể phản ứng một cách trực quan hơn với môi trường. Đơn cử, cây có thể đổi màu khi thiếu nước, hoặc phát sáng dưới ánh đèn đặc biệt khi gặp căng thẳng. Những phản ứng này không chỉ giúp người nông dân nhận biết tình trạng của cây dễ dàng hơn, mà còn mở ra những tiềm năng ứng dụng mới trong nông nghiệp.

Khả năng này còn có thể mở rộng ra ngoài phạm vi nông nghiệp. Nếu thực vật có thể phát tín hiệu theo cách có thể quan sát được, con người sẽ hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa cây trồng và môi trường sống của chúng. Điều đó giúp cải thiện các chiến lược bảo vệ rừng, bảo tồn hệ sinh thái và thậm chí áp dụng trong các lĩnh vực như y sinh và môi trường.

Nhờ công nghệ mới, người nông dân có thể can thiệp sớm hơn vào quá trình phát triển của cây.

Tương lai của nền nông nghiệp thông minh

Sự phát triển của hệ thống giao tiếp 2 chiều giữa con người và thực vật không chỉ giúp tối ưu hóa việc trồng trọt, mà còn có thể tạo ra một mô hình nông nghiệp bền vững hơn. Khi cây trồng có thể gửi đi và nhận được tín hiệu, con người có thể can thiệp chính xác hơn vào quá trình phát triển của cây mà không gây lãng phí nước hoặc tài nguyên.

Ngoài ra, công nghệ này cũng có thể mang lại những lợi ích lớn hơn trong nghiên cứu bảo vệ thực vật. Hiểu được cách thực vật phản ứng với môi trường sẽ giúp các nhà khoa học phát triển các giống cây có khả năng chịu hạn tốt hơn, ít cần đến hóa chất bảo vệ thực vật và có thể thích nghi với điều kiện khí hậu đang thay đổi.

Trong tương lai, hệ thống trang trại thông minh có thể được trang bị công nghệ giúp cây trồng tương tác với con người theo thời gian thực. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, mà còn có thể tạo ra một nền nông nghiệp tự động hóa cao hơn, bền vững hơn và ít tác động tiêu cực đến môi trường hơn.

Một tương lai mà cây trồng và con người có thể thực sự “giao tiếp” đang ngày càng gần hơn. Nhờ những nghiên cứu tiên phong tại CROPPS, chúng ta có thể sớm chứng kiến một thế giới nơi mỗi trang trại đều có thể trở thành một hệ thống thông minh, phản ứng nhanh với sự thay đổi của môi trường và giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất lương thực.

Nếu cây trồng có thể chủ động thông báo tình trạng của chúng, nông dân có thể can thiệp sớm hơn vào quá trình phát triển của cây, tối ưu hóa việc sử dụng nước, dinh dưỡng và các biện pháp bảo vệ thực vật. Điều này có thể giúp giảm lãng phí tài nguyên và nâng cao hiệu suất canh tác, mang lại lợi ích to lớn cho nền nông nghiệp toàn cầu.