Nghiên cứu mới khám phá ra cách “nhiệt kế” phân tử trong thực vật giúp chúng đo nhiệt độ ban đêm và điều chỉnh sự phát triển theo mùa. Phát hiện này mở ra tiềm năng lớn cho việc phát triển các loại cây trồng có khả năng thích ứng tốt hơn với biến đổi khí hậu.
“Nhiệt kế” phân tử trong cây trồng hoạt động như thế nào?
Cây trồng không chỉ dựa vào ánh sáng mặt trời để phát triển; chúng còn sử dụng nhiệt độ, đặc biệt là nhiệt độ ban đêm, để xác định thời điểm thích hợp cho các giai đoạn tăng trưởng quan trọng. Các nhà khoa học đã xác định được một phân tử nhạy cảm với ánh sáng, được gọi là phytochrome, hoạt động như một “nhiệt kế” nội bộ trong tế bào thực vật. Phytochrome thay đổi trạng thái dựa trên ánh sáng, nhưng vào ban đêm, nó dần dần chuyển đổi từ trạng thái hoạt động sang không hoạt động. Tốc độ chuyển đổi này phụ thuộc vào nhiệt độ, cung cấp cho cây trồng thông tin quan trọng về mùa.
Ứng dụng tiềm năng trong nông nghiệp
Hiểu rõ hơn về cách “nhiệt kế” phân tử hoạt động có thể giúp các nhà khoa học tạo ra các loại cây trồng “cứng cáp” hơn, có khả năng chịu đựng tốt hơn các điều kiện thời tiết khắc nghiệt và nhiệt độ không ổn định do biến đổi khí hậu. Điều này đặc biệt quan trọng khi các dự báo cho thấy năng suất nông nghiệp cần phải tăng gấp đôi vào năm 2050 để đáp ứng nhu cầu lương thực toàn cầu.
Nhiều loại cây trồng quan trọng như lúa mì và gạo rất nhạy cảm với nhiệt độ cao. Bằng cách điều chỉnh “nhiệt kế” phân tử, chúng ta có thể phát triển các giống cây trồng ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ và cho năng suất cao hơn trong điều kiện khắc nghiệt.
“Nhiệt kế” phân tử và các phương pháp dự báo truyền thống
Nghiên cứu về phytochrome cũng cung cấp cơ sở khoa học cho những câu tục ngữ và phương pháp dự báo thời tiết truyền thống dựa trên hành vi của thực vật. Ví dụ, câu “Sồi trước tần ắt gặp trận lụt, tần trước sồi ắt chịu ngâm mình” (oak before ash we’ll have a splash, ash before oak we’re in for a soak) phản ánh sự thật rằng thời tiết ấm áp vào mùa xuân có thể khiến cây sồi ra lá trước cây tần, báo hiệu một mùa hè khô hạn, trong khi mùa xuân lạnh hơn có thể dẫn đến mùa hè ẩm ướt.
Hướng nghiên cứu và hợp tác trong tương lai
Nghiên cứu về “nhiệt kế” cho cây trồng là một ví dụ điển hình về cách khoa học cơ bản có thể có tác động lớn đến các vấn đề thực tế như an ninh lương thực và thích ứng với biến đổi khí hậu. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ tiếp tục khám phá các ứng dụng tiềm năng của phát hiện này và hợp tác với các chuyên gia trong lĩnh vực nông nghiệp để đưa kiến thức mới vào thực tế.
Nghiên cứu này được thực hiện trên một loài thực vật mô hình, Arabidopsis, nhưng các nhà khoa học tin rằng các nguyên tắc tương tự có thể áp dụng cho nhiều loại cây trồng khác. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này sẽ là rất quan trọng để đảm bảo an ninh lương thực trong một thế giới đang thay đổi.
