Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các nhà khoa học báo cáo rằng có thể phát hiện và dự đoán thiệt hại do nhiệt trên cây trồng bằng cách đo tín hiệu ánh sáng huỳnh quang của lá cây bị stress nhiệt. Nếu được thu thập qua vệ tinh, tín hiệu huỳnh quang này có thể hỗ trợ việc giám sát rộng rãi sự tăng trưởng và năng suất cây trồng dưới stress nhiệt gây ra bởi biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu tiến hành đo huỳnh quang diệp lục được gây ra bởi ánh sáng mặt trời (SIF) để theo dõi sức khoẻ quang hợp của thực vật và thiết lập mối quan hệ giữa stress nhiệt với năng suất cây trồng. Phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Global Change Biology.

Các nhà nghiên cứu cho biết, SIF xảy ra khi một phần năng lượng quang hợp, dưới dạng ánh sáng cận hồng ngoại, được phát ra từ lá cây. “Có mối liên hệ giữa sự phát huỳnh quang của chất diệp lục được gây ra bởi ánh sáng mặt trời và tốc độ quang hợp ở thực vật. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ phát hiện SIF có thể đo các phản ứng sinh lý ở thực vật bị stress nhiệt hay không”. Hyungsuk Kimm, tác giả của nghiên cứu thuộc trường Đại học Illinois tại Urbana – Champaign, cho biết. “Ví dụ, khi cây đậu nành tiếp xúc với stress nhiệt độ cao, chúng không cho thấy bất kỳ thay đổi đặc biệt nào trong cấu trúc của tán cây, và các tín hiệu viễn thám thông thường không cung cấp các kết quả quang phổ rõ ràng”.

Để làm rõ mối liên hệ giữa SIF và năng suất cây trồng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hệ thống cảm biến ảnh viễn thám siêu phổ để đo SIF trên cây đậu nành trong những lô thí nghiệm nâng cao nhiệt độ có kiểm soát không khí tại trung tâm Illinois - Đại học Illinois. Nghiên cứu cho biết các thiết lập đã theo dõi những thay đổi về huỳnh quang diệp lục của tán lá cây đậu nành trong môi trường có kiểm soát bằng cách sử dụng đèn hồng ngoại để tăng nhiệt độ cao hơn 1,5; 3,0; 4,5 và 6,0 ⁰C so với nhiệt độ tán cây xung quanh.

“Thiết lập nhiệt độ này (với gradient nhiệt độ lớn) là thiết lập đầu tiên thuộc loại này”, Carl Bernacchi, đồng tác giả nghiên cứu và là Giáo sư về sinh học thực vật và khoa học cây trồng tại trường Đại học Illinois, cho biết.

Theo Kaiyu Guan, Giáo sư về Khoa học tự nhiên và Tài nguyên - Môi trường và là người nghiên cứu trực tiếp, cho biết “Chúng tôi nhận thấy rằng huỳnh quang gây ra bởi ánh sáng mặt trời phản ứng với sự tăng nhiệt độ và tương ứng với lá đậu nành ngày càng kém chất lượng. Chúng tôi cũng phát hiện ra stress nhiệt có tác động lớn đến đậu nành trong giai đoạn sinh sản của chúng khi cây sản xuất hạt, ảnh hưởng đến kích thước và chất lượng của hạt đậu nành”.

Nghiên cứu này thiết lập mối quan hệ giữa stress nhiệt, SIF và chất lượng hạt và làm rõ stress nhiệt ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất quang hợp và năng suất cây trồng.

Lisa Ainsworth, giáo sư sinh học thực vật tại Illinois, cho biết: “Kỹ thuật này có thể cung cấp một công cụ cho nhà lai tạo giống trong việc xác định loại cây trồng chịu nhiệt tốt hơn và giúp nhà nông chọn được những cây trồng tốt nhất để tồng ở vùng Corn Belt của Hoa Kỳ khi nhiệt độ tăng lên theo dự đoán của nhiều mô hình khí hậu”.