Nắng nóng đe dọa năng suất lúa mạch nhưng vẫn có giải pháp
Sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu đang làm giảm mạnh mẽ sản lượng và chất lượng cây trồng, và lúa mạch cũng không phải là ngoại lệ. Loại ngũ cốc quan trọng này, thiết yếu cho thức ăn chăn nuôi và sản xuất bia, bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi nhiệt độ quá cao. Các đợt nắng nóng gây tổn thương cho màng tế bào, phá vỡ protein và tăng sản sinh các loài oxy phản ứng, có hại cho tế bào. Những rối loạn này cản trở quá trình quang hợp và sinh sản của cây, dẫn đến thiệt hại đáng kể về năng suất.
Để khắc phục tình trạng này, các cơ chế sinh lý và phân tử đang được nghiên cứu. Về phương pháp sinh lý, việc tối ưu hóa thời điểm gieo trồng giúp lúa mạch tránh được những giai đoạn nắng nóng khắc nghiệt trong các giai đoạn quan trọng như ra hoa và làm đầy hạt. Tưới tiêu hợp lý và quản lý phân bón chặt chẽ cũng giúp cây chịu đựng tốt hơn bằng cách duy trì mức độ hydrat hóa và dinh dưỡng ổn định. Việc cấy các loại nấm và vi khuẩn có lợi cũng tăng cường khả năng chịu đựng của lúa mạch bằng cách kích thích sự phát triển và cải thiện hệ thống phòng thủ chống lại stress.
Các vi sinh vật, chẳng hạn như một số chủng Bacillus, sản sinh hormone thực vật và cố định nitơ, từ đó thúc đẩy sự hấp thụ dinh dưỡng tốt hơn. Chúng cũng giúp trung hòa các loài oxy phản ứng, nguyên nhân gây mất cân bằng ion trong cây dưới stress nhiệt.
Trên phương diện phân tử, những tiến bộ đáng kể đã được đạt được. Các gen kháng nhiệt, được xác định ở các loài thực vật mẫu như Arabidopsis, đã được đưa vào lúa mạch. Ví dụ, gen HvGST4, có nguồn gốc từ lúa mạch hoang dã, đã được biểu hiện quá mức ở Arabidopsis, cải thiện khả năng chịu đựng không chỉ nhiệt độ cao mà còn cả hạn hán, muối và lạnh. Gen này kích thích sản xuất glutathione, một chất chống oxy hóa tự nhiên bảo vệ tế bào. Một gen khác, TaHsfA6b, có nguồn gốc từ lúa mì, đã được tích hợp vào lúa mạch thông qua chỉnh sửa gen, tăng cường khả năng chịu đựng nhiệt độ cao mà không làm thay đổi các đặc tính bình thường của cây.
Các nhà nghiên cứu cũng đã xác định được các vùng gen, gọi là QTL, liên quan đến khả năng chịu nhiệt. Ba trong số các vùng này đã được liên kết với khả năng kháng stress nhiệt ở 120 giống lúa mạch, trong khi mười vùng khác ảnh hưởng đến cả khả năng kháng stress và chất lượng hạt. Những phát hiện này cho phép lựa chọn các giống cây trồng khỏe hơn thông qua các kỹ thuật chọn lọc gen, phân tích ADN để dự đoán hiệu suất của cây.
Chỉnh sửa gen bằng CRISPR, một phương pháp chỉnh sửa ADN chính xác, cũng mang lại những triển vọng đầy hứa hẹn. Phương pháp này cho phép nhắm mục tiêu các gen cụ thể để cải thiện khả năng kháng nhiệt của lúa mạch mà không gây ra các đột biến không mong muốn. Các giống được chỉnh sửa theo cách này sản sinh nhiều protein sốc nhiệt hơn, bảo vệ tế bào khỏi stress.
Cuối cùng, các biện pháp nông nghiệp như priming nhiệt, tức là phơi nhiễm ngắn hạn các cây con với nhiệt độ vừa phải, giúp lúa mạch chuẩn bị tốt hơn để chịu đựng nhiệt độ cao hơn sau này. Kỹ thuật này kích hoạt các cơ chế phòng thủ, chẳng hạn như sản xuất enzyme chống oxy hóa và protein bảo vệ, giúp hạn chế tổn thương tế bào.
Những tiến bộ này, kết hợp với quản lý cây trồng tối ưu, có thể giúp duy trì, thậm chí cải thiện, sản lượng lúa mạch mặc dù biến đổi khí hậu. Những thiệt hại hiện nay, có thể lên tới 50% ở một số vùng trong trường hợp nắng nóng cực độ, nhờ đó có thể được giảm thiểu, đảm bảo nguồn cung ổn định cho các ngành công nghiệp phụ thuộc vào lúa mạch.
Nắng nóng đe dọa năng suất lúa mạch nhưng vẫn có giải pháp
Sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu đang làm giảm mạnh mẽ sản lượng và chất lượng cây trồng, và lúa mạch cũng không phải là ngoại lệ. Loại ngũ cốc quan trọng này, thiết yếu cho thức ăn chăn nuôi và sản xuất bia, bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi nhiệt độ quá cao. Các đợt nắng nóng gây tổn thương cho màng tế bào, phá vỡ protein và tăng sản sinh các loài oxy phản ứng, có hại cho tế bào. Những rối loạn này cản trở quá trình quang hợp và sinh sản của cây, dẫn đến thiệt hại đáng kể về năng suất.
Để khắc phục tình trạng này, các cơ chế sinh lý và phân tử đang được nghiên cứu. Về phương pháp sinh lý, việc tối ưu hóa thời điểm gieo trồng giúp lúa mạch tránh được những giai đoạn nắng nóng khắc nghiệt trong các giai đoạn quan trọng như ra hoa và làm đầy hạt. Tưới tiêu hợp lý và quản lý phân bón chặt chẽ cũng giúp cây chịu đựng tốt hơn bằng cách duy trì mức độ hydrat hóa và dinh dưỡng ổn định. Việc cấy các loại nấm và vi khuẩn có lợi cũng tăng cường khả năng chịu đựng của lúa mạch bằng cách kích thích sự phát triển và cải thiện hệ thống phòng thủ chống lại stress.
Các vi sinh vật, chẳng hạn như một số chủng Bacillus, sản sinh hormone thực vật và cố định nitơ, từ đó thúc đẩy sự hấp thụ dinh dưỡng tốt hơn. Chúng cũng giúp trung hòa các loài oxy phản ứng, nguyên nhân gây mất cân bằng ion trong cây dưới stress nhiệt.
Trên phương diện phân tử, những tiến bộ đáng kể đã được đạt được. Các gen kháng nhiệt, được xác định ở các loài thực vật mẫu như Arabidopsis, đã được đưa vào lúa mạch. Ví dụ, gen HvGST4, có nguồn gốc từ lúa mạch hoang dã, đã được biểu hiện quá mức ở Arabidopsis, cải thiện khả năng chịu đựng không chỉ nhiệt độ cao mà còn cả hạn hán, muối và lạnh. Gen này kích thích sản xuất glutathione, một chất chống oxy hóa tự nhiên bảo vệ tế bào. Một gen khác, TaHsfA6b, có nguồn gốc từ lúa mì, đã được tích hợp vào lúa mạch thông qua chỉnh sửa gen, tăng cường khả năng chịu đựng nhiệt độ cao mà không làm thay đổi các đặc tính bình thường của cây.
Các nhà nghiên cứu cũng đã xác định được các vùng gen, gọi là QTL, liên quan đến khả năng chịu nhiệt. Ba trong số các vùng này đã được liên kết với khả năng kháng stress nhiệt ở 120 giống lúa mạch, trong khi mười vùng khác ảnh hưởng đến cả khả năng kháng stress và chất lượng hạt. Những phát hiện này cho phép lựa chọn các giống cây trồng khỏe hơn thông qua các kỹ thuật chọn lọc gen, phân tích ADN để dự đoán hiệu suất của cây.
Chỉnh sửa gen bằng CRISPR, một phương pháp chỉnh sửa ADN chính xác, cũng mang lại những triển vọng đầy hứa hẹn. Phương pháp này cho phép nhắm mục tiêu các gen cụ thể để cải thiện khả năng kháng nhiệt của lúa mạch mà không gây ra các đột biến không mong muốn. Các giống được chỉnh sửa theo cách này sản sinh nhiều protein sốc nhiệt hơn, bảo vệ tế bào khỏi stress.
Cuối cùng, các biện pháp nông nghiệp như priming nhiệt, tức là phơi nhiễm ngắn hạn các cây con với nhiệt độ vừa phải, giúp lúa mạch chuẩn bị tốt hơn để chịu đựng nhiệt độ cao hơn sau này. Kỹ thuật này kích hoạt các cơ chế phòng thủ, chẳng hạn như sản xuất enzyme chống oxy hóa và protein bảo vệ, giúp hạn chế tổn thương tế bào.
Những tiến bộ này, kết hợp với quản lý cây trồng tối ưu, có thể giúp duy trì, thậm chí cải thiện, sản lượng lúa mạch mặc dù biến đổi khí hậu. Những thiệt hại hiện nay, có thể lên tới 50% ở một số vùng trong trường hợp nắng nóng cực độ, nhờ đó có thể được giảm thiểu, đảm bảo nguồn cung ổn định cho các ngành công nghiệp phụ thuộc vào lúa mạch.
Mentions des sources
Publication citée
DOI : https://doi.org/10.1007/s44372-026-00718-6
Titre : Evaluation of molecular and physiological mechanisms underpinning heat stress tolerance in barley (Hordeum vulgare L.): an approach towards heat resilient barley production
Revue : Discover Plants
Éditeur : Springer Science and Business Media LLC
Auteurs : Ali Hasnain; Muhammad Naveed Anjum; Zahid Mehmood; Adeel Mustafa; Muhammad Umer Farooq Awan