Được, mất từ công nghệ hạt giống không gian

Những khát khao, ước muốn của con người về các loại hạt giống cây trồng năng suất cao được tin rằng có tuổi đời đúng bằng nền văn minh nhân loại.

Các nhà khoa học cho rằng, chi phí và khả năng tiếp cận là hai trở ngại lớn nhất đối với việc nhân giống cây trồng trong không gian. Ảnh: Getty

Bước tiến dài

Theo các nhà nghiên cứu, điều này được minh chứng rõ nhất ở Trung Quốc, thể hiện qua đời sống của 41 trong số 56 dân tộc đều có những huyền thoại riêng về việc tạo ra những hạt giống tốt.

Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), công nghệ nhân giống đột biến không gian là một kỹ thuật trong đó hạt giống được đưa vào không gian, nơi chúng tiếp xúc với tia vũ trụ mạnh, các hạt năng lượng cao di chuyển gần với tốc độ ánh sáng cũng như các điều kiện khác như chân không, vi trọng lực và mức độ nhiễu địa từ thấp. “Phương pháp này không liên quan đến việc chuyển gen từ sinh vật này sang sinh vật khác, giống như trường hợp thực phẩm biến đổi gen. Thay vào đó, nó tạo ra các đặc điểm ngẫu nhiên đem lại lợi ích bằng cách sử dụng vật liệu di truyền của thực vật, bắt chước quá trình tự nhiên của đột biến tự phát”, theo IAEA.

Đến nay tổng cộng có hơn 200 loại giống cây trồng và cây ăn quả được nhân giống theo công nghệ không gian vũ trụ, bao gồm lúa, cao lương (lúa mì), ngô, đậu nành, bông và cà chua… đã được các cơ quan quản lý phê duyệt để sản xuất. Hiện đang có trên 3.000 giống nữa đang được phát triển.

Và giờ đây, công nghệ hiện đại đã góp phần tạo ra những hạt giống chất lượng từ một nguồn không tưởng là không gian vũ trụ, khi những giống cà chua có thể phủ nhánh tới trên 150 mét vuông đất và cho tới 10.000 quả hoặc những mầm đậu mắt đen khổng lồ dài cả mét.

Theo tập đoàn khoa học công nghệ không gian vũ trụ Trung Quốc (CASTC), tiến bộ này đã đạt được thông qua công nghệ nhân giống đột biến trong không gian, hay còn gọi là đột biến không gian.

Ở Trung Quốc, hiện hàng trăm giống cây trồng không gian đã được gieo trồng trên toàn quốc. Những giống này là trụ cột chính hỗ trợ an ninh lương thực và được coi như cách tiếp cận mới nhằm cải thiện năng suất và chống đói nghèo ở nông thôn.

Tổng cộng có hơn 200 loại giống cây trồng và cây ăn quả được nhân giống theo công nghệ không gian vũ trụ, bao gồm lúa, cao lương (lúa mì), ngô, đậu nành, bông và cà chua… đã được các cơ quan quản lý phê duyệt để sản xuất. Hiện đang có trên 3.000 giống nữa đang được phát triển.

Theo Tổ chức Nông lương Liên Hợp quốc (FAO), ngay từ những năm 1920 nhiều loại hạt giống đã được các nhà khoa học cho tiếp xúc với bức xạ hoặc hóa chất nhằm tạo ra năng suất cao và ổn định hơn đồng thời có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu. Tổng cộng có trên 2.500 giống cây trồng được lai tạo thông qua phương pháp đột biến đã chính thức được công bố.

Các nhà khoa học cho biết, không gian là chính một “sàn diễn” mới để tiến hành phương pháp nhân giống đã được thử nghiệm theo thời gian này và IAEA, FAO cũng như Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã coi các sản phẩm cây trồng này là an toàn để tiêu thụ, sau khi chúng vượt qua các quy trình kiểm tra và phê duyệt nghiêm ngặt.

Và bắt đầu từ những năm 1960, Mỹ và Liên Xô đã tiến hành nhân giống đột biến vũ trụ nhằm nghiên cứu khoa học và để các phi hành gia thám hiểm vũ trụ thuận lợi hơn.

"Tuy nhiên, chưa có quốc gia nào dám biến điều này vào nền nông nghiệp hiện đại, quy mô đầy đủ như Trung Quốc đã làm", Guo Rui, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Nhân giống thực vật tỉnh Thiểm Tây cho biết.

Cuộc chơi lớn của Bắc Kinh

Theo CASTC, đến năm 2018 chính phủ Trung Quốc đã quyết định chi khoản ngân sách hơn 200 tỷ nhân dân tệ (29,9 tỷ USD, tính theo tỷ giá hối đoái hiện nay) vào mảng này và đã sản xuất ra hơn 1,3 triệu tấn lương thực- thực phẩm.

Tính đến năm 2018, tổng diện tích giống cây trồng theo công nghệ vũ trụ được chính phủ phê duyệt ở Trung Quốc là hơn 2,4 triệu ha, gần bằng diện tích bang New Hampshire của Mỹ.

Ông Guo cho biết: “Trung Quốc là quốc gia đứng đầu thế giới về nhân giống cây trồng trong không gian vũ trụ, một phần là do sự vươn lên nhanh chóng của quốc gia này như là một cường quốc nghiên cứu không gian vũ trụ. Nhưng quan trọng hơn là chúng tôi đang theo đuổi mạnh mẽ công nghệ này bởi vì Trung Quốc cần giải quyết nhiều thách thức mang tính chiến lược, chẳng hạn như ‘nguồn sống’ cho một quốc gia đông dân với quỹ đất canh tác hạn chế, cũng như hiện đại hóa ngành nông nghiệp và đảm bảo an ninh lương thực".

Tại huyện Trừng Thành ở tỉnh Thiểm Tây là quê hương của giống hồ tiêu Đại Hồng Bào trứ  danh (Piperis dahongpao), một loại gia vị nức tiếng trong nền ẩm thực Trung Hoa.

Ông Guo nói: “Việc tạo ra những đột biến bất ngờ là một trong những đặc điểm chính của quá trình lai tạo đột biến do không gian vũ trụ gây ra. Trong khi các nhà khoa học trước đó đã sử dụng hóa chất và bức xạ, bao gồm cả tia gamma và tia X, trong nhiều thập kỷ để gây đột biến trong các phòng thí nghiệm, thì không gian vũ trụ ngày nay lại mang đến những điều kiện mới, chẳng hạn như vi trọng lực, chân không, điều kiện cực lạnh và một loạt các tia vũ trụ”.

Theo Vườn Thực vật Côn Minh (Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc), loại gia vị này đã được sử dụng từ thời nhà Hán (202 TCN-220 SCN) để nấu ăn, làm thuốc, tế lễ và thậm chí dùng để trang trí cung điện.

Tuy nhiên, nó nổi tiếng là cho năng suất thấp và rất khó thu hoạch, do thân cây được bao phủ bởi những chiếc gai sắc nhọn. Trong nhiều thế kỷ, nó được coi là một "gia vị để cống nạp" và chỉ có bậc vua chúa mới có đặc quyền hưởng thụ.

Ông Guo cho biết: “Một lao động chỉ hái được khoảng 7,5 kg hạt tiêu này mỗi ngày, sau khi phơi khô thì chỉ còn chưa đầy 2 kg”.

Năm 2016, ông Guo và nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã gửi một số hạt gia vị vào quỹ đạo trong 12 ngày trên vệ tinh Shijian-10 nhằm hướng tới việc tạo ra một giống tiêu mới có khả năng chống chịu với gió và bệnh tật mạnh hơn, và họ đã phát hiện ra một điều thú vị hơn nhiều là hệ gai trên thân cây đã hoàn toàn biến mất.

Theo nhà khoa học này, với điều kiện hiện nay, các phòng thí nghiệm nhân giống có thể tạo ra những trải nghiệm trong không gian một cách hiệu quả, tuy nhiên việc nhân rộng tất cả là không thực tế và rất tốn kém.

Hơn nữa, hạt giống đột biến trong không gian có thể tạo ra những tính trạng mới đáng ngạc nhiên về năng suất so với trong phòng thí nghiệm bởi “không gian giống như một siêu phòng thí nghiệm” để lai tạo các loại cây mới.

Hạt giống xóa đói giảm nghèo

Nyemo là một huyện nằm ở trung tâm của Cao nguyên Thanh Hải- Tây Tạng, cái nôi của trầm hương Tây Tạng và có lịch sử canh tác và trồng trọt phong phú.

Tuy nhiên, nhiều thập kỷ suy thoái môi trường đã khiến đất đai ở đây trở nên cằn cỗi, mặc dù chỉ có hơn 5.100 dân làng sinh sống trong cảnh nghèo đói (tính đến năm 2016).

Trong một chương trình hỗ trợ xóa đói nghèo và khôi phục độ phì nhiêu của đất, chính quyền thành phố Bắc Kinh đã phối hợp với các doanh nghiệp đã giới thiệu giống cây trồng không gian vũ trụ cho người dân địa phương.

Theo đó, các công ty đã đầu tư nhà kính và trang bị máy tính để nông dân trồng ớt, cà chua, dưa chuột, dưa hấu và chín loại cây trồng khác nhau có thể tồn tại trên cao nguyên khô cằn. Và năm ngoái, doanh thu của khu vực đã đạt tổng cộng hơn 400.000 nhân dân tệ, với hơn 25% tổng nguồn thu được phân phối cho 98 hộ nghèo ở đây.

Phuntsok Tsering, một nông dân ở đây cho biết: "Tôi không chỉ học được những kỹ năng mới như trồng cây trong nhà kính mà còn tìm ra cách làm giàu và còn học được từ các nhà khoa học cách trồng cà chua bằng dung dịch dinh dưỡng khoáng thay vì đất. "Hiện tôi kiếm được ít nhất 3.000 nhân dân tệ mỗi tháng và cuộc sống đã tốt hơn trước rất nhiều”.

Những câu chuyện thành công tương tự đã được báo cáo trên toàn quốc. Tính đến tháng 10/2020, CASTC đã hỗ trợ xóa đói giảm nghèo thông qua trồng trọt và các phương pháp khác tại 21 làng ở chín tỉnh, giúp khoảng 30.000 người thoát khỏi cảnh bần cùng.

Chen Zhiqiang, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Quốc gia về Nhân giống Thực vật Không gian, cho biết các giống lúa chất lượng cao do đột biến không gian tạo ra đã đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ an ninh lương thực quốc gia và xóa đói giảm nghèo ở tỉnh Quảng Đông.

Năm 2003, Trung Quốc đã phê duyệt loại lúa không gian đầu tiên Huahang-1, được trồng trên 333.300 ha đất ở miền nam đất nước. Từ năm 2010 đến năm 2012, các loại cây trồng do trung tâm chọn tạo ra đã bao phủ tổng diện tích rừng trồng là hơn 621.360 ha, với kết quả là thu nhập của nông dân tăng gần 1 tỷ nhân dân tệ.

Huahang simiao, một giống lúa không gian kháng bệnh, đã được nông dân ở huyện Bác La, tỉnh Quảng Đông đặc biệt ưa chuộng. Theo văn phòng nông nghiệp địa phương, nó có năng suất cao và hương vị thơm ngon giúp nông dân bán với giá 250 nhân dân tệ/50 kg, cao hơn 150 nhân dân tệ so với các giống khác.

Ông Guo cũng cho biết, giống hạt tiêu không gai của nhóm nghiên cứu hiện đang được thử nghiệm trên thực địa và hy vọng nó có thể thay đổi nhiều đặc điểm hơn để có thể giúp chúng ta thu hoạch bằng máy, tăng đáng kể năng suất và nâng cao thu nhập của nông dân. Ngoài các loại cây gia vị, các loại cây trồng như mẫu đơn, dâu tây và dâu biển hiện cũng đang được cải thiện bằng cách sử dụng công nghệ nhân giống vũ trụ.

 “Cây trồng theo công nghệ mới đã đóng một vai trò quan trọng trong việc xóa đói giảm nghèo, phát triển kinh tế địa phương và tạo ra các sản phẩm độc đáo cho nông dân Trung Quốc. Vai trò của các nhà khoa học là tăng cường nghiên cứu cơ bản về chọn tạo, nhân giống, và tạo điều kiện tích hợp công nghệ nhân giống cây trồng vũ trụ với nông nghiệp hiện đại nhằm đảm bảo tốt hơn an ninh lương thực bền vững cho đất nước", ông Guo cho biết.

Nhưng…

Vào tháng 10/2020, ông Liu Luxiang, Phó Giám đốc Viện Khoa học Cây trồng (Học viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc), cho biết mặc dù gây đột biến trong không gian là một công nghệ đầy hứa hẹn, nhưng cách thức mà không gian ảnh hưởng đến hạt giống cây trồng là vô cùng phức tạp và khó kiểm soát cũng như đánh giá.

Ông Liu nói: “Chỉ cần một phần nhỏ hạt tiếp xúc với không gian là sẽ có đột biến, và không phải tất cả chúng đều tạo ra những đặc điểm mong muốn. Do vậy việc đưa hạt giống vào không gian đơn thuần chỉ là bước khởi đầu của việc tạo ra một giống mới, còn phần lớn nghiên cứu là về việc trồng các hạt giống này trên các cánh đồng thử nghiệm khác nhau qua nhiều thế hệ nhằm tạo ra những loại cây trồng có những biểu hiện đáng tin cậy đúng như mong muốn.

Các nhà khoa học đôi khi còn lai tạo giống cây trồng không gian với các giống khác để tạo ra cây lai thừa hưởng các đặc điểm thuận lợi từ bố mẹ của chúng. Theo ông Liu, “các cuộc thử nghiệm trên mặt đất có thể là một quá trình rất cam go và phức tạp, và thông thường phải mất ít nhất bốn năm mới hoàn thành”.

Wang Weidong, Phó tổng giám đốc Azspace, một công ty hàng không vũ trụ có trụ sở tại Bắc Kinh cho hay, "chi phí và khả năng tiếp cận là hai trở ngại lớn nhất đối với việc nhân giống cây trồng trong không gian".

“Không phải tất cả các hạt giống được gửi vào không gian đều tạo ra đột biến, vì vậy các nhà khoa học gửi quá nhiều lô hạt giống vào quỹ đạo Trái đất với hy vọng tăng tỷ lệ thành công. Tuy nhiên, tính hiệu quả về chi phí của các sứ mệnh như vậy là rất "khó quản lý" do thiếu chỗ bố trí cũng như vật liệu hỗ trợ nghiên cứu”, bà Wang nói.

Zhang Jianwei, nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Đồng vị (Học viện Khoa học Hà Nam), cho biết để tạo ra một giống lúa mì mới bằng phương pháp nhân giống đột biến, các nhà khoa học thường cần tới 3.000 hạt giống, nhưng có trọng lượng 135 gram.

Ở Trung Quốc, ước tính mất chi phí khoảng 3.000 nhân dân tệ (10,5 triệu đồng) để gửi 1 gam vật chất vào không gian vũ trụ, do đó hóa đơn để đưa một gói hạt giống mẫu vào quỹ đạo sẽ là 405.000 nhân dân tệ, ông Zhang cho biết.

Ông Zhang nói: “Không gian là một nền tảng thú vị để nhân giống đột biến, nhưng vì điều này có thể không hiệu quả lắm về chi phí, nên nhiều nhà nghiên cứu vẫn thích phương pháp sử dụng phòng thí nghiệm rẻ hơn, dễ tiếp cận hơn và kiểm tra, đánh giá định kỳ cũng dễ hơn”.