Phương pháp bền vững để phát triển cây lương thực nhờ các hạt nano

Các nhà khoa học hiện đang làm việc cần mẫn để chuẩn bị cho sự gia tăng dân số toàn cầu theo dự báo kéo theo nhu cầu về thực phẩm gia tăng trong những thập kỷ tới.

Một nhóm các kỹ sư tại trường Đại học Washington ở St. Louis đã phát hiện ra một phương pháp bền vững để thúc đẩy tăng trưởng của một loại đậu giàu prôtêin bằng cách cải thiện cách thức nó hấp thụ chất dinh dưỡng thiết yếu. Ramesh Raliya - một nhà khoa học nghiên cứu, và Pratim Biswas – Phòng Năng lượng, Môi trường & Công nghệ Hóa học, Khoa Kỹ thuật & Khoa học Ứng dụng, đã phát hiện ra một phương pháp giảm thiểu sử dụng phân bón làm từ phốt pho đá mà vẫn cho thấy những cải thiện trong sự tăng trưởng của cây lương thực bằng cách sử dụng các hạt nano oxit kẽm. Nghiên cứu được công bố ngày 07 tháng 4 năm 2016 trong tạp chí Agricultural and Food Chemistry. Raliya cho biết đây là nghiên cứu đầu tiên chỉ ra phương pháp thu thập phốt pho tự nhiên trong đất bằng cách sử dụng các hạt nano oxit kẽm suốt vòng đời của cây trồng, từ hạt giống đến khi thu hoạch.

Cây lương thực cần phốt pho để phát triển, và người nông dân đang sử dụng ngày càng nhiều phân bón thành phần phốt pho vì chúng giúp phát triển các loại cây trồng để nuôi sống dân số thế giới ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, cây chỉ có thể sử dụng khoảng 42% phốt pho được bón vào đất, do đó, phần còn lại sẽ chảy vào các dòng nước, tại đó nó nuôi dưỡng tảo gây ô nhiễm nguồn nước của chúng ta. Ngoài ra, gần 82% phốt pho trên thế giới được sử dụng dưới dạng phân bón, nhưng nó là một nguồn cung hạn chế, Raliya nói. "Nếu người nông dân sử dụng cùng một lượng phốt pho như họ đang sử dụng hiện nay thì nguồn cung của thế giới sẽ bị cạn kiệt trong khoảng 80 năm", Raliya nói. "Hiện đang là thời điểm để thế giới tìm hiểu phương pháp sử dụng phốt pho một cách bền vững hơn". Raliya và các cộng tác viên của mình, bao gồm: Jagadish Chandra Tarafdar tại Viện Nghiên cứu khu vực khô cằn ở Jodhpur, Ấn Độ, đã tạo ra các hạt nano oxit kẽm từ một loại nấm xung quanh gốc của cây trồng, giúp cây trồng huy động và hấp thụ các chất dinh dưỡng trong đất. Kẽm cũng là một chất dinh dưỡng cần thiết cho cây, vì nó tương tác với ba enzyme thu thập các dạng phức tạp của phốt pho trong đất thành một dạng mà thực vật có thể hấp thụ được. "Do biến đổi khí hậu, nhiệt độ và lượng mưa hàng ngày đã thay đổi", Raliya nói. "Khi chúng thay đổi, hệ vi sinh trong đất cũng thay đổi theo, và một khi hệ vi sinh bị suy yếu, phốt pho trong đất không thể thu thập được, vì vậy người nông dân phải bón phân nhiều hơn. Mục tiêu của chúng tôi là tăng hoạt động của các enzym gấp vài lần, để chúng tôi có thể thu thập được phốt pho tự nhiên gấp nhiều lần". Khi Raliya và nhóm nghiên cứu áp dụng các hạt nano kẽm vào những chiếc lá của cây đậu xanh, nó đã làm tăng sự hấp thu của phốt pho gần 11% và hoạt động của ba enzyme lên 84 – 108%. Điều đó khiến cho nhu cầu bổ sung thêm phốt pho trên đất giảm đi, Raliya nói. "Khi các hoạt động của enzyme tăng lên, bạn không cần phải sử dụng phốt pho bên ngoài, bởi vì nó đã có trong đất, nhưng nó không ở dạng sẵn có cho cây hấp thụ", ông nói. "Khi chúng tôi sử dụng các hạt nano, nó chuyển các dạng phức tạp của phốt pho sang một dạng sẵn sàng". Đậu xanh là một cây họ đậu được trồng chủ yếu ở Trung Quốc, Đông Nam Á và Ấn Độ, nơi 60% dân số là người ăn chay và sống dựa vào các nguồn prôtêin thực vật.

Cây đậu xanh thích nghi với các điều kiện khí hậu khác nhau và chi phí trồng trọt phù hợp với người nông dân. Raliya cho biết 45% việc sử dụng phốt pho trên toàn thế giới cho nông nghiệp diễn ra tại Ấn Độ và Trung Quốc. Phần lớn nguồn cung phốt pho ở các nước đang phát triển được nhập khẩu từ Hoa Kỳ và Morocco từ các mỏ phosphate đá. "Chúng tôi hy vọng rằng phương pháp sử dụng các hạt nano oxit kẽm này có thể được triển khai ở các nước đang phát triển, nơi người dân đang sử dụng rất nhiều phốt pho", Raliya nói. "Các nước này phụ thuộc vào nhập khẩu phốt pho từ Hoa Kỳ, nhưng trong tương lai, Hoa Kỳ có thể sẽ phải hỗ trợ cung cấp thực phẩm. Nếu cây trồng này có thể phát triển một cách bền vững hơn, nó sẽ rất hữu ích cho tất cả mọi người".