Lúa là nguồn cung cấp lương thực chính cho hàng triệu người ở châu Á. Được cho là đã thuần hóa từ 6000 năm trước Công nguyên, lúa là một trong những nguồn cung cấp calo quan trọng trên toàn cầu. Trong một nghiên cứu mới từ dự án RIPE, các nhà nghiên cứu đã so sánh lúa thuần với lúa hoang để tìm hiểu sự khác biệt về khả năng quang hợp của chúng. Kết quả có thể giúp cải thiện năng suất lúa trong tương lai.
Các loài lúa hoang Oryza rufipogon và Oryza nivara thường giống với cỏ dại và cao hơn lúa trồng Oryza sativa. Mặc dù những đặc điểm này hữu ích trong tự nhiên, vì chúng có thể lẩn ác các đối thủ cạnh tranh, nhưng chúng không thuận lợi trong môi trường canh tác nông nghiệp vì năng suất thấp. Thông qua quá trình thuần hóa và lai tạo, nhiều giống lúa đã được chọn lọc là các giống lúa thấp cây, lá mọc thẳng, có góc dốc, giúp phân bố ánh sáng qua tán tốt hơn. Dù lúa thuần đã được cải thiện, nhưng sự phân bố ánh sáng vẫn luôn không đồng đều và luôn bị ảnh hưởng bởi những thay đổi của gió và mây che phủ.
Liana Acevedo-Siaca, tác giả chính của bài báo này, là nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm Long (Long lab) cho biết khi công trình này được tiến hành: "Trước đây, các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình quang hợp trong điều kiện ánh sáng đầy đủ liên tục. Tuy nhiên, ở trên cánh đồng, thực vật luôn ở trong điều kiện biến động và lá hiếm khi ở trong điều kiện được chiếu sáng liên tục, do sự di chuyển của mặt trời, do mây che ánh nắng, gió làm lá chuyển mình tạo bóng râm. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu mới chỉ xem xét lúa thuần trong bối cảnh cảm ứng quang hợp. Chúng tôi muốn so sánh chúng với tổ tiên của chúng để tìm hiểu những thay đổi theo thời gian".
Khi môi trường ánh sáng thay đổi từ bóng râm sang nắng và ngược lại, có một số thay đổi quang hợp xảy ra ở lá. Trong quá trình chuyển từ ánh sáng cường độ thấp sang ánh sáng cường độ cao, lá bắt đầu hấp thụ nhiều khí cacbonic hơn để quang hợp, một quá trình được gọi là cảm ứng quang hợp. Trên cánh đồng, quá trình này xảy ra nhiều lần trong ngày, việc điều chỉnh quá trình quang hợp có thể không diễn ra ngay lập tức, nên nó làm giảm hiệu suất quang hợp trong suốt một ngày và một mùa sinh trưởng. Ngược lại, trong quá trình chuyển từ ánh sáng cường độ cao sang ánh sáng cường độ yếu, các lỗ khí khổng - những lỗ thoáng khí mà carbon dioxide, hơi nước và oxy có thể di chuyển qua - có thể đóng lại quá chậm, dẫn đến sự mất nước không cần thiết.
Để so sánh sự hấp thụ carbon dioxide và mất nước qua khí khổng giữa lúa hoang và lúa thuần, Acevedo-Siaca đã trồng chúng trong nhà lưới, một nhà kính có tường mở, tại Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế ở Philippines. Sử dụng máy phân tích khí hồng ngoại, kiểm soát mức độ ánh sáng để bắt chước một số dao động ánh sáng được tìm thấy trong các tán cây trồng tự nhiên và đo lượng CO2 được lá hấp thụ.
Máy phân tích khí hồng ngoại với một lá lúa. Lá được đặt bên trong một cuvette trong đó các điều kiện liên quan đến cường độ ánh sáng, nồng độ CO2, độ ẩm tương đối và nhiệt độ có thể được kiểm soát. Ảnh: Viện lúa quốc tế IRRI
Acevedo-Siaca cho biết: “Chúng tôi thấy rằng mặc dù cảm ứng quang hợp diễn ra nhanh hơn rất nhiều ở các loài lúa hoang, nhưng các loài thuần lại đóng khí khổng nhanh hơn rất nhiều, dẫn đến mất nước ít hơn. Có thể là vì các loài lúa hoang O. rufipogon và O. nivara phát triển trong các hệ sinh thái đa dạng hơn, có thể có nhiều cạnh tranh hơn về ánh sáng và do đó có nhiều động lực hơn để phản ứng nhanh với những thay đổi môi trường".
Acevedo-Siaca cho biết thêm: "Chúng tôi nhận thấy rằng có sự khác biệt trong quá trình quang hợp dưới ánh sáng dao động, nó không bị phản xạ lại như trong điều kiện ánh sáng cường độ cao liên tục được sử dụng trong hầu hết các nghiên cứu trước đây. Mặc dù quy mô của nghiên cứu nhỏ, nhưng hy vọng rằng kết quả này là tiền đề cho những nghiên cứu lớn hơn. Đặc điểm cảm ứng quang hợp ở các mức độ khác nhau của tán cây sẽ cung cấp thông tin cho các nghiên cứu trong tương lai vì theo lý thuyết, những chiếc lá thích nghi hơn với điều kiện ánh sáng yếu sẽ phản ứng khác với những chiếc lá ở trong điều kiện ánh sáng cường độ cao".
Stephen Long - chủ tịch Đại học Ikenberry Endowed University nghiên cứu về Khoa học Cây trồng và Sinh học Thực vật - cho biết: “Chúng tôi muốn biết liệu việc thuần hóa cây lúa có vô tình cải thiện hiệu quả quang hợp của nó hay không. Ngoài ra, nếu quá trình lai tạo gây bất lợi cho các đặc tính có lợi cụ thể nào đó, chúng ta có thể quay trở lại giống lúa hoang và đưa những đặc điểm đó vào lúa thuần. Chúng tôi cũng đang tiến hành công việc tương tự với các loại cây trồng khác như đậu đũa và đậu tương”.
Nghiên cứu có tên “Động thái cảm ứng quang hợp và sự thư giãn trong tán của lúa thuần và hai loài lúa hoang dã khác”, được công bố trên tạp chí Food Energy and Security.
