Liệu cây xương rồng lê có thể trở thành cây trồng chính như đậu nành và bắp trong tương lai gần, cung cấp nguồn nhiên liệu sinh học, lương thực và thức ăn gia súc bền vững hay không? Theo các nghiên cứu mới được công bố gần đây, các nhà nghiên cứu ở đại học Nevada, Reno tin rằng thực vật với khả năng chịu nhiệt cao và sử dụng ít nước, có thể cung cấp nhiên liệu và thực phẩm ở những nơi các cây trồng khác trước đây không thể sinh trưởng.
Trong số 3 giống xương rồng, được xem như các cây trồng chịu hạn - mặn cung cấp nhiên liệu sinh học, được nghiên cứu tại đại học Nevada - Reno, giống Opuntia ficus - indica cho quả nhiều nhất trong khi sử dụng nước ít hơn 80% so với các cây trồng truyền thống khác. Ảnh: John Cushman, đại học Nevada, Reno
Các mô hình biến đổi khí hậu toàn cầu dự đoán hiện tượng hạn hán kéo dài sẽ tăng về thời gian và cường độ, kết quả là nhiệt độ cao hơn và lượng nước có sẵn ít hơn. Nhiều loại cây trồng như gạo, bắp và đậu nành có giới hạn nhiệt độ cao hơn và những cây trồng truyền thống khác như cỏ linh lăng cần nhiều nước hơn.
John Cushman, giáo sư về Sinh hóa và Sinh học phân tử nói rằng: “Những vùng khô hạn sẽ trở nên khô hạn hơn do biến đổi khí hậu. Cuối cùng, chúng ta sẽ thấy các vấn đề hạn hán trong tương lai sẽ ảnh hưởng đến các loại cây trồng như bắp và đậu nành”.
Cung cấp nhiên liệu cho năng lượng tái tạo
Cushman và nhóm của ông đã công bố các kết quả của một nghiên cứu trong 5 năm, họ đã sử dụng cây xương rồng lê không có gai như là một cây thương mại chịu nhiệt độ cao và cần ít nước. Nghiên cứu này là một thử nghiệm đồng ruộng đầu tiên của loài Opuntial ở Hoa Kỳ như là nguyên liệu năng lượng sinh học, thay thế cho năng lượng hóa thạch.
Các kết quả của thử nghiệm ở miền Nam Nevada cho thấy loài Opuntia ficus – india cho năng suất quả cao nhất và sử dụng lượng nước ít hơn 80% so với các cây trồng truyền thống khác.
Cushman cho biết: “Cây bắp và cây mía hiện đang là các cây năng lượng sinh học chính nhưng lại sử dụng nước nhiều gấp 3 lần so với cây xương rồng lê”. Ông cũng cho biết thêm: “Nghiên cứu này cho thấy năng suất của cây xương rồng lê ngang với các cây năng lượng sinh học khác nhưng chúng cần ít nước hơn và chịu được nhiệt độ cao hơn, điều này giúp cây xương rồng lê thích ứng tốt hơn với biến đổi khí hậu”.
Cây xương rồng lê “hoạt động” giống một cây năng lượng sinh học lâu năm và đa chức năng. Khi nó không được thu hoạch để làm nhiên liệu sinh học thì nó giống một bể chứa carbon, lấy carbon dioxide từ khí quyển và tích trữ carbon một cách bền vững.
Cushman cho biết thêm: “Khoảng 42% đất trên thế giới được phân loại là khô hạn và bán khô hạn. Việc trồng cây xương rồng để hấp thụ carbon là một tiềm năng to lớn. Chúng ta có thể bắt đầu trồng cây xương rồng lê ở các vùng bị bỏ hoang và những nơi mà khó trồng hay không phù hợp với các cây trồng khác, từ đó mở rộng diện tích trồng cây năng lượng sinh học”.
Cung cấp thức ăn cho người và động vật
Cây trồng có thể được sử dụng cho sự tiêu dùng của con người và làm thức ăn gia súc. Cây xương rồng lê cũng được trồng ở các vùng bán khô hạn trên thế giới để làm thức ăn cho con người và gia súc vì chúng cần ít nước hơn những cây trồng khác. Quả của cây xương rồng lê được dùng làm mứt và thạch do có lượng đường cao, lá được sử dụng để ăn tươi hay như rau đóng hộp. Do lá của cây chứa 90% nước, nên cây xương rồng lê làm thức ăn gia súc cũng rất tốt.
Cushman giải thích: “Đó là lợi ích của một cây lâu năm. Bạn thu hoạch trái và lá để làm thức ăn, sau đó bạn có một lượng lớn sinh khối còn lại trên mặt đất để hấp thụ carbon và có thể được sử dụng cho sản xuất nhiên liệu sinh học”.
Cushman cũng hy vọng việc sử dụng các gen của cây xương rồng lê để cải thiện hiệu suất sử dụng nước của các cây trồng khác. Một trong những cách mà cây xương rồng lê giữ nước là đóng khí khổng vào ban ngày để ngăn sự bốc hơi nước và mở khí khổng vào ban đêm để hô hấp. Cushman muốn lấy các gen điều khiển việc đóng mở khí khổng ở cây xương rồng lê và bổ sung vào bộ gen của những cây trồng khác để tăng khả năng chịu hạn.
Nghiên cứu sâu hơn
Năm 2019, Cushman đã bắt đầu một dự án nghiên cứu về cây xương rồng lê ở Bộ phận Tài nguyên di truyền thực vật vùng khô cằn quốc gia thuộc Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ - Dịch vụ Nghiên cứu Nông nghiệp ở Parlier, California. Ngoài việc tiếp tục đo lường sản lượng các cây xương rồng sẽ tạo ra, nhóm nghiên cứu của Cushman hợp tác với Claire Heinitz, nhằm tìm kiếm các tính trạng di truyền khác nhau của các mẫu mô thực vật hay hạt giống, đem lại sản lượng cao nhất và tối ưu hóa các điều kiện sinh trưởng của cây trồng.
“Chúng tôi cần một giống xương rồng lê không gai sinh trưởng nhanh hơn và tạo ra nhiều sinh khối hơn”, Cushman nói.
Một trong các mục tiêu khác của dự án hiểu thêm bệnh còi cọc ở cây xương rồng Opuntia, là nguyên nhân làm cho lá và quả nhỏ hơn. Nhóm nghiên cứu đã thu thập mẫu của những cây bị bệnh để phân tích DNA và RNA nhằm tìm nguyên nhân gây bệnh và cách lây lan cho những cây xương rồng khác. Hy vọng sẽ tạo ra công cụ chẩn đoán và điều trị để phát hiện cũng như ngăn ngừa sự lây lan của bệnh đồng thời cứu những phần còn sử dụng được của các cây bệnh.
