Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Vi khuẩn Pseudomonas tự nhiên trong đất đã được phát hiện có khả năng giúp cây trồng chống chọi với tình trạng xâm nhập mặn đang ngày càng nghiêm trọng. Thay vì giúp cây hạn chế hấp thu muối, những vi sinh vật này kích thích cây tăng cường sản sinh lignin, một hợp chất tự nhiên giúp củng cố cấu trúc của rễ và tăng khả năng chống chịu của cây. Thử nghiệm trên các loại cây như đậu nành, cà chua và hạt cải dầu cho thấy năng suất cải thiện rõ rệt ngay cả trong điều kiện đất mặn. Phát hiện này mở ra triển vọng về các phương pháp kiểm soát sinh học giúp giúp nông dân canh tác trên những vùng đất trước đây được xem là quá mặn để sản xuất nông nghiệp. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu trước những tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu. Các nhà khoa học hy vọng có thể tận dụng quy trình tự nhiên này để tạo ra các giải pháp canh tác bền vững mà không cần lạm dụng hóa chất.
     
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một “đồng minh” tự nhiên đầy bất ngờ, có thể giúp nông dân giải quyết một trong những thách thức đang gia tăng nhanh chóng đối với ngành nông nghiệp: đất bị nhiễm mặn.
 
Một nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học từ Đại học East Anglia (UEA), do nhà nghiên cứu người Trung Quốc, TS. Yanfen Zheng, dẫn đầu, đã phát hiện rằng các vi khuẩn có sẵn trong đất tự nhiên có thể cải thiện đáng kể khả năng sống sót của cây trồng trong điều kiện đất mặn.

Nghiên cứu cũng phát hiện một cơ chế chưa từng được biết đến trước đây, qua đó các vi sinh vật này giúp bảo vệ những cây trồng như ngô, cà chua và cải dầu khỏi stress do mặn. Phát hiện này về lâu dài có thể giúp nông dân canh tác và sản xuất lương thực trên những vùng đất đã trở nên quá mặn đối với phương thức nông nghiệp thông thường.

Độ mặn của đất đe dọa nền nông nghiệp toàn cầu

Sự tích tụ muối trong đất canh tác đang trở thành một vấn đề ngày càng nghiêm trọng do biến đổi khí hậu, hoạt động tưới tiêu và mực nước biển dâng. Khi muối tích tụ trong đất, nó kìm hãm sự sinh trưởng của cây, gây tổn thương rễ và có thể làm giảm mạnh năng suất cây trồng.

Giáo sư Jonathan Todd, thuộc Trường Khoa học Sinh học của Đại học East Anglia (UEA) và Viện Quadram tại Khu Nghiên cứu Norwich, cho biết: “Sự tích tụ muối trong đất nông nghiệp là một vấn đề lớn và ngày càng trầm trọng, do biến đổi khí hậu, hoạt động tưới tiêu và mực nước biển dâng gây ra. Muối kìm hãm sự sinh trưởng của cây, gây tổn thương rễ và ảnh hưởng nghiêm trọng đến toàn bộ vụ mùa, từ đó đe dọa nguồn cung lương thực trên toàn cầu.”

“Chúng ta biết rằng cây trồng phụ thuộc vào cộng đồng vi sinh vật sống xung quanh rễ, được gọi là hệ vi sinh vật vùng rễ (root microbiome), để giúp chúng thích nghi và đối phó với các tác động bất lợi của môi trường. Tuy nhiên, cơ chế chính xác của những mối tương tác này, cũng như việc liệu chúng có diễn ra nhất quán ở các loại cây trồng và các loại đất khác nhau hay không, vẫn chưa được làm rõ. Chúng tôi phát hiện rằng trong điều kiện đất mặn, cây trồng dường như có khả năng tuyển chọn và thu hút các vi khuẩn có lợi. Đổi lại, các vi khuẩn này kích hoạt những thay đổi bên trong cây, giúp tăng cường cấu trúc vật lý và khả năng chống chịu của cây. Nếu các nhà khoa học có thể khai thác và ứng dụng quá trình tự nhiên này, đây có thể là bước khởi đầu cho một kỷ nguyên mới của nền nông nghiệp có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu.”

Vi sinh vật vùng rễ được cây thu hút khi chịu stress do mặn

Để hiểu rõ hơn về mối quan hệ hợp tác giữa cây trồng và vi sinh vật, các nhà nghiên cứu đã phân tích hệ vi sinh vật vùng rễ (root microbiome) của nhiều loài cây trồng được canh tác trên các loại đất khác nhau.

Họ phát hiện rằng một nhóm vi khuẩn tự nhiên thuộc chi Pseudomonas liên tục tập trung xung quanh rễ của những cây trồng chịu stress do mặn. Hiện tượng tương tự cũng được ghi nhận ở nhiều loại cây, bao gồm ngô, cà chua và cải dầu, cho thấy đây có thể là một phản ứng sinh học phổ biến, chứ không chỉ xảy ra ở một loài cây trồng riêng lẻ.

Các phân tích di truyền cũng giúp giải thích vì sao những vi khuẩn này có khả năng thích nghi tốt với môi trường có độ mặn cao.

Giáo sư Todd cho biết: “So với các vi sinh vật khác, vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas mang các gen chuyên biệt giúp chúng chịu được nồng độ muối cao, bao gồm các hệ thống vận chuyển natri và những cơ chế khác giúp vi khuẩn chống chịu stress.”

Rễ khỏe hơn và năng suất cao hơn

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã đưa các chủng Pseudomonas được tuyển chọn vào cây đậu tương. Trong cả thí nghiệm nhà kính và thử nghiệm ngoài đồng ruộng, các vi khuẩn này đã tạo quần thể thành công trên rễ cây và cải thiện đáng kể sự sinh trưởng của cây trong điều kiện đất mặn.

Giáo sư Todd cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng những cây được xử lý bằng các vi sinh vật này có hệ thống rễ khỏe hơn, sinh trưởng và phát triển tốt hơn, đồng thời cho năng suất cao hơn so với những cây không được xử lý và được trồng trong điều kiện đất mặn.”

Một cơ chế phòng vệ bất ngờ của cây trồng

Các nhà nghiên cứu rất bất ngờ khi phát hiện rằng vi khuẩn không giúp cây trồng thích nghi bằng cách làm giảm hàm lượng muối bên trong mô cây.

Giáo sư Todd cho biết: “Điều gây bất ngờ nhất là việc chúng tôi phát hiện ra cách thức vi khuẩn giúp cây đối phó với stress do mặn. Trong nhiều thập kỷ, người ta cho rằng cây trồng thích nghi với điều kiện mặn bằng cách kiểm soát hàm lượng natri, về cơ bản là ngăn không cho lượng muối có hại xâm nhập vào cây. Tuy nhiên, chúng tôi không tìm thấy bằng chứng cho thấy vi khuẩn tác động đến quá trình vận chuyển natri hoặc cân bằng ion. Thay vì giúp cây trực tiếp kiểm soát lượng muối, các vi khuẩn này kích thích cây tăng cường sản xuất một hợp chất gọi là lignin. Rễ của những cây được xử lý bằng vi khuẩn cho thấy hàm lượng lignin tăng đáng kể, trong đó một số phép đo cho thấy mức tăng hơn 30% trong điều kiện stress do mặn.”

Lignin giúp cây trồng tăng cường sức chống chịu một cách tự nhiên

Lignin là một hợp chất có cấu trúc bền chắc, tạo nên phần quan trọng của thành tế bào thực vật. Nó hoạt động giống như một “hệ thống gia cố” tự nhiên, giúp củng cố các mô của cây và tăng khả năng chống chịu trước các tác động bất lợi của môi trường.

Các nhà nghiên cứu đã xác định được những gen chủ chốt chịu trách nhiệm thúc đẩy quá trình sản xuất lignin. Khi các gen này được tăng cường biểu hiện một cách nhân tạo (overexpression), cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt hơn đáng kể trong điều kiện đất mặn.

Ngược lại, những cây không có khả năng sản xuất lignin không nhận được lợi ích từ vi khuẩn, cho thấy quá trình sản xuất lignin là yếu tố thiết yếu tạo nên hiệu quả bảo vệ được phát hiện trong nghiên cứu này.

Giáo sư Todd cho biết: “Chúng tôi hy vọng phát hiện này sẽ mở ra những hướng đi mới cho ngành nông nghiệp. Bằng cách khai thác các vi sinh vật tự nhiên như Pseudomonas, có thể phát triển các chế phẩm sinh học giúp cây trồng sinh trưởng trên đất mặn mà không cần phụ thuộc nhiều vào các đầu vào hóa học. Trong bối cảnh diện tích đất nông nghiệp bị ảnh hưởng bởi tình trạng nhiễm mặn đã rất lớn và vẫn đang tiếp tục gia tăng, các giải pháp dựa trên vi sinh vật có thể trở thành một công cụ thiết yếu để duy trì năng suất cây trồng và bảo đảm an ninh lương thực.”

Các kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances trong bài báo có tiêu đề: “Pseudomonads associated to salt-stressed plants facilitate stress adaption of soybean through enhanced lignin biosynthesis.”
 
Tham khảo: Tài liệu được cung cấp bởi University of East Anglia. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tài liệu tham khảo:
Yanfen Zheng, Youqiang Wang, Ziyan Wang, Zhe Li, Jonathan D. Todd, Chen Meng, Shutian Hua, Xiaona Sui, Qingchen Rui, Siqi Ma, Yiqiang Li, Jiwen Liu, Donglin Zhao, Chengsheng Zhang. Pseudomonads associated to salt-stressed plants facilitate stress adaption of soybean through enhanced lignin biosynthesis. Science Advances, 2026; 12 (26). DOI: 10.1126/sciadv.aed8447

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/06/260626124703.htm