Tiến bộ lúa

MỘt sỐ tiẾn bỘ hiỆn nay

trong nông nghiỆp lúa

 

Trần Văn Đạt, Ph. D.

 

Lúa gạo là thức ăn căn bản của hơn phân nửa dân số thế giới hay hơn 3,3 tỉ người, trong đó Châu Á chiếm 90% tổng sản xuất và tiêu thụ. Năm 2013, thế giới sản xuất 747 triệu tấn lúa trên diện tích 161 triệu ha và trao đổi mậu dịch toàn cầu độ 37,5 triệu tấn gạo (FAO, 2014). Theo phỏng đoán Cơ quan FAO, đến năm 2050 dân số sẽ tăng đến 9,6 tỉ người, thành phố sẽ mở rộng thêm, diện tích đất trồng lúa bị thu hẹp dần, năng suất lúa tăng chậm và mức độ sản xuất lúa gạo hiện nay không thể bắt kịp nhu cầu dân số tăng cao lúc đó, trong khi gặp nhiều thách thức biến đổi khí hậu toàn cầu, nếu con người không đạt được những tiến bộ kỹ thuật đáng kể như đã thấy trong Cách Mạng Xanh cuối cùng. Cuộc Cách Mạng Xanh này xảy ra trên thế giới trong thập niên 1970 và 1980, nhờ vào khám phá các gen nửa lùn lúa mì của Nhựt Bổn và áp dụng kỹ thuật lai tạo tuyển chọn di truyền của các chuyên gia Mỹ và châu Á.

            Do đó, các nhà khoa học đang có những nỗ lực mới để khắc phục các thách thức lớn của ngành trồng lúa, chủ yếu sự ngừng đọng năng suất tiềm thế của cây lúa ở mức 11 t/ha trong điều kiện nhiệt đới, hậu quả tiêu cực của biến đổi khí hậu và các khó khăn sinh học và phi sinh học trồng lúa. Trong hai thập niên qua, chúng ta đã chứng kiến một số tiến bộ kỹ thuật đáng kể của công nghệ tin học và sinh học nông nghiệp là tiền đề hy vọng dẫn đến Cuộc Cách Mạng Xanh thứ hai hay “Cách Mạng Gen” hoặc “Cách Mạng Trắng” trong thế kỷ 21. Đến nay, một số thành quả khoa học nông nghiệp nổi bật đã được biết, như hoàn tất bản đồ Bộ gen cây lúa 2002, hoàn thành dự án Genome 3.000 giống lúa 2014, nghiên cứu cây lúa C4, Siêu lúa, Siêu lúa lai, lúa nước sâu cải tiến, gạo Vàng, phân đạm sinh học và nhiễm độc arsenic của cây lúa. Nhưng bao giờ Cuộc Cách Mạng Xanh 2 sẽ đến với nông dân?

-         Bản đồ Bộ gen (Genome) của cây lúa:

Mặc dù các cuộc khảo cứu trong thời gian qua tập trung vào cấy nạp và chuyển đổi gen trong một số hoa màu gồm cây lúa, nhưng sự khám phá kỹ thuật Genome (bộ gen) đã tạo ra một bước ngoặc lớn và cơ hội hiếm có cho các nhà di truyền học trong công tác cải thiện và tạo ra giống mới, vì đa số các đặc tính nông học thảo mộc đều bị chi phối bởi một hoặc nhiều gen. Hiện nay chưa có bản đồ gen vì quá phức tạp. 

Trước sự tiến bộ chậm chạp của ngành trồng lúa trong nửa thế kỷ qua, sự hoàn tất bản đồ Genome cây lúa năm 2002 của các nhà khảo cứu Trung Quốc và Thụy Sĩ, năm 2003 của Chương Trình Bộ Gen Lúa Quốc tế bắt đầu từ 1998, do Nhựt Bổn hướng dẫn và 10 nước tham gia đã cống hiến cho các nhà khoa học niềm hy vọng mới trong ngành nông nghiệp, vì kết quả những cuộc nghiên cứu đó có thể giúp các nhà lai tạo giống và các chuyên gia khác có khả năng đột phá và khắc phục được các vấn đề khó khăn hoặc nan giải trong nông nghiệp mà đến nay chưa có giải pháp, như nâng cao năng suất tiềm thế, hạn hán, lũ lụt, phèn mặn, sản xuất đạm sinh học… (1). 

Hình 1: Chuỗi DNA (Internet)

-  Dự án Genome 3.000 giống lúa:

Các nhà khảo cứu nhận thấy bản đồ Genome cây lúa nêu trên (chỉ một hai giống lúa) còn nhiều giới hạn so với sự đa dạng di truyền của các loài thảo mộc; cho nên, dự án Genome của 3000 giống lúa ra đời, với sự hợp tác giữa Học viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (CAAS), Viện Nghiên cứu lúa gạo quốc tế (IRRI) và Viện Gen Bắc Kinh (BGI), được Bill và Melinda Gates Foundation tài trợ. Ngày 28-5-1914 cũng là Ngày “Thế giới phòng chống đói” kết quả dự án này được công bố qua các ấn phẩm giải mã trình tự bộ gen của 3.000 giống lúa từ 89 quốc gia, mà 77,1% từ các trung tâm đa dạng di truyền - Đông Nam Á (33,9%), Nam Á (25,6%) và Trung Quốc (17,6%), cùng với việc đưa toàn bộ số liệu này ở định dạng trích dẫn trong cơ sở dữ liệu truy cập mở khổng lồ (13,4 terabytes) của JournalGigaScience, GigaDB (2). Dữ liệu này là một nguồn thông tin di truyền to lớn ngoạn mục, mặc dù chưa đầy đủ, để hỗ trợ tìm các gen chức năng, định vị chính xác các gen đích trên bản đồ, thiết kế các marker chức năng giúp chọn lọc cá thể mang gen đích một cách chính xác phục vụ công tác lai tạo giống lúa khôn ngoan, chính xác và mau lẹ trong tương lai. 

      Bản đồ các SNPs (single nucleotide polymorphism) của các giống lúa cho phép các nhà nghiên cứu và các nhà lai tạo kết nối trực tiếp các thông tin di truyền (genotype) với các đặc tính hình thể (phenotype) của các giống khác nhau, nhằm phục vụ hữu hiệu cho công tác bảo tồn nguồn gen, phân loại, chọn tạo giống có năng suất, chất lượng cao, có khả năng kháng các loại sâu bệnh và điều kiện bất lợi sinh học và phi sinh học (3). 

Tại Việt Nam, trong 2013 Viện Di truyền Nông nghiệp báo cáo thành công giải mã 36 giống lúa bản địa (gồm 7 giống lúa chất lượng; 6 giống lúa chịu hạn; 6 giống lúa chịu mặn; 7 giống lúa kháng rầy nâu; 5 giống lúa kháng bệnh cháy lá (đạo ôn) và 5 giống lúa kháng bạc lá) trong dự án “Giải mã Genome một số giống lúa bản địa của Việt Nam” với hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ giữa Bộ Khoa học và Công nghệ và Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Sự sống và Công nghệ sinh học, Anh Quốc. Viện cũng dự tính giải mã 800 giống lúa bản địa khác trong giai đoạn II (3, 4). Công tác quan trọng và cấp thiết trong nước hiện nay là làm sao có đội ngũ chuyên gia quốc gia hiểu biết thành thạo sử dụng kết quả thông tin này và các thành tựu Dự án bộ gen 3000 giống lúa nêu trên có hiệu quả thực sự trong các chương trình lai tạo gống lúa mới tại VN. 

-         Cây lúa C₄:

Những loài cây C₄ (các hợp chất trung gian của quá trình quang hợp đều chứa 4 nguyên tử carbon, vì thế được gọi cây C₄) như cây mía, bắp, sorghum… là những thảo mộc có sinh khối và năng suất cao nhờ quang hợp hữu hiệu hơn so với loài thảo mộc C₃, như cây lúa, lúa mì, lúa mạch… có phân tử đường 3-carbon tồn tại trong chu trình quang hợp Calvin. Loài cây C₄ có điểm bù CO₂ thấp hơn thực vật C₃, điểm bão hòa ánh sáng cao hơn thực vật C₃, nhu cầu nước thấp hơn thực vật C₃; do đó có năng suất và sinh khối cao hơn thực vật C₃ và chịu đựng được khí hậu khắc nghiệt. 

Vào đầu thập niên 2000, các nhà khoa học Nhựt Bổn và trường Đại Học tiểu bang Washington ở Mỹ đã sử dụng hệ thống Agrobacterium để đưa gen quang hợp C₄ (với ba loại enzymes) từ cây bắp vào cây lúa japonica, làm tăng mức quang hợp của cây lúa này lên 30%, nhưng cấu trúc tế bào lá lúa không thay đổi nhiều nên kết quả chưa như mong muốn. Năm 2008, dự án 20 triệu Mỹ kim “Consortium Lúa C₄ quốc tế ICRC” (The International C₄ Rice Consortium) được thành lập tại IRRI, Philippines, với tham dự của 22 nhóm khoa học gia của 9 nước để nghiên cứu hiện tượng quang hợp của cây lúa và lúa mì bằng cách cấy nạp gen để cho năng suất cao 30-50% so với cây lúa C₃ với cùng số lượng phân và nước. Các nhà nghiên cứu phải làm 2 việc chính: (1) trước hết phải tìm ra các gen thích ứng để cấy vào cây lúa, hiện nay họ đã cấy được 6 trong 12 gen liên hệ vào cây lúa; (2) họ phải thay đổi kiến trúc lá lúa bằng cách cấy vào các tế bào đặc biệt để có thể phân tách khí CO₂ trong điều kiện yếm khí để làm cho quá trình quang hợp hữu hiệu hơn. Họ ước đoán công tác nghiên cứu này cần đến thời gian 15 năm mới có được cây lúa C₄ sẵn sàng cho nông dân trồng (5). 

-         Siêu lúa (Super rice):

Năng suất tiềm thế lúa trên thế giới đã ngưng đọng ở 11 t/ha từ gần 50 năm qua sau khi IRRI phóng thích giống lúa IR 8 năm 1966. Giống lúa này vẫn còn chiếm địa vị hàng đầu trong điều kiện nhiệt đới, bởi vì tổng sản lượng sinh khối (biomass) của cây lúa và chỉ số thu hoạch của các giống lúa hiện đại không thay đổi dù có nhiều công cuộc nghiên cứu quốc tế lớn. 

Viện nghiên cứu lúa quốc tế IRRI đã bắt đầu nghiên cứu phương diện sinh lý cây lúa để tạo ra loại lúa siêu đẳng từ 1985 và bắt đầu lai tạo giống lúa siêu đẳng từ 1989. Họ dùng chiến lược hai bậc: (1) trước hết lai tạo giống lúa Indica và Japonica nhiệt đới để có 12,5 t/ha và (2) sau đó dùng phương pháp lúa-ưu-thế-lai để tăng từ 12,5 t/ha lên 15 t/ha. Họ hy vọng có được giống lúa siêu đẳng hay “siêu lúa” này để nông dân trồng vào năm 2005, nhưng kết quả chưa như mong đợi. 

Để hoàn thành mục tiêu trên, siêu lúa cần hội đủ các tiêu chuẩn: Cây lúa có 3-4 chồi mỗi bụi lúa, 200-250 hạt trên mỗi gié, chiều cao 90-100 cm, thân cứng, lá dầy, xanh đậm và thẳng đứng, hệ thống rễ mạnh, chu kỳ sinh trưởng 100-130 ngày, kháng những sâu bệnh quan trọng và chất lượng cao (6). 

Hiện nay, Viện IRRI đã tạo được nhiều dòng lúa năng suất từ 11-12 t/ha, nhưng có ba vấn đề cần phải giải quyết: chất lượng kém, dễ bị sâu bệnh nhứt là rầy nâu và nhiều hạt lép. Vấn đề nhiều hạt lép là khó khăn nhứt do vấn đề sinh lý cây lúa tạo ra, bởi thời gian cung cấp chất tinh bột từ lúc trổ bông đến lúa chín (từ lúa ngậm sữa đến lúa chắc) quá ngắn chỉ có 25-35 ngày trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Cho nên, tốc độ vận tải tinh bột trong cây lúa vào giai đoạn đó đang được các chuyên gia lúa gạo chú ý đến. Quan niệm kỹ thuật về siêu lúa hiện đang được IRRI xét lại, chủ yếu về phương diện sinh lý học và cấu trúc hình dạng cây lúa. Tuy nhiên, Siêu lúa đã thành công ở các nước trồng lúa vùng ôn đới vì khí hậu các nơi này thuận lợi hơn và thời gian ngậm sữa kéo dài từ 45 đến 60 ngày do nhiệt độ thấp vào cuối vụ. Năng suất lúa tiềm năng có thể đến 15 t/ha và năng suất bình quân khoảng 9-10 t/ha, như ở California là 9,8 t/ha, Úc 8,4 t/ha, Ai Cập 8,5 t/ha và Đại Hàn 7,5 t/ha. Vì vậy, các chuyên gia lúa gạo thế giới đang nghiên cứu đưa năng suất tiềm thế của vùng ôn đới lên 16 - 17 t/ha (6).  

Siêu lúa cũng được nghiên cứu tại Trung Quốc và Nhựt Bổn. Tại Trung Quốc, đã phóng thích siêu lúa như Teging, Shanshua... với năng suất khoảng 10-12 t/ha. Nhựt Bổn đã tạo ra giống lúa Oochikara với hạt to gấp đôi hạt thường có năng suất đến 16,9 t/ha (6). Cho nên, Nhựt Bổn dùng loại gạo này để phục vụ ngành chăn nuôi. Siêu lúa cũng có thể mang đến vài vấn đề tiêu cực vì loại lúa này đòi hỏi lượng phân hóa học lớn, làm ảnh hưởng môi trường và xuất hiện nhiều sâu bệnh trong vùng nhiệt đới ẩm. Cho nên, thử thách lớn cho ngành khảo cứu lúa gạo là làm sao vừa tăng năng suất và chất lượng lúa gạo vừa sử dụng ít chất hóa học, ít nước và ít đất để thỏa mãn nhu cầu dân số tăng nhanh, bảo vệ môi trường và đáp ứng biến đổi khí hậu toàn cầu. Các chuyên gia mong đợi nhiều hơn với cây lúa C₄ cho vùng nhiệt đới. 

-         Siêu lúa lai:

Như đề cập trên, sau Cuộc Cách Mạng Xanh năng suất tiềm thế lúa không thay đổi; do đó, các nhà khảo cứu dùng đến kỹ thuật lúa lai để làm tăng năng suất từ 15 đến 20% nhờ ưu thế lai so với giống lúa truyền thống, nhưng đòi hỏi kỹ thuật cao để sản xuất hạt giống F1 (Hình 2). Chương trình lúa lai đã thành công tại Trung Quốc, giúp nước này giảm diện tích trồng lúa toàn quốc từ 36,7 triệu ha xuống 30 triệu ha trong thời gian từ 1975 đến 2010 (FAO, 2013), và họ vẫn sản xuất lúa gạo đủ nuôi 1,3 tỷ dân, cũng như đã chuyển đổi hàng triệu hecta đất trồng lúa qua các hoa màu khác có giá trị cao. 

Gần đây, Viện Nghiên cứu lúa lai quốc gia tại tỉnh Hồ Nam đã tìm ra giống siêu lúa lai Y Liangyou 900 có năng suất 14,8  t/ha gấp đôi năng suất lúa bình quân của Trung Quốc. Họ đang tiến tới mục tiêu 15 t/ha tại các địa điểm trình diễn 2015 và trồng đại trà 2020. Giống siêu lúa lai có 6,6% hạt nhiều hơn giống lúa lai chuẩn, hệ thống rễ mạnh, gié lúa to (nhánh cấp 2 nhiều), nhiều hạt lớn, đồng thời kháng sâu bệnh quan trọng và chịu đựng hạn hán. Trong 2009, Viện báo cáo tìm thấy những gen liên hệ đến quá trình chuyển hóa năng lượng trong giống lúa lai LYP 9 và cho rằng đó là những gen quan trọng của đặc tính ưu thế lai (7). 

Hình 2: Sản xuất hạt giống lúa lai (Internet)

-  Lúa nước sâu cải tiến:

Loại lúa nước sâu (hay lúa nổi) rất khó cải thiện để cho năng suất cao hơn 2t/ha vì mực nước cao (> 1m) và điều kiện canh tác khó kiểm soát tại những vùng trũng thấp (Hình 3). Những khi có mưa to và không thể thoát nước kịp, nếu cây lúa bị ngập úng quá 10 ngày sẽ bị chết. Năm 1996, nhà di truyền học Pamela Ronald tại UC. Davis, California và nhà lai tạo giống David Mackill & Abdelbagi Ismail ở IRRI, Philipines đã tìm thấy một giống lúa dại chịu đựng nước ngập lâu dài. Sau đó, họ đã xác định một nhóm 3 gen điều khiển khả năng chịu nước ngập trong 2 tuần lễ. David Mackill & Abdelbagi Ismail đã dùng phương pháp tạo giống chính xác để cấy nhóm gen trên vào giống lúa Bangladesh, nơi cây lúa thường bị ngập lụt mỗi năm. Năng suất của giống lúa mới tạo này cho năng suất gấp 6 lần giống địa phương ở cùng nơi và đang được trồng nhiều tại Ấn Độ và Indonesia sau khi cải tiến cho thích hợp điều kiện địa phương (7). Các giống lúa nước sâu cải tiến này cần thử nghiệm ở các vùng nước sâu của VN, như Tứ giác Long Xuyên, Đồng Tháp Mười và các nơi thường bị úng thủy ở Miền Bắc. 

Hình 3: Ruộng lúa bị ngập nước (Internet)

 -         Gạo vàng (Golden rice):

Gạo vàng là một khám phá lớn của ngành nghiên cứu lúa gạo thế giới vào đầu thế kỷ 21. Theo Tổ Chức Sức Khoẻ Thế Giới WHO và FAO, mỗi năm có độ 2,4 tỉ đàn bà bị bệnh thiếu dinh dưỡng về chất sắt và 400 triệu trẻ con bị mù vì thiếu sinh tố A, mà phân nửa số trẻ mù chết, và triệu chứng thiếu sinh tố còn làm nguy hại đến hệ thống miễn nhiễm của trẻ em dưới 5 tuổi (6). Bệnh này thường xảy ra trong các nước dùng lúa gạo làm thức ăn căn bản vì gạo không chứa nhiều sinh tố A. Do đó, một số nhà khoa học đã dùng công nghệ sinh học để tìm giải pháp cho vấn đề thiếu dinh dưỡng, nhứt là thiếu chất sắt và sinh tố A, nhằm làm giảm bớt bệnh tật của trẻ con và phụ nữ. 

Năm 2000, kết quả công nghệ sáng tạo Gạo Vàng, một loại gạo biến đổi di truyền màu vàng có chứa tiền sinh tố A (beta-carotene) được công bố, đã gây tiếng vang lớn trong ngành nghiên cứu dinh dưỡng quốc tế. Đó là một thành quả nổi bật trong chương trình nghiên cứu của đội ngũ khoa học gia Thụy Sĩ và Đức quốc, được tài trợ 100 triệu đô la bởi cơ quan Rockerfeller Foundation của Mỹ. Đội ngũ này được hướng dẫn bởi Giáo sư Ingo Potrykus, Viện Kỹ Thuật Liên Bang ở Thụy Sĩ, và Tiến Sĩ Peter Beyer, Đại học Freiburg ở Đức. Các nhà khoa học đã đưa tất cả 7 gen lạ vào giống lúa japonica TP 309. Tuy nhiên, lúa vàng này chứa rất ít tiền sinh tố A (β-carotene), chỉ 1,6 microgram/gram gạo. Do đó, Dr. Rachel Drake và đồng nghiệp của công ty Hạt Giống Syngenta cuối cùng tìm thấy gen phytoene synthase trong cây bắp có thể làm cho gạo vàng (gọi là Gạo Vàng 2) chứa đến 37 micrograms tiền sinh tố A/gram gạo (Hình 4). Cơ thể con người sẽ chuyển đổi beta-carotene thành sinh tố A (6). 

Hình 4: Gạo Vàng (Internet) 

Dù thế, sự thành công của Gạo Vàng 2 chỉ mới một nửa công việc phải làm, phân nửa còn lại là phải giải quyết vấn đề kỹ thuật cho giống lúa thích hợp giới tiêu thụ và môi trường địa phương, nhứt là vấn đề công luận và Nhóm Hòa bình xanh chống đối sản phẩm biến đổi di truyền GMO (genetically modified organism) trên thế giới. Gạo Vàng 2 là loại gạo của lúa Japonica, không thích hợp với khẩu vị tiêu thụ tại Đông Nam Á, Nam Á, Phi Châu và Châu Mỹ La Tinh. Do đó, việc thử nghiệm Gạo Vàng 2 của Viện IRRI tại nhiều nơi Phi Luật Tân không có kết quả tốt. Họ phải thực hiện hồi giao để chuyển gen Gạo Vàng 2 vào cây lúa địa phương thuộc loại Indica và theo dõi năng suất, kháng sâu bệnh và điều kiện khắc nghiệt môi trường trước khi phổ biến đến nông dân. Công tác hồi giao gen này và các cuộc thử nghiệm phải theo đúng tài liệu gọi là Nghị định thư Cartagena về an toàn sinh học, đã được 165 nước và Liên Âu phê chuẩn. Cho nên, sẽ tốn nhiều thời gian cho công việc thử nghiệm an toàn (8). 

Ngoài ra, công luận và Nhóm Hòa bình xanh chống đối sản phẩm GMO là một vấn đề tế nhị cần phải đối phó thích ứng và có giải pháp khôn ngoan sau khi tìm ra giống lúa Gạo Vàng 2 thích hợp. Năm 2008, Trung Quốc với sự hợp tác của Đại học Tufts University tại Boston, Massachusetts, Hoa Kỳ đã thành công tạo ra giống lúa Gạo Vàng 2 cho nước này, nhưng năm 2012 khi thông tin vừa xuất hiện trên báo chí Nhóm Hòa bình xanh đã mở chiến dịch phản đối vì cho rằng Gạo Vàng 2 là thực phẩm GMO có thể không an toàn cho người tiêu dùng và gây nguy hại đến môi trường. Dự án đã phải ngừng hoạt động cho đến nay. 

Do đó, thời gian phổ biến sâu rộng Gạo Vàng trong các nước đang phát triển chưa thể xác định. Có thể do từ nhu cầu của nông dân khi họ có cơ hội sản xuất và sử dụng Gạo Vàng có hiệu quả thực tế, lúc đó giống lúa này sẽ được nhơn rộng theo thời gian và cuối cùng được công nhận. 

-         Phân đạm sinh học và cây lúa (9):

Phân đạm (N) là một trong 3 chất dinh dưỡng chánh của thảo mộc để tạo chất protein trong quá trình dinh dưỡng cây. Hai chất dinh dưỡng chánh kia là chất lân (P₂O₅) và bồ tạt (K₂O) Những cây họ Đậu có thể định chất đạm từ không khí để nuôi cây, nên nhiều nhà nghiên cứu muốn tạo ra cây lúa cũng có khả năng định đạm như thế để giảm giá thành sản xuất; nhưng đến nay họ chưa đạt mục đích. Nhóm nghiên cứu Đại học Alberta, Canada trong khi nghiên cứu vấn đề thiếu nước do hạn hán và thiếu khí Oxy đã tình cờ tìm thấy cây sản xuất quá nhiều chất alanine aminotransferase (AlaAT), một thứ enzym xúc tác làm biến đổi amino acids và làm tăng khả năng hấp thụ chất đạm của cây trong đất. Họ cấy gen này vào cây mù tạt canola làm cho cây dùng chất đạm ít hơn 2/3 của giống truyền thống, nhưng sản xuất cùng năng suất (9). Sau đó, chương trình được nới rộng cho cấy lúa và những ngũ cốc khác, nhưng không thành công vì kết quả thử nghiệm ngoài đồng không đồng nhứt. 

Trong khi đó, năm 1988 nhà vi sinh học Johanna Döbereiner ở Brazil đã tìm thấy vi khuẩn Gluconacetobacter diazotrophicus trong cây mía có thể đinh đạm từ không khí mà không cần có các nốt nhỏ như nốt đậu. Nhờ đó, năm 2004 nhà sinh lý học Anh Quốc Tiến sĩ Edward Cocking đã dùng vi khuẩn thay vì gen để giúp cây định chất đạm mà không ảnh hưởng đến môi trường. Ông cấy vi khuẩn Gluconacetobacter diazotrophicus vào tế bào rễ cây bắp, lúa, lúa mì, cà chua, cây cải dầu, và hạt giống được bao bọc hoặc trộn rễ cây con với vi khuẩn. Kỹ thuật này đã được trao bản quyền cho công ty Azotic Technologies tại Chorley, Anh Quốc thử nghiệm ngoài đồng với lúa mì và cây cải dầu cho kết quả rất khích lệ trong 2013. Thử nghiệm này cho thấy cây sử dụng lượng phân đạm ít hơn từ 1/4 đến 1/2 mà năng suất không thay đổi. Tiến sĩ Cocking cho biết công nghệ “định đạm” này sẽ được thử nghiệm cho cây lúa ở Châu Á và Châu Phi trong tương lai gần (5). 

-         Lúa nhiễm độc thạch tín (arsenic):

Lúa nhiễm độc rất ít khi xảy ra đại trà trong ngành trồng lúa, chỉ phát hiện ở một số địa phương giới hạn, chẳng hạn nhiễm độc thạch tín ở Bangladesh, nhứt là trong nước giếng. Ngoài ra, còn có nhiễm độc thêm các chất cadmium, chì và thủy ngân; nhưng các chất này rất hiếm trong hạt gạo. Rủi ro nhiễm độc thạch tín chỉ xảy ra cho người ăn cơm nhiều lần mỗi ngày, làm ung thư bàng quang, phổi, da và tuyến tiền liệt cùng với đau tim. Theo Cơ quan Y tế Thế giới (WHO), hàm lượng an toàn chất thạch tín trong thức ăn tối đa 200 μg kg⁻¹ gạo trắng và 400 μg kg⁻¹ gạo lứt (9). Chất thạch tín thường được cây hấp thụ và tích tụ trong rễ, thân, lá và hạt lúa. Với hạt lúa, arsenic tích tụ nhiều nhứt ở lớp cuối cùng của hạt là võ trấu.

     Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tìm nhiều giải pháp để xử lý vấn đề nhiễm độc thạch tín của hạt lúa bằng giải pháp di truyền, vi sinh học, phương pháp canh tác và nấu cơm. Họ đã tìm thấy một số giống lúa ít hấp thụ chất thạch tín hơn nhiều giống lúa khác. Herbert Wertheim College of Medicine (Đại học quốc tế Florida) tại Miami, Florida đang xác định gen chi phối protein vận chuyển để ngăn cản vận tải chất thạch tín từ đất vào hạt lúa. Nhóm khoa học gia khác ở Hoa Kỳ đang tạo ra cây lúa biến dổi gen và vi sinh vật biến đổi gen trong đất để làm chất thạch tín đất biến thành khí thoát khỏi đất trồng lúa, hoặc tạo ra cây lúa biến đổi gen làm cho cây lúa tích tụ thạch tín trong rễ mà thôi. Nhà sinh hóa học Janine Sherrier tại University of Delaware, Newark đã tìm ra vi khuẩn UD1023 tạo ra một lớp sắt xung quanh rễ và làm cho cây chậm hấp thụ chất thạch tín. Cuối cùng, cách nấu cơm (do gạo, rửa cơm) cũng giúp giảm bớt nhiều chất độc thạch tín (9).

            Tóm lại, kỹ thuật lai tạo di truyền nông nghiệp đã giúp thế giới thoát khỏi nạn đói với cuộc Cách Mạng Xanh trong hậu bán thế kỷ 20, nhưng không thể giúp con người bắt kịp nhu cầu lương thực gia tăng vào giữa thế kỷ 21 với mức độ tăng dân số hiện nay. Do đó, các nhà khoa học phải lưu ý các công nghệ cấp cao để tìm giải pháp thích ứng vượt qua các thách thức, khó khăn sinh học và phi sinh học mà ngành trồng lúa đang đối diện để nâng cao năng suất tiềm thế và sản xuất lúa gạo nhiều hơn; đồng thời ứng phó kịp thời cho các bất cập do hậu quả biến đổi khí hậu hoàn cầu đang diễn ra. Những tiến bộ kỹ thuật gần đây trong lãnh vực công nghệ sinh học và công nghệ tin học, đặc biệt kỹ thuật cấy nạp gen, thiết lập bản đồ bộ gen 3.000 giống lúa, sáng tạo siêu lúa, cây lúa C4 và sản xuất đạm sinh học giúp cho con người tin tưởng Cuộc Cách Mạng Xanh 2 của ngành trồng lúa có thể xảy ra, nhưng phải chờ sớm nhứt khoảng 3 thập niên nữa hoặc hơn vào giữa thế kỷ 21 để giúp nhân loại tránh được nạn đói trong tương lai.

 

15-11-2014

Tài liệu tham khảo:  

1.      Lê Thị Hoàn và Trần Văn Đạt. 2010.Công nghệ sinh học xanh: Tiến bộ, thách thức và công luận. Trong Vài suy nghĩ về Phát triển nông nghiệp Việt Nam trong thế kỷ 21, NXB/NN, trang 399-436.

2.      GigaScience. Data Note: The 3,000 rice genomes project. The 3,000 rice genomes project GigaScience 2014, 3:7.

3.      Khoa học & Công nghệ. 2013. Giải mã thành công hệ gen của 36 giống lúa bản địa Việt Nam. Hànộimới online 28/8/13.

4.      Lê Huy Hàm. 2013. Công tác khoa học công nghệ, chuyển giao tiến bộ kỹ thuật và hợp tác quốc tế của Viện Di Truyền Nông Nghiệp (Giai đoạn 2011-2013). Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ nhất tại Viện Khoa học Nông nghiệp VN.

5.      5.    Leigh Dayton. 2014. Agribiotechnology: Blue-sky rice.  Nature : 7.      514, (30 October 2014)

6.      Trần Văn Đạt. 2010. Công nghệ sinh học trong ngành trồng lúa. Lịch sử trồng lúa Việt Nam. NXB 5-Star Printing, Hoa Kỳ, trang 313-322.

7.              Felix Cheung. 2014. Yield: The search for the rice of the future. Nature 514 (30-10-2014)

8.              Michael Eisenstein. 2014. Biotechnology: Against the grain. Nature 514 (30-10-2014)

9.      9.      Emily Sohn. 2014. Contamination: The toxic side of rice. Nature: Nature 514 (30-10-2014)