Nghiên cứu mới cho thấy hạn hán ảnh hưởng đến năng suất ngô như thế nào
Một bắp ngô được tách vỏ sớm để lộ những râu ngô khi trổ hoa sớm. Hoa ngô độc đáo với mỗi hạt tạo ra từ một sợi râu ngô dài được thụ phấn. Nguồn: Tiến sỹ Raju Bheemanahalli.
Ngô là một loại cây trồng cổ điển của Mỹ. Được trồng lần đầu tiên ở Bắc Mỹ hàng ngàn năm trước, giờ đây nó phủ kín đất nông nghiệp của Mỹ từ bờ biển này sang bờ biển khác. Hoa Kỳ trồng nhiều ngô hơn bất kỳ quốc gia nào khác. Và ngô được sử dụng cho mọi thứ, từ khoai tây chiên đến thức ăn cho bò, đến nhiên liệu sinh học.
Nhưng giống như hầu hết các loại cây trồng, ngô đang phải đối mặt với nguy cơ mới – biến đổi khí hậu. Biến đổi khí hậu không chỉ làm cho thế giới ấm hơn. Nó cũng làm thay đổi thời điểm mưa và lượng mưa. Điều này khiến nhiều nông dân trồng ngô có nguy cơ phải đối mặt với hạn hán trong một giai đoạn của mùa vụ trồng trọt.
Thật không may, không phải tất cả hạn hán đều được tạo ra đều nhau. Nếu hạn xuất hiện sai thời điểm, toàn bộ cánh đồng có thể bị thiệt hại.
“Hạn hán nghiêm trọng trong giai đoạn ngô sinh trưởng sinh thực có thể làm cho mất mùa hoàn toàn. Vì vậy, hiểu được phản ứng của ngô đối với hạn hán và quản lý phù hợp là rất quan trọng để trồng ngô thành công”, Ranadheer Vennam, sinh viên tốt nghiệp khoa Khoa học Đất và Thực vật tại Đại học Bang Mississippi cho biết.
Kích thước lõi ngô giảm khi tăng hạn hán, dấu hiệu nghiêm trọng làm cho năng suất thấp hơn. Nguồn: Tiến sỹ Raju Bheemanahalli.
Vennam nghiên cứu cách thức ngô phản ứng với hạn. Trong nghiên cứu mới nhất của mình, Vennam và nhóm phòng thí nghiệm của ông đã xem xét mức độ nhạy cảm của ngô ra hoa đối với hạn và ảnh hưởng của nó đối với người nông dân.
Vennam đã trình bày công trình của mình tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Nông nghiệp Hoa Kỳ năm 2022, được tổ chức tại Baltimore, Maryland.
Sự ra hoa của ngô khá phức tạp. Mỗi noãn riêng lẻ tạo ra một sợi râu ngô rất dài, sợi râu ngô này phải thu giữ phấn hoa từ các bông cờ ở phía trên cây để tạo ra hạt. Điều này đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng. Tiến sỹ Raju Bheemanahalli (người giám sát của Vennam) cho biết: “Việc sinh sản thành công ở ngô phụ thuộc vào thời điểm. Chỉ mất chưa đầy hai tuần để ngô thụ phấn, vốn cực kỳ nhạy cảm với các tác nhân gây căng thẳng, bao gồm hạn hán”.
Khi gặp hạn hán nghiêm trọng, sinh khối râu ngô ít hơn nhiều so với các trái ngô khỏe mạnh. Việc phun râu phải đúng thời điểm. Hạn hán đến vào thời điểm quan trọng này, có thể ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất. Nguồn: Tiến sỹ Raju Bheemanahalli.
Để xác định tác động của hạn hán đối với quá trình này, nhóm của Vennam đã cho cây ngô tiếp xúc với hạn các mức độ khác nhau trong quá trình ra hoa. Họ đã tiến hành thử nghiệm tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Thực vật R. R. Foil, Đại học Bang Mississippi. Trong thời gian ra hoa hai tuần, các nhà nghiên cứu đã giảm lượng nước mà mỗi cây nhận được. Trong thử nghiệm khắc nghiệt nhất, cây chỉ nhận được 20% lượng nước cần thiết.
Để theo dõi hạn ảnh hưởng đến cây ngô như thế nào, các nhà nghiên cứu đã đo lượng râu ngô phát triển mỗi ngày. Họ cũng đo năng suất cuối cùng và các tính trạng chất lượng quan trọng của hạt, chẳng hạn như lượng tinh bột và protein của chúng. Nghiên cứu của Vennam cũng theo dõi các khía cạnh quan trọng với sự phát triển của cây, chẳng hạn như hàm lượng diệp lục tố trong lá.
Khi bị hạn hán nghiêm trọng, các trái ngô tạo ra sinh khối râu ngô ít hơn nhiều so với các trái ngô khỏe mạnh. Số lượng râu ngô cũng thấp hơn khoảng một phần ba. Không có đủ râu ngô khỏe, bắp ngô không thể cho nhiều hạt. Vennam thấy rằng năng suất giảm 90% trong nghiệm thức hạn hán nghiêm trọng. Sự sụt giảm năng suất này là do sự sụt giảm nghiêm trọng cả về số lượng hạt và trọng lượng của mỗi hạt.
Như một phần của nghiên cứu trong thời gian ra hoa kéo dài hai tuần, các nhà nghiên cứu đã giảm lượng nước mà mỗi cây nhận được. Trong điều kiện hạn nặng (hình bên phải), chất lượng lõi ngô kém. Cả số lượng và trọng lượng của hạt đều giảm đáng kể. Nguồn: Ranadheer Vennam.
Để so sánh, các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm căng thẳng dài một tháng sau khi kết thúc ra hoa. Mặc dù đợt hạn hán này kéo dài hơn gấp đôi vào giai đoạn hạn này, nhưng năng suất không bị ảnh hưởng nhiều. Bheemanahalli cho biết: “Điều này minh họa mức độ nhạy cảm của giai đoạn phát triển sinh thực đối với hạn hán và thời điểm xảy ra hạn hán cũng như cách hạn ảnh hưởng đến sản lượng ngô”.
Với thông tin thu được từ nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu hiện đang cố gắng làm cho cây ngô có khả năng chịu hạn tốt hơn. Bước tiếp theo là tìm ra gen di truyền của ngô có khả năng kiểm soát hạn tốt hơn một cách tự nhiên trong quá trình ra hoa. Nếu họ có thể thành công trong việc tìm ra những cây ngô chống chịu này hơn, các nhà di truyền có thể lai tạo những tính trạng này vào các giống ngô mà người nông dân muốn trồng. Kết quả có thể là các giống/giống ngô lai tốt hơn có thể thích nghi với khí hậu thay đổi.
Một bắp ngô được tách vỏ sớm để lộ những râu ngô khi trổ hoa sớm. Hoa ngô độc đáo với mỗi hạt tạo ra từ một sợi râu ngô dài được thụ phấn. Nguồn: Tiến sỹ Raju Bheemanahalli.
Ngô là một loại cây trồng cổ điển của Mỹ. Được trồng lần đầu tiên ở Bắc Mỹ hàng ngàn năm trước, giờ đây nó phủ kín đất nông nghiệp của Mỹ từ bờ biển này sang bờ biển khác. Hoa Kỳ trồng nhiều ngô hơn bất kỳ quốc gia nào khác. Và ngô được sử dụng cho mọi thứ, từ khoai tây chiên đến thức ăn cho bò, đến nhiên liệu sinh học.
Nhưng giống như hầu hết các loại cây trồng, ngô đang phải đối mặt với nguy cơ mới – biến đổi khí hậu. Biến đổi khí hậu không chỉ làm cho thế giới ấm hơn. Nó cũng làm thay đổi thời điểm mưa và lượng mưa. Điều này khiến nhiều nông dân trồng ngô có nguy cơ phải đối mặt với hạn hán trong một giai đoạn của mùa vụ trồng trọt.
Thật không may, không phải tất cả hạn hán đều được tạo ra đều nhau. Nếu hạn xuất hiện sai thời điểm, toàn bộ cánh đồng có thể bị thiệt hại.
“Hạn hán nghiêm trọng trong giai đoạn ngô sinh trưởng sinh thực có thể làm cho mất mùa hoàn toàn. Vì vậy, hiểu được phản ứng của ngô đối với hạn hán và quản lý phù hợp là rất quan trọng để trồng ngô thành công”, Ranadheer Vennam, sinh viên tốt nghiệp khoa Khoa học Đất và Thực vật tại Đại học Bang Mississippi cho biết
Vennam nghiên cứu cách thức ngô phản ứng với hạn. Trong nghiên cứu mới nhất của mình, Vennam và nhóm phòng thí nghiệm của ông đã xem xét mức độ nhạy cảm của ngô ra hoa đối với hạn và ảnh hưởng của nó đối với người nông dân.
Vennam đã trình bày công trình của mình tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Nông nghiệp Hoa Kỳ năm 2022, được tổ chức tại Baltimore, Maryland.
Sự ra hoa của ngô khá phức tạp. Mỗi noãn riêng lẻ tạo ra một sợi râu ngô rất dài, sợi râu ngô này phải thu giữ phấn hoa từ các bông cờ ở phía trên cây để tạo ra hạt. Điều này đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng. Tiến sỹ Raju Bheemanahalli (người giám sát của Vennam) cho biết: “Việc sinh sản thành công ở ngô phụ thuộc vào thời điểm. Chỉ mất chưa đầy hai tuần để ngô thụ phấn, vốn cực kỳ nhạy cảm với các tác nhân gây căng thẳng, bao gồm hạn hán”.
Để xác định tác động của hạn hán đối với quá trình này, nhóm của Vennam đã cho cây ngô tiếp xúc với hạn các mức độ khác nhau trong quá trình ra hoa. Họ đã tiến hành thử nghiệm tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Thực vật R. R. Foil, Đại học Bang Mississippi. Trong thời gian ra hoa hai tuần, các nhà nghiên cứu đã giảm lượng nước mà mỗi cây nhận được. Trong thử nghiệm khắc nghiệt nhất, cây chỉ nhận được 20% lượng nước cần thiết.
Để theo dõi hạn ảnh hưởng đến cây ngô như thế nào, các nhà nghiên cứu đã đo lượng râu ngô phát triển mỗi ngày. Họ cũng đo năng suất cuối cùng và các tính trạng chất lượng quan trọng của hạt, chẳng hạn như lượng tinh bột và protein của chúng. Nghiên cứu của Vennam cũng theo dõi các khía cạnh quan trọng với sự phát triển của cây, chẳng hạn như hàm lượng diệp lục tố trong lá.
Khi bị hạn hán nghiêm trọng, các trái ngô tạo ra sinh khối râu ngô ít hơn nhiều so với các trái ngô khỏe mạnh. Số lượng râu ngô cũng thấp hơn khoảng một phần ba. Không có đủ râu ngô khỏe, bắp ngô không thể cho nhiều hạt. Vennam thấy rằng năng suất giảm 90% trong nghiệm thức hạn hán nghiêm trọng. Sự sụt giảm năng suất này là do sự sụt giảm nghiêm trọng cả về số lượng hạt và trọng lượng của mỗi hạt.
Như một phần của nghiên cứu trong thời gian ra hoa kéo dài hai tuần, các nhà nghiên cứu đã giảm lượng nước mà mỗi cây nhận được. Trong điều kiện hạn nặng (hình bên phải), chất lượng lõi ngô kém. Cả số lượng và trọng lượng của hạt đều giảm đáng kể. Nguồn: Ranadheer Vennam.
Để so sánh, các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm căng thẳng dài một tháng sau khi kết thúc ra hoa. Mặc dù đợt hạn hán này kéo dài hơn gấp đôi vào giai đoạn hạn này, nhưng năng suất không bị ảnh hưởng nhiều. Bheemanahalli cho biết: “Điều này minh họa mức độ nhạy cảm của giai đoạn phát triển sinh thực đối với hạn hán và thời điểm xảy ra hạn hán cũng như cách hạn ảnh hưởng đến sản lượng ngô”.
Với thông tin thu được từ nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu hiện đang cố gắng làm cho cây ngô có khả năng chịu hạn tốt hơn. Bước tiếp theo là tìm ra gen di truyền của ngô có khả năng kiểm soát hạn tốt hơn một cách tự nhiên trong quá trình ra hoa. Nếu họ có thể thành công trong việc tìm ra những cây ngô chống chịu này hơn, các nhà di truyền có thể lai tạo những tính trạng này vào các giống ngô mà người nông dân muốn trồng. Kết quả có thể là các giống/giống ngô lai tốt hơn có thể thích nghi với khí hậu thay đổi.
