II. CÁC CÔNG NGHỆ CAO ĐỊNH HÌNH NGÀNH NÔNG NGHIỆP
2.4.1. Công nghệ cố định ni-tơ cho thực vật không thuộc họ đậu
Chuyển gen. Vì nitơ trong đất được coi là không đủ cho sự tăng trưởng của
cây, nên phân bón hóa học được sử dụng cho hầu hết các loại cây trồng. Vi khuẩn có khả năng chuyển đổi nitơ trong khí quyển sang dạng có thể được thực vật sử dụng để cố định ni-tơ. Trong các loại cây họ đậu tồn tại một mối quan hệ cộng sinh giữa các vi khuẩn Rhizobia cố định đạm và nấm rễ tương tác với rễ thực vật để cung cấp nitơ cho thực vật. Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học đã nghiên cứu các cách thức chuyển hóa khả năng cố định đạm của thực vật họ đậu sang các loài cây trồng khác như ngũ cốc, tuy nhiên họ vẫn chưa đạt được thành công. Năm 2008, các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu phát triển và Đại học Munich đã tìm ra các yếu tố di truyền trong cây họ đậu có khả năng cố định đạm. Đây có thể là bước đầu tiên trong quá trình phát triển công nghệ chuyển gen để thiết lập khả năng cố định đạm cho các cây trồng thuộc loại ngũ cốc như gạo, ngô và lúa mì. Tuy nhiên, đó mới chỉ là bước đầu tiên bởi cần chuyển tối thiểu 10 gen sang loài thực vật không thuộc họ đậu để làm cho chúng cóvới khả năng cố định nitơ.
Hỗ trợ tiến hóa. Sự phát triển khả năng cố định nitơ trong các loài không
thuộc họ đậu bằng hỗ trợ tiến hóa là một hướng nghiên cứu nhằm phát triển khả năng cố định đạm cho loài cây phi họ đậu. Phương pháp này đòi hỏi phải thực hiện cải thiện di truyền từng bước của cả vi khuẩn cố định đạm và cây chủ với mục đích cuối cùng nhằm tìm ra mối liên kết cố định nitơ hiệu quả. Nghiên cứu này đòi hỏi phải xác định hàng chục gen tham gia vào mối tương tác phức tạp giữa các vi khuẩn và cây chủ. Các nhà khoa học đã thực hiện nghiên cứu trên các loại cây trồng ngũ cốc chính và các loại vi khuẩn Rhizobia, Frankia, và vi khuẩn lam bằng cách đưa các vi khuẩn vào rễ cây hoặc toàn bộ cây. Cho đến thời điểm này, họ cũng đã thu được một số kết quả ban đầu trong việc kiểm soát di truyền khả năng của vi khuẩn cố định đạm khu trú bên trong cây trồng.
Nếu phương pháp chuyển gen hoặc hỗ trợ tiến hóa thành công trong việc chuyển đổi khả năng cố định đạm cho các loại cây trồng ngũ cốc chính, thì bước đột phá này sẽ có ý nghĩa đặc biệt trong công nghệ nông nghiệp. Tuy nhiên, công
29
nghệ chuyển gen này phải đối mặt với một số rào cản kỹ thuật không dễ vượt qua như: thứ nhất, sự liên kết của các gen cố định đạm mong muốn với các gen cung cấp sự kháng bệnh và sâu hại có khả năng can thiệp vào sức đề kháng của cây đối với sâu bệnh; thứ hai, việc đưa vào các chuỗi plasmid vi khuẩn cùng với các gen cố định đạm mong muốn có thể gây hại cho cây; và thứ ba, gen có thể truyền từ cây được chuyển sang cây không chuyển gen hoặc các loài thực vật hoang dã. Do vẫn còn tồn tại những khó khăn mà thách thức kỹ thuật mang lại cũng như những hạn chế trong nỗ lực nghiên cứu, việc cố định đạm có thể không được thực hiện đối với các loài cây ngũ cốc cho đến năm 2040.