Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu khiến tình trạng thiếu nước ngọt và xâm nhập mặn ngày càng tác động tiêu cực đến sản xuất nông nghiệp. Đất chứa quá nhiều muối hòa tan khiến cho cây trồng bị giảm khả năng hút nước, chỉ những loại cây thích nghi đặc biệt, có khả năng chịu mặn, mới có thể phát triển tốt trên loại đất này. Do đó, để đảm bảo vấn đề an ninh lương thực, việc nghiên cứu và phát triển các giống cây trồng thích nghi tốt trên đất nhiễm mặn đang được đặt ra cho các nhà khoa học.
Độ mặn của đất là một trong những yếu tố nghiêm trọng làm giảm thiểu năng suất cây trồng trong nông nghiệp. Đất bị ảnh hưởng bởi muối bao gồm: đất nhiễm nước muối, đất có nhiều natri, đất nhiễm muối-natri và nhiều dạng khác phụ thuộc vào loại muối. Cả đất nhiễm nước muối và natri đều ảnh hưởng xấu đến sự nảy mầm, sức sống của thực vật và năng suất cây trồng.
Đất bị nhiễm mặn tác động đến sự sinh trưởng của cây trồng (Nguồn: Global Map of Salt-affected Soils)
Theo dữ liệu Bản đồ toàn cầu về đất bị ảnh hưởng bởi muối (Global Map of Salt-affected Soils - GSAS) từ 118 quốc gia, có hơn 424 triệu ha lớp đất mặt (0-30 cm) và 833 triệu ha lớp đất dưới (30-100 cm) bị nhiễm mặn. Trong đó, 85% lớp đất mặt bị nhiễm mặn do muối, 10% do natri và 5% là nhiễm muối-natri; 62% tầng đất dưới bị nhiễm mặn do muối, 24% là natri và 14% là nhiễm muối-natri. Các loại đất có nồng độ muối cao tự nhiên chiếm ưu thế ở các khu vực ven biển và các khu vực khô/bán khô hạn với khả năng thoát nước hạn chế. Các loại đất không phải là đất bị nhiễm mặn tự nhiên cũng có thể bị tích tụ muối cao do việc quản lý không bền vững như: sử dụng nước tưới kém chất lượng, phương pháp tưới không phù hợp, thoát nước kém, loại bỏ thảm thực vật rễ sâu dẫn đến mực nước ngầm dâng cao, sự thay đổi đất nông nghiệp và phân bón, cũng như việc bơm nước ở các khu vực đồng bằng ven biển. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu cũng góp phần làm trầm trọng thêm sự tích tụ muối trong đất do việc gia tăng các vùng đất khô hạn, cũng như nước biển dâng cao gây xâm nhập mặn ở các vùng ven biển. Lúc này, muối dần tích tụ trong đất và tiến triển thành nguy cơ nghiêm trọng, nếu không được quản lý thích hợp.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích tụ muối trong đất (Nguồn: Global Map of Salt-affected Soils)
Quá trình biến đổi khí hậu vẫn đang tiếp tục diễn ra, diện tích đất bị nhiễm mặn sẽ tiếp tục mở rộng đáng kể trong những thập kỷ tới, đòi hỏi con người phải điều chỉnh chiến lược canh tác và sản xuất nông nghiệp để duy trì năng suất, đặc biệt là phát triển các giống cây trồng có khả năng sống trên đất mặn và tiến đến nghiên cứu sử dụng nước biển để tưới cho cây trồng, nhằm đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu.
Xu hướng phát triển các giống cây trồng chịu mặn
Trong quá trình tiến hóa, nhiều loài thực vật đã tự biến đổi để chống chọi và tồn tại trong môi trường nhiễm mặn khắc nghiệt. Do độ mặn có nhiều tác động khác nhau lên cây trồng, nên cũng có nhiều cơ chế để cây trồng chống chịu. Các cơ chế này có thể phân thành 3 loại chính:
- Khả năng chịu thẩm thấu: được điều chỉnh bởi các tín hiệu khoảng cách xa làm giảm sự phát triển của chồi và được kích hoạt trước khi tích lũy ion Na+ trong chồi;
- Khả năng loại trừ ion: quá trình vận chuyển ion Na+ và ion Cl− trong rễ làm giảm sự tích tụ nồng độ độc hại của ion Na+ và ion Cl− trong lá;
- Khả năng chịu đựng của mô: nơi nồng độ muối cao được tìm thấy trong lá nhưng được ngăn cách ở cấp độ tế bào và nội bào (đặc biệt là ở không bào).
Ba cơ chế chính chống chịu mặn ở cây trồng (Nguồn: Biên dịch từ nghiên cứu “Salt resistant crop plants” (Roy S.J. et al., 2014))
Ba xu hướng chính nhằm đối phó với vấn đề đất nhiễm mặn trong nông nghiệp là: (1) Phát triển các loại cây mới từ thực vật hoang dã chịu mặn; (2) Thay thế cây trồng trên đất mặn hiện tại bằng cây trồng chịu mặn tốt hơn và (3) Sử dụng phương pháp chỉnh sửa gene nhằm tăng khả năng chịu mặn của cây trồng (nghiên cứu tìm hiểu các cơ chế chịu mặn và xác định các gene chịu mặn quan trọng có thể sử dụng để cải thiện các loại cây trồng lâu dài và bền vững). Dù việc chuyển các tính trạng mong muốn vào cây trồng vẫn còn nhiều thách thức, nhưng công nghệ sinh học trong nông nghiệp ngày càng tiến bộ đã dần giúp giải quyết vấn đề và cho các kết quả tích cực. Sinh học phân tử và di truyền học có thể cung cấp các công cụ để xác định và phân lập gene, cũng như đẩy nhanh quá trình tạo ra các giống cây trồng có khả năng chịu mặn ngày càng cao, qua các phương pháp xâm lấn thông thường hoặc qua các kỹ thuật di truyền tiên tiến. Nhiều phương pháp và cách tiếp cận đã được các nhà nghiên cứu trên thế giới thực hiện như: phương pháp sàng lọc kiểu hình thông lượng cao, kỹ thuật di truyền, di truyền phân tử, các ngành khoa học “omics” (genomics – nghiên cứu về hệ gene, transcriptomics – nghiên cứu về phiên mã gene, proteomics – nghiên cứu về protein, microbiomics – vi sinh vật học, …).
Một số nghiên cứu phát triển giống cây trồng chịu mặn tại Việt Nam
Là quốc gia có chiều dài đường bờ biển đến 3.260km, Việt Nam hàng năm đều chịu tác động của tình trạng thiếu nước ngọt và xâm nhập mặn trong mùa khô, làm tăng nguy cơ xảy ra thiếu nước cho cây lúa và các vùng chuyên canh cây ăn trái. Bên cạnh việc tăng cường công tác thủy lợi để ngăn hạn mặn, việc phát triển khả năng chịu mặn trên các giống cây lương thực như lúa hay các loại rau xanh cũng trở nên cấp thiết nhằm thích ứng lâu dài với biến đổi khí hậu.
Công nghệ giải trình tự gene thế hệ mới xác định gene tiềm năng chịu mặn trên lúa
Với mong muốn nâng cao khả năng chịu mặn trên cây lúa Việt Nam, các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu hệ gen (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Xác định và đánh giá các microRNA có tiềm năng nâng cao khả năng chống chịu mặn trên lúa (Oryza sativa L.) bằng phương pháp giải trình tự thế hệ mới”. Nghiên cứu được thử nghiệm trên cây lúa chuẩn kháng mặn Đốc Phụng và cây lúa chuẩn nhiễm mặn IR28, sử dụng công nghệ giải trình tự gene thế hệ mới nhằm đưa ra đánh giá toàn diện về mức độ biểu hiện của miRNA trên hai loại lúa dưới tác động của muối.
Cây lúa chuẩn kháng mặn Đốc Phụng (ĐP) và cây lúa chuẩn nhiễm mặn IR28 (Nguồn: Kết quả nghiên cứu)
Các nhà khoa học đã đánh giá khả năng chịu mặn của hai giống lúa ở giai đoạn mạ trong điều kiện nhiễm mặn 150 mM NaCl trong 05 ngày liên tiếp, sau đó tiến hành giải trình tự miRNA từ thân và rễ của hai giống lúa, thu được 08 bộ dữ liệu (bao gồm ĐP-ĐC-T, ĐP-ĐC-R, ĐP-NaCl-T, ĐP-NaCl-R, IR28-ĐC-T, IR28-ĐC-R, IR28-NaCl-T và IR28-NaCl-R) có chất lượng tốt. Sau quá trình sàng lọc và phân tích tin sinh, 04 miRNA tiềm năng đã được xác định tham gia vào quá trình chịu mặn trên cây lúa Đốc Phụng (bao gồm miR164d, miR168a, miR171h và miR398a). Kết quả đánh giá bằng phương pháp RT-qPCR cũng cho biết bộ dữ liệu giải trình tự miRNA thu được là chuẩn xác và có độ tin cậy cao.
MicroRNA, với khả năng kiểm soát mức độ biểu hiện gene trong cây ở giai đoạn sau phiên mã, đang mở ra tiềm năng nghiên cứu cơ chế chống chịu mặn, làm cơ sở cho việc nâng cao khả năng chịu mặn trên cây lúa Việt Nam. Với thành công từ nghiên cứu trên, các nhà khoa học mong muốn tiếp tục nghiên cứu, đánh giá chuyên sâu về mức độ biểu hiện và chức năng các miRNA bằng các phương pháp in vitro để hoàn thiện kết quả và sớm thúc đẩy nghiên cứu và phát triển các giống lúa chịu mặn mới tại Việt Nam.
Phát triển nguồn rau chịu mặn phù hợp đặc điểm sinh thái Huyện Cần Giờ
Theo các kịch bản biến đổi khí hậu - nước biển dâng, Huyện Cần Giờ sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi tình trạng xâm nhập mặn. Với thực trạng thiếu nguồn cung cấp rau xanh ngay tại địa phương, cũng như mong muốn phát triển và đưa vào canh tác các loại cây có khả năng làm rau từ rừng ngập mặn Cần Giờ, đề tài khoa học “Nghiên cứu chọn và trồng thử nghiệm một số loại rau có khả năng chịu mặn tại Cần Giờ, TP. Hồ Chí Minh” đã được Chi nhánh phía Nam (Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga) tiến hành thực hiện.
Dựa trên các tiêu chí (tỷ lệ thu hái của người dân; khả năng dễ bắt gặp, thích nghi với đất, nước nhiễm mặn; dễ trồng; dễ nhân giống,…), cùng với việc phân tích hàm lượng dinh dưỡng và khả năng sinh trưởng, nhóm nghiên cứu đã đề xuất chọn ba loại rau (rau Lìm kìm, rau Diễn và rau Bui) để xác định khả năng chịu mặn, kỹ thuật trồng, nuôi dưỡng và thu hoạch, thử nghiệm trồng trên đất nhiễm mặn tại xã Long Hòa (huyện Cần Giờ).
Rau Diễn và rau Bui trồng thực nghiệm tại huyện Cần Giờ (Nguồn: Kết quả nghiên cứu)
Kết quả thực nghiệm cho thấy, cả ba loại rau sống được ở môi trường đất có hàm lượng muối hòa tan dưới 7‰. Thời gian thu hoạch rau vào khoảng hai tháng sau khi trồng. Sản lượng của ba loại rau này biến động rất nhỏ, kết quả thu hoạch quy mô 1.000m2 từ rau Bui, rau Diễn và rau Lìm kìm tương ứng đạt 300, 550 và 299 (kg/1.000 m2). Nghiên cứu này đã được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu vào tháng 12/2023. Bên cạnh các kết quả thực nghiệm đạt được, nhóm nghiên cứu cũng đã biên soạn sổ tay “Hướng dẫn kỹ thuật trồng rau chịu mặn” rất chi tiết, từ phương pháp tạo cây con, cách thức chuẩn bị vườn rau đến phương pháp trồng, chăm sóc, phòng trừ sâu bệnh, thu hoạch ba loại rau chịu mặn.
Việc tìm kiếm và đưa vào canh tác ba loại rau chịu mặn từ rừng ngập mặn Cần Giờ trước mắt sẽ giúp địa phương giải quyết bài toán cấp thiết về rau xanh, xa hơn nữa là giải pháp thích ứng với ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Hơn thế, việc phát triển rau chịu mặn có thể tạo nên sản phẩm OCOP độc đáo của Cần Giờ, tạo việc làm cho người dân địa phương và có nguồn rau đặc sản phục vụ phát triển du lịch sinh thái. Ngoài ra, nguồn giống rau chịu mặn ở Cần Giờ cũng có thể được chọn để tăng cường nghiên cứu, phát triển nhằm canh tác được trên các vùng đất nhiễm mặn khác, đặc biệt tại các khu vực hải đảo.
***
Theo nhận định của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia, mùa khô năm 2023-2024, xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long ở mức cao hơn trung bình nhiều năm và có xu thế tăng theo kỳ triều cường do tác động của biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của hiện tượng El Nino. Do đó, việc nghiên cứu, phát triển các giống cây trồng có thể chịu được áp lực môi trường sẽ rất có lợi cho người nông dân. Ngoài phát triển các giống cây chịu mặn, công nghệ chỉnh sửa gene giống cây trồng nhằm tăng khả năng chịu mặn đang là một xu hướng được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Những tín hiệu tích cực từ các kết quả nghiên cứu kể trên sẽ là tiền đề giúp ngành nông nghiệp Việt Nam phát triển bền vững trước tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu.
Duy Sang
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Chu Thị Ngân. Xác định gen tiềm năng chống chịu mặn trên cây lúa bằng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới. Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam: https://vast.gov.vn/web/guest/tin-chi-tiet/-/chi-tiet/xac-%C4%91inh-gen-tiem-nang-chong-chiu-man-tren-cay-lua-bang-cong-nghe-giai-trinh-tu-gen-the-he-moi-119823-463.html
[2] Food and Agriculture Organization of the United Nations. Global Map of Salt-affected Soils.
[3] Melino V. and Tester M. Salt-Tolerant Crops: Time to Deliver. Annual Review of Plant Biology, 671-696.
[4] Roy S.J., Negrão S, Tester M. Salt resistant crop plants. Current Opinion in Biotechnology, 115-124.
[5] Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM. Phát triển nguồn rau chịu mặn Cần Giờ phục vụ phát triển nông nghiệp đô thị và du lịch sinh thái. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/phat-trien-nguon-rau-chiu-man-can-gio-phuc-vu-phat-trien-nong-nghiep-do-thi-va-du-lich-sinh-thai/
[6] Trang Trần. Xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long đang có xu thế tăng theo kỳ triều cường. Tạp chí Kinh tế và Dự báo: https://kinhtevadubao.vn/xam-nhap-man-o-dong-bang-song-cuu-long-dang-co-xu-the-tang-theo-ky-trieu-cuong-28028.html