Lớp phủ bảo vệ dạng xịt cho cây trồng mang lại một công cụ mới cho an ninh lương thực toàn cầu
- Thứ hai - 12/01/2026 14:55
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Do điều kiện khí hậu công nghiệp hỗn loạn, bất bình đẳng kinh tế, chiến tranh và di cư, hiện đang có một cuộc khủng hoảng lương thực toàn cầu ở 68 quốc gia, với 318 triệu người đối mặt với nạn đói trầm trọng. Nạn đói đồng thời đang xảy ra ở 2 quốc gia Palestine và Sudan mà Liên Hợp Quốc gọi là “một thảm họa đầu tiên trong thế kỷ này” đang đe dọa hàng triệu sinh mạng.
Mặc dù rõ ràng là các cuộc khủng hoảng do người ra quyết định kinh tế và chính trị gây ra dễ giải quyết nhất bằng cách hủy bỏ quyết định nhưng cho đến khi họ rút lại quyết định vì lòng trắc ẩn thì phần còn lại của nhân loại sẽ cần phải nỗ lực tìm các giải pháp khác chống lại nạn đói. Và may mắn thay, các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Jacobs thuộc Đại học California, San Diego đã làm được điều đó. Trong bài báo nghiên cứu “Lớp phủ phun Polynorbornene để tăng cường sức khỏe cây trồng” trên tạp chí ACS Materials Letters, tác giả dẫn đầu Patrick Opdensteinen và các đồng nghiệp tiết lộ rằng công cụ mới của họ cho an ninh lương thực toàn cầu là một loại polyme đóng vai trò như một lớp xịt phủ giúp cây trồng chống lại vi khuẩn gây hại đồng thời sống sót qua hạn hán.
Cũng giống như con người, cây trồng cũng phải đối mặt với bệnh tật và tử vong do nhiều loại vi khuẩn. Nhưng khi cây trồng đó là cây lương thực mà con người cần để sinh tồn, mối đe dọa từ vi khuẩn đó đồng nghĩa với sự hỗn loạn đối với an ninh toàn cầu và cuộc sống của từng cá nhân.
Các bệnh do vi khuẩn gây ra ở cây trồng bao gồm bệnh đốm (một bệnh nhiễm trùng sống sót qua mùa đông tấn công cà chua), bệnh loét thân (gây hại cho cây ăn quả bao gồm cả táo và đào), và bệnh bạc lá (làm thối rữa dưa, dưa chuột, bí ngô, bí, ớt, cà chua, cà tím, đậu và nhiều loại khác). Tệ hơn nữa, sự hỗn loạn khí hậu cho phép các vi khuẩn này xâm chiếm các vùng lãnh thổ mà trước đây nhiệt độ thấp sẽ khiến cây ngừng phát triển.
Vậy, lớp xịt phủ này hoạt động như thế nào?
Các nhà khoa học từ Khoa Kỹ thuật Hóa học và Nano Aiiso Yufeng Li thuộc Đại học UC San Diego và Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu (MRSEC) đã hợp tác để tạo ra một loại polyme tổng hợp chứa các nhóm hóa học mang điện tích dương. Bằng cách điều chỉnh quy trình tổng hợp polyme thông thường để hoạt động trong môi trường nước, các nhà nghiên cứu đã tạo ra polyme thấm khí polynorbornene, loại polyme này vô hại đối với thực vật nhưng lại làm suy yếu màng tế bào của nhiều loại vi khuẩn gây hại.
“Thông thường, polyme được tổng hợp bằng cách sử dụng dung môi hữu cơ độc hại đối với thực vật. Điều chúng tôi làm khác biệt ở đây là chúng tôi đã tạo ra loại polyme trong điều kiện đệm trong nước. Nó cho phép chúng tôi tạo ra một công thức dạng xịt tương thích sinh học hơn với thực vật. Chúng tôi có thể dễ dàng hòa tan polyme đến nồng độ thích hợp trong nước và chỉ cần xịt lên”, đồng tác giả dẫn đầu, nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành kỹ thuật hóa học và nano Luis Palomino cho biết.
Một trong những lợi ích bất ngờ là lớp bảo vệ dạng xịt không cần phải bao phủ toàn bộ cây, hoặc thậm chí toàn bộ lá. “Chúng tôi chỉ cần phun một phần nhỏ của lá và điều đó đồng nghĩa với việc toàn bộ cây sẽ có khả năng miễn dịch với vi khuẩn. Đó là một kết quả thực sự tuyệt vời”, Opdensteinen nói.
Nhưng tại sao lại có sự bảo vệ như vậy? Nếu giả thuyết của các nhà nghiên cứu là đúng, có thể là phản ứng stress của lá được phun tạo ra sự gia tăng nhỏ, tạm thời và vô hại của hydrogen peroxide, có thể kích hoạt các cơ chế phòng vệ khác trong cây.
Nhưng một trong những kết quả tốt nhất của thí nghiệm tại Đại học California San Diego là khả năng chống hạn được cải thiện của cây trồng. Sau 4 ngày bị hạn hán, những cây không được xử lý héo úa hơn những cây được xử lý trong khi những cây được xử lý vẫn khỏe mạnh, có lẽ nhờ polyme được phun đã ngăn ngừa sự mất nước (giống như bộ đồ chống hạn cho cây trồng) đồng thời cải thiện phản ứng stress ở cấp độ phân tử.
Trong tương lai, Opdensteinen và các đồng nghiệp sẽ tìm cách tăng khả năng phân hủy sinh học của polyme, đồng thời nghiên cứu mức độ độc tính tiềm tàng của vật liệu.
Cũng giống như con người, cây trồng cũng phải đối mặt với bệnh tật và tử vong do nhiều loại vi khuẩn. Nhưng khi cây trồng đó là cây lương thực mà con người cần để sinh tồn, mối đe dọa từ vi khuẩn đó đồng nghĩa với sự hỗn loạn đối với an ninh toàn cầu và cuộc sống của từng cá nhân.
Các bệnh do vi khuẩn gây ra ở cây trồng bao gồm bệnh đốm (một bệnh nhiễm trùng sống sót qua mùa đông tấn công cà chua), bệnh loét thân (gây hại cho cây ăn quả bao gồm cả táo và đào), và bệnh bạc lá (làm thối rữa dưa, dưa chuột, bí ngô, bí, ớt, cà chua, cà tím, đậu và nhiều loại khác). Tệ hơn nữa, sự hỗn loạn khí hậu cho phép các vi khuẩn này xâm chiếm các vùng lãnh thổ mà trước đây nhiệt độ thấp sẽ khiến cây ngừng phát triển.
Vậy, lớp xịt phủ này hoạt động như thế nào?
Các nhà khoa học từ Khoa Kỹ thuật Hóa học và Nano Aiiso Yufeng Li thuộc Đại học UC San Diego và Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu (MRSEC) đã hợp tác để tạo ra một loại polyme tổng hợp chứa các nhóm hóa học mang điện tích dương. Bằng cách điều chỉnh quy trình tổng hợp polyme thông thường để hoạt động trong môi trường nước, các nhà nghiên cứu đã tạo ra polyme thấm khí polynorbornene, loại polyme này vô hại đối với thực vật nhưng lại làm suy yếu màng tế bào của nhiều loại vi khuẩn gây hại.
“Thông thường, polyme được tổng hợp bằng cách sử dụng dung môi hữu cơ độc hại đối với thực vật. Điều chúng tôi làm khác biệt ở đây là chúng tôi đã tạo ra loại polyme trong điều kiện đệm trong nước. Nó cho phép chúng tôi tạo ra một công thức dạng xịt tương thích sinh học hơn với thực vật. Chúng tôi có thể dễ dàng hòa tan polyme đến nồng độ thích hợp trong nước và chỉ cần xịt lên”, đồng tác giả dẫn đầu, nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành kỹ thuật hóa học và nano Luis Palomino cho biết.
Một trong những lợi ích bất ngờ là lớp bảo vệ dạng xịt không cần phải bao phủ toàn bộ cây, hoặc thậm chí toàn bộ lá. “Chúng tôi chỉ cần phun một phần nhỏ của lá và điều đó đồng nghĩa với việc toàn bộ cây sẽ có khả năng miễn dịch với vi khuẩn. Đó là một kết quả thực sự tuyệt vời”, Opdensteinen nói.
Nhưng tại sao lại có sự bảo vệ như vậy? Nếu giả thuyết của các nhà nghiên cứu là đúng, có thể là phản ứng stress của lá được phun tạo ra sự gia tăng nhỏ, tạm thời và vô hại của hydrogen peroxide, có thể kích hoạt các cơ chế phòng vệ khác trong cây.
Nhưng một trong những kết quả tốt nhất của thí nghiệm tại Đại học California San Diego là khả năng chống hạn được cải thiện của cây trồng. Sau 4 ngày bị hạn hán, những cây không được xử lý héo úa hơn những cây được xử lý trong khi những cây được xử lý vẫn khỏe mạnh, có lẽ nhờ polyme được phun đã ngăn ngừa sự mất nước (giống như bộ đồ chống hạn cho cây trồng) đồng thời cải thiện phản ứng stress ở cấp độ phân tử.
Trong tương lai, Opdensteinen và các đồng nghiệp sẽ tìm cách tăng khả năng phân hủy sinh học của polyme, đồng thời nghiên cứu mức độ độc tính tiềm tàng của vật liệu.