Các nhà nghiên cứu tại Đại học Leeds đã chứng minh mối quan hệ có lợi giữa lúa mì và nấm trong đất có thể được sử dụng để phát triển cây lương thực mới và hệ thống canh tác ít phụ thuộc vào phân bón, làm giảm tác hại của phân bón trong cuộc khủng hoảng khí hậu leo ​​thang.

Đây là lần đầu tiên nấm hình thành mối quan hệ với rễ cây, điều này đã được chứng minh là cung cấp một lượng phốt pho và nitơ đáng kể cho cây. Loại nấm này tiếp tục cung cấp chất dinh dưỡng trong bối cảnh mức CO2 cao hơn vào năm 2100, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với an ninh lương thực trong tương lai.

Kết quả được công bố trên tạp chí Global Change Biology.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Katie Field, từ Viện Sinh học và Thực phẩm và Môi trường Toàn cầu của Đại học Leeds, cho biết: “Nấm có thể là một công cụ mới có giá trị giúp đảm bảo an ninh lương thực trong tương lai trước khủng hoảng sinh thái và khí hậu. Những loại nấm này không phải là giải pháp tối ưu để cải thiện năng suất của cây lương thực, nhưng chúng có khả năng giúp giảm sự phụ thuộc quá mức vào phân bón”.

Nông nghiệp là một trong những ngành tạo nên lượng khí thải các-bon toàn cầu, một phần do các yếu tố đầu vào quan trọng như phân bón. Trong khi sản xuất thịt đóng góp nhiều hơn vào sự nóng lên toàn cầu so với trồng trọt, việc giảm sử dụng phân bón có thể giảm tác hại của nông nghiệp đến biến đổi khí hậu.

Hầu hết các cây hình thành quan hệ đối tác với nấm trong hệ thống rễ của chúng, được gọi là sự cộng sinh, cho phép chúng hút chất dinh dưỡng từ đất hiệu quả hơn. Đổi lại, các cây trồng cung cấp các-bon-hy-đrát cho nấm.

Thực vật có thể cung cấp 10-20% lượng các-bon mà chúng lấy từ không khí cho các đối tác nấm của chúng, để đổi lấy tới 80% lượng phốt pho cần thiết. Những loại nấm này cũng có thể giúp cây trồng tăng trưởng, tăng lượng nitơ, sự hấp thụ nước và bảo vệ cây chống lại sâu bệnh.

Nhưng trong 10.000 năm qua, cây trồng đã được thuần hóa thông qua nhân giống, điều này đã vô tình ngăn một số giống có mối quan hệ chặt chẽ như vậy với nấm có lợi.

Trên toàn cầu, lúa mì là cây trồng chủ lực cho hàng tỷ người và trồng lúa mì sử dụng nhiều đất hơn bất kỳ loại cây lương thực nào khác (218 triệu ha vào năm 2017). Mặc dù tăng sử dụng phân bón nitơ và phốt pho để tăng năng suất, năng suất lúa mì hiện đã không tăng trong những năm gần đây.

Trong khi một số giống lúa mì hình thành những mối quan hệ đối tác này với các loại nấm có lợi, thì nhiều loại lại không. Do đó, các nhà nghiên cứu của Leeds cho rằng có tiềm năng phát triển các giống lúa mì mới ít phụ thuộc vào phân bón.

Đồng tác giả nghiên cứu Tiến sĩ Tom Thirkell, từ Trường Sinh học của Đại học Leeds, cho biết: “Chúng tôi bắt đầu nhận ra rằng một số cây trồng mà chúng tôi đã thuần hóa thiếu các mối liên hệ quan trọng này với nấm trong đất. Kết quả của chúng tôi cho thấy có tiềm năng thực sự để tạo ra các giống cây trồng mới lấy lại mối quan hệ đã mất với nấm có lợi và cải thiện tính bền vững của hệ thống sản xuất thực phẩm trong tương lai”.

Các nhà khoa học cho phép nấm xâm chiếm rễ của ba loại lúa mì khác nhau trong phòng thí nghiệm và trồng chúng ở một trong hai ngăn với điều kiện khí hậu hiện tại hoặc dự đoán vào năm 2100, khi nồng độ CO2 trong khí quyển được dự đoán là gấp đôi hiện nay nếu không giảm khí thải. Các nhà khoa học mong muốn tìm ra những lợi ích mà các giống khác nhau có thể thu được từ các nấm có lợi và mối quan hệ giữa nấm và cây sẽ bị ảnh hưởng như thế nào khi tăng CO2 trong khí quyển.

Bằng cách đưa hóa chất phốt pho và nitơ trong đất và CO2 trong không khí, các nhà nghiên cứu đã có thể chứng minh rằng các giống lúa mì khác nhau hấp thụ các chất dinh dưỡng thông qua các đối tác nấm của chúng trong cả hai kịch bản khí hậu.

Đúng như dự đoán, ba giống lúa mì đã trải qua các mức độ trao đổi khác nhau với nấm, với một số giống có lợi nhiều hơn từ mối quan hệ này so với các loại khác với lượng các-bon-hy-đrát tương tự .

Đặc biệt, giống lúa mì Skyfall hấp thu nhiều phốt pho hơn từ nấm so với hai giống còn lại, hấp thu được gấp 570 lần so với giống Avalon và gấp 225 lần so với Cadenza.

Không có sự khác biệt về trao đổi phốt pho hoặc nitơ từ nấm sang lúa mì ở mức CO2 cao hơn đối với bất kỳ giống nào trong ba giống cây trồng. Do đó, dường như nấm có thể tiếp tục chuyển chất dinh dưỡng cho cây trồng ngay cả trong điều kiện khí hậu trong tương lai.

Các nhà nghiên cứu cho rằng có thể nhân giống các giống lúa mì mới có khả năng hợp tác với nấm tốt hơn. Điều này có thể cho phép nông dân sử dụng ít phân bón hơn, vì lúa mì có được nhiều chất dinh dưỡng cần thiết hơn thông qua nấm.