Nghiên cứu được bình duyệt gần đây được công bố trên tạp chí Scientific Reports đã tiết lộ một công nghệ có tiềm năng mang tính cách mạng có thể biến đổi phương pháp cung cấp nitơ cho cây trồng đã có từ thế kỷ trước. Nghiên cứu hợp tác này, với sự tham gia của các nhà khoa học từ Đại học Wisconsin-Madison, Đại học Purdue và Pivot Bio, đưa ra bằng chứng tiên phong rằng vi khuẩn chỉnh sửa gen có thể cố định nitơ trong khí quyển một cách hiệu quả và chuyển trực tiếp vào cây ngũ cốc.
Nghiên cứu đã sử dụng nitơ được đánh dấu đồng vị để theo dõi hành trình của nó từ không khí đến chất diệp lục trong lá ngô, xác nhận rằng nitơ đã được cố định bởi các vi khuẩn chỉnh sửa gen. Các nghiên cứu thực địa đã chứng minh thêm rằng những vi khuẩn này có thể cung cấp một lượng nitơ tương đương với 40 pound phân bón nitơ tổng hợp trên mỗi mẫu Anh, đạt được năng suất cây trồng tương tự.
Tiến sĩ Bruno Basso, giáo sư Đại học bang Michigan không tham gia vào nghiên cứu, nhấn mạnh sự phức tạp của việc quản lý lượng nitơ trong cây trồng do thời tiết khó lường và điều kiện đất đai khác nhau. Sự phức tạp này thường gây khó khăn cho việc kết hợp chính xác nguồn cung cấp chất dinh dưỡng với nhu cầu cây trồng.
Diazotrophs, một loại vi khuẩn có khả năng chuyển đổi nitơ trong khí quyển thành amoni một cách tự nhiên, là trung tâm của quá trình được gọi là cố định nitơ sinh học (BNF). Tuy nhiên, vi sinh vật diazotroph trong đất truyền thống sẽ mất khả năng cố định đạm khi tiếp xúc với lượng nitơ cao trong thời gian dài, một tình trạng thường gặp ở các cánh đồng được xử lý bằng phân bón tổng hợp.
Các nhà nghiên cứu tại Pivot Bio đã vượt qua thách thức này bằng cách phát triển các vi khuẩn chỉnh sửa gen tiếp tục cố định nitơ ngay cả trong môi trường giàu nitơ. Tiến sĩ Karsten Temme, giám đốc đổi mới tại Pivot Bio, giải thích: “Với việc chỉnh sửa gen, chúng tôi làm mù vi khuẩn trước sự hiện diện của nitơ trong môi trường xung quanh, cho phép chúng tiếp tục cố định amoni và đưa trực tiếp vào hệ thống rễ của cây trồng”.
Sự phát triển này là một phần trong chiến lược rộng lớn hơn của Pivot Bio nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nitơ trong canh tác và giảm tác động đến môi trường từ phân bón tổng hợp. Các thử nghiệm thực địa bao gồm một loạt các thí nghiệm đồng vị trong điều kiện thực tế, xác nhận khả năng cố định đạm của vi khuẩn chỉnh sửa gen. Các mẫu được thu thập từ nhiều trang trại khác nhau cho thấy rằng việc thay thế phân bón nitơ truyền thống bằng PROVEN® 40 của Pivot Bio đã dẫn đến mức tăng nitơ ở cây trồng vào đầu mùa mà không ảnh hưởng đến năng suất tổng thể.
Theo Tiến sĩ Temme, ý nghĩa của nghiên cứu này là rất quan trọng vì nó gợi ý rằng nông dân có thể giảm sự phụ thuộc vào phân bón nitơ tổng hợp mà không làm giảm năng suất cây trồng. Tiến bộ này không chỉ mang lại lợi ích cho nông dân mà còn có khả năng giảm ô nhiễm môi trường và giảm lượng khí thải carbon trong nông nghiệp.
