Tác động của môi trường không gian đối với gen thực vật sau khi được đưa trở lại Trái đất

[ThanhDat]

Các nhà khoa học tại Đại học Florida đã đạt được một cột mốc quan trọng trong nghiên cứu sinh học không gian khi trồng thành công cây Arabidopsis trên đất Mặt Trăng được mang về từ các sứ mệnh Apollo 11, 12 và 17 (1969-1972). Mỗi đĩa petri được đặt 1 gam đất Mặt Trăng, ngâm trong dung dịch dinh dưỡng và gieo 3-4 hạt giống Arabidopsis. Chỉ sau chưa đầy 3 ngày, hạt giống bắt đầu nảy mầm.

Những cây non được đặt trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ khoảng 23°C, dưới ánh sáng đèn LED màu hồng. Sau một tuần, mỗi đĩa chỉ giữ lại một cây khỏe nhất để tiếp tục theo dõi. Khi cây được 20 ngày tuổi, lá của chúng được thu hoạch để phân tích gen. Các bước đều được thực hiện rất chính xác.

Để so sánh, cùng loại cây cũng được trồng trong tro núi lửa từ Trái Đất, có thành phần khoáng chất tương tự đất Mặt Trăng. Ban đầu, cây ở cả hai loại đất đều nảy mầm và phát triển tương đồng. Nhưng dần dần, cây trồng trên đất Mặt Trăng bắt đầu có biểu hiện yếu: phát triển chậm, rễ kém, lá nhỏ, sẫm màu và không khỏe mạnh. Phân tích hoạt động gen cho thấy các dấu hiệu căng thẳng tương tự như phản ứng với muối, kim loại và oxy hóa.

Điều này cho thấy đất Mặt Trăng ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng cây trồng, dù cây vẫn có thể nảy mầm. Đây là tín hiệu đáng chú ý nếu con người muốn canh tác thực phẩm ngoài Trái Đất trong tương lai.

Không gian ảnh hưởng ra sao đến gen thực vật?​

Môi trường vũ trụ chứa nhiều yếu tố có thể làm thay đổi gen thực vật. Bức xạ từ các hạt năng lượng cao như gió mặt trời và tia vũ trụ có thể xuyên qua tế bào, phá vỡ DNA, gây tổn thương hoặc tạo đột biến trong quá trình sao chép. Ngoài ra còn có các yếu tố như chân không, vi trọng lực và bức xạ cường độ cao. Những tác nhân này kết hợp lại có thể làm biến đổi gen một cách ngẫu nhiên, tạo ra các biến thể di truyền không thể dự đoán trước.

Từ năm 1987, Trung Quốc đã bắt đầu chương trình nhân giống trong không gian. Vệ tinh nhân tạo thứ chín đã mang hơn 100 loại hạt giống như lúa mì, gạo, ớt xanh vào quỹ đạo. Sau khi trở về Trái Đất, nhiều giống cây đột biến đã xuất hiện và được chọn lọc để nhân giống. Những cái tên như đậu nành "Thiết Phong 18" và bông "Lumian 1" là ví dụ điển hình cho thành công của công nghệ này.

Nhân giống ngoài không gian giúp rút ngắn chu kỳ lai tạo từ 8 năm xuống còn khoảng 4 năm, đồng thời tăng tỷ lệ đột biến gấp 3–4 lần so với phương pháp thông thường. Tuy nhiên, quá trình này yêu cầu sàng lọc nghiêm ngặt từ trước khi đưa hạt lên không gian cho đến sau khi trở về. Hạt giống cần có khả năng di truyền ổn định, sức sống cao và tỷ lệ nảy mầm tốt. Sau đó, chúng được trồng thử, theo dõi, sàng lọc kỹ lưỡng để chọn ra giống tốt nhất.

Một ví dụ khác là cây trà dầu Hải Nam. Đây là cây trồng chủ lực tại Hải Nam, nhưng cải thiện năng suất và chất lượng từ lâu đã gặp khó khăn. Nhằm giải quyết vấn đề này, các tổ chức nghiên cứu địa phương đã hợp tác để áp dụng công nghệ đột biến không gian, tạo ra các giống trà dầu mới có năng suất và chất lượng vượt trội.

Dù hiện tại cây trồng như Arabidopsis chưa thể phát triển hoàn thiện trên đất Mặt Trăng, nhưng sự nảy mầm thành công là bước khởi đầu quan trọng. Trong tương lai, nếu giải quyết được các rào cản về môi trường, con người hoàn toàn có thể trồng cây trên Mặt Trăng để tạo thực phẩm, lọc không khí và tái chế nước.

Hành trình khám phá tác động của môi trường vũ trụ lên thực vật mới chỉ bắt đầu. Những nghiên cứu này không chỉ mở ra cơ hội trồng trọt trong không gian mà còn giúp cải thiện công nghệ nhân giống trên Trái Đất. Biết đâu một ngày không xa, chúng ta có thể xây dựng một khu vườn xanh tươi ngay trên bề mặt Mặt Trăng. (Sohu)