Trang chủ Ý tưởng sáng tạo toàn cầu 24h Top 100 Ý Tưởng Sáng Tạo Thế Giới Năm 2022 -P58- Trồng...

Top 100 Ý Tưởng Sáng Tạo Thế Giới Năm 2022 -P58- Trồng cây trong bóng tối – Bước tiến cho sự phát triển của nhân loại

Nghiên cứu mới đây đã tiến thêm một bước trong việc sản xuất lương thực bằng quang hợp nhân tạo
Trồng nấm bằng phương pháp quang hợp nhân tạo.
Trồng nấm bằng phương pháp quang hợp nhân tạo.

Trong nhiều năm qua, thay vì quang hợp tự nhiên, các nhà khoa học đã cố gắng biến đổi ánh sáng Mặt trời thành nguồn “thức ăn” cho cây trồng trong điều kiện thiếu sáng. Nghiên cứu mới đây đã tiến thêm một bước trong việc sản xuất lương thực bằng quang hợp nhân tạo.

Biến ánh sáng thành chất dinh dưỡng

Những bộ phim viễn tưởng đã vẽ ra viễn cảnh trong tương lai, con người sống tại các trạm vũ trụ di động trên sao Hỏa hay các hành tinh ngoài vũ trụ. Nếu con người tồn tại trong môi trường khắc nghiệt hoặc xa lạ bất kỳ, họ sẽ cần phương pháp trồng cây lương thực bằng các nguồn tài nguyên hạn chế hoặc không có quá trình quang hợp.

Trong nhiều năm qua, viễn cảnh này đã thôi thúc giới khoa học nghiên cứu phương pháp sản xuất lương thực loại bỏ hoàn toàn quá trình quang hợp, đồng nghĩa là trồng cây trong bóng tối.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Delaware và Trường ĐH California tại Riverside, Mỹ, đã hiện thực hóa ý tưởng này bằng cách sử dụng phương pháp mới là sử dụng quang hợp nhân tạo để trồng cây trong điều kiện thiếu sáng.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Food chứng minh có thể nuôi trồng tảo, nấm và sợi nấm bằng cách chuyển đổi carbon dioxide, điện và nước thành các phân tử giàu dinh dưỡng cho cây trồng như axetat, dạng thành phần chính của giấm. Các nhà khoa học hy vọng rằng, phương pháp trên có thể mở ra quy trình sản xuất thực phẩm sử dụng ít không gian và năng lượng hơn so với nông nghiệp truyền thống.

Thực vật có khả năng hấp thụ carbon dioxide (CO2) và chuyển đổi thành các chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp. Nhưng thực tế, quá trình quang hợp không đem lại hiệu quả cao. Chỉ khoảng 1% ánh sáng Mặt trời chiếu vào thực vật được thu nhận và sử dụng nên quá trình sản xuất nông nghiệp diễn ra tương đối chậm. Trong khi đó, dân số ngày càng tăng, đòi hỏi ngành nông nghiệp phải tăng năng suất.

Một số nhà khoa học tin rằng, giải pháp tăng năng suất là biến đổi gen cây trồng để quá trình quang hợp diễn ra hiệu quả hơn. Họ thay thế quá trình quang hợp tự nhiên bằng nhân tạo, trong đó biến ánh sáng Mặt trời thành nguồn thức ăn cho cây trồng. Tuy nhiên, trồng cây trong điều kiện thiếu sáng bằng cách sử dụng axetat lại là một phương pháp mới và độc đáo.

Quy trình này sử dụng điện phân xúc tác hai bước để chuyển đổi các nguyên liệu thô như carbon dioxide, điện và nước thành axetat. Sau đó, các nhà nghiên cứu đưa axetat vào nuôi trồng tảo lục Chlamydomonas rehardtii, nấm men và sợi nấm. Tất cả những thực vật này đều hấp thụ axetat và phát triển trong bóng tối mà không phụ thuộc vào ánh sáng Mặt trời hoặc các chất hữu cơ từ quang hợp.

Kết hợp với các tấm pin Mặt trời tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho quá trình xúc tác điện, hệ thống vô cơ kết hợp hữu cơ này có thể tăng hiệu suất chuyển hóa ánh sáng Mặt trời thành thực phẩm với mức độ hiệu quả hơn 18 lần ở một số loại thực phẩm.

So với quá trình quang hợp truyền thống, quá trình nhân tạo trên đem lại hiệu quả tương đối cao. Sản xuất tảo bằng công nghệ này có thể chuyển đổi năng lượng Mặt trời thành sinh khối hiệu quả gấp bốn lần so với quá trình thông thường. Sản xuất nấm men cũng tiết kiệm năng lượng gấp 18 lần so với quá trình thông thường.

Sau khi phát triển tảo không cần quang hợp, các nhà nghiên cứu chuyển sang một thí nghiệm khó hơn là trồng cây trong bóng tối.

Trồng rau trong nhà

Kết quả ban đầu của họ rất đáng khích lệ. Trong bóng tối, các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy mô rau diếp trong một hỗn hợp có chứa axetat. Sau đó, rau diếp có thể hấp thụ và chuyển hóa carbon dioxide mà không cần quang hợp.

Và khi trồng rau diếp cùng lúa, cải dầu, cà chua và một số loài cây trồng khác dưới ánh sáng tự nhiên nhưng bổ sung axetat, các nhà khoa học nhận thấy cây trồng đã kết hợp axetat vào mô của chúng, từ đó hỗ trợ quá trình trao đổi chất.

Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ ra rằng, axetat không thể thay thế hoàn toàn quá trình quang hợp tự nhiên ở toàn bộ cây trồng. Trên thực tế, nếu bổ sung lượng lớn axetat vào cây rau diếp có thể ức chế sự phát triển của cây.

Do đó, nếu muốn phổ biến phương pháp nuôi trồng này, các nhà khoa học cần nghiên cứu kỹ thuật di truyền và nhân giống cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn với axetat.

Tuy nhiên, axetat đã chứng minh ích lợi của nó đối với cây lương thực trồng trong nhà. Điều này có thể làm giảm năng lượng cần thiết để vận hành trang trại, cho phép người dân nuôi trồng cây lương thực trong nhiều môi trường khác nhau.

Phương pháp sản xuất lương thực trên đã được đệ trình cho chương trình Thử thách thực phẩm trong không gian sâu (Deep Space Food Challenge) của NASA và giành chiến thắng giai đoạn I.

Đây là một cuộc thi quốc tế, nơi các giải thưởng được trao cho các đội tạo ra các công nghệ thực phẩm mới và thay đổi cuộc chơi, khi yêu cầu đầu vào tối thiểu và tối đa hóa đầu ra thực phẩm an toàn, bổ dưỡng và ngon miệng cho các nhiệm vụ không gian dài hạn.

Chiến thắng trong cuộc thi không thể đảm bảo công nghệ sản xuất thực phẩm bằng axetat sẽ được thực hiện trong một sứ mệnh không gian trong tương lai. Nhưng đối với các nhà nghiên cứu, kết quả này là động lực nhằm tái thiết lập quá trình sinh học cơ bản trong không gian hoặc trên Trái đất.

Theo Giáo Dục Thời Đại

CÁC TIN KHÁC

Tạo ra loại “keo” mới giúp bịt kín màng não sau phẫu thuật

Một nhóm các bác sĩ phẫu thuật thần kinh học và kỹ sư sinh học Mỹ đã chế tạo ra loại "keo" đặc biệt dùng cho các ca phẫu thuật mở màng não.

Nhà máy điện đi dộng “đóng gói” hơn 240 tấm pin mặt trời

Solar Container trình làng hệ thống quang năng di động SolarCont chứa 240 tấm pin mặt trời xếp gọn thành khối hộp lớn tương đương container tiêu chuẩn.

Trung Quốc có tàu chay bằng hydro đầu tiên trên thế giới

Tập đoàn Đường sắt Trung Quốc vừa phát triển thành công một đoàn tàu chạy bằng hydro đầu tiên trên thế giới. Thành tựu này đánh dấu bước đột phá trong việc ứng dụng công nghệ mới vào việc nâng cấp, hiện đại hóa ngành vận tải đường sắt của quốc gia đông dân hàng đầu thế giới này.

Giao diện não – máy tính giúp người bị liệt

Công ty khởi nghiệp Neuralink của tỉ phú người Mỹ Elon Musk hôm 20-3 đã livestream cảnh một bệnh nhân được cấy chip vào não chơi cờ vua trực tuyến. Anh Noland Arbaugh, 29 tuổi, bị liệt từ vai trở xuống sau một tai nạn khi lặn và là người đầu tiên được cấy chip của Neuralink vào não hồi tháng 1-2024.

Các Tiểu vương quốc Ả Rập khiến thế giới ngỡ ngàng khi chi gần 500 tỷ đồng “gieo mây trên trời”

Đối mặt với một tương lai thiếu nước trầm trọng, các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất đã triển khai một dự án để tăng lượng mưa khu vực.

Dự án máy bay lớn nhất thế giới chuyên chở cánh turbine gió

Máy bay WindRunner sẽ dài 108 m, bỏ xa máy bay thương mại dài nhất thế giới Boeing 747-8, giúp vận chuyển cánh turbine gió trên cạn dễ dàng hơn.

Bài viết nổi bật

Đại học Sư phạm TP.HCM ‘bắt tay’ doanh nghiệp công nghệ Việt thúc đẩy chuyển đổi số

Theo hợp tác mới ký kết với Viettel Solutions, Đại học Sư phạm TP.HCM sẽ cùng doanh nghiệp này xây dựng các giải pháp công nghệ trong giáo dục tập trung vào 4 nội dung chính.

Nhóm sinh viên trường ĐH Ngoại thương giành giải ‘Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng’

Ngày 12/6, tại Học viện Tài chính diễn ra Chung khảo Hội thi khoa học sinh viên toàn quốc 'Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng' lần thứ VII, năm 2022. Ban Giám khảo đã chọn ra nhóm sinh viên ĐH Ngoại thương TP. Hồ Chí Minh giành giải Đặc biệt.

Bài viết mới nhất

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.25) Tháp Nhạn (Phú Yên): Chứng tích cổ ngàn tuổi kết nối quá khứ và hiện tại – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) Trải qua cả ngàn năm lịch sử, bất chấp thăng trầm thời gian, Tháp Nhạn vẫn sừng sững trên sườn núi Nhạn, tiếp tục kể câu chuyện về Bà Thiên Y A Na, về hành trình khai phá và phát triển mảnh đất Phú Yên của người Chăm cũng như người Việt.

Bí ẩn những người có “trí nhớ siêu phàm”, thế giới chỉ 100-200 người

Chỉ cần nhắc một ngày bất kỳ trong quá khứ, người có trí nhớ siêu phàm kể lại được những gì đã xảy ra hôm ấy.

Tạo ra loại “keo” mới giúp bịt kín màng não sau phẫu thuật

Một nhóm các bác sĩ phẫu thuật thần kinh học và kỹ sư sinh học Mỹ đã chế tạo ra loại "keo" đặc biệt dùng cho các ca phẫu thuật mở màng não.

Nghiên cứu tiết lộ sự thực thú vị về tuổi thọ tối đa của con người

Dù tuổi thọ của con người vẫn đang tăng nhưng không có nghĩa là không có giới hạn, các chuyên gia nhận định những người sống trên 115 tuổi hiện vẫn còn hiếm.

Cáp treo Nữ Hoàng (Quảng Ninh) – TOP 5 tuyến cáp treo hiện đại của Việt Nam thu hút nhiều khách du lịch (P.2) – [VIETKINGS-TOPPLUS – Hành trình TOP Việt Nam]

(kyluc.vn) Cáp treo Nữ hoàng băng qua cửa ngõ Vịnh Cửa Lục, nối liền từ bờ biển Bãi Cháy tới núi Ba Đèo (Hòn Gai - Thành phố Hạ Long). Với sự độc đáo, nơi đây đã trở thành điểm đến không thể bỏ lỡ tại Quảng Ninh.

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.24) Chợ Bình Tây (Thành phố Hồ Chí Minh): Ngôi chợ cổ giữa lòng Chợ Lớn – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) Chợ Bình Tây (còn được gọi là Chợ Lớn, Chợ Lớn Mới) với lối kiến trúc cổ, mang đậm phong cách Á Đông, được thành lập trong những năm đầu tiên hình thành vùng đất Sài Gòn xưa. Nơi đây là điểm buôn bán, giao thương quan trọng giữa Tp. Hồ Chí Minh và các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, cũng như với một số nước trong khu vực như Campuchia, Lào, Thái Lan…