Những công nghệ nông nghiệp giúp nuôi sống 10 tỷ người làm nóng Tọa đàm VinFuture 2025

Hạt giống vô tính giải bài toán chi phí và năng suất cho người nông dân

Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), đến năm 2050, sản lượng nông nghiệp toàn cầu cần tăng ít nhất 70% để đáp ứng nhu cầu của gần 10 tỷ người. Trước thách thức của biến đổi khí hậu, gia tăng dân số và yêu cầu cấp thiết về an ninh lương thực toàn cầu, nông nghiệp đang bước vào giai đoạn đổi mới mạnh mẽ.

Tại Tọa đàm do Quỹ VinFuture tổ chức, GS. Raphaël Mercier, Viện Nghiên cứu Di truyền Cây trồng Max Planck, CHLB Đức, đã giới thiệu về hạt giống vô tính - một hướng đi mang tính cách mạng cho ngành nông nghiệp.

Theo ông, trong sinh sản hữu tính thông thường, các đặc điểm ưu việt của cây lai thế hệ F1 (giống lai) sẽ bị phân ly và giảm sút ở các thế hệ sau, buộc nông dân phải mua hạt giống lai mới đắt tiền mỗi vụ.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu của ông đã can thiệp di truyền để biến đổi cây trồng từ sinh sản hữu tính sang sinh sản vô tính qua hạt (từ chuyên môn gọi là apomixis).

Kết quả là cây trồng có thể tạo ra hạt giống F2 có bộ gen hoàn toàn giống hệt cây mẹ F1, giúp duy trì trọn vẹn ưu thế lai và khả năng kháng bệnh. GS. Raphaël ví công nghệ này như việc sử dụng máy photocopy để nhân bản sách, nông dân có thể tự nhân giống với chất lượng đồng nhất mà không cần phụ thuộc vào nguồn hạt giống ban đầu.

Công nghệ này đã được GS. Raphaël theo đuổi trong 15 năm và đã sẵn sàng tiếp cận thị trường. Về mặt lý thuyết, công nghệ mới thử nghiệm cho cây lúa, song giáo sư người Đức khẳng định có thể mở rộng sang các cây lương thực quan trọng khác, như lúa mì, đại mạch, đậu tương…

“Tôi muốn công nghệ hạt giống biến đổi gen của chúng tôi sẽ được áp dụng rộng rãi, kể cả trong canh tác hữu cơ”, GS. Raphaël Mercier bày tỏ.

Thực tế, rào cản pháp lý của công nghệ là quy định canh tác hữu cơ hiện nay không cho phép sử dụng hạt giống biến đổi gen. Song, các nhà khoa học tham gia Tọa đàm đồng tình rằng, công nghệ gen hoàn toàn có thể song hành với nông nghiệp hữu cơ nếu các rào cản pháp lý được gỡ bỏ.

Giảm phát thải có thể song hành tăng năng suất nông nghiệp

Bên cạnh công trình về hạt giống vô tính của GS. Raphaël Mercier, các nhà khoa học tại Tọa đàm cũng đã trình bày nhiều nghiên cứu đột phá khác, mà ở đó công nghệ gen là yếu tố cốt lõi để giải quyết các thách thức môi trường và an ninh lương thực toàn cầu.

GS. Pamela Christine Ronald - Đại học California, Davis, Hoa Kỳ, Thành viên Hội đồng Giải thưởng VinFuture, đồng thời là Chủ nhân giải Đặc biệt VinFuture 2022 - chia sẻ về một công trình nghiên cứu nhằm tái thiết kế cây lúa có khả năng giảm phát thải khí metan - loại khí nhà kính mạnh mà cây lúa là một trong những nguồn phát thải chính.

Nhóm nghiên cứu của bà đã can thiệp di truyền bằng cách cấy gen PSY vào rễ lúa. Thử nghiệm trong nhà kính cho thấy, cây lúa có chứa gen PSY giảm đáng kể lượng phát thải metan ra môi trường, đồng thời sinh trưởng nhanh hơn. Kết quả nghiên cứu đáp ứng cả hai vấn đề vốn mâu thuẫn nhau là giảm phát thải và tăng năng suất.

Cũng liên quan tới giảm phát thải, nhóm nghiên cứu của TS. Nadia Radzman từ Đại học Cambridge (Anh) đã tìm kiếm một giải pháp bền vững bằng cách cấy các loại peptide (chuỗi axit amin ngắn) vào rễ cây họ đậu để khả năng cố định nitơ tự nhiên.

Mục đích chính của quá trình này là chuyển hóa nitơ phân tử​ mà thực vật không thể hấp thụ trực tiếp thành các hợp chất nitơ có hoạt tính sinh học mà thực vật có thể sử dụng được, góp phần giảm phát thải khí nhà kính. Việc cố định nitơ tự nhiên cũng sẽ cung cấp đạm “miễn phí” cho cây và giúp giảm sử dụng phân đạm hóa học.

Ở lĩnh vực chăn nuôi, GS. Ermias Kebreab từ Đại học California, Davis, Thành viên Hội đồng Sơ khảo VinFuture, giới thiệu một nghiên cứu đáng chú ý về tảo biển đỏ - một loại tảo có thể sinh trưởng dễ dàng ở vùng biển ấm như Việt Nam. Theo đó, nếu bổ sung tảo biển đỏ vào khẩu phần ăn hằng ngày của bò thì lượng phát thải metan giảm đến 90%.

Đặc biệt, nhóm nghiên cứu của GS. Ermias cũng vừa sáng chế một mô hình AI được xem như Chat GPT trong nông nghiệp mang tên Farmer Chat. Với ứng dụng AI này, người nông dân có thể dễ dàng tính toán thức ăn cho gia súc theo hướng tối ưu nhất, tiết kiệm nhất và cho ra năng suất cao nhất.

“Bạn chỉ cần nói với Farmer Chat rằng: Tôi có con bò làm ra 5 lít sữa/ngày, tôi muốn nó cho 10 lít sữa, thức ăn có cỏ voi, tôi nên cho nó ăn bao nhiêu. Ứng dụng sẽ lập tức tính toán và đưa ra cho bạn khuyến nghị chính xác”, GS. Ermias minh hoạ.

Từ hạt giống vô tính đến AI trong chăn nuôi, các nhà khoa học tại Tọa đàm VinFuture đã phác họa tương lai của nền nông nghiệp có thể nuôi sống gần 10 tỷ người mà vẫn giảm thiểu tác động khí hậu. Chìa khóa để mở ra cuộc cách mạng nông nghiệp nằm ở việc phá vỡ những bức tường ngăn cách giữa phòng thí nghiệm và đồng ruộng, biến những đột phá khoa học thành chính sách và hành động thực tiễn.