Thực vật giữa ánh sáng và bóng tối

Thực vật thông qua quá trình quang hợp để phát triển. Trong quá trình này, thực vật sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời, giải phóng oxy và tạo ra cacbon hydrat, là nguồn thức ăn cơ bản cho cả con người và hầu hết các loài động vật trên trái đất. Trong điều kiện tự nhiên, lượng ánh sáng có thể thay đổi nhanh chóng trong thời gian rất ngắn. Một trong những lý do chính là những đám mây cung cấp ánh sáng và bóng tối khi đi qua phía trước mặt trời. Lá và cành cây cũng có thể tạm thời cung cấp bóng râm khi bị gió lung lay. Thực vật không thể chuyển từ bóng râm sang nắng khi ánh sáng bị hạn chế và ngược lại, không thể ‘trốn’ nắng sang bóng râm khi tiếp xúc với quá nhiều ánh sáng mặt trời. Thực vật phải phản ứng với việc thay đổi điều kiện ánh sáng theo những cách khác.
Cũng giống như con người, quá nhiều ánh sáng mặt trời cũng có hại cho thực vật. Đặc biệt, sự thay đổi nhanh chóng giữa ánh sáng mờ và rực rỡ là một vấn đề lớn. Giống như võng mạc trong mắt chúng ta, thực vật sử dụng các phân tử trong lá để thu giữ các hạt ánh sáng. Khi ánh sáng yếu, những bẫy ánh sáng này rất hiệu quả trong việc thu được càng nhiều ánh sáng yếu càng tốt. Nếu điều kiện ánh sáng đột ngột thay đổi, quá nhiều năng lượng ánh sáng có thể chiếu tới cây. Năng lượng này có thể làm quá tải hoặc làm hỏng bộ máy quang hợp nhạy cảm bên trong tế bào thực vật. Theo đó, thực vật phải liên tục điều chỉnh hoạt động quang hợp của chúng với các điều kiện môi trường để một mặt thu được năng suất ánh sáng tối đa nhưng mặt khác lại tránh bị tổn hại bởi quá nhiều ánh sáng.
Cho đến nay, thực vật trồng trong nhà kính và phòng thí nghiệm hầu như chỉ được trồng trong điều kiện ánh sáng ổn định và đồng đều. Do đó, sự hiểu biết về cách thức hoạt động của sự thích ứng với các điều kiện ánh sáng thay đổi còn rất hạn chế. Trong trường hợp xấu nhất, điều này có thể dẫn đến việc cây trồng đang phát triển tốt trong phòng thí nghiệm và nhà kính nhưng đột nhiên hoạt động kém hơn nhiều so với dự kiến khi được nuôi cấy trên đồng ruộng.
Điều chỉnh quang hợp trong điều kiện ánh sáng thay đổi
Các nhà nghiên cứu xung quanh Ute Armbruster đã kiểm tra cây mẫu Arabidopsis thaliana cho nghiên cứu. Cây được trồng trong nhiều điều kiện khác nhau bao gồm ánh sáng tĩnh, dao động và tự nhiên. Nghiên cứu tập trung vào hai protein vận chuyển ion có tên là VCCN1 và KEA3 đóng vai trò chính trong việc điều chỉnh linh hoạt hiệu suất quang hợp. Từ các nghiên cứu trước đây, VCCN1 kích hoạt khả năng chống nắng nếu ánh sáng đột ngột trở nên quá mạnh. Khi cường độ ánh sáng giảm đi, protein thứ hai là KEA3 sẽ nhanh chóng phá vỡ lớp chống nắng này để cây có thể đón nhiều ánh sáng trở lại. Tuy nhiên, cả VCCN1 và KEA3 chưa bao giờ được kiểm tra trong điều kiện ánh sáng thực tế.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp mới đầy sáng tạo để đo lường quá trình quang hợp kết hợp với việc sử dụng có mục tiêu loại bỏ gien - tức là thực vật có gien VCCN1 và KEA3 đã bị tắt. Các nhà khoa học cho thấy hoạt động của các protein VCCN1 và KEA3 phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng mà thực vật được nuôi dưỡng. Theo đề xuất, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào hai yếu tố ánh sáng liên quan đến sự tăng trưởng trong phân tích và có thể chỉ ra rằng cả lượng ánh sáng mà cây nhận được và tần số dao động của ánh sáng đều có ảnh hưởng mạnh mẽ đến chức năng của hai chất vận chuyển ion. Chức năng bảo vệ của VCCN1 chỉ quan trọng ở những cây trước đây được trồng dưới ánh sáng yếu. Mặt khác, KEA3 loại bỏ sự bảo vệ, thậm chí còn hoạt động trong thời kỳ ánh sáng cao khi cây được trồng trong điều kiện có cường độ ánh sáng cao.
Khả năng chống nắng cũng phụ thuộc vào mức độ dao động ánh sáng mà cây tiếp xúc. Khi điều kiện ánh sáng thay đổi đáng kể, thực vật sẽ tạo ra sắc tố màu cam zeaxanthin, sắc tố này cũng tham gia vào quá trình bảo vệ khỏi ánh nắng mặt trời. Việc sản xuất chất chống nắng này cũng bị KEA3 ngăn cản trong điều kiện ánh sáng cao./.

Nguồn: Cổng TTĐT Bộ Nông nghiệp và PTNT