Với khoảng 15 triệu kiện được sản xuất vào năm 2020, cây bông được coi là cây trồng giá trị gia tăng số 1 của Mỹ. Tuy nhiên, nó đòi hỏi khả năng tiếp cận các nguồn tài nguyên thiên nhiên như nước đang ngày càng có nguy cơ bị ảnh hưởng.
Bằng cách gửi 48 hạt bông lên Trạm Vũ trụ Quốc tế, các nhà thực vật học tại Đại học Wisconsin-Madison hy vọng sẽ tạo ra những ý tưởng để sản xuất bông bền vững.
Simon Gilroy, một nhà thực vật học tại Đại học Wisconsin-Madison, cho biết tất cả bắt đầu từ hệ thống rễ của thực vật, yếu tố quyết định sự sống còn của thực vật.
Gilroy nói: “Trước đây, chúng tôi đã hợp tác với nhà nghiên cứu Roberto Gaxiola tại Đại học Bang Arizona. “Ông đã phát hiện ra nhiều loại bông có một loại enzyme giúp bông có khả năng chống chịu căng thẳng. Chúng tôi đã so sánh giống này với một loại bông bình thường. Roberto đã phát hiện ra sự khác biệt giữa kiến trúc hệ thống rễ của hai giống và rằng lực hấp dẫn thực sự khá quan trọng trong quá trình phát triển của nó ”.
Được tài trợ bởi Target Corp. và được tài trợ bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Trạm Vũ trụ Quốc tế, Bông cải tiến nhắm mục tiêu thông qua trồng trọt trên quỹ đạo (TICTOC) là một phần mở rộng của nghiên cứu ban đầu của Gaxiola.
Sarah Swanson, nhà thực vật học tại Đại học Wisconsin-Madison, hỗ trợ dự án cho biết: “Target rất quan tâm đến hàng dệt bông và sản xuất các vật liệu cần thiết, chẳng hạn như để làm áo phông và các mặt hàng quần áo khác. “Bông sử dụng nhiều nguyên liệu đầu vào như nước, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật nên việc sản xuất bông bền vững là mối quan tâm của công ty. Nếu Target bằng cách nào đó có thể tăng cường sản xuất bông, thì không chỉ hoạt động kinh doanh của họ được hưởng lợi mà cả môi trường cũng vậy ”.
ĐƯỢC HƯỚNG DẪN BỞI GRAVITY
Trên Trái đất, rễ cây tìm kiếm nước được dẫn xuống đất nhờ trọng lực. Bằng cách loại bỏ lực hấp dẫn, các nhà thực vật học hy vọng sẽ khám phá ra các yếu tố khác ảnh hưởng đến việc rễ di chuyển theo hướng nào. Gilroy và Swanson nói, hiểu được điều này có thể giúp xác định cách tạo ra các giống bông mới có rễ sâu hơn để tìm kiếm và thu thập nước hiệu quả hơn, cũng như cô lập carbon trong đất.
“Bông là cây đói khát, liên quan trực tiếp đến bộ rễ của nó. Nó hấp thụ nước và chất dinh dưỡng qua rễ, vì vậy hình dạng của hệ thống rễ và điều gì làm cho hệ thống rễ đó phát triển theo cách mà nó vốn có là chìa khóa để hiểu tại sao bông lại cư xử như vậy, ”Gilroy nói. “Có thể có các yếu tố liên quan đến cảm biến trọng lực mà chúng ta có thể điều chỉnh trên Trái đất để thiết kế lại hệ thống rễ – từ kỹ thuật di truyền đến nhân giống có chọn lọc – để làm cho nó hiệu quả hơn.”
Thông tin thu thập được sẽ cung cấp một phần của câu đố về những gì cây bông đang sử dụng để xác định cách hệ thống rễ của chúng khám phá đất trên Trái đất. Thí nghiệm cũng sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cách trồng cây trong không gian, nơi thiếu trọng lực khiến việc tưới nước trở nên khó khăn.
Swanson nói: “Trong không gian, rất khó để nước đến được nơi cần thiết và tránh xa nơi không nên đến,” Swanson nói. “Đó là một tình trạng ngập lụt kinh niên.”
Trước vụ phóng ngày 3 tháng 6, các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị 48 hạt bông tại Trung tâm Vũ trụ Kennedy ở Florida. Được đặt trong các đĩa petri đặc biệt chứa đầy gel, hạt giống được bảo quản lạnh cho đến khi được đưa vào máy bay SpaceX Dragon trong hành trình gần 40 giờ tới trạm vũ trụ, một phòng thí nghiệm vi trọng lực hiện đại mở ra những khám phá không thể thực hiện được trên Trái đất.
Swanson nói: “Điều này ngăn cản cây con nảy mầm. “Chất nền thạch giống Jell-O có chứa các chất dinh dưỡng, giúp giữ cho các cây bông mầm vui vẻ khi chúng đang phát triển trong không gian.”
Khi họ đến trạm vũ trụ, các phi hành gia chuyển cây con vào một buồng phát triển rộng 2 × 2 foot được gọi là Veggie.
Ba chủng hạt bông có sáu ngày để nảy mầm và phát triển. Trong khi cây con lớn lên, các phi hành gia chụp ảnh rễ của chúng để nắm bắt thông tin về kích thước, hình dạng và hướng phát triển.
Gilroy nói: “Chụp ảnh về sự phát triển của chúng nghe có vẻ đơn giản, nhưng những hình ảnh đó rất mạnh mẽ vì chúng ta có thể thấy được những gì đang xảy ra hàng ngày.
Khi thí nghiệm hoàn tất, cây con bị đóng băng cho đến khi chúng có thể được gửi trở lại Trái đất. Vào ngày 9 tháng 7, một tàu vũ trụ đã lao xuống thành công ngoài khơi bờ biển Florida, mang về hơn 5.300 pound các thí nghiệm khoa học và hàng hóa khác từ không gian.
Gilroy nói: “Sáu ngày nghe có vẻ không nhiều, nhưng cây con sẽ phát triển đáng kể. “Cây con sẽ có hệ thống rễ dài 8 inch với 10 rễ nhánh.”
Số ngày cây con được phép phát triển cũng bị giới hạn bởi kích thước của buồng sinh trưởng.
Gilroy nói: “Trên Trái đất, rễ chạm đến đáy buồng sau sáu ngày, vì vậy đó là một yếu tố cần được xem xét khi phát triển trong không gian. “Chúng tôi không muốn rễ đâm vào đáy buồng vì chúng tôi muốn có một tấm thảm rễ thẳng, không bị cản trở”.
PHÂN TÍCH DỮ LIỆU CỦA CÂY BÔNG TRONG KHÔNG GIAN
Tại Madison, các nhà nghiên cứu sẽ phân tích các mô hình phát triển của rễ và sự biểu hiện của các gen liên quan đến rễ khác nhau giữa cây trồng trong không gian và trên đất liền để xác định xem tác động của không trọng lực lên cây con như thế nào.
Gilroy cho biết họ không chỉ xem xét các hình ảnh thu thập được trong không gian để trích xuất mọi thông số mô tả quá trình tăng trưởng diễn ra như thế nào, mà các nhà nghiên cứu còn có thể tìm hiểu sâu hơn về cấu tạo gen của thực vật dựa trên nghiên cứu trước đây đã thực hiện trên Trái đất.
Ông giải thích: “Một trong những bộ dữ liệu lớn mà chúng tôi đã có là các mẫu gen được bật và tắt trong một số trường hợp nhất định trên Trái đất. “Những mẫu gen này giống như dấu vân tay. Chúng ta biết dấu vân tay của hạn hán trông như thế nào. Chúng tôi biết dấu vân tay của lũ lụt trông như thế nào ”.
Giống như các phi hành gia bị mất khối lượng cơ bắp vì họ không chống lại lực hấp dẫn, các nhà thực vật học biết rằng thực vật sẽ không thể tạo ra cấu trúc rễ mạnh mẽ như bình thường trên Trái đất.
“Bởi vì không gian là một môi trường kỳ lạ, chúng tôi không biết những yếu tố nào khác đang ảnh hưởng đến sự tăng trưởng. Chúng tôi có thể đưa ra một số phỏng đoán, nhưng chúng tôi muốn biết liệu những suy đoán của chúng tôi có chính xác hay không, ”Gilroy nói. “Bằng cách sử dụng dấu vân tay di truyền, chúng tôi có thể cố gắng trả lời những gì mà thực vật nghĩ đang xảy ra khi nó ở trong không gian.”
Các nhà thực vật học nói rằng việc cải thiện cách sản xuất bông có ý nghĩa sâu rộng.
“Bông là một loại cây trồng có ảnh hưởng lớn đến môi trường và kinh tế. Có một số lợi ích có thể đến từ việc cải thiện nó, nhưng đó là một quá trình lâu dài. Vẻ đẹp của nghiên cứu là nó cung cấp kiến thức nền tảng, có thể đóng vai trò như một khối xây dựng mà ngành công nghiệp có thể tận dụng, ”Gilroy nói. “Ví dụ, một nhà chăn nuôi có thể lấy thông tin này và bắt đầu suy nghĩ về cách đưa nó vào chương trình chăn nuôi của họ. Các chương trình thành công là những chương trình có nhiều suy nghĩ về cách kết hợp các tính trạng để có được các giống cải tiến. ”
