5 cách đáng kinh ngạc của thực vật tạo nên những công nghệ mới

Những nhà khoa học kết luận rằng những phương pháp mới lạ cho các khám phá mới là dùng đến rau bina. Những loài thực vật sẽ thụ phấn dưới ánh đèn huỳnh quang trong khi đó những tuýp nano sẽ phát ra ánh sáng hồng ngoại. Với sự tồn tại của các hóa chất, đèn tắt và điều đó được dùng như một tín hiệu cho việc phát nổ tức thời. Sự thay đổi trong sự phát quang nhờ vào việc thay đổi điện thoại di động.
Nhưng tại sao việc biến đổi rau bi na thay vì những ống nano là ý tưởng của họ? Nó thực sự là lượng nước chảy trong gốc rễ đến từ hàng cây kẽ lá mà không dùng đến nhiều năng lượng. Trong trường hợp này, rau bi na được dùng như hệ thống tưới cây tự động cho sự bùng nổ những ống nano.

Ấn tượng là một trong những lí do tại sao những loài cây thường được dùng không chỉ như thức ăn và quần áo mà còn là công nghệ phức tạp. Đây là một vài cách đáng ngạc nhiên chúng ta có thể dùng thực vật trong công nghệ.

Sự khử độc

Cây cối có khả năng xử lí nước có thể cũng được dùng trong phương pháp xử lí nước và đất nhờ vào thực vật. Chất gây ô nhiễm đất tan vào trong nước và được hút bởi các cây, chúng được truyền lên lá và tích trữ trong quá trình tích trữ bay hơi của nước. Những loài cây có thể sau đó được thu hoạch và bị phá hủy. Nó được sử dụng để khử độc Asen và chì. Chất gây ô nhiễm cho cây như ca-đi-mi hoặc ni-ken và quá trình khắc phục gọi là trồng trọt trên vùng đất có nhiều tạp chất.

Trong thời đại hiện nay, những loài thực vật đều bị biến đổi gien để kết hợp với khả năng xử lí lượng nước cùng các loại vi khuẩn. Điều này có nghĩa chúng ta có thể sản sinh ra các loài thực vật biến đổi gien và có thể làm giảm bớt lượng chất nổ.

Chất nổ

Thực vật không chỉ được dùng với mục đích hòa bình. Vào năm 1846, Christian Schönbein thực hiện thí nghiệm tại nhà bếp. Ông đổ hỗn hợp a-xít lên tấm vải và sau đó ông dùng tạp dề của vợ. Nó thực sự tuyệt vời sau khi ông nhanh chóng rửa chúng, và ông đã hong khô bằng lò. Đợt cháy nổ đã được dập tắt khi chiếc tạp dề bị cháy nổ.

Schönbein đã chuyển đổi chất cô-tông của chiếc tạp dề thành ni-tơ cen-lu-lô-dơ, vụ nổ thực sự lớn hơn chất nổ TNT. Cen-lu-lô-dơ là một dạng của cotton cháy là thành phần cấu trúc chính của thực vật và phân tử sinh học phổ biến trên Trái đất. Cen-lu-lô-dơ dễ dàng được sử dụng và ni-tơ cen-lu-lô-dơ phản ứng mạnh hơn cả thuốc súng và cô-tông cháy được thay thế thuốc súng cho nhiều mục đích khác nhau vào thế kỉ 19.

Trong tiểu thuyết ‘Từ Trái đất đến mặt trăng’, Jules Verne đã kể về những nhà du hành trong không gian sử dụng khẩu súng lớn để khai hỏa đã dùng ni-tơ cen-lu-lô-dơ. Trong thực tế, không gian những nhà du hành của Verne xoay chuyển rất nhanh chóng. Nhưng anh ta vẫn hoàn toàn dùng ni-tơ cen-lu-lô-dơ thay thế xăng cho hỏa tiễn ngày nay – đặc biệt áp dụng cho quân sự, bởi vì nó không tạo ra khói.

Băng nhựa

Ni-tơ cen-lu-lô-dơ và những thực vật chứa ni-trát pô-ly-sa-rít cũng được dùng cho việc làm ra nhựa.

Người ta dùng Ni-tơ cen-lu-lô-dơ để làm ra cuốn phim ở thời đại trước và có thể bị đốt cháy hoặc phát nổ khi máy chiếu quá nóng. Những chất liệu khác được thay thế để an toàn hơn nhưng chất lỏng chứa dung môi ni-tơ cen-lu-lô-dơ vẫn được dùng trong y học. Nó được vẽ qua những vết cắt, và niêm chúng trong những cuộn phim có chứa Ni-tơ cen-lu-lô-dơ.

Những loài cây sản sinh pô-ly-me sinh học sẽ giúp thân thiện môi trường và là chất thay thế cho dầu và nhựa, đó cũng là thời gian để những chất khác từ tự nhiên khôi phục lại.

Thịt dành cho người ăn chay

Rõ ràng những loài thực vật tạo nên những thành phần cơ bản trong hầu hết các món ăn, nhưng những nhà khoa học ngày nay đã tạo nên bánh mì kẹp có vẻ ngoài, hương vị, cho mọi người khẩu vị như thịt khi nấu mặc dù nó được chế biến từ thực vật. Họ làm món này để tạo nên sự khác biệt. Ví dụ, để chế biến món ăn này với thịt bên trong, loại bơ-gơ mới có dầu thực vật ở thể rắn trong nhiệt độ phòng nhưng tan chảy khi làm nóng. Chất béo được dùng chiết xuất từ những trái dừa.

Thực vật không có chất đạm có huyết sắc tố và chất đạm tốt cho cơ những chất này tạo ra màu đỏ của thịt cùng với chất sắt. Nhưng một vài loài thực vật có chứa sắc tố hồng như huyết sắc tố và chất đạm cho cơ phát triển, hấp thụ ô-xy. Sắc tố hồng đến từ các loài thực vật như đậu có nốt sần với những con vi khuẩn chuyển hóa ni-tơ từ không khí đến phân bón cho cây.

Ô-xy ảnh hưởng đến hệ thống chuyển hóa ni-tơ rất nhiều, những thành phần có thể mất 99% khả năng chuyển hóa trong vòng ít hơn 6 phút. Nên việc đảm bảo sắc tố hồng chúng ta cần tăng lượng ô-xy trong các nốt sần. Những nốt sần có chứa ni-tơ sẽ có màu đỏ máu bên trong bởi vì sắc tố hồng có màu gần giống với huyết sắc tố.

Sắc tố hồng dùng trong bánh bơ-gơ thực vật chứa chất sắt mặc dù không làm từ thực vật bởi vì điều đó không hiệu quả và khả thi. Thay vì vậy người ta dùng đến phương pháp cấy men có màu đỏ máu như trong phim True Blood.

 

Cây cối tại Chelsea có thể phải chăm sóc ở mức cao

Cây cối tại Chelsea có thể phải chăm sóc ở mức cao – hãy thay đổi khu vườn ảm đạm với những bông hoa đầy màu sắc.

Bạn có cảm thấy cảm hứng khi xem chương trình hoa tại Chealsea không? Bạn có hứng thú với khu vườn thiết kế đẹp và hoàn hảo với cây cối được cắt tỉa gọn gàng, phủ đầy những bông hoa màu sắc, và những cây bon sai với dáng vẻ độc đáo? Vấn đề là những khu vườn và những bông hoa ở Chelsea đòi hỏi nhiều sự chăm sóc, bón phân và dùng thuốc diệt sâu bọ, côn trùng, và cỏ dại thường xuyên.

Nhưng cũng có nhiều sự lựa chọn khác nếu bạn muốn ít chăm sóc hệ thống sinh học tự nhiên, không cần quá nhiều sự chăm sóc và nuôi dưỡng và điều đó tốt cho bạn và gia đình.

Quay về với những loài cây dại

Trồng những cánh đồng hoa dại trong khu vườn của bạn là một ý kiến hay để giữ mọi thứ tự nhiên và cần ít sự chăm sóc, nhưng nó vẫn duy trì được vẻ đẹp. Việc trồng những loài hoa dại bất tử sẽ mang đến vẻ đẹp trong nhiều năm. Hãy thận trọng, chúng phù hợp để trồng ở những lớp đất thiếu màu mỡ bởi vì điều này giảm sự phát triển của cỏ dại, mặt khác nó hướng đến việc tranh giành sự sống với những cây hoa. Tất nhiên bạn có thể giảm chất dinh dưỡng cho đất bằng cách chuyển lớp đất trên cùng ra khỏi trước khi trồng, nhưng còn có một lựa chọn khác là hoa dại có thể được trồng trong loại đất màu mỡ hơn.

Đây là cách tốt nhất để tránh việc thu thập những hạt giống từ những loài cây dại, điều này ảnh hưởng đến ngân hàng hạt giống tự nhiên. Từ những năm 1930, việc lan rộng của những cánh đồng hoa dại đã cảnh báo sự giảm sút 2% so với mức trước đó. Thay vì bạn tìm nhà cung cấp hạt giống hoa người có thể cho bạn lời khuyên về hạt giống tốt nhất khi trồng trong điều kiện khác nhau tại từng khu vực. Những loài tự nhiên sẽ có sức sống tốt hơn và hỗ trợ cho việc tái tạo thế hệ mới của những loài hoa dại.

Làm bạn với việc trồng cây

Đôi khi chúng ta không thân thiết với hàng xóm và không di chuyển đến các khu vực nơi chúng ta có thể cảm thấy hạnh phúc trong yên bình. Có những bằng chứng cho thấy những loài thực vật có thể cũng cảm nhận như vậy, khi những loài đó tiết ra những chất hóa học độc hại làm hạn chế việc phát triển của những loài thực vật xung quanh, và quá trình đó được gọi là sự cảm nhiễm qua lại.

Ví dụ như những cây óc chó đen tiết ra chất hóa học bằng cách sản sinh những chất hóa học diệt cỏ dại, và chất Juglone.

Chất hóa học nó tiết ra sẽ lan truyền đến các cây khu đất xung quanh, sau đó nó có thể là nguyên nhân dẫn đến việc héo ùa của những cây gần đó và có thể làm chết những thực vật xung quanh. Những loài như bắp cải, cà chua, khoai tây và táo khá nhạy cảm với chất Juglone. Thế nên bạn nên tránh trồng chúng gần những cây óc chó.

Một vài loài thực vật dường như biết đến sự phát triển của những loại thực vật khác. Ví dụ, những loài cây họ đậu phát triển đất đai xung quanh nó nhờ vào vi khuẩn nốt rễ có trong rễ cây của chúng. Loài vi khuẩn này chuyển hóa ni-tơ trong không khí thành một dạng chất có thể hấp thu và có lợi đối với sự phát triển của các loài thực vật xung quanh.

Một vài loài thực vật cũng mang lại lợi ích cho những loài thực vật xung quanh bằng cách tiết ra chất đuổi những côn trùng có hại. Ví dụ, khi bạn trồng hành với cà rốt, hành sẽ ngăn chặn những con ruồi đậu lên cà rốt, hoặc đậu giống Pháp với bắp cải, đậu sẽ tiết ra chất chống côn trùng. Việc trồng xen kẽ các loại cây khác nhau được biết đến như việc trồng trọt chung nếu bạn muốn khu vườn phát triển mạnh mẽ, những loài thực vật lân cận là những thứ bạn cũng muốn thu hoạch.

Những nhà khoa học cũng khám phá những dấu hiệu phát ra từ những loài thực vật bằng những cuộc điều tra các loại cây, khi tấn công bởi sâu bọ, chúng sản sinh ra hương thơm để gây khó chịu cho sâu bọ hoặc thu hút các loài côn trùng khác đồng thời cũng ngăn chặn các loài sâu bọ. Họ bắp cải sản sinh ra chất hóa học hương mù tạc được gọi là isothiocyanate, một chất ngăn chặn các loài côn trùng có hại.

Một vài loài thực vật tiết ra chất hóa học mang hương thơm được gọi là myrtenal, có tác dụng đuổi côn trùng. Myrtenal có mùi gần giống với dứa, nhưng được tìm thấy trong những cây có mùi hương như bạc hà, húng tây, xô thơm, và hương thảo. Bằng việc trồng những loại rau trong khu vườn, bạn sẽ có được nguyên liệu tuyệt vời trong nhà bếp và cách chống lại sâu bọ một cách tự nhiên.

Sự thụ phấn nhờ vào những chú ong

Những bông hoa dại cũng có ích cho việc thụ phấn khi chúng giúp giảm số lượng những con ong. Việc trồng nhiều loài thực vật khác nhau sẽ giúp tăng cường khả năng sản sinh phấn hoa và mật và việc những loài hoa có nhiều cánh sẽ làm cản trở việc thụ phấn và nó sẽ ảnh hưởng xấu đến hệ thống sinh thái.

Đừng nghĩ rằng những chú ong là những con côn trùng trong khu vườn của bạn, hãy ngồi xuống và xem quá trình thụ phấn. Bạn sẽ quan sát một vài hành vi của những chú ong bằng cách xem xét những nơi chứa phấn hoa của các loài hoa khác nhau để gia tăng việc tiết phấn hoa- một quá trình thụ phấn hoặc phát tán phấn hoa.

Nó là quá trình những con ong nhỏ và ong nghệ phải học, khi chúng cần giữ chặt lấy bộ phận giữ phấn hoa và di chuyển nhanh chóng bằng cánh để sản sinh ra sự chuyển động cao và to hơn khi bay. Khi chuyển động đúng chúng sẽ tạo ra phấn hoa. Những loài hoa phục vụ cho việc thụ phấn như khoai tây và hoa cà chua.

Việc trồng khu vườn tự nhiên không chỉ tốt cho môi trường mà còn là cách để ít chăm sóc và thư giản cho bạn. Bên cạnh đó, khi khu vườn phát triển qua từng ngày, bạn sẽ có nhiều thời gian để ngồi ngắm và học cách chăm sóc thiên nhiên xung quanh bạn.

Thực vật hạt kín hai lá mầm giúp ngăn sức nóng toàn cầu ảnh hưởng đến thu hoạch.

Chắc chắn rằng loài thực vật thuộc họ Phiên hạnh có thể trở thành vũ khí tuyệt vời trong cuộc chiến chống lại thay đổi khí hậu, điều này gây hại đến các khu vực dùng nhiên liệu sinh học trong quá trình thu hoạch. Nhà sinh hóa và sinh học phân tử John Cushman tại đại học Nevada, Reno sẽ vẽ gen mô phỏng của loài thực vật thuộc họ Phiên hạnh. Điều này giúp tìm ra phương pháp tốt hơn cho phép năng lượng sinh học trong việc giải quyết vấn đề nồng độ muối trong đất và hạn hán.

Phòng thí nghiệm của Sushma đang nghiên cứu về chức năng của gen về quá trình trao đổi chất axit crassulacean hoặc CAM, cách giữ nước khi quang hợp giúp cây sống theo mùa trong khí hậu khô cằn hoặc cung cấp nước không liên tục. Viện ghép gen đã chọn nghiên cứu của Cushman với loài thực vật Phiên hạnh như một trong 37 dự án trong chương trình Khoa học cộng đồng. Viện tổ chức cuộc thi Khoa học cộng đồng giữa các nhà nghiên cứu nhằm khám phá các cách giải quyết về các thách thức năng lượng và môi trường. Mục tiêu của chương trình gen thực vật là tạo ra những hình ảnh mô tả về gen cho những đợt thu hoạch điều này quan trọng đối với nguồn năng lượng sinh học dự trữ’ Cushman cho biết. ‘Tuy nhiên những loài được chọn cũng bao gồm những mẫu thực vật phát triển nhanh chóng và dễ dàng nghiên cứu để cải tiến việc hiểu rõ về chức năng gen’.

Mục tiêu của việc nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Cushman là hiểu áp lực của môi trường và kiểm soát đồng hồ sinh học đối với quang hợp CAM như thế nào. Những thành viên của phòng thí nghiệm thực hiện việc tương tác transcriptome, proteome và metabolome sử dụng để phân tích các cây thuộc họ Phiên Hạnh, điều này giúp nó có thể sống sót ở môi trường khắc nghiệt.

‘Nó thực sự đơn giản’Cushman cho biết. ‘Chúng ta thở ra khí CO2 và các khí nhà kính khác vào không khí và nhiệt độ trung bình xung quanh tăng lên. Nhiều hơi nóng sẽ dẫn đến khả năng đất khô cằn tăng lên và mất nước nên không khí nên lạnh để giảm khả năng hạn hán. Vậy nên một trong những dự đoán về việc trái đất nóng dần lên là do sức nóng này. Chúng ta sẽ cần phát triển nhiều loài thực vật có khả năng chịu hạn hán trong tương lai’.

Họ phiên hạnh, bắt nguồn từ vùng Namibia sa mạc tại châu Phi, quan trọng hơn là những loài thực vật đầu tiên được báo cáo có thể chuyển từ quang hợp C3 (xảy ra suốt ngày) sang quang hợp CAM (xảy ra vào buổi tối) theo lượng muối hoặc xử lí quá trình thiếu nước. Những cây có quá trình quang hợp CAM cần lượng nước gấp 5-6 lần so với loại quang hợp C3.

‘Chúng ta sẽ lên danh sách những mẫu gen để biết chính xác những gen nào quan trọng đối với quá trình quang hợp CAM, và tại sao loài phiên hạnh là  loài thực vật quan trọng mà DOE quan tâm’ Cushman cho biết. ‘Vì vậy hiện nay chúng ta có thể mang gen của họ phiên hạnh nghiên cứu lại và so sánh chúng với việc quang hợp C3 của giống lúa và lúa mì hoặc năng lượng sinh học rừng, điều này giúp chúng ta sử dụng nước một cách hiệu quả.’

Dự án của Cusman đang tiến hành, ông cho biết nó mất khoảng vài năm để hiểu hoàn toàn những loài thực vật chống lại hạn hán và nhiệt độ như thế nào, và nghiên cứu có thể cải tiến xăng sinh học và an toàn trong việc thu hoạch cây trồng. Việc hợp tác trong dự án với Viện ghép Gen sẽ cung cấp việc tiếp cận các nguồn lực và những cơ sở vật chất cho phòng thí nghiệm của ông để tiếp tục quá trình nghiên cứu.

Những dự án CSP mới được chọn thông qua quá trình xem sơ lược, những thí nghiệm, khả năng phân tích của JGI và xây dựng hồ sơ của họ trong những lĩnh vực chủ chốt bao gồm việc sản xuất năng lượng sinh học, mô thực vật và thực địa’ Susannah Tringe, Bộ phận chương trình người dùng JGI DOE, cho biết trong hồ sơ Khoa học cộng đồng 2017.

‘Dự án của chúng tôi và dự án CSP của cộng sự chúng tôi tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge và trường đại học Liverpool, và Newcastle tại Anh trên mẫu thực vật CAM được gọi là Kalanchoe, còn được biết đến với tên CAM’ Cushman cho biết. ‘CAM tồn tại trên hơn 60% các loài thực vật thuộc 36 họ thực vật, nó gần như là tập tính sinh học để thích nghi môi trường.’

Cushman nhận bằng đại học từ cao đẳng Ursinus tại Collegeville, Pennsylvania, và bằng Thạc sĩ và Tiến sĩ từ đại học Rutgers, New Brunswick, New Jersey. Ông dạy học tại đại học Nevada từ 2000, và lập quỹ giáo sư tại trường Nông nghiệp, công nghệ sinh học và nguồn tự nhiên, và được biết đến với vai trò giám đốc chường trình Thạc sĩ Hóa sinh. Ông được ghi tên vào những nhà nghiên cứu của năm bởi hệ thống giáo dục cao học Nevada.

Cushman đang hướng đến Nông nghiệp tại những vùng đất khô cằn của các trường cao đẳng để sản xuất thu hoạch trong điều kiện đất khô hạn bằng việc phát triển hệ thống sản xuất nông nghiệp, cải thiện hiệu quả những nguồn không tái tạo được và tương tác nơi phù hợp, vòng sinh học tự nhiên và kiểm soát khí hậu và sản xuất – liên quan đến những thách thức thực phẩm và chất xơ đảm bảo an toàn cho những thế hệ tương lai.