Biến đổi khí hậu, dân số ngày càng tăng, khan hiếm đất canh tác và nguồn tài nguyên hạn chế đang gây áp lực buộc ngành nông nghiệp phải áp dụng các biện pháp bền vững và chính xác hơn nhằm thúc đẩy sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn (ví dụ: nước, phân bón và thuốc trừ sâu) ) và giảm thiểu tác động môi trường. Phát triển các hệ thống phân phối hiệu quả các hóa chất nông nghiệp như vi chất dinh dưỡng, thuốc trừ sâu và kháng sinh cho cây trồng sẽ giúp đảm bảo năng suất cao và chất lượng sản phẩm cao đồng thời giảm thiểu lãng phí tài nguyên.

Tuy nhiên, các thực hành tiêu chuẩn đối với việc sử dụng hóa chất nông nghiệp trong thực vật, chẳng hạn như phun qua lá, là không hiệu quả do sử dụng không đúng mục tiêu, nước chảy nhanh trong mưa và sự phân hủy nhanh chóng của các hoạt chất. Những thực hành này cũng gây ra những tác động phụ bất lợi đáng kể cho môi trường, chẳng hạn như ô nhiễm nước và đất, mất đa dạng sinh học và suy thoái hệ sinh thái; và các mối quan tâm về sức khỏe cộng đồng, chẳng hạn như các vấn đề về hô hấp, tiếp xúc với hóa chất và ô nhiễm thực phẩm.

Kỹ thuật kim siêu nhỏ dựa trên tơ mới do SMART phát triển đã khắc phục những hạn chế này bằng cách triển khai và nhắm trực tiếp một lượng nhất định vào các mô sâu của cây, điều này sẽ giúp hiệu quả tăng trưởng của cây cao hơn và giúp quản lý dịch bệnh. Kỹ thuật này ít xâm lấn vì nó cung cấp hợp chất mà không gây ra thiệt hại lâu dài cho cây trồng và bền vững với môi trường. Kỹ thuật này giảm thiểu lãng phí tài nguyên và giảm nhẹ các tác dụng phụ bất lợi do ô nhiễm hóa chất nông nghiệp gây ra cho môi trường. Ngoài ra, nó sẽ giúp thúc đẩy các thực hành nông nghiệp chính xác và cung cấp các công cụ mới để nghiên cứu thực vật và lai tạo các đặc điểm cây trồng, giúp đảm bảo an ninh lương thực.

Được mô tả trong một bài báo có tiêu đề “Phân phối thuốc trong thực vật bằng cách sử dụng vi kim tơ tằm”, xuất bản trên tạp chí Advanced Materials số tháng 1 năm 2023, nghiên cứu xem xét các vi kim polyme lần đầu tiên được sử dụng để cung cấp các hợp chất với lượng nhỏ cho nhiều loại thực vật và phản ứng của thực vật. Thông qua phân tích biểu hiện gien, các nhà nghiên cứu có thể kiểm tra chặt chẽ các phản ứng đối với thuốc sau khi tiêm vi kim. Quan sát thấy sự hình thành sẹo và mô sẹo tối thiểu, cho thấy vết thương do tiêm thuốc gây ra ở mức tối thiểu đối với cây trồng. Nghiên cứu này mở ra cơ hội ứng dụng vi kim thực vật trong sinh học thực vật và nông nghiệp, cho phép điều chỉnh sinh lý thực vật và nghiên cứu quá trình trao đổi chất thông qua việc phân phối lượng thuốc hiệu quả.

Nghiên cứu đã tối ưu hóa thiết kế của kim siêu nhỏ để nhắm mục tiêu vào hệ thống vận chuyển có hệ thống ở Arabidopsis (cây cải xoong), loại cây mẫu được chọn. Axit Gibberellic (GA3), một chất điều hòa sinh trưởng thực vật được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp, đã được chọn làm thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc cung cấp GA3 thông qua vi kim có hiệu quả hơn trong việc thúc đẩy tăng trưởng so với các phương pháp truyền thống (chẳng hạn như phun qua lá). Sau đó, họ xác nhận tính hiệu quả bằng cách sử dụng các phương pháp di truyền và chứng minh rằng kỹ thuật này có thể áp dụng cho nhiều loài thực vật khác nhau, bao gồm rau, ngũ cốc, đậu tương và gạo.

Giáo sư Benedetto Marelli, đồng tác giả của bài báo, đã chia sẻ: “Kỹ thuật này tiết kiệm tài nguyên so với các phương pháp phân phối hóa chất nông nghiệp hiện tại vốn lãng phí hóa chất. Khi sử dụng, các kim siêu nhỏ phá vỡ hàng rào mô và giải phóng các hợp chất trực tiếp bên trong cây trồng, tránh thất thoát hóa chất nông nghiệp.Kỹ thuật này cũng cho phép kiểm soát chính xác lượng hóa chất nông nghiệp được sử dụng, đảm bảo nông nghiệp chính xác công nghệ cao và tăng trưởng cây trồng để tối ưu hóa năng suất”.

Tiến sĩ Yunteng Cao, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết thêm: Kỹ thuật chưa từng có này là một cuộc cách mạng đối với ngành nông nghiệp. Nó cũng giảm thiểu lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Trong tương lai, với khả năng ứng dụng kim siêu nhỏ tự động, kỹ thuật này có thể được sử dụng trong công nghệ cao ngoài trời và trong nhà.

Sally Koh từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) cho biết: Nghiên cứu này cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng các công cụ di truyền để nghiên cứu phản ứng của thực vật đối với vật liệu sinh học. Phân tích những phản ứng này ở cấp độ di truyền mang lại sự hiểu biết toàn diện về những phản ứng này, từ đó hướng dẫn phát triển các vật liệu sinh học trong tương lai có thể được sử dụng trong ngành Thực phẩm Nông nghiệp.

Theo https://www.mard.gov.vn/