Một nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc đã phát triển thành công vật liệu nano gốc carbon có nguồn gốc từ sinh khối chất thải nông nghiệp có thể tăng cường quá trình quang hợp của thực vật và kích thích tăng trưởng cây trồng.
Bước đột phá này được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Tiên tiến Thâm Quyến, một phần của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cùng với các nhà nghiên cứu từ Đại học Giao thông Thượng Hải. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Communications Materials.
Vật liệu mới, được gọi là chấm lượng tử carbon, sử dụng các sản phẩm chất thải hữu cơ như rơm, lá và cỏ dại làm cơ sở cho quá trình tổng hợp của nó. Theo nghiên cứu, các chấm lượng tử này có khả năng chuyển đổi ánh sáng cực tím - thường không được thực vật hấp thụ - và ánh sáng xanh lá cây, được hấp thụ với hiệu suất thấp, thành ánh sáng đỏ. Sự chuyển đổi này cho phép thực vật hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn, cải thiện đáng kể hiệu quả của quá trình quang hợp. Nghiên cứu giải thích rằng các chấm lượng tử carbon đạt được điều này bằng cách kích thích các electron từ các photon được hấp thụ, do đó cung cấp thêm các electron cho chuỗi vận chuyển electron quang hợp.
Trong các thiết lập thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã kết hợp vật liệu nano vào môi trường nuôi cấy lỏng của vi khuẩn lam và cũng áp dụng trực tiếp lên cây trồng. Kết quả cho thấy sự gia tăng đáng kể về tốc độ tăng trưởng và cố định CO2: vi khuẩn lam sản xuất glycerol biểu hiện tốc độ cố định CO2.4 tăng gấp 2 lần, kèm theo sự gia tăng 2.2 lần về sản lượng glycerol. Trong khi đó, sinh khối của cây mô hình Arabidopsis được tăng cường 1.8 lần.
Nghiên cứu phác thảo thêm những lợi thế của vật liệu này, nhấn mạnh chi phí sản xuất thấp và khả năng tương thích sinh học cao, cho thấy nó có thể đóng vai trò quan trọng trong các hoạt động nông nghiệp trong tương lai cũng như trong các quy trình sản xuất sinh học sử dụng năng lượng mặt trời. Các thí nghiệm ban đầu cũng chỉ ra hiệu quả của nó trong việc thúc đẩy sự phát triển của nhiều loại cây trồng, bao gồm bèo tấm, đậu phộng, ngô và đậu nành.
Tiến về phía trước, nhóm nghiên cứu đã bày tỏ ý định tiến hành thêm các thí nghiệm thực địa để xác nhận tiềm năng của các chấm lượng tử carbon trong các kịch bản nông nghiệp thực tế. Sự phát triển này có thể đưa ra một hướng đi đầy hứa hẹn để nâng cao năng suất cây trồng đồng thời giải quyết một số thách thức liên quan đến tính bền vững của nông nghiệp.
