Vì sao cây trồng biến đổi gen lại cần thiết đối với ngành nông nghiệp?

Ngành nông nghiệp toàn cầu đang phải đối mặt với nhiều thách thức cấp bách như dân số thế giới không ngừng gia tăng, theo Liên Hợp Quốc (UN) dân số thế giới dự kiến đạt 11 tỷ người vào năm 2100 (con số này là 8 tỷ vào năm 2022 và 2,6 tỷ năm 1950). Đồng thời, nông nghiệp cũng phải thích ứng với điều kiện khí hậu biến đổi liên tục trong vài năm gần đây, đặc biệt là trước áp lực của bệnh dịch và côn trùng gây hại không hề suy giảm mà thậm chí còn gia tăng. Nền nông nghiệp cũng đang được định hướng và thúc đẩy để thân thiện hơn với môi trường bằng cách hạn chế sử dụng các sản phẩm bảo vệ thực vật (BVTV). Để giải quyết tất cả những thách thức trên, cây trồng biến đổi gen (BĐG) không đơn thuần chỉ là một sự lựa chọn mà có thể là giải pháp mang tính bước ngoặt.

Khả năng kháng sâu hại và bệnh cây

Công ngệ biến đổi gen có thể cứu sống giống chuối Tây Ấn. Một loại nấm gây bệnh đốm lá Sigatoka đang tàn phá giống chuối Cavendish, loại chuối chiếm 50% sản lượng chuối toàn cầu. Có vô số sản phẩm BVTV được nghiên cứu để ngăn chặn mối đe dọa này, nhưng hiệu quả của chúng ngày càng giảm. Hậu quả là thiệt hại về năng suất lên đến 50%. Trước tình hình này, các công ty Israel là Rahan Meristem và Evogene đã tiến hành nghiên cứu sáng tạo một giống chuối Cavendish biến đổi gen có khả năng kháng lại bệnh đốm lá Sigatoka. Hiện giống chuối này đang được trồng thử nghiệm và sẽ được thu hoạch vào cuối năm 2024 hoặc  đầu năm 2025. Sản lượng chuối tại Martinique và Guadeloupe đều phụ thuộc vào loại chuối biến đổi gen này, do đó Liên minh châu Âu phải sửa đổi quy định để cấp phép cho các sản phẩm tạo ra từ kỹ thuật gen mới. Toàn bộ nền kinh tế địa phương đang chờ đợi quyết định này và kết quả sẽ có tầm ảnh hưởng toàn cầu.

Một loại bệnh khác gây hại cho lúa miến, khiến năng suất thiệt hại tới 50% là bệnh thán thư và công nghệ biến đổi gen cũng đem lại giải pháp giúp giải quyết căn bệnh này. Các nhà khoa học tại Sở Nghiên cứu Nông nghiệp của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA ARS) và Đại học Purdue đã phát hiện ra một gen trong lúa miến có thể giúp củng cố khả năng phòng vệ của cây trồng. Tác động của nó khá đáng kể, đặc biệt khi lúa miến là cây ngũ cốc được sản xuất nhiều thứ 5 trên toàn thế giới. Phát hiện này có thể giúp phát triển các giống lúa miến biến đổi gen kháng bệnh thán thư, từ đó góp phần bảo vệ và tăng sản lượng thu hoạch, trong khi vẫn giữ được chất lượng hạt tốt. Bên cạnh đó, một dự án công – tư tên là Lúa miến thông minh kháng Striga dành cho Châu Phi (Striga Smart Sorghum for Africa – SSSfA) được thành lập cuối năm 2022 tại Kenya và Ethiopia với mục tiêu sử dụng bộ công cụ chỉnh sửa hệ gen CRISPR để đưa ra các giống mới kháng bệnh Striga, một loại cỏ ma ký sinh có thể tiêu diệt toàn bộ giống cây.

Nhiều quốc gia tại châu Phi – châu lục bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi tình trạng suy dinh dưỡng, đang ngày càng quan tâm đến cây trồng biến đổi gen. Nhờ có cây trồng biến đổi gen, chúng ta có thể cải thiện hàm lượng dinh dưỡng của một số loại thực phẩm. Tại Ấn Độ, quốc gia đông dân nhất thế giới, Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm Quốc gia đang nghiên cứu cải thiện dinh dưỡng của chuối để đối phó với bệnh thiếu máu và vitamin A. Các nhà sinh vật học từ Đại học Bristol và công ty Curtis Analytics Limited tại Vương quốc Anh cũng đang nghiên cứu công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 để vô hiệu hoá gen tham gia vào quá trình tổng hợp asparagine. Axit amin này có trong lúa mì được trồng ở những cánh đồng, khi nhiệt độ đạt tới 120 độ, chúng có thể sản sinh ra hợp chất gây ung thư acrylamide. Các thử nghiệm đầu tiên ghi nhận lượng acrymalide trong bánh mỳ thấp hơn đến 45% khi nướng và do đó có thể giúp giảm nguy cơ gây ung thư.

Sự thích ứng cần thiết với biến đổi khí hậu

Trong phần này, chúng tôi tổng hợp lại ý kiến của các diễn giả khác nhau tại hội nghị của Hiệp hội Pháp về Cây trồng công nghệ sinh học (AFBV) được tổ chức tháng 10 năm 2022.

Ông Jacques Le Gouis, Giám đốc nghiên cứu tại Viện nghiên cứu về nông nghiệp, thực phẩm và môi trường (INRAE), nhấn mạnh thực trạng năng suất lúa mì trung bình trên toàn quốc trì trệ từ những năm 1990. Nguyên nhân chính được xác định là: “điều kiện khí hậu ngày càng trở nên bất lợi, cùng với lượng nước sẵn có thấp và nhiệt độ cao trong quá trình vận chuyển chất khô từ lá vào bông.” Ông chỉ ra nhiều điểm khác nhau mà công trình nghiên cứu cần tập trung vào và đặc biệt cho biết rằng việc phát triển hệ thống rễ và sử dụng phương pháp mycorrhization đang được tiến hành nhằm giúp lúa mì trích xuất nước cũng như các khoáng chất từ đất tốt hơn. Ông hoan nghênh việc tiếp thị loại lúa mì biến đổi gen chịu hạn ở Argentina, loại lúa mì trước đó cũng đã được cấp phép canh tác tại Brazil.

Không chỉ lúa mì, mà năng suất các loại cây trồng khác tại Pháp cũng bị ảnh hưởng kể từ những năm 1990. Ông Philippe Gate chia sẻ “tình hình biến đổi khí hậu đang làm gián đoạn sự phát triển của các giống cây”. Tuy nhiên, những phân tích về sự thay đổi bất thường của khí hậu cũng đã tạo điều kiện giúp xác định dễ dàng hơn các loại gen có thể cải thiện để tạo ra các giống cây trồng với khả năng thích nghi tốt hơn. Ông Gate khẳng định, “yếu tố di truyền vẫn đóng vai trò quan trọng nhưng chưa đủ”. Các loại cây trồng biến đổi gen phải được kết hợp với thực hành nông nghiệp, các công cụ đưa ra quyết định hiệu quả và việc tiếp cận tốt hơn với nguồn nước tưới tiêu thông qua việc sáng tạo các nguồn tài nguyên mới.

Việc tái chế nguồn nước đóng vai trò thiết yếu, nhưng đây lại là lĩnh vực mà Pháp đang thụt lùi so với các nước khác mà phần lớn nguyên nhân bắt nguồn từ các lý do pháp lý. Tình trạng khan hiếm nước là một thách thức lớn. Ông Christophe Sallaud nhắc lại các phương pháp tiếp cận công nghệ sinh học đã được nghiên cứu trong vòng 20 năm qua và các giống cây trồng có khả năng chịu hạn đã được phát triển, ví dụ như ngô biến đổi gen MON87460. Mặc dù vậy, vẫn còn một chặng đường nghiên cứu dài phía trước với sự đa dạng của các yếu tố di truyền.

Sản xuất nhiều thực phẩm hơn một cách hiệu quả hơn

Vẫn tại hội nghị AFBV, ông Thierry Langin giải thích rằng “nông nghiệp đang phải đối mặt với thách thức kép: vừa phải thích nghi với thay đổi toàn cầu để đảm bảo an ninh lương thực, vừa phải giảm thiểu ô nhiễm môi trường”. Với ông, “chọn tạo giống cây trồng đại diện cho một thách thức lớn” và công nghệ sinh học đối với cây trồng đang mở ra những lối đi mới”. Ví dụ, các kỹ thuật gen mới (New Genomic Technique – NGT) “là một trong những công cụ hiệu quả và có thể thay thế các công cụ cải tiến giống cây truyền thống, nhờ khả năng tạo ra đa dạng di truyền ban đầu, từ đó tạo điều kiện cho sự chuyển giao thông tin từ cây mô hình sang cây trồng, để có thể thực hiện được việc xây dựng các kiểu gen khó có được bằng các phương pháp truyền thống”. Đôi khi, một gen cho phép chúng ta chống lại một tác động bất lợi lại gây ra một tác động bất lợi khác. Ví dụ, ở một số giống cây trồng, gen “mlo” có khả năng kháng bệnh phấn trắng nhưng lại khiến sinh trưởng chậm hơn.Với công nghệ CRISPR, các nhà khoa học có thể duy trì tốc độ tăng trưởng và năng suất bình thường, đồng thời giúp cây kháng bệnh phấn trắng. Đây là một bước tiến lớn.

Một trong những mục tiêu của biến đổi gen là tăng năng suất cây trồng đồng thời giảm nguồn tài nguyên sử dụng. Trong một bài báo xuất bản trong tạp chí European Scientist, ông Christophe Robaglia, giáo sư Đại học Aix-Marseille, đã chia sẻ những số liệu quan trọng về mục tiêu này. Việc trồng cây biến đổi gen “đã giúp tăng sản lượng đậu nành và ngô lần lượt là 330 triệu tấn và 595 triệu tấn tương ứng trong giai đoạn 1996-2020, đem lại 261 tỷ USD lợi nhuận cho nông dân”. Chưa dừng lại ở đó, việc trồng cây biến đổi gen đã giảm lượng tiêu thụ đầu vào, nghĩa là nông dân sử dụng ít các sản phẩm BVTV, phân bón, nước và máy móc nông nghiệp hơn.

Tại Ấn Độ, bông biến đổi gen kháng côn trùng gây hại đã giúp tăng năng suất nông sản lên từ 44 đến 63%; tại Trung Quốc, cũng nhờ loại bông biến đổi gen này mà lượng thuốc trừ sâu cần dùng đã giảm một nửa. Giáo sư Robaglia cũng đề cập đến việc sản xuất cây trồng biến đổi gen “chịu được thuốc trừ cỏ giúp hạn chế việc xới đất gây ra hiệu ứng nhà kính do năng lượng hóa thạch tiêu thụ và quá trình hô hấp của vi sinh vật. Vì vậy, tại Saskatchewan, Canada, từ năm 1991-1994, mỗi héc ta đất đều là nơi phát thải carbon, nhưng trong giai đoạn 2016-2019, nó đã trở thành bể chứa carbon, lưu giữ 0,12 tấn/năm do thực hiện canh tác không cày xới và lượng CO2 tăng lên nhờ năng suất cao.

Có rất nhiều ví dụ khác làm chứng cho điều này. Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã xác định một loại gen trong gạo tham gia vào quá trình quang hợp và hấp thụ nitơ. Các giống lúa được bổ sung gen này đã được đưa vào thử nghiệm trên nhiều thực địa khác nhau và cho ra hạt gạo với kích thước lớn hơn: năng suất vì vậy cũng tăng từ 41 đến 68%, và thải ra ít khí ni tơ hơn. Đối với lúa miến, như đã đề cập trước đó, giống lúa biến đổi gen của Mỹ sẽ giúp cây trồng ít phụ thuộc vào thuốc trừ bệnh hơn, từ đó giảm thiểu chi phí sản xuất. Nếu người nông dân có thể trồng lúa mà không cần thuốc BVTV, chắc chắn họ sẽ đồng ý không hề lưỡng lự.

Dù nhìn từ góc độ tài chính, con người hay môi trường, nghiên cứu về cây trồng biến đổi gen đều đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Hành trình này tuy dài nhưng tương lai rất hứa hẹn. Liên minh châu Âu và Pháp cần phải đánh giá lại tình hình và tạo ra môi trường thuận lợi cho các cải tiến cây trồng. Tại EU hiện nay chỉ có một số ít các sinh vật biến đổi gen được cấp phép tiếp thị, trong đó Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha chỉ cho phép canh tác ngô biến đổi gen dòng MON 810 và Pháp là quốc gia vẫn mắc kẹt trong nguyên tắc phòng ngừa thiếu hiệu quả.