Một thực tế về thực vật mà hầu hết mọi người có thể nhớ từ trường học là họ sử dụng ánh sáng mặt trời để tự chế biến thức ăn. Quá trình đó, quang hợp, có nghĩa là thực vật phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời. Nhưng như bất cứ ai quên đặt suncream trong ngày ở bãi biển đều biết, mặt trời cũng có thể gây hại. Vậy làm thế nào để thực vật hấp thụ ánh sáng cần thiết trong khi tránh được tác hại từ tia cực tím (UV) của mặt trời? Câu trả lời ngắn gọn là bằng cách tự làm kem chống nắng. Và nghiên cứu mới đang giúp chúng tôi hiểu chính xác quá trình đó hoạt động như thế nào.

Chúng ta biết quá nhiều tia cực tím có thể gây hại cho sức khỏe con người. Trong ngắn hạn, tia cực tím dư thừa - đặc biệt là các bước sóng ngắn nhất trong ánh sáng mặt trời, được gọi là UVB - gây ra cháy nắng. Tổn thương da nhiều lần do tiếp xúc với UVB trong nhiều thập kỷ có thể dẫn đến tăng nguy cơ ung thư da. Tất nhiên, những người khác nhau có thể chịu được lượng UV khác nhau. Những người có làn da có sắc tố sâu (tối hơn) được bảo vệ tốt mọi lúc, cho dù họ có ở ngoài nắng hay không. Những người khác cần một số tiếp xúc với ánh nắng mặt trời để tạo ra sắc tố bảo vệ da bằng cách phát triển một làn da rám nắng. Và một số người hầu như không bị sạm da, khiến họ rất dễ bị cháy nắng và các tác hại khác của tia cực tím.

Tất nhiên tất cả chúng ta cũng có thể chọn để tránh ánh nắng mặt trời, đội mũ hoặc sử dụng kem chống nắng. Nhưng còn thực vật thì sao? Họ phải ở trong ánh mặt trời. Có một loại cây tương đương với cháy nắng hoặc các sắc tố bảo vệ chúng ta có trong da?

Các nhà khoa học thực vật bắt đầu suy nghĩ về những câu hỏi đó khi cạn kiệt tầng ozone tầng bình lưu - lỗ hổng trên tầng ozone - đe dọa sẽ cho phép nhiều UVB tiếp cận bề mặt Trái đất hơn. Nghiên cứu trở lại trong các 1980 và 1990 cho thấy rằng mức độ UVB cao sẽ dẫn đến sự suy giảm tầng ozone có thể trực tiếp làm hỏng quang hợp. Các tác động khác của tia cực tím cao cũng có thể làm giảm sự tăng trưởng và năng suất cây trồng.

Nhưng cùng một nghiên cứu cho thấy thực vật được bảo vệ tốt khỏi các tác động xấu hơn của mức độ UVB mà chúng ta trải nghiệm bây giờ. Sự bảo vệ này đến từ một bộ hóa chất thực vật tự nhiên, chủ yếu là phenolics. Những hợp chất phenolic hoạt động như kem chống nắng tự nhiên, hấp thụ mạnh UV nhưng không phải là bước sóng cần thiết cho quang hợp.

Cũng giống như với các sắc tố da người, lượng kem chống nắng tự nhiên này khác nhau giữa các loại thực vật. Một số thực vật, điển hình là những loài đến từ vùng nhiệt đới hoặc từ những ngọn núi cao, có mức độ bảo vệ cao mọi lúc. Những người khác chỉ sản xuất kem chống nắng khi tiếp xúc với mức độ UVB cao hơn, tương đương với sạm da ở người.

Điều đó dẫn đến một câu hỏi khác. Nếu thực vật sản xuất kem chống nắng dựa trên mức độ tiếp xúc với tia cực tím, làm thế nào để chúng phát hiện sự phơi nhiễm đó? Và làm thế nào để thực vật phát hiện UVB?

Chỉ trong thập kỷ gần đây, các nhà khoa học thực vật đã chỉ ra rằng cây phát hiện UVB đặc biệt sử dụng một loại protein được gọi là UVR8 (viết tắt của locus kháng UV 8). Những cây thiếu UVR8 không thể tạo ra kem chống nắng bảo vệ và bị phá hủy nghiêm trọng bởi tia UV trong ánh sáng mặt trời mùa hè.

Các nhà nghiên cứu vẫn đang tích cực điều tra các cơ chế cơ bản mà UVR8 kiểm soát phản ứng của thực vật với UVB. Chúng tôi đã biết một thời gian rằng UVR8 hấp thụ UVB, gây ra những thay đổi cuối cùng cho phép protein UVR8 tích lũy trong nhân tế bào của cây. Đây là một bước cần thiết trong chuỗi phản ứng cho phép thực vật tự bảo vệ mình khỏi tác hại của UVB.

nghiên cứu mới từ Đại học Geneva đã chỉ ra rằng các phản ứng UVB phụ thuộc vào sự tương tác giữa UVR8 và một loại protein khác gọi là COP1 (1 tạo cấu trúc quang hóa). Protein này tương tác với các phân tử khác nhau (HY5, SPA và RUP) trong các tế bào của thực vật để gửi tín hiệu kiểm soát sự tích tụ của phenolics chống nắng để phản ứng với UVB.

Cây trồng bền vững hơn

Điều này có vẻ giống như một bảng chữ cái súp chữ viết tắt nhưng hệ thống tín hiệu mà nó đại diện ảnh hưởng đến tất cả chúng ta thông qua vai trò của nó trong các nhà máy được sản xuất bởi các trang trại như cây trồng. Bây giờ chúng ta biết rằng thực vật sử dụng UVB như một tín hiệu để thay đổi hóa học của chúng theo những cách có ảnh hưởng nhiều hơn là chỉ chống tia UV.

Tiếp xúc với tia cực tím tạo ra những thay đổi sinh hóa có thể tăng sức đề kháng để sâu bệnh tấn công. UVB trong ánh sáng mặt trời giúp cải thiện màu sắc, mùi vị và mùi hương của trái cây, rau và hoa. Tiếp xúc với UVB tăng mức độ hóa chất thực vật được cho là có giá trị trong chế độ ăn uống của con người.

Nghiên cứu mới cho thấy sự hiểu biết ngày càng tăng của chúng ta rằng UVB trong ánh sáng mặt trời không nên được nhìn thấy chỉ về mặt thiệt hại. Chừng nào chúng ta còn bảo vệ tầng ozone, tác động của UVB sẽ chỉ là một phần trong phản ứng bình thường của thực vật đối với môi trường của chúng. Và chúng ta càng hiểu những phản hồi này, chúng ta càng có thể sử dụng kiến ​​thức đó để sản xuất cây trồng bền vững hơn, cải thiện chất lượng của họ và giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu.

Giới thiệu về Tác giả

Nigel Paul, Giáo sư Khoa học Thực vật, Đại học Lancaster

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon