AI, công nghệ gen và sinh học thay đổi cách chúng ta nuôi trồng

Những giải pháp đổi mới, từ cây trồng mang gen cải tiến, sinh sản vô tính, đến chăn nuôi thông minh tích hợp AI và IoT, đang giúp nâng cao năng suất, giảm phát thải và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Tọa đàm “Đổi mới trong Nông nghiệp và Thực phẩm”.

Tọa đàm “Đổi mới trong Nông nghiệp và Thực phẩm” trong khuôn khổ Tuần lễ Khoa học và Công nghệ VinFuture 2025 đã mở ra cái nhìn tổng thể về tương lai nông nghiệp thông minh và bền vững.

Trong bối cảnh nhu cầu lương thực toàn cầu dự kiến tăng tới 100% vào năm 2050, trong khi sản lượng các cây trồng chủ lực có xu hướng giảm và tới 50% sản lượng cây trồng không được sử dụng làm thực phẩm, vấn đề an ninh lương thực trở nên cấp bách. 

Thêm vào đó, nông nghiệp hiện đang tác động mạnh đến môi trường: Khí nhà kính, ô nhiễm nước, suy thoái đất, mất đa dạng sinh học, xói mòn đất và phá hủy môi trường sống của các loài tự nhiên. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để tăng sản lượng thực phẩm một cách bền vững, đồng thời nâng cao khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu.

Tại Tọa đàm, các chuyên gia, nhà khoa học cho rằng giải pháp nằm ở việc áp dụng dịch vụ hệ thống, nông nghiệp tái tạo, nông-lâm kết hợp, nâng cao chất lượng đất, kiểm soát sâu bệnh, đồng thời kết hợp đa dạng sinh học, xen canh, thâm canh, canh tác hữu cơ để lấp đầy khoảng trống về sản lượng. 

Theo đó, tọa đàm đã tập trung chia sẻ vào chăn nuôi thông minh, quản lý chất lượng vi sinh đất trồng và tích hợp các giải pháp đổi mới để tạo chuyển đổi sâu sắc cho sản xuất lương thực và an ninh lương thực.

GS. Pamela Christine Ronald từ Đại học California, Davis (Hoa Kỳ) nhấn mạnh vai trò của di truyền thực vật trong việc phát triển các giống lúa có khả năng giảm phát thải và thích ứng với biến đổi khí hậu. 

Một trong những vấn đề lớn của nông nghiệp là khí metan phát sinh từ cây lúa – chiếm khoảng 12% tổng phát thải metan toàn cầu. Trong môi trường đất ngập nước, rễ lúa thiếu oxy tạo điều kiện cho vi sinh vật kị khí sinh metan.

Nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của GS. Ronald cho thấy cây lúa mang gen PSY1 có bộ rễ phát triển nhanh hơn và thử nghiệm trong điều kiện thuận lợi đã giảm 40% phát thải metan so với giống truyền thống. Hướng nghiên cứu tập trung vào việc phân tích cộng đồng vi sinh vật trong đất, xác định các gen lúa kiểm soát chất tiết từ rễ và sự tương tác với vi sinh vật, từ đó tạo ra cây trồng có lợi cho môi trường và giảm phát thải. 

Ngoài ra, việc xác định vi khuẩn tích hợp carbon vào các bể carbon hữu cơ trong đất và phát triển công cụ đo lường thay đổi carbon lâu dài là bước quan trọng để đánh giá khả năng tái tạo đất trên quy mô thực địa.

GS. Raphaël Mercier, Viện Nghiên cứu Di truyền Cây trồng Max Planck (Đức), giới thiệu giải pháp tạo hạt giống vô tính nhằm cải thiện năng suất cây trồng.

GS. Raphaël Mercier, Viện Nghiên cứu Di truyền Cây trồng Max Planck (Đức), giới thiệu giải pháp tạo hạt giống vô tính nhằm cải thiện năng suất cây trồng. Trong tự nhiên, một số thực vật như bồ công anh có thể sinh sản mà không cần thụ tinh, nhờ cánh hoa phát tán hạt.

Áp dụng cơ chế này trong nông nghiệp, sinh sản vô tính dựa trên quá trình nguyên phân giúp tạo ra cây F1 khỏe mạnh mà không cần kiểm soát chất lượng cây bố mẹ, bảo tồn các đặc tính mong muốn và tạo ra dòng thuần nhanh chóng. 

Giải pháp này hiện đã được nghiên cứu và áp dụng với các loại cây như lúa, đại mạch, đậu tương, mở ra tiềm năng nâng cao năng suất và thích ứng thổ nhưỡng, vi sinh vật và khí hậu địa phương.

TS. Nadia Radzman, Phòng thí nghiệm Sainsbury, Đại học Cambridge, chia sẻ về vai trò của cây họ đậu và công tắc sinh học trong nông nghiệp thích ứng khí hậu. Cây họ đậu giúp cố định nitơ tự nhiên nhờ quan hệ cộng sinh với vi sinh vật trên rễ, giảm nhu cầu phân đạm hóa học.

Công nghệ sinh học, như sử dụng CEP peptides, có thể tăng số lượng nốt sần và cải thiện sinh lý rễ, đồng thời hỗ trợ tái phân bổ carbon cho quả và hạt. MiRNA đóng vai trò điều chỉnh năng lượng, giúp cây sử dụng hiệu quả tùy giai đoạn phát triển...

GS. Ermias Kebreab, Đại học California, Davis, nhấn mạnh vai trò của chăn nuôi thông minh trong việc nâng cao năng suất, dinh dưỡng và tính tuần hoàn, đồng thời giảm phát thải khí nhà kính, đặc biệt ở các nước Nam bán cầu.

Ông giới thiệu các giải pháp sử dụng phụ phẩm nông nghiệp địa phương như trà rừng Việt Nam, rong biển và lá, bã sắn để chế biến thức ăn cho bò sữa. Kết quả cho thấy bổ sung rong biển vào khẩu phần thức ăn giúp giảm 30%–90% lượng khí metan mà vẫn đảm bảo giá trị dinh dưỡng và năng suất sữa. Việc cho ăn chính xác và phân tích dinh dưỡng là yếu tố then chốt để đạt hiệu quả tối ưu.

Các cuộc trao đổi tại tọa đàm cũng tập trung vào khả năng tích hợp nhiều công nghệ cùng lúc, từ sinh sản vô tính, peptide sinh học, nông nghiệp hỗn hợp, xen canh, đến quản lý vi sinh đất. GS. Pamela Ronald khẳng định có thể lai tạo, xếp chồng gene và kết hợp các công nghệ để tạo ra cây trồng toàn diện, trong khi GS. Mercier nhấn mạnh khả năng nhân bản hạt giống sinh sản vô tính từ các giống đã thích nghi để sản xuất số lượng lớn.

Các chuyên gia cho rằng, thách thức lớn nhất hiện nay là tài chính nghiên cứu, phát triển công nghệ cầu nối để áp dụng trên quy mô thực tế, cũng như nâng cao hợp tác toàn cầu. Việc phổ biến công nghệ sinh học cho các quốc gia đang phát triển, ứng dụng AI trong dự báo chức năng cây trồng và hỗ trợ nghiên cứu cơ bản đều là những yếu tố quyết định để biến các giải pháp đổi mới thành thực tiễn hiệu quả.