Gần 4 năm sau sự cố tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi ở Nhật Bản, đất nông nghiệp ở một số vùng của nước này vẫn bị ô nhiễm cesium phóng xạ cao hơn mức tự nhiên, mà nan giải nhất là cesium-134 và cesium-137 vì chúng phân hủy chậm. Trong nghiên cứu mới được công bố trên Scientific Reports, nhóm các nhà nghiên cứu tại Trung tâm khoa học tài nguyên bền vững RIKEN, Nhật Bản do Ryoung Shin dẫn đầu, đã xác định được một hợp chất hóa học có khả năng ngăn chặn cây trồng hấp thụ cesium, bảo vệ cây trồng và con người khỏi những ảnh hưởng có hại.

Mặc dù cesium không lợi cho cây trồng, nhưng nó dễ dàng được hấp thụ bởi cây trồng trong đất ô nhiễm do khả năng hòa tan trong nước và điểm tương đồng của nó với kali, dưỡng chất thiết yếu của cây trồng. Sau khi cesium được hấp thụ, nó vẫn tiếp tục cạnh tranh với kali bên trong tế bào thực vật, làm gián đoạn các quá trình sinh lý và khiến cho cây trồng chậm phát triển. Vì thế, nhóm nghiên cứu đã tập trung nỗ lực để tìm cách ngăn chặn sự hấp thu cesium.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng Arabidopsis thaliana, cây trồng từ hạt và thử nghiệm 10.000 hợp chất tổng hợp để xác định khả năng của chúng trong việc chống lại các tác dụng có hại của cesium. Ảnh hưởng của mỗi hợp chất được xác định bằng điểm số và sau một số sàng lọc, họ đã phát hiện được 5 hợp chất gọi là CsTolen AE, giúp cây trồng kháng cesium ở mức cao.

Tiếp theo, các nhà khoa học đã xem xét ảnh hưởng của 5 hợp chất này. Kết quả cho thấy khi cây Arabidopsis được trồng trong môi trường chất lỏng chứa cesium với CsTolen A, thì hàm lượng cesium trong môi trường chất lỏng nhiều hơn, còn trong cây trồng ít hơn nhiều. Quan trọng là hàm lượng CsTolen A phát huy hiệu quả nhưng lại không ngăn chặn cây trồng hấp thụ kali cần để sinh trưởng. Các thử nghiệm sau đó cho thấy CsTolen không chỉ giúp các tế bào đào thải cesium, sau khi nó được hấp thụ lúc đầu, mà còn đóng vai trò ngăn cesium thâm nhập vào rễ.

Mô hình cơ học lượng tử đã chỉ rõ dù CsTolen A có khả năng liên kết với các ion kim loại kiềm khác như kali và natri, nhưng nó có xu hướng liên kết với cesium trong dung dịch nước. Điều này đã được khẳng định bằng thử nghiệm, trong đó CsTolen A đã không đảo ngược được tình trạng chậm phát triển do thiếu hụt natri hoặc kali, cho thấy các ảnh hưởng của nó được xem là đặc trưng cho cesium.

Quan trọng nhất là khi cây trồng nảy mầm và sinh trưởng trên đất nhiễm cesium, việc sử dụng CsTolen A đã giảm mạnh sự hấp thu cesium, do đó, cây trồng sinh trưởng mạnh hơn.

Eri Adams, trưởng nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: "Chúng tôi nghĩ rằng những phát hiện nghiên cứu làm sáng tỏ khả năng sử dụng hóa chất để bảo vệ nông sản khỏi bị ô nhiễm”. Kỹ thuật này còn gọi là cố định chất ô nhiễm (phytostabilization) và không giống các phương pháp khác như biến đổi di truyền, việc sử dụng hóa chất là công cụ hữu hiệu làm thay đổi phản ứng của cây trồng bất kể loài nào, đặc biệt đúng trong trường hợp của CsTolen A vì nó liên kết với cesium trước khi thâm nhập vào cây trồng.

Các nhà khoa học đang tìm kiếm giải pháp cho một số vấn đề môi trường và nông nghiệp thông qua nghiên cứu các cơ chế hấp thụ dưỡng chất. Những phát hiện nghiên cứu sẽ không chỉ giúp ích cho cây trồng, mà còn bảo an toàn cho nông sản trồng trên đất ô nhiễm bằng cách giảm lượng cesium phóng xạ thâm nhập vào. Vì khó xử lý ô nhiễm cho các vùng đất nông nghiệp rộng lớn, do đó, CsTolen A có thể là giải pháp “cứu cánh” cho các vùng bị ảnh hưởng do ô nhiễm cesium phóng xạ.