(CATP) Một công cụ AI tiên tiến có thể giúp dự đoán khả năng phát triển của khoai tây giống thành cây khoai tây khỏe mạnh. Được các chuyên gia Sinh học của Đại học Utrecht phối hợp với Đại học Công nghệ Delft và các nhà lai tạo giống cây trồng thực hiện, công cụ này sử dụng dữ liệu DNA từ vi khuẩn và nấm trên bề mặt khoai tây giống, kết hợp với hình ảnh thu thập từ máy bay không người lái (MBKNL) về các cánh đồng khoai tây.
Những bí ẩn về khoai tây và công nghệ AI tiên tiến giúp dự đoán sự phát triển
"Đây là sự khởi đầu của kỷ nguyên mới trong nông nghiệp, nơi vi sinh vật học và trí tuệ nhân tạo kết hợp để tối ưu hóa sản xuất cây trồng", các nhà nghiên cứu nhận định.
Mặc dù các cánh đồng khoai tây thường được trồng cùng một giống, nhưng sự phát triển giữa các cây lại rất khác nhau. Câu hỏi vì sao khoai tây giống hệt nhau về mặt di truyền vẫn có thể khác biệt đáng kể về kích thước, năng suất lẫn khả năng chống chịu đã từ lâu khiến nông dân, nhà sinh vật học và các nhà cung cấp giống trăn trở. Nhiều nhà khoa học nghi ngờ rằng hệ vi sinh vật trên bề mặt khoai tây giống có thể là yếu tố then chốt. Một số vi khuẩn có thể thúc đẩy tăng trưởng và khả năng phục hồi, trong khi những vi khuẩn khác lại cản trở quá trình này.
Một nhóm nghiên cứu do nhà sinh vật học Roeland Berendsen phụ trách đã xác nhận rằng vi khuẩn đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của cây khoai tây. Nghiên cứu của họ, công bố trên Tạp chí Nature Microbiology, đã làm sáng tỏ cách các vi sinh vật này ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây trồng. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình AI có khả năng dự đoán sự tăng trưởng của khoai tây giống dựa trên hai nguồn chính gồm dữ liệu di truyền từ vi khuẩn và nấm sống trên khoai tây giống cùng hình ảnh từ MBKNL theo dõi quá trình sinh trưởng của cây trên thực địa. Bằng cách phân tích và tích hợp hai tập dữ liệu này, mô hình AI có thể giúp nhận diện các mối liên quan giữa hệ vi sinh vật và sức khỏe cây trồng, từ đó xác định những loài vi khuẩn có tác động tích cực nhất.
Hình ảnh một cánh đồng khoai tây do máy bay không người lái thu được (nguồn: Đại học Utrecht)
Các nhà nghiên cứu đã thu thập dữ liệu từ 240 cánh đồng thử nghiệm với hàng nghìn mẫu khoai tây giống. Họ phân tích hệ vi sinh vật trên bề mặt củ khoai và theo dõi sự phát triển của cây bằng hình ảnh chụp từ MBKNL trong suốt mùa sinh trưởng. "Chúng tôi đã tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ", nhà sinh vật học Yang Song, một trong những tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. "Nhờ AI, chúng tôi có thể xác định chính xác những loài vi khuẩn nào đóng vai trò quan trọng nhất trong sự phát triển của khoai tây". Kết quả nghiên cứu cho thấy vi khuẩn và nấm có tác động lớn đến sự phát triển của cây khoai tây. Một số loài vi khuẩn, chẳng hạn như Streptomyces, có khả năng kích thích sự sinh trưởng đáng kể. Ngược lại, một số vi khuẩn khác có thể kìm hãm sự phát triển của cây trồng.
Triển vọng ứng dụng trong nông nghiệp bền vững và lợi ích rộng mở
"Chúng tôi đang ở giai đoạn đầu của một cuộc cách mạng trong nông nghiệp, nơi vi sinh vật học và AI giúp tối ưu hóa cây trồng", Berendsen chia sẻ. "Lần đầu tiên, chúng tôi có thể dự đoán chất lượng khoai tây giống dựa trên hệ vi sinh vật của chúng". Nghiên cứu này mở ra cơ hội mới để hiểu rõ hơn về cách vi khuẩn ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng. Trong tương lai, việc mở rộng mô hình AI với nhiều dữ liệu hơn có thể giúp xác định chính xác các tương tác giữa vi sinh vật và cây trồng. Thậm chí, các nhà khoa học có thể phát triển hỗn hợp vi khuẩn lý tưởng cho từng loại cây trồng, không chỉ riêng khoai tây. Một hướng đi tiềm năng là phủ hạt giống bằng các vi khuẩn có lợi hoặc biến đổi gene thực vật để thu hút và giữ lại những vi khuẩn có lợi nhất.
Bước tiến này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn góp phần vào nền nông nghiệp bền vững. Cây trồng khỏe mạnh hơn đồng nghĩa với tỷ lệ thất bại thấp hơn, giảm lượng chất thải và nhu cầu sử dụng thuốc trừ sâu hóa học. Điều này không chỉ có lợi về mặt kinh tế mà còn giúp bảo vệ môi trường và hệ sinh thái nông nghiệp.