Ngân hàng hạt giống là nơi thu thập, làm khô và giữ hạt ở nhiệt độ thấp để kéo dài sức sống của chúng, thường từ vài chục đến hàng trăm năm, nhằm giữ lại nguồn gen của các loài cây trồng và cây hoang dã. Khi một quần thể ngoài tự nhiên gặp nạn, hạt trong ngân hàng có thể được gieo lại để trồng bổ sung hoặc phục hồi.
Hai cái tên nổi tiếng nhất là Hầm hạt giống toàn cầu Svalbard ở Na Uy, chủ yếu giữ bản sao hạt cây trồng, và Ngân hàng Hạt Thiên niên kỷ ở Anh, tập trung vào cây hoang dã. Tuy vậy, ngân hàng hạt không phải phép màu: hạt của nhiều loài cây nhiệt đới, kể cả nhiều loài gỗ quý của Việt Nam, chết khi bị làm khô, nên không thể giữ theo cách này. Bài này giải thích cơ chế, giới hạn và vai trò thật của ngân hàng hạt.
Vì sao hạt có thể "ngủ" lâu đến vậy
Hạt là một cây con được đóng gói: phôi, chất dự trữ và vỏ bảo vệ. Ở phần lớn các loài, khi hạt chín, nó mất nước và bước vào trạng thái nghỉ, quá trình trao đổi chất chậm lại tới mức gần như dừng. Hạt khô có thể chờ hàng tháng, hàng năm đến khi gặp điều kiện nảy mầm.
Ngân hàng hạt khai thác chính đặc tính này. Nguyên lý đơn giản: hạt càng khô và càng lạnh thì các phản ứng làm già hoá tế bào càng chậm. Ở các ngân hàng gen theo tiêu chuẩn quốc tế, hạt được sấy trong phòng khô đến khi độ ẩm hạt chỉ còn vài phần trăm, đóng gói kín, rồi giữ ở khoảng âm 18 đến âm 20 độ C. Với nhiều loài, điều kiện này có thể giữ sức sống hàng chục đến hàng trăm năm.
Có những bằng chứng thú vị về tuổi thọ hạt. Một thí nghiệm chôn hạt bắt đầu ở Mỹ năm 1879 vẫn đang tiếp tục, và một số hạt đào lên sau hơn một thế kỷ vẫn nảy mầm. Năm 2005, các nhà khoa học cho nảy mầm được một hạt chà là cổ khoảng hai nghìn năm tuổi tìm thấy ở Israel. Năm 2012, một nhóm nghiên cứu Nga công bố đã tái sinh được một cây hoa nhỏ họ Cẩm chướng từ mô quả trong hang sóc đất bị vùi trong băng vĩnh cửu Siberia, với tuổi được xác định khoảng ba mươi nghìn năm, bằng kỹ thuật nuôi cấy mô chứ không phải gieo hạt.
Những trường hợp đó là ngoại lệ đặc biệt, không phải chuẩn mực. Tuổi thọ hạt khác nhau rất nhiều giữa các loài, và ngay trong một loài cũng phụ thuộc vào độ chín khi thu, cách sấy, độ kín của bao gói. Một ngân hàng hạt tốt không giả định hạt sẽ sống mãi mà theo dõi, đo đạc và có kế hoạch thay mới từng lô.
Ba kiểu hạt và cách giữ
Không phải hạt nào cũng chịu được sấy khô và đông lạnh. Các nhà sinh lý hạt chia làm ba nhóm chính:
| Kiểu hạt | Đặc điểm | Ví dụ thường gặp | Cách bảo tồn |
|---|---|---|---|
| Hạt chịu khô (hạt chính thống) | Sấy khô được, càng khô càng lạnh càng sống lâu | Lúa, ngô, đậu, nhiều loài cỏ và cây bụi | Ngân hàng hạt thông thường |
| Hạt trung gian | Chịu khô một phần, không chịu lạnh sâu lâu dài | Một số loài cà phê, cây ăn quả | Giữ ở điều kiện vừa phải, thời gian ngắn hơn |
| Hạt không chịu khô (hạt ưa ẩm) | Chết nếu mất nước quá mức, không thể sấy và đông lạnh | Xoài, bơ, ca cao, cao su, cây họ Dầu, nhiều cây gỗ rừng nhiệt đới | Vườn sưu tập, nuôi cấy mô, bảo quản phôi trong nitơ lỏng |
Tỉ lệ loài có hạt không chịu khô cao hơn hẳn ở rừng nhiệt đới ẩm, nơi hạt rơi xuống đất ẩm và nảy mầm ngay, không cần "ngủ". Đó là lý do ngân hàng hạt giữ được phần lớn cây trồng ôn đới và cỏ, nhưng rất khó giữ cây gỗ rừng nhiệt đới như ở Việt Nam.
Hầm Svalbard và Ngân hàng Hạt Thiên niên kỷ khác nhau thế nào
Hầm hạt giống toàn cầu Svalbard mở cửa năm 2008, đào sâu vào lòng núi trên một hòn đảo ở vùng Bắc Cực của Na Uy. Hầm giữ ở khoảng âm 18 độ C và lớp đất đá đóng băng vĩnh cửu xung quanh là lớp bảo vệ dự phòng. Điều ít người biết là Svalbard hoạt động như một két an toàn: các ngân hàng gen trên thế giới gửi bản sao hạt của mình vào đó, quyền sở hữu vẫn thuộc nơi gửi, và chỉ lấy ra khi bản gốc bị mất.
Lần rút hạt đầu tiên diễn ra năm 2015, khi một trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế phải rời khỏi Aleppo vì chiến tranh ở Syria và cần dựng lại bộ sưu tập hạt ở nơi mới. Đây là minh chứng cho đúng vai trò mà hầm được thiết kế.
Ngân hàng Hạt Thiên niên kỷ do Vườn Thực vật Hoàng gia Kew của Anh vận hành, đặt ở Wakehurst, bắt đầu hoạt động năm 2000. Khác với Svalbard, nó tập trung vào cây hoang dã, đặc biệt là loài bị đe doạ và loài của vùng khô hạn, phối hợp với đối tác ở nhiều nước để thu hạt. Như vậy, nếu Svalbard chủ yếu giữ nguồn gen cây lương thực, thì ngân hàng hạt hoang dã mới là thứ gần với chuyện bảo tồn loài nguy cấp.
Một mẫu hạt hoang dã đi vào ngân hàng như thế nào
Quy trình ở các ngân hàng hạt hoang dã khá giống nhau, khác ở chi tiết. Các bước chính:
- Thu hạt ngoài thực địa. Thu từ nhiều cây mẹ trong quần thể để giữ đa dạng di truyền, và không lấy quá một phần nhỏ hạt của quần thể để không làm hại nó. Mỗi mẫu đi kèm tiêu bản và thông tin nơi thu.
- Làm sạch và kiểm tra. Loại hạt lép, hạt sâu; chụp X-quang hoặc cắt thử để biết tỉ lệ hạt có phôi.
- Sấy khô có kiểm soát. Đưa vào phòng khô, mát cho đến khi độ ẩm hạt cân bằng ở mức thấp.
- Đóng gói kín và đông lạnh. Hạt cho vào túi hoặc lọ kín, ghi mã, đưa vào kho lạnh.
- Thử nảy mầm định kỳ. Lấy một phần hạt gieo thử ngay từ đầu và sau mỗi vài năm, để biết hạt còn sống và tìm ra cách phá ngủ cho từng loài.
- Tái sinh mẫu. Khi sức sống giảm, gieo trồng để thu lứa hạt mới, hoặc quay lại quần thể tự nhiên để thu mẫu mới.
Bước thử nảy mầm thường bị coi nhẹ nhưng rất quan trọng: một kho đầy hạt mà không ai biết cách làm chúng nảy mầm thì giá trị bảo tồn rất hạn chế.
Đã có khu bảo tồn, vì sao vẫn cần ngân hàng hạt
Câu hỏi hợp lý là nếu đã giữ rừng trong vườn quốc gia thì cất hạt vào kho lạnh để làm gì. Câu trả lời nằm ở chữ "rủi ro". Một quần thể cây hiếm chỉ còn ở vài điểm có thể mất trong một mùa: một đám cháy, một trận lũ quét, một dịch bệnh hay một dự án làm đường. Bản sao hạt ở nơi khác là thứ cho phép làm lại từ đầu.
Ngân hàng hạt cũng phục vụ phục hồi. Muốn trồng lại một khu rừng bị suy thoái bằng cây bản địa, cần nguồn hạt đa dạng của nhiều loài, đúng xuất xứ địa phương. Việc thu hạt theo mùa từ rừng tự nhiên rất bấp bênh vì nhiều loài cây ra hoa quả không đều giữa các năm. Một kho hạt được quản lý tốt làm trơn tru nguồn cung ấy.
Thứ ba là phục vụ nghiên cứu. Muốn biết cách làm cho hạt của một loài nguy cấp nảy mầm, cần hạt để thử. Muốn so sánh di truyền giữa các quần thể, cần mẫu từ từng quần thể. Lấy những mẫu đó từ kho thay vì từ quần thể ngoài tự nhiên giúp giảm sức ép lên chính loài đang được nghiên cứu.
Nói ngắn gọn, khu bảo tồn và ngân hàng hạt bổ sung cho nhau: một bên giữ loài sống trong hệ sinh thái của nó, một bên giữ bản sao phòng khi điều xấu xảy ra.
Giới hạn của ngân hàng hạt
Ngân hàng hạt giữ được gen nhưng không giữ được hệ sinh thái. Một loài cây sống được là nhờ đất, nấm cộng sinh, côn trùng thụ phấn, động vật phát tán hạt. Hạt trong kho lạnh không mang theo những quan hệ đó. Nếu nơi sống tự nhiên đã mất, đem hạt ra gieo cũng không biết gieo vào đâu.
Mẫu hạt chỉ đại diện cho quần thể ở thời điểm thu. Quần thể ngoài tự nhiên vẫn tiếp tục thích nghi với khí hậu thay đổi; hạt trong kho thì đứng yên. Vì vậy các nhà bảo tồn coi ngân hàng hạt là bảo hiểm, không phải phương án thay thế cho việc giữ quần thể sống.
Với loài có hạt không chịu khô, các phương án khác đắt và khó hơn nhiều: vườn sưu tập ngoài trời cần đất, công chăm sóc và có thể bị bão, bệnh xoá sổ; nuôi cấy mô và bảo quản phôi trong nitơ lỏng ở khoảng âm 196 độ C cần quy trình riêng cho từng loài. Ở Việt Nam, nhiều loài gỗ quý và cây họ Dầu thuộc nhóm này, nên bảo tồn tại chỗ trong rừng vẫn là con đường chính.
Việt Nam có ngân hàng gen cây trồng quốc gia do ngành nông nghiệp quản lý, giữ hạt và cây của nhiều giống lúa, ngô, rau, cây ăn quả bản địa, cùng một số bộ sưu tập cây rừng và cây thuốc ở các viện, vườn quốc gia. Mảng cây hoang dã nguy cấp vẫn còn nhiều khoảng trống cần lấp.
Câu hỏi thường gặp
Hạt giữ trong ngân hàng sống được bao lâu?
Tuỳ loài. Hạt chịu khô của nhiều loài cây trồng giữ ở khoảng âm 18 độ C có thể sống hàng chục năm, có loài được dự báo lâu hơn nhiều. Một số loài tuổi thọ hạt ngắn hơn dù được bảo quản tốt. Vì vậy ngân hàng phải thử nảy mầm định kỳ.
Hầm Svalbard có giữ hạt cây rừng nguy cấp không?
Svalbard chủ yếu giữ bản sao hạt cây trồng và họ hàng hoang dã của cây trồng do các ngân hàng gen gửi tới. Hạt của cây hoang dã nguy cấp chủ yếu được giữ ở các ngân hàng hạt hoang dã và vườn thực vật.
Vì sao không giữ hạt lim, sao, dầu trong ngân hàng hạt?
Phần lớn cây họ Dầu và nhiều cây gỗ rừng nhiệt đới có hạt không chịu khô: mất nước là phôi chết, nên không thể sấy và đông lạnh như hạt lúa. Chúng phải được giữ bằng vườn sưu tập, nuôi cấy mô hoặc bảo quản phôi ở nhiệt độ cực thấp.
Ngân hàng hạt có thể hồi sinh loài đã tuyệt chủng không?
Ngân hàng hạt chỉ giữ được loài đang có hạt trong kho. Nếu một loài tuyệt chủng ngoài tự nhiên nhưng hạt còn trong kho, có thể gieo lại và tìm cách đưa về tự nhiên. Loài đã mất hẳn mà không có hạt hay mô được giữ thì ngân hàng hạt không giúp được.
Hộ gia đình giữ giống có được xem là ngân hàng hạt không?
Theo nghĩa rộng, việc nông dân giữ và trao đổi hạt giống địa phương là một cách bảo tồn nguồn gen tại ruộng, bổ sung cho ngân hàng gen chính thức. Nó giữ được giống thích nghi với điều kiện địa phương, nhưng không có điều kiện lạnh khô để giữ lâu dài.
Thu hạt cây hoang dã có hại cho quần thể không?
Có thể có nếu lấy quá nhiều. Các ngân hàng hạt hoang dã thường giới hạn chỉ thu một phần nhỏ lượng hạt của quần thể trong một mùa, và thu từ nhiều cây mẹ. Với loài nguy cấp, việc thu hạt cần giấy phép và nằm trong chương trình bảo tồn.