Tony Studer, Phó giáo sư khoa Khoa học cây trồng tại Đại học Illinois cho biết: “Có một nghiên cứu từ nhiều thập kỷ trước đây cho thấy lượng nước bay hơi và bị mất vào không khí của một mẫu ngô là 3-4 ngàn gallon mỗi ngày. Với 90 triệu mẫu ngô ở Mỹ, cộng với độ dài của mùa sinh trưởng, chúng ta bị mất đi rất nhiều nước. Vì vậy, có rất nhiều cải tiến cần phải được thực hiện”.

Một nghiên cứu trước đây từ nhóm nghiên cứu của Studer cho thấy ngô có thể đạt hiệu quả sử dụng nước cao hơn từ 10 đến 20% thông qua cải tiến giống, điều này có nghĩa là cây sẽ ít căng thẳng hơn trong thời gian hạn hán ngắn hạn. Nhưng để làm cho điều đó thành hiện thực, theo Studer, quá trình nhân giống cần phải trở nên hiệu quả hơn.

Khi cố gắng cải thiện một đặc tính nhất định, trong trường hợp này là hiệu quả sử dụng nước, các nhà lai tạo phát triển một bộ các dòng ngô đa dạng và sàng lọc chúng để tìm ra sự thay đổi tự nhiên trong đặc điểm này. Một khi họ xác định các giống ngô đầy hứa hẹn, các nhà tạo giống sau đó cố gắng xác định các gien quan trọng sẽ khuếch đại đặc tính này hoặc tích hợp đặc tính này vào các dòng ngô với các phẩm chất mong muốn bổ sung.

Studer nói: “Phải mất rất nhiều thời gian, không gian và nỗ lực để tạo ra một giống lai hiệu quả”.

Hiệu quả sử dụng nước thường được đo bằng một dụng cụ kẹp vào lá và theo dõi lượng các-bon điôxit và hơi nước di chuyển vào và ra khỏi lá. Quá trình này tốn thời gian và tốn kém ở quy mô lớn, vì mỗi phép đo có thể mất hơn một giờ.

Trong nghiên cứu hiện tại của họ, Studer và cộng sự đã phát triển một phương pháp mới để sàng lọc hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn cây mà không cần các phép đo thực địa tốn thời gian. Phương pháp kiểm tra các mẫu lá trong phòng thí nghiệm, tận dụng thực tế là các-bon trong các-bon điôxit tồn tại dưới hai dạng trong khí quyển: một dạng phong phú hơn và nhẹ hơn, 12C; và một hình thức ít phong phú và nặng hơn, 13C.

Khi các-bon điôxit đi vào lá cây, các-bon được kết hợp thành đường và mô thực vật. Sau đó, các nhà khoa học có thể đo lường bao nhiêu 13C được kết hợp so với 12C. Đối với nhiều cây trồng, tỷ lệ 12C - 13C là dấu hiệu cho thấy hiệu quả sử dụng nước của chúng. Nhưng cho đến nay, các nhà khoa học không biết liệu tỷ lệ này có thể phản ánh đáng tin cậy tình trạng nước ở cây ngô hay không. Nghiên cứu của Studer cho thấy điều này có thể.

Ông nói: “Chúng tôi đã tìm thấy sự thay đổi đáng kể trong tỷ lệ 12C  -  13C trên 36 dòng ngô đa dạng, và dấu hiệu 12C - 13C là có thể di truyền trong các môi trường. Chứng minh rằng một đặc điểm được thừa kế và thể hiện qua các môi trường cho phép một nhà nhân giống cây trồng lựa chọn đặc tính này và là điều cần thiết khi phát triển các dòng mới”.

Phát hiện này, bắt nguồn từ các thử nghiệm nhà kính có kiểm soát cũng như ba mùa thực địa, cung cấp phương pháp hiệu quả mà Studer đang tìm kiếm. Và nó cho thấy rằng các dòng thuần chủng có tỷ lệ các-bon trong một phạm vi nhất định có thể có hiệu quả sử dụng nước lớn hơn, mặc dù còn quá sớm để nói điều này sẽ diễn ra như thế nào trong các giống lai.

Studer nói: “Trong một nghiên cứu trước đây, chúng tôi thấy có khả năng để cải thiện hiệu quả sử dụng nước của ngô. Ở đây, chúng tôi cho thấy rằng đặc điểm này có thể đo lường và có thể điều khiển được, và chúng tôi thực sự có thể sử dụng nó để cố gắng cải thiện. Bước tiếp theo là xác định các gien ở những vùng của bộ gien mà chúng ta có thể xử lý”.