Gang-of-Three – “Nhóm ba tên”

Trần Đăng Hồng

Có một thời, trong 2 thập niên 1980s và 1990s, các nhà khoa học về Seed Science trên thế giới gọi ba nhà nghiên cứu tiên phong trong lảnh vực này “R.H. Ellis, T.D. Hong & E.H. Roberts” là “Gang-of-Three”. Sở dỉ có cái tên ngộ nghỉnh, vừa thân thương vừa chọc phá này vì trong hơn 20 năm, nhóm nói trên có chung hơn 50 bài nghiên cứu mà tác giả lúc nào cũng “R.H. Ellis, T.D. Hong & E.H. Roberts”. Vậy họ là ai?

            Lớn tuổi nhất là Professor Eric H. Roberts, vị thầy tài ba và khả kính của Phân Khoa Nông Nghiệp, Đại Học Reading, là GS hướng dẩn luận án Tiến Sỉ của Dr Richard Ellis, và T.D Hồng. Ông là người rất tài giỏi, khám phá nhiều điếu mới trong khoa nông học. Sau khi tốt nghiệp Tiến sỉ ở Đại Học Manchester ở cuối thập niên 1950, cùng với vợ, cũng là Tiến sỉ, đi làm ở Sierra Leone, một thuộc địa của Anh ở Phi Châu. Ông phụ trách về lai tạo các giống lúa cho Phi Châu. Để việc lai tạo thành công, ông sưu tập hàng ngàn giống lúa tốt trên khắp thế giới và tồn trử ở phòng làm việc của Ông. Hai vấn đề lớn xảy ra. Thứ nhất là vấn đề hưu miên (dormancy) mà ông gặp phải vì hạt lúa không chịu nẩy mầm. Thế là Ông bắt tay làm nghiên cứu phá hưu miên lúa bằng những phương tiện thô sơ ở Sierra Leone . Ông khám phá có trên 10 hóa chất phá được hưu mien ở hạt lúa, và quan trọng nhất là dùng nhiệt. Ông nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và đưa ra một công thức toán học liên quan giữa nhiệt độ và nẩy mầm do phá hưu miên. Công thức này làm căn bản nhiệt học cho các mấy sấy hạt giống lúa từ thập niên 1960s trên thế giới. Thứ hai là ông nhận thấy hạt giống lúa mất khả năng nẩy mầm quá nhanh ở điều kiện nhiệt đới của nước Sierra Leone, và khả năng tài chánh không cho phép mỗi năm phải gầy giống cả hàng ngàn giống lúa sưu tập để dành cho công tác lai tạo giống mới trong tương lai. Nước Sierra Leone nghèo nàn, mà trại nghiên cứu của ông ở miền quê, không có máy tủ lạnh để tàn trử giống. Vì vậy ông bắt tay vào nghiên cứu, tìm biện pháp tồn trử hạt giống lúa. Ông khám phá ra rằng, rút bớt ẩm độ hạt làm gia tăng đáng kể tuổi thọ theo cấp số nhân, trong lúc giảm nhiệt độ tồn trử thì gia tăng tuổi thọ rất ít.

            Không hài lòng với phương tiện nghiên cứu nghèo nàn, hai ông bà trở về Đại Học Manchester để tiếp tục nghiên cứu. Và Ông thiết lập một phòng thí nghiệm Seed Science Laboratory và viên trợ tá sinh viên làm Ph D đầu tiên của Ông là Roger Smith. Chỉ sau một năm ở Manchester, Ông chuyển về Đại Học Reading thay thế Prof. Huxley ở chức vụ Chair of Crop Production (Trưởng Ban khoa Cây Trồng). Ông dời Seed Science Laboratory và kéo luôn viên phụ tá Roger Smith về Đại Học Reading .

Vào buổi ban đầu, ông chú trọng nhiều về sinh hóa để tìm cơ nguyên của hưu miên. Ông sử dụng các đồng vị phóng xạ để theo dỏi các chu trình kiểm soát và phá vở hưu miên, và Ông cùng với cọng sự viên Roger Smith khám phá rất nhiều điều mới lạ. Một sinh viên học tiến sỉ tên Abdalla từ Ai Cập do ông hướng dẩn làm nghiên cứu về liên hệ giữa nhiệt độ, ẩm độ hạt vào tuổi thọ ở nhiều loại hoa màu. Các bài nghiên cứu ở Reading trong 2 lảnh vực này làm Professor Roberts nổi tiếng trên thế giới từ đó. Ông được mời vào ban cố vấn của International Crops Research Institute for Semi Arid Tropics (ICRISAT, Ấn Độ) và International Board for Plant Genetic Resources (IBPGR, sau này là IPGRI, Rome ).

Tuy nhiên, công trình đột phá có tầm quan trọng nhất là vời sinh viên Tiến sỉ Richard H. Ellis. Richard đã định lượng (quantification) được ảnh hưởng của nhiệt độ tồn trử và ẩm độ hạt qua một công thức toán học gọi là “Viability Equation” (Ellis, R.H. and Roberts, E.H. 1980. Annals of Botany, 45, 13-30), theo đó có thể tiên đoán một cách chính xác độ nẩy mầm của hạt nếu biết nhiệt đô, ẩm đô và thời gian tồn trử. Công thức này nổi tiếng từ đó và được chấp nhận là chính xác và áp dung trên 70 loài hạt, kể cả hạt cây rừng vùng nhiệt đới.

May mắn cho tôi là ngay vào thời điểm Prof. Roberts làm cố vấn cho IPBGR và Tiến Sỉ Trevor William của Đại Học Manchester lên làm Tổng Giám Đốc của cơ quan này, tôi và Richard Ellis được bổ dụng làm việc cho Seed Science Laboratory để nghiên cứu giải quyết những vấn đề mà ngân hàng hạt giống (Seed Genebank) sẽ gặp phải, cũng như cần có những khuyến cáo kỹ thuật cụ thể để tồn trử hạt giống trong các ngân hàng hạt giống (Seed Genebank) trên thế giới. Roger Smith thì được điều về Royal Botanic Garden Kew để tối tân cập nhật lại ngân hàng hột giống đã có theo các tiêu chuẩn mà phòng thí nghiệm Hat Giống của Reading khám phá.

Chính nhờ cơ may này mà tôi với Richard Ellis làm việc chung với nhau gần 30 năm trong phòng thí nghiệm này dưới sự hướng dẩn của Prof. Roberts trong gần 20 năm và tất cả các nghiên cứu đều mang tên của 3 người, vì vậy mới được gán tên “Gang-of-Three”. Richard thường nói với tôi là tên 3 chúng tôi là do tiền định, lúc nào cũng phải gắn bó với nhau, bởi vì tên của Prof. Eric. H. Roberts mà Ông thường viết tắt là EHR chính là Ellis, Hong và Roberts.

Chúng tôi nghiên cứu trong 3 lảnh vực chính: (i) phá hưu miên cho hạt giống tồn trử trong ngân hàng hạt, kể cả các giống hoang dại và cây rừng, vốn chưa có ai nghiên cứu trên thế giới; (ii) tiên đoán tuổi thọ cho mọi loại hạt (kể cả cây hoang dại, cây rừng vùng nhiệt đới) tồn trử trong mọi điều kiện; (iii) tìm giải pháp thích ứng tồn trử một số cây khó bảo quản. Đây là một đề tài rất bao la, làm sao làm nghiên cứu cho hết khoảng 250 ngàn loài cây trên thế giới.

Vì vậy, ngoài việc nghiên cứu một số cây hoa màu chính và một số cây rừng tiêu biểu, chúng tôi phải đi tìm tài liệu xuất bản trên khắp thế giới, từ cổ chí kim, đủ loại ngôn ngử, có tàng trử trong các thư viện lớn trên thế giới.

Hơn 2 năm làm việc vừa làm nghiên cứu vừa thu thập tài liệu để kết đúc thành bộ sách gồm 2 quyển: Handbook of Seed Technology for Genebanks. Volume I. Principles and Methodology. Volume II. Compedium of Specific Germination Information and Test Recommendation. Quyển sách này đựơc xuất bản năm 1985 và là sách đầu giường của mọi Seed Science laboratory cũng như Genebank trên thế giới và được yêu cầu phát hành lại và lên trang mạng. Tôi có tặng sách này cho thư viện trường Đại Học Nông Nghiệp Sài Gòn và ĐH Cần Thơ.

Năm 1972, GS Roberts phân loại hột thực vật thành 2 nhóm, (i) nhóm Orthodox (chính thống) là loại hột càng khô và nhiệt độ tồn trử càng thấp thì tuổi thọ càng lớn (như lúa bắp đậu, v.v.); và (ii) nhóm Recalcitrant (phản loạn) là loại hột không thể tồn trử khô hay nhiệt độ lạnh, vì hột bị chết khi hạt khô (như hạt xoài, mít, chôm chôm, v.v.). Trong khi đọc hàng chục ngàn tài liệu để viết quyển sách trên, tôi thấy có một số loài hột không theo hai nhóm trên. Vì vậy, chúng tôi làm nghiên cứu bắt đầu với hạt Cà phê Arabica, rồi sau đó với vài chục loại hột cây rừng nhiệt đới, và chúng tôi khám phá thêm một nhóm thực vật thứ ba có bản chất tồn trử trung gian giữa 2 nhóm trên và đặt tên là “intermediate seed storage behaviour” năm 1990 (Ellis, Hong & Roberts, 1990, Journal of Experimental Botany, 41, 1167-1174). Năm 1998, một bộ sách khác gồm 2 quyển được IPGRI và Royal Botanic Garden Kew xuất bản trong đó hơn 7000 loài cây (species) trên thế giới được phân loại theo bản chất tồn trử của 3 nhóm (Hong, Linington & Ellis, 1998) để làm căn bản cho việc bảo tồn nguồn gene thực vật trên thế giới. Nhờ những nghiên cứu thâm sâu trong lảnh vực tiên phong này, chúng tôi được cơ quan IPGRI yêu cầu soạn thảo một quyển sách cẩm nang nghiên cứu phân loại hạt giống theo bản chất tồn trử, và cũng vì vậy tôi được mời đi huấn luyện cho các nhà khoa học ở Mỹ (Miami), Brazil (Đại Học Amazon) cũng như ở Việt Nam (2002-2004), và nhận một số sinh viên cấp TS đến học tại Seed Science Laboratory của chúng tôi.

Bởi vì có sự liên hệ cấp logarithm giữa tuổi thọ và ẩm độ hạt, nên chúng tôi rút khô hạt mè (sesame) tới độ ẩm 2-3% (thông thường hạt lúa khô có ẩm độ 14-15%), và nhận thấy rằng tồn trử hạt mè ở ẩm độ 2% và nhiệt độ 20ºC có tuổi thọ bằng hột mè tồn trữ ở ẩm độ 12% với nhiệt độ -20 ºC (nhiệt độ âm của tủ đông lạnh). Như vậy, các nước nghèo có thể tồn trử hạt giống không cần tủ đông lạnh với điều kiện là phải rút hạt thật khô. Tiếp tục nghiên cứu với 30 loại hoa màu khác, kể cả các loại đậu, thì chúng tôi khám phá ra rằng khi rút khô hạt càng thấp, tuổi thọ gia tăng theo logarithm, nhưng tới một ẩm độ nào đó, khoảng 4.5% cho lúa, 5% cho đậu thì tuổi thọ không còn gia tăng nữa mà cũng không suy giảm. Mỗi loại hoa màu có một giới hạn ẩm độ, dưới ẩm độ này rút khô hạt không còn gia tăng tuổi thọ. Ẩm độ giới hạn này biến đổi rất nhiều giữa các loại hoa màu, từ 2% cho mè, 2.8% cho đậu phộng, 3.5% cho đậu nành, 4.5% cho lúa, bắp, 5% cho đậu xanh, v.v. Tuy nhiên, nếu biến đổi ẩm độ hạt giới hạn này thành ẩm độ tương đối của không khí khi cân bằng với hạt (equilibrium relative humidity, RH) thì tất cả đều thành 10% RH. Như vậy, tuổi thọ của hạt tối đa khi hột rút khô xuống ẩm độ tuơng đối của không khí 10% RH. Cũng cần nhắc lại là hạt lúa có ẩm độ 14-15% có ẩm độ tương đối 70-75% RH của không khí. Vì vậy, chúng tôi khuyến cáo là cac nước nghèo có thể dùng phương pháp “Ultra dry storage” – tồn trử hạt siêu khô - ở nhiệt độ thông thường thay vì dùng tủ đông lạnh âm -20 ºC.

Sau khi công bố những nghiên cứu về Ultra dry storage với gần 30 loại hoa màu, một cuộc tranh luận thật gay gắt giữa các nhà nghiên cứu hạt giữa Anh Quốc và Hoa Kỳ. Các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ, đứng đầu bởi Bà Tiến Sỉ Vertucci làm lại những thí nghiệm với những ẩm độ hạt thấp tương đượng với nhóm Reading, nhưng không đo tuổi thọ, mà đo những đặc tính vật lý của hạt và kết luận là ở ẩm độ siêu khô (10% RH) sẽ tác hại cho tuổi thọ, và theo những nghiên cứu của bà Vertucci thì ngân hàng hạt giống nên tồn trử hạt ở ẩm độ tương đương với 20-30 % RH. Cuộc tranh cải kéo dài gần 10 năm, nhóm này làm thí nghiệm chứng minh nhóm mình đúng và nhóm kia sai. Thật là khó, vì không ai có thể sống vài ba trăm năm để thấy thật sự là ai đúng ai sai, vì hạt giống trong ngân hàng chỉ chết sau vài ba trăm năm hay ngàn năm. Tuy nhiên, ngay từ khi tranh luận bắt đầu, tôi bàn với Richard làm một thí nghiệm trường kỳ, kéo dài 30 năm, và sau khi tôi về hưu, vẫn còn hột đó để có ai muốn tiếp tục thử nghiệm. Kết quả nghiên cứu được tường trình mỗi 5 năm, và kết quả 15 năm thực hiện trước ngày tôi về hưu được công bố “Ellis & Hong, 2006, Annals of Botany, 97, 785-791” chứng minh rằng công trình nghiên cứu của nhóm “Gang-of-three” là đúng, bởi vỉ sau 15 năm tồn trử với ẩm độ tương đương 10% RH độ nẩy mầm không thay đổi, trong lúc 20-30% RH độ nẩy mầm giảm khá nhiều. Nhờ cái thí nghiệm dài kỷ lục 15 năm này làm chấm dứt cuộc tranh luận, và vị Khoa Trưởng ở Đại Học California Hoa Kỳ viết cho Đại Học Reading một bức thơ khen ngợi và đề nghị một giải thưởng nghiên cứu cho Richard Ellis và tôi.

Hiện giờ Prof. Roberts và tôi đều về hưu. Professor Richard Ellis bây giờ là Dean của Faculty of Science. Seed Science Laboratory chấm dứt nghiên cứu cổ điển, nay chuyển hướng về nghiên cứu mới khác, do các tiến sỉ trẻ đầy sinh lực tiếp tục vai trò tiền phong trong lảnh vực mới này.

 
Reading , 11/2009

Trần Đăng Hồng

Cước chú. Hỉện nay (2020), GS Roberts đã mất được 3 năm, GS Ellis cũng đã về hưu.