Tại sao trên cùng một thửa ruộng, ngô lại dễ có sản lượng cao hơn tiểu mạch?

Trong sản xuất nông nghiệp, con người phát hiện trên cùng một thửa ruộng, trồng ngô thường dễ thu hoạch được sản lượng cao hơn lúa mì. Tình hình tự nhiên như đất đai, phân bón... trên cùng một thửa ruộng cơ bản là như nhau, tại sao ngô dễ thu sản lượng cao hơn lúa mì, điều này chủ yếu có liên quan đến đặc tính sinh học của bản thân ngô và lúa mì.

Các nhà sinh học căn cứ vào đặc tính sinh vật học của thực vật phân chúng thành hai loại; một loại là lúa mì, lúa, đại mạch... gọi là thực vật C3; một loại là ngô, cao lương... gọi là thực vật C4. Thực vật C3 là chỉ thực vật này khi quang hợp, cố định cacbon đioxit, hình thành sản phẩm đầu tiên là Arisacchare, còn thực vật C4 khi tác dụng quang hợp cố định cacbon đioxit nhờ một loại men hình thành sản phẩm đầu tiên là Tetrasacchare. Từ đó có thể thấy thực vật C3 và thực vật C4 khi cố định đioxit cacbon, hai sản phẩm đầu tiên của sự quang hợp khác nhau. Chính vì vậy, dẫn đến một vài hoạt động sinh lí của lúa mạch và ngô khác nhau.

So sánh ngô và tiểu mạch, còn có một đặc điểm độc đáo hơn. Trước tiên, kết cấu phiến lá của ngô khá độc đáo. Kết cấu phiến lá của ngô có hình vòng hoa, tế bào xanh trong lá vây xung quanh “con đường” vận chuyển nước và chất dinh dưỡng – bó mao mạch; chúng xếp thành hình rẻ quạt; mà các bó mao mạch là hai tầng vòng tròn đồng tâm, vòng trong là tế bào vách mỏng có chứa chất diệp lục, giống như “vành đai” bao xung quanh đường xá của thành phố, vòng ngoài là những tế bào thịt lá nhiều tầng, có chứa lượng lớn thể diệp lục. Vòng ngoài và vòng trong đều có thể có diệp lục, như vậy sẽ giúp cho sự quang hợp sản sinh chất hữu cơ.

Thứ hai, thể diệp lục ở trong vành đai bó mao mạch của ngô lớn hơn thể diệp lục của tế bào thịt lá của phiến lá, sau tác dụng quang hợp có thể nhanh chóng tích lũy tinh bột. Thêm vào đó giữa tế bào vành đai và tế bào thịt lá có chức năng vận chuyển, lại có thêm những “con đường” có thể kịp thời vận chuyển chất hữu cơ do tác dụng quang hợp tạo ra. Như vậy thực vật C4 so với loại thực vật C3 có hiệu suất quang hợp hơn, vì vậy chất hữu cơ mà ngô có thể tích lũy nhiều hơn lúa mì.

Thứ ba, hoạt động sinh lí của thực vật như ngô cũng khá độc đáo. Thực vật cũng giống như con người, cũng tiến hành hô hấp. Nhưng tác dụng hô hấp của thực vật phân thành hô hấp sáng và hô hấp tối. Hô hấp sáng so với hô hấp tối mà nói, nó chỉ thực vật trong điều kiện ánh sáng hấp thụ oxi, chất hữu cơ oxi hóa, giải phóng CO2 và năng lượng. Sự khác nhau giữa hô hấp tối và hô hấp sáng là không cần ánh sáng. Theo đo được, hiệu suất hô hấp sáng của ngô thấp hơn của lúa mì. Như vậy, chất hữu cơ trong cơ thể do oxi hóa của ngô ít hơn của lúa mì, ngược lại chất hữu cơ ngô tích lũy được lại nhiều. Ngô còn có một đặc điểm nữa, CO2 do quá trình hô hấp thải ra sẽ bị tế bào thịt lá tái sử dụng, cho nên ngô hình thành chất hữu cơ lại nhiều hơn tiểu mạch.

Tóm lại, ngô so với lúa mì có hiệu suất quang hợp cao hơn, hiệu suất hô hấp sáng thấp hơn, dẫn đến ngô tích lũy chất hữu cơ tương đối nhiều hơn, sản lượng của nó tự nhiên phải cao hơn lúa mì. Thực vật C4 như ngô có ưu điểm là hiệu suất quang hợp cao, hiệu suất hô hấp sáng thấp, đã gợi mở cho các nhà khoa học nhiều ý tưởng. Có người đề ra, chuyển hóa bộ phận thể diệp lục ở loại C3 thành loại C4, cũng chính là thông qua công nghệ sinh học khiến cho thể diệp lục của thực vật như lúa mì, lúa nước xảy ra biến đổi, như vậy thực vật C3 như lúa mì, lúa nước sẽ đạt được sản lượng cao giống như ngô.