Trong sản xuất nông nghiệp, người ta phát hiện ra rằng, cùng trên một mảnh đất, trồng ngô dễ cho năng suất cao hơn trồng tiểu mạch

Vì sao các điều kiện tự nhiên như thổ nhưỡng, phân bón trên một mảnh đất cơ bản là giống nhau nhưng ngô cho năng suất cao hơn tiểu mạch được. Điều này chủ yếu là có liên quan đến đặc tính sinh vật học của bản thân hai loài cây đó.

Các nhà sinh lý thực vật học căn cứ vào các đặc tính sinh vật học của thực vật để phân chúng ra làm hai loại. Một loại gồm tiểu mạch, lúa nước, đại mạch,... Được gọi là thực vật C3. Một loại khác là ngô, cao lương,... Gọi là C4. Thực vật C3 chỉ những loại thực vật khi tiến hành quang hợp thì sản phẩm đầu tiên được tạo thành từ sự cố định cacbônic là đường có gốc cacbon 3. Còn C4 là thực vật trong khi quang hợp cố định được cacbônic thông qua chất dung môi hình thành nên sản phẩm đầu tiên là đường cacbon 4. Từ đó có thể thấy rằng qua tác dụng quang hợp, sản phẩm tạo ra của hai loài thực vật c3 và c4 là khác nhau, và cũng chính từ lý do đó mà dẫn tới sự không giống nhau về đặc điểm hoạt động sinh lý giữa cây ngô và tiểu mạch.

So sánh giữa hai giống cây này càng có những đặc điểm độc đáo hơn. Trước tiên là ở lá, kết cấu phiến lá ngô rất đặc biệt có hình vòng hoa, các tế bào màu xanh trong lá bao quanh “con đường “ vận chuyển chất dinh dưỡng và nước. Đó là những bó ống sợi được sắp xếp theo dạng phản ứng phóng xạ dây chuyền, mà những bó ống sợi này lại là những vòng tròn đồng tâm hai tầng, tầng bên trong chứa những tế bào vách mỏng thể diệp lục; tầng ngoài là những tế bào thịt của lá chứa lượng lớn chất diệp lục. Cả hai tầng đều chứa thể diệp lục đều rất có lợi cho việc quang hợp tạo ra chất hữu cơ cho cây

Thêm nữa, thể diệp lục trong vỏ của các bó ống sợi lại lớn hơn thể diệp lục trong tế bào thịt lá, sau khi quang hợp đã nhanh chóng tích lũy được lượng tinh bột. Mặt khác, giữa các tế bào lại có rất nhiều “con đường” thông nhau nên những chất hữu cơ có được tạo ra sau quang hợp được vận chuyển rất kịp thời. Như vậy, hiệu suất quang hợp của thực vật c4 cao hơn của c3, vì vậy ngô tích luỹ chất hữu cơ nhiều hơn đậu

Ngoài ra, hoạt động sinh lý của những loại thực vật như ngô lại rất đặc biệt. Thực vật cũng như động vật cần hô hấp. Nhưng ở thực vật được chia thành “quang hô hấp” và “ám hô hấp”. “quang hô hấp” dùng để chỉ trong điều kiện có ánh sáng thực vật hấp thụ oxy, oxy hoá các hất hữu cơ giải phóng khí cacbônic và năng lượng. Còn “ám hô hấp” thì ngược lại, hô hấp mà không cần có ánh sáng. Đặc biệt hiệu suất quang hô hấp của ngô thấp hơn tiểu mạch do vậy mà sự oxy hoá chất hữu cơ trong cây ngô cũng thấp hơn tiểu mạch, sự tích luỹ chất hữu cơ ở ngô cũng ít hơn. Ngô còn một đặc điểm nữa là khí cacbônic được giải phóng khi quang hô hấp lại có thể được tế bào thịt lá sử dụng, nên việc hình thành chất hữu cơ ở ngô nhiều hơn tiểu mạch

Tóm lại, hiệu suất quang hợp của ngô cao hơn tiểu mạch nhưng hiệu suất quang hô hấp của ngô lại thấp hơn. Do vậy, ngô tích luỹ chất hữu cơ nhiều hơn, sản lượng đương nhiên cao hơn tiểu mạch

Loại thực vật c4 tương tự như ngô với những ưu điểm trên đã gợi ý cho các nhà khoa học một ý tưởng: có người đưa ra ý tưởng chuyển hoá thể diệp lục của loài thực vật c3 thành của c4, nói cách khác là thông qua kĩ thuật sinh học làm cho thể diệp lục của tiểu mạch, lúa nước thay đổi nhằm tạo ra sản lượng cao cho những loài cây này