Muốn phát hiện những dấu hiệu thương tổn bên trong cơ thể mỗi con bệnh hiểm nghèo ta có thể nhờ các thầy thuốc “chiếu điện”. Chùm tia X hay tia rơngen sẽ giúp các thầy thuốc theo dõi một cách chính xác những dấu hiệu thương tổn đó mà bình thường mắt ta không thể nhìn thấy được.
Trong sinh vật và nông nghiệp tia X cũng giúp ta khá nhiều trong công việc. Chẳng hạn trước khi gieo, chiếu tia X vào hạt với mức 750 rơnghen (Rơnghen là đơn vị đo lượng bức xạ hấp thụ) thì cây có rễ to hơn, chắc hơn, còn nếu chiếu với mức 1000 rơnghen thì sau khi gieo 3 ngày ta thấy rễ dài ra rõ rệt. Sở dĩ có kết quả như vậy vì tia X thúc đẩy quá trình phân chia tế
bào, làm cho số lượng tế bào tăng thêm nhanh chóng. Tuy vậy phương pháp này không được thông dụng vì khi chiếu tia X phải dùng đến nguồn điện thế cao, thiết bị cồng kềnh, phức tạp và đắt tiền.
Năm 1934 ông bà Giolio và Iron Quyri phát minh ra các đồng vị phóng xạ nhân tạo của Coban 60, Xedi 137. Các chất này phát ra các tia cũng có tác dụng như tia X, nhưng chúng có ưu điểm là trong sản xuất không cần nguồn điện cao thế, thiết bị đơn giản và rẻ tiền hơn, lại di chuyển dễ dàng. Máy mang các chất đồng vị phóng xạ này có thể đặt trên các xe ô tô lưu động chở tới tận các nơi sản xuất để xử lý hạt.
Ngày nay ở Nga và nhiều nước trên thế giới người ta cũng dùng phương pháp chiếu hạt giống bằng tia bức xạ gamma trước khi gieo trồng. Sau 5 năm nghiên cứu ở Nga nếu chiếu cho hạt giống lúa mì ở mức 1000 rơnghen thì sản lượng có thể tăng thêm 10 - 15% trên diện tích rộng. Chiếu cho hạt giống cà rốt với mức 2500 rơnghen có thể tăng sản lượng 16 - 30% tăng hàm lượng caroten (tiền vitamin A) lên 6 - 12%. Chiếu cho hạt ngô ở mức 500 rơnghen có thể tăng sản lượng 10 % trên một diện tích rộng
Dùng tia gamma từ nguồn phóng xạ của Côban, người ta đã bảo quản tốt được khoai tây trong một thời gian dài. Ở Cuba ngành thương nghiệp đã lập kế hoạch phân phối khoai tây theo những hình thức bảo quản khác nhau trong các tháng thu hoạch khoai tây chính vụ thì cho tiêu thụ loại khoai tây mới đào, tiếp sau đó là dùng loại khoai tây bảo quản bẳng tia gamma. Như vậy là quanh năm nhân dân Cuba đều có khoai tây tốt để ăn.
Ở nhiều nước trên thế giới việc sử dụng tia gamma để hạn chế sự nảy mầm đã trở thành một công việc bình thường trong quá trình bảo quản khoai tây dùng làm thức ăn.
Trong vòng vài chục năm trở lại đây, các nhà khoa học thế giới đã dùng tia phóng xạ để bảo quản lương thực, thực phẩm: chiếu tia phóng xạ với một liều lượng không lớn lắm lên thóc sẽ hạn chế được sự sinh đẻ của sâu bọ, với liều lượng cao hơn có thể giết các loại sâu bọ mặc dù nó cố tình ẩn nấp sau cái bỏ bọc dày của hạt thóc.
Để bảo quản lương thực người ta còn chế tạo các nguồn phóng xạ cố định hoặc lưu động trên các tàu thủy, ô tô có thể di chuyển đến kho lương thực. Phương pháp bảo quản này thực là thuận tiện và rẻ tiền.
Hoa quả bảo quản bằng phương pháp này không bị hư hại, không mất màu và mùi vị và vẫn giữ được sự tươi ngon nên rất tiện lợi khi vận chuyển đi xa. Thịt, cá, sữa,…cũng được giữ bằng cách trên, nhưng chỉ được dùng với một liều lượng phóng xạ nhất định nào đấy để không gây hại đến sức khỏe của người tiêu thụ.
Tia phóng xạ không chỉ dùng để bảo quản lương thực, thực phẩm mà còn có thể dùng vào nhiều mục đích khác như để sát trùng thực phẩm, sát trùng các dụng cụ y tế, cải tiến đặc tính của chất dẻo và cao su nhân tạo. Muốn tạo nên những biến đổi sâu sắc ở cây cối hay ở hạt, người ta cũng dùng các tia phóng xạ. với liều lượng nhất định, tia phóng xạ sẽ gây nên những đột biến trong tế bào và kết quả sẽ cho ta những cây có tính chất kì dị: cây cao hơn, cây lùn tịt, quả không hạt hay quả to gấp đôi… Dĩ nhiên người ta chỉ giữ lại những cây có đặc tính có lợi để tiếp tục trồng vì các đặc tính tốt có thể di truyền cho đời sau. Theo dõi các cây đó vào các đời thứ hai, thứ ba.. cuối cùng ta chọn được các giống mới theo ý muốn. Bằng cách gây đột
biến như vậy, các nhà khoa học đã tạo được các giống lúa mới thấp cây, nhiều nhánh, chịu được rét, sản lượng cao hoặc các giống hướng dương nhiều dầu…..
Tia tử ngoại từ các đèn thủy ngân - thạch anh và đèn diệt khuẩn do các nhà nông nghiệp Latvia dùng chiếu vào các hạt giống củ cải đường trước khi gieo đã làm tăng sản lượng củ lên trung bình từ 7 - 9% và lượng đường trong củ tăng từ 15–19%. Cà rốt được chiếu bằng ánh sáng nói trên cũng có sản lượng củ tăng lên nhiều.
Ngày nay khoa học còn giúp ta sử dụng nhiều loại tia khác nhau như các chùm electron trong các máy gia tốc tĩnh điện, các chùm hạt nơtron trong các lò phản ứng hạt nhân hay từ các máy phát nơtron. Việc sử dụng các loại tia nói trên đã mang lại nhiều kết quả tốt và có nhiều triển vọng hứa hẹn.
13. Tia lade
Sắc tố ở cây xanh là một chất tiếp nhận ánh sáng, với những bước sóng đặc biệt, chính nó khống chế hay thúc đẩy sự phát triển của cây.
Trước đây người ta đã làm thí nghiệm dùng ánh sáng của một ngọn nến, mỗi đêm soi 2 giờ vào cây lúa mì để làm cho sắc tố hoạt động tăng nhanh tốc độ sinh trưởng của cây lúa mì. Nhưng cách này không thực hiện được ở phạm vi rộng. Gần đây người ta đã nghiên cứu dùng tia lade với bước sóng cần thiết chiếu vào cây để giải quyết việc tăng sự sinh trưởng của cây.
Chùm tia lade mang một năng lượng khá lớn, rất dễ định hướng, nên được người ta chiếu quét trên toàn bộ khu vực cây trồng. Do tia lade có cường độ rất lớn, nên thời gian soi quét chỉ cần rất ngắn từ vài phần trăm giây đến vài phần nghìn giây.
Vào những đêm mùa đông, dùng tia lade chiếu nhấp nháy, có thể làm cho các cây gỗ lớn nhanh từ 2 - 3 lần đối với một số cây trồng khác. Ví dụ: củ cải đường, mía sau khi soi quét bằng tia lade, hoa sẽ nở chậm lại, thời kì sinh dưỡng của cây sẽ kéo dài do đó mà làm tăng được sản lượng đường ở cây của cải và mía.
Trong thực tiễn sản xuất có thể sử dụng tia lade để tác động lên cây trồng trên một diện tích rộng từ 20–40 hecta, kết quả là sản lượng tăng rõ rệt.
14. Thích nghi của quang hợp cây C4 và CAM
Ở thực vật vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới (ngô, mía, kê, rau dền...), và những cây mọng nước (xương rồng, dứa, hành tỏi, thiên lý...) do sống trong điều kiện nóng hạn chúng đã có được sự thích nghi mới trong quang hợp để tổng hợp được chất hữu cơ trong điều kiện khí hậu không thuận lợi. Ở cây C4 và CAM trong quá trình sống, đã tạo thêm được một chu trình sơ bộ cố định CO2 ngay trong ngày hay vào ban đêm để tăng cường, đảm bảo nguồn CO2 cho quang hợp ban ngày. Ở cây C4 quá trình này diễn ra ở tế bào nhu mô thịt lá, ở đây CO2 được dự trữ trong axit hữu cơ (axit axaloaxetic, axit malic, axit aspartic) để ban ngày chuyển tới tế bào bao bó mạch cung cấp cho chu trình Calvin để tổng hợp chất hữu cơ. Còn ở thực vật CAM thì việc sơ bộ cố định CO2 diễn ra vào ban đêm và dự trữ ở dạng axit hữu cơ, tập trung ở trong không bào rồi ban ngày giải phóng CO2 cung cấp cho quang hợp. Những loại cây này đã tạo ra khả năng dự trữ CO2 rất thuận tiện trong điều kiện môi trường bất lợi. Nhờ enzym PEP-
carboxylaza có ái lực rất cao đối với CO2 nên các loại cây trên có thể cố định nhanh được CO2
dù ở nồng độ thấp , điều này rất có lợi đối với cây trồng khi trời nóng hạn, khí khổng đóng một phần khiến nồng độ CO2 ở gian bào thấp. Hơn thế nữa, ở cây C4 do có sự phân công nhiệm vụ tích luỹ CO2 trong không gian rộng nên chúng dự trữ được nhiều CO2 hơn cây CAM và do vậy ít khi xảy ra hô hấp ngoài sáng và cây trồng thường có năng suất cao và là mục tiêu tìm kiếm của những nhà chọn giống trong trồng trọt.
15. Photphorin hóa quang hợp không vòng
Quá trình photphorin hoá quang hợp vòng xuất hiện cách đây khoảng 3 tỷ năm trong vi khuẩn lưu huỳnh lục và ngày nay vẫn đang tồn tại ở vi khuẩn, tảo và cây xanh. Đây là một hình thức dự trữ năng lượng ánh sáng tuy với công suất không cao những dễ thực hiện, bởi quá trình này có thể diễn ra trong điều kiện thiếu nước hay đóng lỗ khí. Tuy nhiên, những cơ thể tự dưỡng sử dụng photphorin hoá vòng thường tích luỹ ít chất hữu cơ và do vậy sinh trưởng yếu. Trong quá trình tồn tại, cây xanh đã tạo thêm khả năng mới để có thể tích luỹ được nhiều năng lượng hơn khi tiến hành quang hợp. Sự xuất hiện các loại sắc tố khác nhau, có thể hấp thụ năng lượng ánh sáng ở các vùng quang phổ khác nhau cũng đã tạo điều kiện để năng lượng thu được di chuyển giữa các sắc tố và dần tạo được cơ chế tích luỹ năng lượng hiệu quả hơn với sự tham gia tích cực của các phân tử diệp lục, dây chuyền điện tử và phân tử nước. Và như thế một hệ thống ánh sáng mới trong quang hợp - hệ thống ánh sáng 2 ra đời, là hệ thống gồm các sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng ở bước sóng nhỏ hơn 700 nm để chuyển cho các sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng ở bước sóng dài hơn của hệ thống ánh sáng 1. Trên con đường di chuyển đó, một phần năng lượng được giải phóng và được tích luỹ trong phân tử ATP. Đồng thời nhờ diệp lục, sự quang phân nước diễn ra cung cấp H+
cho tổng hợp NADPH là sản phẩm có khả năng phản ứng đồng thời tạo ra oxy đảm bảo sự sống cho cả sinh giới, chuyển sinh giới sang một giai đoạn lịch sử mới trong điều kiện hiếu khí và tích luỹ nhiều năng lượng ánh sáng hơn trong các hợp chất hữu cơ, trong khi đó vẫn bảo tồn cơ chế photphorin hoá vòng ở những điều kiện cần thiết. Như vậy quá trình photphorin hoá quang hợp không vòng ra đời, thể hiện sự tiến bộ và thích nghi mới của thực vật trong quá trình chọn lọc tự nhiên.
16. Đi tìm mẫu cây lý tưởng có năng suất cao
Năng lượng ánh sáng chiếu vào cây chỉ được cây sử dụng cho quang hợp từ 1-3%. Để nâng cao hệ số đó người ta phải tìm cách gián tiếp như cải thiện sự trao đổi chất hoặc thay đổi tính di truyền của cây.
Sự hấp thụ năng lượng mặt trời trong quang hợp phụ thuộc không những vào tổng số năng lượng mà còn vào sự phân tỏa đồng đều, vào nhiệt độ xung quanh nữa. Năng lượng đó thay đổi từ vài Oat/ m2
vào buổi sáng và chiều trong ngày râm mát. Vậy để tăng cường quang hợp cần hạn chế sự đốt quá nóng và tình trạng quá khô trên mặt lá, muốn thế ta dùng cách tưới phun mưa. Với lượng nước như nhau, tưới phun mưa tốt hơn các hình thức tưới khác. Chè, bắp cải, khoai tây tưới bằng hình thức phun mưa này tăng được năng suất từ 1,4–1,9 lần so với cách khác.
Ngoài ra, ngày nay người ta còn tìm các biện pháp khác, tìm một mẫu cây lý tưởng để tiếp nhận ánh sáng với hiệu quả cao nhất.
Các nhà chọn giống thường ước mơ có “một loại cây lí tưởng” có thể thỏa mãn mọi yêu cầu. Ví dụ: cây lúa phải có những đặc tính: năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn, chịu được sâu bệnh, không bị đổ, có phẩm chất hạt tốt…
Việc lai giống sẽ cho phép “khuấy trộn” các đặc tính khác nhau, từ đó xuất hiện những dạng có lợi hơn bố mẹ. Sau khi xác định được kiểu cây lý tưởng rồi các nhà chọn giống mới đề ra tiêu chuẩn để tiến hành chọn lọc. Đối với nhiều giống cây thì trước tiên người ta quan tâm đến tính chịu phân. Cây lý tưởng phải chịu được nhiều phân để cho năng suất cao, nhất là phân đạm mà không bị đổ. Tuy nhiên vấn đề quyết định năng suất cây trồng vẫn là quá trình quang hợp.
Giữa quang hợp và tính chịu phân có sự liên quan đến nhau. Các giống lúa có góc lá nhỏ, lá ít che khuất nhau thì không bị lốp đổ. Hiện tượng lốp và đổ chính là do quang hợp giảm sút, không đủ đường, bột để chuyển về hạt và tạo thân cây vững chắc.
Năm 1962 viện nghiên cứu lúa quốc tế ở Philipin tiến hành lai giống lúa tốt của Nhật. Ấn độ, Mỹ đã tạo được giống IR8 là giống lúa lí tưởng của vùng nhiệt đới: có lá thẳng, chịu phân cao, bông to, hạt mẩy…
Như vậy là cây lúa có năng suất cao và chịu phân giỏi có các điều kiện như: tương đối thấp cây, lá không bị kéo dài lúc bón nhiều phân, hay nói cách khác là có sự sinh trưởng hạn chế. Các góc lá nhỏ, lá tương đối cứng và thẳng, ít che khuất nhau khi diện tích lá cao, có khả năng chuyển đường bột về hạt nhiều, làm hạt và bông to, tức là có hệ số kinh tế cao.
Giống lúa mới được tạo ra cho năng suất cao mà không bị lốp đổ đó đã gây một cuộc cách mạng trong nghề trồng lúa ở vùng nhiệt đới.
Đối với các loại cây trồng khác, việc chọn giống bằng con đường tương tự như chọn giống lúa. Nhiệm vụ của các nhà khoa học hiện nay là tạo cho được các giống cây mang lại năng suất cao, thỏa mãn ngày càng cao cho nhu cầu cuộc sống của con người.
17. Lúa mì – cây lương thực quan trọng
Cách đây 30 năm cây lúa nước chiếm vị trí hàng đầu về sản lượng, giờ đây đã nhường chỗ cho cây lúa mì, vì trong thời gian qua lúa mì tăng nhanh về diện tích và sản lượng và trở thành cây lương thực số một của thế giới.
Lúa mì được trồng ở khắp các lục địa nhưng nhiều nhất ở châu Âu rồi đến châu Á và Bắc Mĩ. Trên thế giới có hai loại lúa mì chính, lúa mì mềm dễ làm bánh mì, mì sợi , bánh ngọt, còn lúa mì cứng để làm mì ống.
Lúa mì cứng chỉ trồng ở những vùng khí hậu khô hạn và nóng như vùng thảo nguyên miền Nam nước Nga, vùng Trung Á, vùng Địa Trung Hải, bắc Mỹ và Nam Mỹ, diện tích chỉ chiếm 10% diện tích toàn thế giới. Lúa mì mềm hiện nay được trồng phổ biến ở khắp các vùng, là kết quả của việc lai của một số lúa mì hoang dại mà thành. Ở một số vùng núi Capca của Nga, Iran, Apganixtan có nhiều loại lúa mì hoang dại vì thế có nhiều ý kiến cho lúa mì có nguồn gốc từ miền tây châu Á. Như vậy là lúa mì có nguồn gốc vùng nửa nhiệt đới còn ở vùng ôn đới và nửa bắc nhiệt đới lúa mì chia thành hai loại chính: lúa mì xuân và lúa mì đông. Lúa mì xuân được gieo về mùa xuân lúc nhiệt độ bắt đầu ấm (11-13 độ C) và chín trong mùa hè
thời gian sinh trưởng khoảng 100 ngày, thường được trồng ở vùng bắc ôn đới nơi mùa đông dài và lạnh. Lúa mì đông được gieo về mùa thu lúc nhiệt độ còn cao (10-16 độ C) và trải qua một thời gian (100- 200 ngày) sống ở nhiệt độ thấp (0-10 độ C) dưới lớp tuyết phủ của mùa đông, sang mùa xuân lại tiếp tục sinh trưởng (140-150 ngày). Lúa mì mùa đông chỉ trồng ở vùng