Hình ảnh bông lúa chín vàng, trĩu hạt và cúi rạp xuống ruộng từ lâu đã trở thành biểu tượng quen thuộc của các quốc gia có nền nông nghiệp lúa nước.
Lúa là cây trồng quan trọng nhất thuộc nhóm ngũ cốc, đồng thời là cây lương thực chính của người Việt Nam nói riêng và người dân châu Á nói chung (Ảnh: PV).
Đằng sau hiện tượng tưởng chừng đơn giản này là sự kết hợp của nhiều cơ chế khoa học, từ sinh lý học thực vật đến các nguyên lý cơ học vật liệu.
Hạt lúa "nặng lên" vì quá trình tích lũy tinh bột
Trong giai đoạn chín, cây lúa bước vào quá trình gọi là "grain filling" - làm đầy hạt. Khi đó, các sản phẩm của quang hợp, chủ yếu là đường hòa tan, được vận chuyển từ lá đến hạt, rồi chuyển hóa thành tinh bột và tích lũy trong nội nhũ (hạt gạo).
Theo một nghiên cứu đăng trên tạp chí ScienceDirect, quá trình làm đầy hạt là yếu tố quyết định trực tiếp đến khối lượng và chất lượng hạt lúa, khi các chất đồng hóa liên tục được vận chuyển và tích tụ trong hạt.
Các giống lúa có khả năng tích lũy vật chất tốt hơn sẽ có tốc độ làm đầy hạt cao hơn và khối lượng hạt lớn hơn, từ đó làm tăng năng suất.
Điều này lý giải vì sao khi còn non, bông lúa thường đứng thẳng, do hạt còn nhẹ. Khi chín, khối lượng tăng mạnh khiến toàn bộ bông trở nên nặng đáng kể.
Yếu tố quyết định độ cong của bông lúa
Tuy nhiên, việc hạt nặng lên chỉ là một nửa câu chuyện. Để hiểu vì sao bông lúa cúi xuống, cần đến các nguyên lý cơ học.
Bông lúa nằm ở phần ngọn, cách xa trục thân, nên khi trọng lượng tăng lên, nó tạo ra một lực kéo xuống dưới do trọng lực. Lực này không chỉ tác động trực tiếp mà còn sinh ra mô men uốn quanh thân.
Việt Nam hiện đứng trong nhóm các quốc gia dẫn đầu thế giới về lúa gạo, thường xuyên giữ vị trí thứ 2 hoặc thứ 3 thế giới về xuất khẩu gạo (Ảnh: Trịnh Nguyễn).
Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Plant Physiology đã phân tích chi tiết đặc tính cơ học của bông lúa, bao gồm độ cứng uốn, mô men uốn và mô đun đàn hồi.
Kết quả cho thấy bông lúa có thể được xem như một "dầm chịu tải" trong cơ học: khi tải trọng (tức khối lượng hạt) tăng lên, độ cong của bông cũng tăng theo.
Nói cách khác, khi mô men lực vượt quá khả năng chịu uốn của thân, bông lúa sẽ bị kéo cong xuống - còn được gọi là hiện tượng "cúi đầu".
Các nghiên cứu về cấu trúc cây lúa cho thấy, khi khối lượng hạt tăng lên trong giai đoạn chín, nếu độ bền cơ học của thân và trục bông không đủ lớn, chúng sẽ không thể giữ bông ở trạng thái thẳng.
Ngược lại, hiện tượng "lúa lép" xảy ra khi hạt không được làm đầy khiến bông lúa thường đứng thẳng do hạt nhẹ, kém tích lũy dinh dưỡng.
Lúa "cúi đầu" thể hiện một vụ mùa bội thu
Ngoài tổng khối lượng, cách phân bố hạt trên bông cũng ảnh hưởng đến hình dạng.
Các nghiên cứu sinh lý học cho thấy, trong một bông lúa, các hạt không phát triển đồng đều: hạt ở vị trí trên thường phát triển sớm và có xu hướng nặng hơn so với hạt phía dưới.
Sự phân bố không đồng đều này khiến trọng tâm của bông bị lệch, làm tăng mô men lực và khiến bông dễ cong xuống hơn.
Lúa cúi đầu là kết quả của quá trình tích lũy tinh bột trong hạt, thể hiện năng suất cao (Ảnh: PV).
Từ góc độ nông nghiệp, bông lúa cúi đầu không phải là biểu hiện tiêu cực. Ngược lại, đây thường là dấu hiệu của một vụ mùa tốt.
