Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Khảo sát quá trình chín trái ở cây cà phê chè (Coffea Arabica L.)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH _________________________ Nguyễn Nữ Thảo Trân

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHÍN TRÁI Ở CÂY CÀ

PHÊ CHÈ

( Coffea arabica L.)

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH _________________________ Nguyễn Nữ Thảo Trân KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHÍN TRÁI Ở CÂY CÀ

PHÊ CHÈ

( Coffea arabica L.)

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm

Mã số: 60 42 01 14

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Bùi Trang Việt

TS. Lê Thị Trung

Thành phố Hồ Chí Minh – 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được các tác giả công bố

trong bất kì công trình nào.

Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác; tài liệu

tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 09 năm 2014

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Nữ Thảo Trân

ii

LỜI CẢM ƠN

Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- PGS. TS. Bùi Trang Việt, người đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức quý

báu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Thầy đã gợi ý đề

tài, hướng dẫn nghiên cứu và cho tôi những lời khuyên bổ ích trong thời gian

tôi thực hiện đề tài.

- TS. Lê Thị Trung, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình

nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Cô đã truyền đạt cho tôi nhiều kinh

nghiệm quý báu trong học tập, nghiên cứu khoa học cũng như trong cuộc

sống.

Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy, đóng góp ý kiến, động viên và

giúp đỡ của:

- Các thầy cô giảng dạy Cao học ngành Sinh học thực nghiệm trường Đại học

Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh.

- Các thầy cô quản lý Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật và Phòng Thí nghiệm

Sinh thái của trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh.

- Các thầy cô quản lý Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật của trường Đại học

Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh.

- Khoa Sinh học, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh.

- Phòng Sau đại học, trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.

- Chị Hồ Thị Mỹ Linh - Cán bộ Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật, trường Đại

học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, những người đã

động viên và giúp đỡ tôi hết mình trong thời gian tôi thực hiện đề tài này.

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 3

1.1. Định nghĩa trái .......................................................................................................... 3

1.2. Quá trình chín trái ..................................................................................................... 4

1.2.1. Định nghĩa ........................................................................................................... 4

1.2.2. Sự biến đổi của trái trong giai đoạn chín ............................................................ 4

1.3. Vai trò của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong quá trình tăng trưởng

và phát triển trái ...................................................................................................... 8

1.3.1. Auxin ................................................................................................................... 8

1.3.2. Gibberellin ........................................................................................................... 9

1.3.3. Cytokinin ............................................................................................................. 9

1.3.4. Abscisic acid ........................................................................................................ 9

1.3.5. Ethylene thể hiện vai trò trung tâm trong sự chín trái ......................................... 9

1.4. Cây cà phê và các nghiên cứu liên quan ................................................................. 15

1.4.1. Cây cà phê ......................................................................................................... 15

1.4.2. Lịch sử phát hiện ............................................................................................... 15

1.4.3. Đặc điểm của cây cà phê ................................................................................... 17

1.4.4. Các nghiên cứu liên quan đến cây cà phê ......................................................... 20

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU- PHƯƠNG PHÁP ................................................................ 22

2.1. Vật liệu ................................................................................................................... 22

2.2. Phương pháp ........................................................................................................... 23

2.2.1. Quan sát sự phát triển của trái cà phê ngoài vườn ............................................ 23

iv

2.2.2. Quan sát hình thái giải phẫu .............................................................................. 23

2.2.3. Xác định kích thước,trọng lượng tươi và khô của trái cà phê. .......................... 23

2.2.4. Đo cường độ hô hấp .......................................................................................... 24

2.2.5. Đo hàm lượng đường tan, tinh bột, acid hữu cơ và carotenoid ......................... 24

2.2.6. Đo hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thực vật ......................................... 27

2.2.7. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong phòng thí

nghiệm .............................................................................................................. 29

2.2.8. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong vườn ................ 29

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ..................................................................... 31

KẾT QUẢ ...................................................................................................................... 31

3.1. Quan sát sự phát triển của trái cà phê ngoài vườn ................................................. 31

3.2. Quan sát hình thái giải phẫu ................................................................................... 34

3.3. Kích thước, trọng lượng tươi và trọng lượng khô .................................................. 41

3.4. Cường độ hô hấp .................................................................................................... 41

3.5. Hàm lượng đường, tinh bột, carotenoid và acid hữu cơ ......................................... 42

3.6. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thực vật ................................................... 42

3.7. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong phòng thí nghiệm . 44

3.8. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong vườn ..................... 49

3.8.1. Xử lý chất điều hòa sinh trường thực vật lên từng trái riêng lẻ ........................ 49

3.8.2. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên cành mang trái ........................... 52

3.8.3. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của trái sau xử lý ..................................... 57

THẢO LUẬN ................................................................................................................ 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 67

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu Chú giải

ABA Abscisic acid

BA Benzyl adenine

et al. et (“and”) and al.(“others”)

GA Gibberellic acid

IAA Indol - 3-acetic acid

NAA Naphthalene aceticacid

Rf

“Retardation factor” hoặc “ratio to front” - Hệ số di chuyển: đặc trưng cho mức độ di chuyển của chất phân tích được tính bằng tỷ lệ giữa quãng đường di chuyển của mẫu và quãng đường di chuyển của dung môi.

Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh

UV Ultraviolet radiation

v/v Thể tích/thể tích

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1. Thời gian trung bình giữa các giai đoạn chín của trái cà phê (ngày). .......... 32

Bảng 3.2. Tỷ lệ trái mỗi giai đoạn chín trên cành cà phê. ............................................ 32

Bảng 3.3. Kích thước, trọng lượng tươi và trọng lượng khô của trái qua các giai

đoạn chín. .................................................................................................... 41

Bảng 3.4. Cường độ hô hấp của vỏ trái cà phê qua các giai đoạn chín. ....................... 41

Bảng 3.5. Hàm lượng đường tổng số, tinh bột, acid hữu cơ và carotenoid qua các

giai đoạn chín.. ............................................................................................ 42

Bảng 3.6. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trường thực vật trong trái cà phê qua các

giai đoạn chín. ............................................................................................. 43

Bảng 3.7. Thời gian trái chín khi xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong

phòng thí nghiệm. ....................................................................................... 45

Bảng 3.8. Thời gian trái chín khi xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên

trái riêng lẻ trong vườn. .............................................................................. 50

Bảng 3.9. Tỷ lệ trái chín sau 10, 15 và 20 ngày xử lý các chất điều hòa sinh trưởng

thực vật lên trái riêng lẽ trong vườn. ........................................................... 51

Bảng 3.10. Tỷ lệ rụng trái non và tỷ lệ trái chín trên cành sau 15 ngày sử dụng các

chất điều hòa sinh trưởng thực vật. ........................................................... 53

Bảng 3.11. Kích thước, trọng lượng tươi và khô của trái chín sau khi xử lý chất điều

hòa sinh trưởng thực vật. .......................................................................... 57

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Nguồn gốc của trái và hạt (Bùi Trang Việt, 2000). ........................................ 3

Hình 1.2. Quá trình sinh tổng hợp ethylene theo chu trình Yang (Wang, 2002). ........ 11

Hình 1.3. Ethylene sản xuất ở C. arabica trong quá trình chín (Pereira et al, 2005). .. 13

Hình 1.4. Con đường dẫn truyền tín hiệu của ethylene (Gao et al.,2003). .................. 14

Hình 1.5. Cà phê Coffea arabica L (Jackson, 1940). ................................................... 18

Hình 2.1. Cây cà phê 6 năm tuổi trồng tại vườn cà phê ở Lạc Dương, Đà Lạt (tháng

11/2013). .................................................................................................................. 22

Hình 2.2. Vườn cà phê tại Lạc Dương, Đà Lạt (tháng 11/2013). ................................. 22

Hình 2.3. Vị trí đặt thước đo đường kính trái. .............................................................. 24

Hình 2.4. Sơ đồ ly trích các chất điều hòa sinh trưởng thực vật. ................................. 27

Hình 3.1. Thời gian trái cà phê cần để hoàn tất sự tăng trưởng và chín. ..................... 32

Hình 3.2. Các giai đoạn phát triền của trái cà phê . ...................................................... 33

Hình 3.3. Mặt cắt ngang của trái cà phê qua các giai đoạn chín. ................................. 34

Hình 3.4. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái trưởng thành (10). ................. 35

Hình 3.5. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái bắt đầu chín (10). ................... 36

Hình 3.6. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái chín muộn (10). ..................... 36

Hình 3.7. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái trưởng thành (40). ..................... 37

Hình 3.8. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái bắt đầu chín (X40). ....................... 38

Hình 3.9. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái chín muộn (40). ........................ 38

Hình 3.10. Hạt cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành. ................................................... 39

Hình 3.11. Phôi cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành (5). ........................................ 40

Hình 3.12. Cắt dọc phôi cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành (5). ........................... 40

Hình 3.13. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thức vật trong trái cà phê qua các

giai đoạn chín. .......................................................................................................... 43

Hình 3.14 Trái cà phê bắt đầu được xử lý (đổ 10 ml nước cất lên đĩa Petri, nhúng

vào dung dịch xử lý 30 giây, 2 ngày/lần). ................................................................ 46

Hình 3.15. Trái cà phê đối chứng (nhúng vào nước cất) sau 7 ngày. ........................... 46

Hình 3.16. Trái cà phê được xử lý IAA 5 mg/l sau 7 ngày. ......................................... 47

viii

Hình 3.17.Trái cà phê được xử lý NAA 2 mg/l sau 7 ngày. ......................................... 47

Hình 3.18. Trái cà phê được xử lý GA3 5 mg/l sau 7 ngày. ......................................... 48

Hình 3.19. Trái cà phê được xử lý ethrel 200 mg/l sau 7 ngày. ................................... 48

Hình 3.20. Tỷ lệ trái chín trên cành sau khi xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật

15 ngày. .................................................................................................................... 53

Hình 3.21. Cành cà phê bắt đầu xử lý (phun dung dịch xử lý, 2 ngày/ lần). ................ 54

Hình 3.22. Cành cà phê đối chứng (phun nước cất) sau 15 ngày. ................................ 54

Hình 3.23. Cành cà phê xử lý NAA 1 mg/l sau 15 ngày. ............................................. 55

Hình 3.24. Cành cà phê xử lý ethrel 100 mg/l sau 15 ngày. ........................................ 55

Hình 3.25. Cành cà phê xử lý ethrel 200 mg/l sau 15 ngày. ........................................ 56

Hình 3.26. Cành cà phê xử lý ethrel 500 mg/l sau 15 ngày. ........................................ 56

1

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Cà phê là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên toàn thế giới được chế biến

từ hạt của trái cà phê chín, sau khi trải qua nhiều giai đoạn như phơi, rang, xay. Thức

uống có hương vị thơm ngon và chứa chất caffeine gây hưng phấn thần kinh. Cà phê

chế biến từ hạt của cà phê chè (Coffea arabica) được người tiêu dùng ưa thích vì vị

đắng ít hơn và hương vị thơm hơn so với các loại cà phê khác (như cà phê mít Coffea

excelsa hay cà phê vối Coffea canephora).

Ở Việt Nam, cà phê mang lại lợi ích kinh tế cho nhiều nông dân trồng trọt. Cà

phê được trồng chủ yếu ở các tỉnh Tây Nguyên như Đồng Nai, Đaklak, Lâm Đồng,

Kontum ... Tuy nhiên khi khảo sát tại một số trang trại trồng cà phê chè tại Đà Lạt cho

thấy tình trạng ra hoa không đồng đều dẫn tới chín trái không đồng đều. Cụ thể: cà phê

chè ra 3-4 đợt hoa vào tháng 2-3 dương lịch dẫn đền trái chín không đồng đều chia ra

thành 4 đợt thu hoạch vào tháng 11-12 dương lịch.

Sự chín trái không đồng đều gây ra khó khăn đối với quản lý và sản xuất cà phê.

Những hợp chất tích lũy trong hạt của trái cà phê ở những giai đoạn khác nhau đóng

vai trò quan trọng trong chất lượng của cà phê sau chế biến. Trái cà phê chín đỏ sẽ cho

hạt có chất lượng tốt nhất. Sự hiện diện của những trái hái quá xanh hoặc quá chín làm

thay đổi nồng độ các alkaloid có trong hạt cà phê như caffeine và chlorogenic (CGA)

làm thức uống tăng vị đắng (Leloup et al.,1995) từ đó làm giảm chất lượng sản phẩm.

Để tránh điều này, người nông dân phải thu gom cà phê bằng tay, chia ra nhiều lần thu

hoạch hoặc lựa chọn lại sau thu hoạch, điều này làm chi phí tăng lên do phải thuê nhân

công và tốn nhiều thời gian.

Do vậy, đề tài “Bước đầu khảo sát quá trình chín trái ở cây cà phê chè (Coffea

arabica L.)” được thực hiện.

 Mục đích nghiên cứu

Khảo sát về quá trình chín của trái cà phê Coffea arabica và tìm biện pháp giúp

trái chín nhanh, đồng đều hơn.

2

 Nhiệm vụ nghiên cứu

Khảo sát một số chỉ tiêu về hình thái, sinh lý và sinh hóa trong quá trình chín của

trái cà phê.

Tìm hiểu sự tác động của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên quá trình

chín của trái cà phê từ đó tìm ra biện pháp giúp trái cà phê chín nhanh và đồng đều

hơn.

 Thời gian, địa điểm nghiên cứu

Đề tài được thực hiện từ tháng 2/2014 đến tháng 9/ 2014 tại Phòng Thí nghiệm

Sinh lý thực vật trường Đại học Sư phạm Tp. HCM và Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực

vật trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học quốc gia Tp. HCM.

3

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Định nghĩa trái

Trái là kết quả biến đổi của bầu noãn, vách bầu noãn cho các mô vỏ trái. Trái bao

gồm cả hạt và vỏ hạt. Ở trái khô, vỏ trái hóa lignin. Ở trái mập vỏ trái có phần giữa là

nhu mô. Hạt có nguồn gốc từ noãn. Hạt bao gồm vỏ hạt, phôi nhũ và phôi (hình 1.1)

BẦU NOÃN

Vách bầu noãn Noãn

Vỏ noãn Túi phôi Phôi tâm (2n)

Noãn cầu 1 (n) Nhân phụ 2 (n) Thụ tinh

Vỏ trái Vỏ hạt Ngoại nhũ (2n) Phôi (2n) Phôi nhũ (3n)

NHÂN TRÁI

HẠT

TRÁI

Hình 1.1. Nguồn gốc của trái và hạt (Bùi Trang Việt, 2000).

Tùy theo trạng thái sau cùng của sự thủy giải phôi tâm bởi phôi nhũ, và của sự

thủy giải phôi nhũ bởi phôi người ta phân biệt 3 kiểu hạt:

4

- Hạt có phôi nhũ và ngoại nhũ: sự thủy giải phôi tâm không hoàn toàn, phần còn

lại của phôi tâm được gọi là ngoại nhũ. Ngoại nhũ cũng là mô dự trữ ( gặp ở

Caryophyllaceae, Piperraceae, Rubiaceae...).

- Hạt có phôi nhũ: sự thủy giải phôi tâm diễn ra hoàn toàn, hạt không có ngoại

nhũ, chỉ có phôi nhũ. Phôi thường có kích thước nhỏ.

- Hạt không có phôi nhũ: phôi đã phân giải hoàn toàn phôi nhũ trong quá trình

trưởng thành của hạt. Khi đấy, các tử diệp của phôi có kích thước lớn vì tích lũy

các chất dự trữ.

- Trong vài trường hợp, phôi nhũ của hạt hoàn toàn không phát triển ( Họ Lan,

Canna)

1.2. Quá trình chín trái

1.2.1. Định nghĩa

Chín trái là một quá trình sinh lý không đảo ngược bắt đầu khi trái đã phát triển

đầy đủ, tương ứng với sự thiết lập một trạng thái sinh lý mới, độc lập với sự hiện diện

của hạt (sự chín trái cũng diễn ra ở trái trinh sản). Hạt hoàn tất sự trưởng thành trước

khi quá trình chín trái diễn ra.

Hiện tượng chín trái được chú ý ở các trái mập vì thịt trái là nơi chịu nhiều thay

đổi biến dưỡng rất quan trọng liên quan đến các tính chất sinh lý, sinh hóa làm ảnh

hưởng mạnh đến chất lượng trái như tăng nước, độ mềm (tăng sự thủy giải vách tế

bào), ngọt (tăng đường), thay đổi màu sắc (các flavonoid) nhưng bớt dần vị chua (giảm

acid hữu cơ) và chát (giảm tanin) (Bùi Trang Việt, 2000).

1.2.2. Sự biến đổi của trái trong giai đoạn chín

1.2.2.1. Biến đổi về sinh lý

 Đỉnh climax

Đỉnh climax đặc trưng trong sự chín của nhiều loại trái cây: cường độ hô hấp của

trái tăng mạnh tới một đỉnh để khởi động quá trình chín trái. Đỉnh này do sự tiêu thụ

đường và acid hữu cơ, đi kèm với sự sản xuất ethylene (Bùi Trang Việt, 2000).

Dựa vào sự hô hấp và sự sản xuất ethylene, trái cây được chia thành 2 loại là trái

có đỉnh hô hấp (climaxteric) như chuối, cà chua, đào, táo... và trái không có đỉnh hô

5

hấp (nonclimaxteric) như nho, cam, chanh, bưởi... Trái có đỉnh hô hấp cho thấy có sự

bột phát trong hô hấp và sản xuất ethylene, còn trái không có đỉnh hô hấp sản xuất

ethylene từng ít trong suốt quá trình chín trái và không đáp ứng rõ rệt với việc xử lý

ethylene ngoại sinh (Giovannoni et al., 2013).

Quá trình đường phân và chu trình Crebs tạo năng lượng cho sự hoạt động của

trái trong quá trình chín đồng thời làm tăng sự sản sinh CO2 .

 Sự thay đổi màu sắc

Trong sự chín trái, dưới tác dụng của enzyme chlorophyllase , các diệp lục tố bị

phân hủy để lộ ra các sắc tố khác có sẵn trong trái (như là carotenoid) làm trái mất đi

màu xanh chuyển sang vàng (như trường hợp ở trái đủ đủ). Song song với quá trình

này các sắc tố khác cũng được tổng hợp tạo nên các màu sắc khác cho trái. Thường

các sắc tố nằm ở trong mô ngoại vi (vỏ trái) nhưng cũng có thể nằm trong phần thịt trái

(Giovannoni et al., 2013).

Phần lớn các sắc tố trái thuộc về 2 nhóm: carotenoid (thích lipid không tan trong

nước) và nhóm flavonoid (tan trong nước và tích tụ ở không bào). Các carotenoid như

caroten, licopen, xanthophil cho màu đỏ, cam hoặc vàng. Các flavonoid như flavon

cho màu vàng hay cam và anthocyanin cho màu đỏ, tím hay xanh da trời tùy theo pH

acid, trung tính hay base (Bùi Trang Việt, 2000).

 Sự thay đổi mùi hương

Sự chín hoạt hóa quá trình tổng hợp các chất tạo mùi thơm (bản chất là este,

aldehyde hoặc acetone) liên quan đến hoạt động của các enzyme đặc trưng cho từng

loại trái (Quách Đĩnh và cộng sự,1996).

 Sự thay đổi vị

Các hợp chất như acid hữu cơ, tanin, alkaloid bị phân hủy nhanh chóng do hoạt

động của các enzyme, đồng thời các đường đơn (glucose, fructose) xuất hiện giúp vị

ngọt tăng (Quách Đĩnh và cộng sự,1996).

 Sự thay đổi tính chất cơ lý

Một tính chất đặc trưng trong quá trình chín trái đó là trái mềm đi. Quá trình này

xảy ra do sự rối loạn tế bào như độ lớn và hình dạng tế bào, thể tích liên tế bào, sự toàn

vẹn, bề dày của màng tế bào, áp suất thẩm thấu.

6

Sự thoái hóa thành tế bào là kết quả hoạt động của các enzyme thủy phân được

tổng hợp trong lúc trái chín và dẫn tới sự phá hoại cấu trúc tế bào và mô. Cho dù sự rối

loạn của tế bào được xem như nguyên nhân chính làm thay đổi cấu hình trái, còn có

những biến cố khác được quan sát trong quá trình chín trái như mất đi sự kết dính giữa

các tế bào và những thay đổi áp suất thẩm thấu, cũng làm cho trái mềm đi (Quách

Đĩnh và cộng sự,1996).

- Protopectin

Protopectin là phức chất giữa pectin với cellulose, hemicellulose, không tan trong

nước, làm nên cấu trúc vách tế bào. Khi trái xanh, hàm lượng protopectin rất cao, tập

trung chủ yếu ở thành tế bào, giúp gắn kết các tế bào thực vật với nhau và hình thành

vách tế bào, làm cho trái cây có độ cứng nhất định.

Khi trái chín, dưới tác dụng của acid hữu cơ và xúc tác của emzyme

protopectinase, protopectin bị thủy phân thành các sản phẩm như acid pectic, acid

polygalacturonic, glucose, galactose, arabinose, methanol...làm giảm cường lực liên

kết giữa các tế bào, vỏ tế bào trở nên mỏng, tế bào mềm dần ra, làm cho trái bị nhũn

và cấu trúc trái bị phá hủy (Quách Đĩnh và cộng sự,1996).

- Áp suất thẩm thấu

Độ cứng của trái cũng có liên quan đến thành phần hóa học của trái. Quá trình

giảm độ cứng của trái không chỉ do thủy phân các chất pectin, mà còn do thủy phân

cellulose, hemicellulose và tinh bột.

Khi trái cây chín, dưới tác dụng của hệ enzyme amylase, tinh bột chuyển dần

thành đường, khiến cho nồng độ đường bên trong tế bào tăng lên. Sự chênh lệch nồng

độ đường trong và ngoài tế bào tạo nên một áp suất thẩm thấu, nước từ bên ngoài môi

trường đi vào bên trong tế bào, các tế bào luôn ở căng nước (Quách Đĩnh và cộng

sự,1996).

1.2.2.2. Biến đổi về sinh hóa

Trái cây cũng là những cơ thể sống, nên ngoài sự hô hấp, bên trong chúng còn

xảy ra những biến đổi hoá sinh học.Trong quá trình chín diễn ra chủ yếu nhất là các

phản ứng thuỷ phân các chất phức tạp thành các chất đơn giản hơn nhờ một loạt các

enzyme thủy phân.

7

 Biến đổi của các acid hữu cơ

Các acid di- và tricacboxylic rất phổ biến trong trái. Thường nhất là acid malic

(táo, lê), acid citric (cam, quýt, chanh), acid tartric (nho), acid isocitric (dâu tằm Morus

alba) và acid chlorogenic (cà phê). Hàm lượng các chất này thấp trong trái non nhưng

tăng lên trong giai đoạn tăng kích thước tế bào và giảm mạnh trong quá trình chín trái.

Sự giảm dần các acid hữu cơ trong quá trình chín trái do sự oxid hóa (do tăng

mạnh hô hấp) trở thành các tiền chất để tổng hợp đường và protein.

Acid hữu cơ thường được dùng cho hô hấp ở nhiệt độ cao và tích tụ lại ở nhiệt độ

thấp (do đó khí hậu mát và ẩm sẽ làm cho trái chua) (Bùi Trang Việt, 2000).

 Biến đổi của carbohydrate

Đối với trái tươi thì các hợp chất carbohydrate là thành phần luôn có những biến

đổi to lớn và mạnh mẽ nhất trong quá trình hình thành và chín trái. Ở giai đoạn đầu

của quá trình phát triển, khi trái đang tượng hình, hàm lượng tinh bột tăng nhanh,

nhưng trong quá trình trái chín, hàm lượng tinh bột giảm và hàm lượng đường khử

tăng lên do quá trình đường hoá. Nguyên nhân làm giảm tinh bột và tăng lượng đường

là do hoạt hoá của hệ enzyme amylase trong trái.

Hàm lượng tinh bột trong trái có thể thấp hơn nhiều so với nhu cầu đường hóa,

khi đó đường trong trái có thể được cung cấp bởi sự thủy phân các chất như

saccharose, cellulose, hemicellulose, pectin... hoặc bởi các acid hữu cơ như acid malic,

acid citric... có sẵn bên trong trái học vận chuyển về trái từ các bộ phận khác của cây:

6 acid malic + 6 acid tartric + 9O2  4 glucose + 12 H2O + 24 CO2 (Prescott,

1878).

Sự thủy phân các hợp chất thành đường sẽ làm cho trái cây có vị ngọt, giảm vị

chua.

 Biến đổi của các alkaloid

Alkaloid là các hợp chất chứa Nitơ và có hoạt tính dược học đối với người và

động vật. Ở cà phê có 2 alkaloid quan trọng nhất đó là caffeine và trigonelline.

Caffeine: Caffeine phát hiện ở mức độ thấp trong xylem của cây cà phê (C.

arabica), cho thấy rằng chúng không được vận chuyển trong cây và sự tổng hợp

caffeine xảy ra trực tiếp trong các mô vỏ trái (Mazzafera và Gocalves, 1999). Trong

8

hạt cà phê, hàm lượng tuyệt đối của caffeine song song với đường cong trọng lượng

khô, chiếm khoảng 1% trên cơ sở vật chất khô (DMB) tại thời điểm thu hoạch.

Lưu ý rằng sự gia tăng lớn hàm lượng caffeine trong hạt xảy ra giữa các giai

đoạn phát triển 8-12 tuần sau khi nở hoa và 16 tuần sau khi nở hoa ở hệ thống mô hình

phân tích cà phê Coffea arabica, tương ứng với thời gian phôi nhũ nhanh chóng mở

rộng. Từ giai đoạn phát triển 16 tuần đến giai đoạn thu hoạch, phân tích hàm lượng

caffeine cho thấy sinh tổng hợp dừng lại hoặc là vẫn tiếp tục tổng hợp ở vỏ trái nhưng

được vận chuyển đến hạt cà phê (Baumann et al., 1972).

Trigonelline: Trong khi rang, alkaloid trigonelline làm phát sinh nhiều hợp chất

mang mùi hương, như alkyl-pyridine và pyrrole (De Maria et al.,1994), điều này giải

thích lợi ích của chương trình nhân giống để tăng hàm lượng trigonelline trong hạt cà

phê vối (Ky et al., 2001).

Trái ngược với caffeine, trigonelline được tổng hợp trong tất cả các thành phần

của cây cà phê nhưng tích lũy mức độ cao hơn trong các mô non như lá và nụ hoa,

cũng như trong vỏ trái và hạt. Trigonelline được tổng hợp nhiều trong vỏ của trái chưa

chín nhưng giảm tổng hợp trong trái chín. Trong trái hoàn toàn chín muồi, hàm lượng

trigonelline tích lũy cao ngay cả khi không có hoạt động tổng hợp được phát hiện.

Điều này cho thấy sinh tổng hợp trigonelline diễn ra trong vỏ trái và trigonelline có thể

được vận chuyển tiếp từ mô này đến phôi nhũ (Zheng và Ashihara, 2004).

1.3. Vai trò của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong quá trình tăng

trưởng và phát triển trái

Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật tác động ở những giai đoạn khác nhau của

quá trình chín và phát triển của trái một cách chuyên biệt. Hạt là trung tâm tổng hợp

quan trọng các hormone sinh trưởng thực vật trong các giai đoạn phát triển của trái và

hạt.

1.3.1. Auxin

Hàm lượng auxin trong hạt có hai đỉnh quan trọng: một là ở giai đoạn tăng

trưởng nhanh lần thứ nhất tương ứng với sự phát triển của nhân noãn hay phôi nhũ; và

một ở giai đoạn tăng trưởng trái chậm tương ứng với sự phát triển phôi nhũ tối đa và

9

sự phát triển của phôi. Ở một vài loài còn có đỉnh thứ ba khi phôi hoàn thành sự tăng

trưởng, trái bước vào giai đoạn chín (Biale, 1978, Bùi Trang Việt, 2000).

Như vậy, auxin có vai trò huy động các sản phẩm quang hợp do đó giúp trái tăng

trưởng nhanh cạnh tranh với các cơ quan dinh dưỡng (Bianco - Trinchant, 1998).

Auxin nồng độ thấp cũng rút ngắn thời gian cần để chín trái (Bùi Trang Việt, 2000).

1.3.2. Gibberellin

Nếu auxin và cytokinin đạt tới đỉnh trong giai đoạn phát triển sớm của trái (giai

đoạn phân chia tế bào) thì gibberellin nhiều trong giai đoạn kéo dài tế bào và đạt tới

đỉnh trước khi trái trưởng thành (Abdel - Rahman, 1997). Thông thường gibberellin

làm chậm sự trưởng thành và chín trái (Bùi Trang Việt, 2000).

1.3.3. Cytokinin

Hoạt tính cytokinin cao trong phôi ở giai đoạn phát triển sớm của trái, sau đó

giảm khi trái tăng trưởng. Cytokinin kéo dài thời gian cần cho chín trái (Bùi Trang

Việt, 2000).

1.3.4. Abscisic acid

Abscisic acid (ABA) cản sự tăng trưởng trái và kích thích sự rụng ở trái non.

Hàm lượng abscisic acid thấp ở giai đoạn khởi đầu của sự phát triển trái và tăng lên

cao ở cuối giai đoạn phát triển trái và hạt. Hàm lượng abscisic acid cao ở giai đoạn này

có liên quan mật thiết đến sự chín trái, rụng và sự ngủ của hạt. Tình trạng stress do

thiếu nước cũng liên quan tới sự tổng hợp abscisic acid trong lá (Bùi Trang Việt,

2000).

1.3.5. Ethylene thể hiện vai trò trung tâm trong sự chín trái

Ethylene đã được chứng minh có ảnh hưởng lên sự phiên mã và dịch mã nhiều

gene liên quan đến quá trình chín. Thông thường đó là các gene mã hóa cho các

enzyme thủy phân như amylase, protopeptinase, chlorophillase, hydrolase...

(Giovannoni et al., 2013).

Vai trò trung tâm của ethylene trong sự chín trái được thể hiện qua nhiều sự kiện:

10

+ Có sự thoát ethylene ở các trái có climax (xảy ra trong điều kiện hiếu khí và

nhạy với nhiệt độ): trái đang chín (tỏa ethylene) thúc đẩy sự chín của các trái xanh để

bên cạnh.

+ Ở trái xanh có climax (đã đạt mức độ phát triển đủ), ethylene kích thích sự chín

trái với các đặc trưng: đỉnh climax, tổng hợp mRNA của polygalacturonase và cả sự

sản xuất ethylene.

+ Xử lí Ag+ (ion cản hoạt động của ethylene) sẽ làm chậm sự chín trái.

+ Trái (hay mô trái) cà chua được xử lý gibberellin vẫn xanh, không nhạy cảm

với ethylene để khởi động quá trình chín mặc dù ethylene vẫn kích thích tạo đỉnh hô

hấp (bất chấp xử lý gibberellin), là bằng chứng thuyết phục về tính nhạy cảm của mô

trái với ethylene (Bùi Trang Việt, 2000).

1.3.5.1. Sinh tổng hợp và điều hòa ethylene trong quá trình chín trái

Quá trình sinh tổng hợp ethylene diễn ra theo chu trình của Yang (Yang và

Hoffman, 1984) (hình 1.2).

SAM : S-adenosyl-L-methionine

MTA: 5’-methyladenosine

ACC: 1-aminocyclopropane-1-carboxylic

ACS: S-andenosylmethionine synthase

ACO: 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase

11

Hình 1.2. Quá trình sinh tổng hợp ethylene theo chu trình Yang (Wang, 2002).

 Methionine được chuyển hóa thành SAM nhờ sự hoạt hóa của ATP.

 SAM sẽ được chuyển hóa thành MTA và ACC nhờ enzyme ACS. ACC chính

là tiền thân trực tiếp của ethylene. Enzyme ACS cũng là enzyme quan trọng nhất trong

quá trình sinh tổng hợp ethylene. Sự phosphoryl hóa ACS có thể bảo vệ các protein

khỏi phân hủy, dẫn đến sự tích lũy và tăng hoạt động của ACS, dẫn tới sự bùng nổ sản

xuất ethylene trong quá trình chín trái (Tatsuki và Mori, 2001 ).

Ở giai đoạn trái còn xanh, methione được tổng hợp nhiều nhưng ACC lại tổng

hợp yếu hơn dẫn đến ethylene sản xuất ít ở thời kỳ đầu chín trái. Quá trình này sẽ bị

đảo ngược khi có dấu hiệu chín dần.

 Enzyme ACO do gene ACO mã hóa, chuyển đổi ACC thành ethylene. Phản

ứng này đòi hỏi sự có mặt của oxy. Trong điều kiện yếm khí, sự hình thành ethylene bị

đình chỉ hoàn toàn. Biểu hiện của gen ACO có thể được quy định bởi các yếu tố cụ thể

về môi trường phát triển hoặc mô (Song et al., 2005).

12

Trong chu trình (chu trình Yang), MTA cũng được tạo để tổng hợp lại

methionine. Vì thế ethylene có thể tự tổng hợp liên tục mà không cần bổ sung thêm

methionine từ bên ngoài vào.

Hai hệ thống điều hòa ethylene đã được chứng minh ở các loại trái có đỉnh hô

hấp. Hệ thống 1 là chức năng trong quá trình sinh trưởng bình thường, ethylene tự

động ức chế và chịu trách nhiệm sản xuất ra lượng ethylene cơ bản được phát hiện

trong tất cả các mô bao gồm cả ở trái không có đỉnh hô hấp. Hệ thống thứ 2 hoạt động

trong quá trình chín của trái có đỉnh hô hấp và quá trình lão suy của một số cánh hoa

khi sự sản xuất ethylene là tự xúc tác tổng hợp (autocatalytic): tiếp xúc với nồng độ

nhỏ ethylene ban đầu sẽ làm cho trái sản xuất một lượng ethylene lớn hơn cho đến khi

nồng độ ethylene đạt được đỉnh. Tác dụng ethylene lên trái có đỉnh hô hấp nhưng chưa

trưởng thành cũng có thể gây ra phản ứng tự xúc tác này, gây chín sớm và dẫn đến trái

có chất lượng kém. Sự chín thường bắt đầu tai một khu vực trong trái sau đó lan rộng

sang các khu vực lân cận vì ethylene có thể khuếch tán tự do từ tế bào này sang tế bào

khác và tích lũy trong suốt quá trình chín của trái (Alexander, Grierson, 2002).

Nghiên cứu tổng hợp ethylene ở giai đoạn cuối cùng của sự trưởng thành trái cà

phê chè đã cho thấy sự gia tăng nhanh chóng của sản xuất ethylene ở giai đoạn trái

màu cam, sau khi kết thúc sự hình thành phôi nhũ hoàn chỉnh và giảm sản xuất

ethylene ở giai đoạn chín đỏ chỉ ra một giai đoạn lão suy của trái trong quá trình chín

(Pereira et al, 2005) (hình 1.3).

13

Hình 1.3. Ethylene sản xuất ở C. arabica trong quá trình chín (Pereira et al, 2005).

1.3.5.2. Con đường truyền tín hiệu của ethylene

Trong nghiên cứu của Muller và Stummann (2003), các tác giả đã đưa ra những

hiểu biết về mô hình truyền tín hiệu ethylene ở cây Arabidopsis thaliana (hình 1.4). Sử

dụng mô hình Arabidopsis thaliana cho thấy 5 gene mã hóa cho receptor của ethylene

thuộc hai họ phụ là ETR1, ETR2, ERS1, ERS2, EIN4. Các receptor dính trên màng

lưới nội chất, có cấu trúc tương đồng với thụ thể của vi khuẩn gồm 2 thành phần là

một miền cảm biến (chia thành miền màng, miền GAP, miền histidine kinase) và miền

phản ứng ( một loại protein điều chỉnh phản ứng riêng biệt) cho phép vi khuẩn đáp ứng

với các điều kiện môi trường khác nhau (Bleecker et al., 2000; Schaller et al., 2002).

Ethylene tiếp xúc với thụ thể thông qua trung gian là một Cu-cofactor (Rodriguez

et al., 1999).

CTR1 là một protein kinase tương đồng với Raf là một tác nhân phân bào kích

hoạt protein kinase kinase kinase (MAP3K) đã được xác định là phần tiếp theo của con

đường truyền tín hiệu. CTR1 tương tác với hai thụ thể của ethylene, ETR1 và ERS1

(Clark et al., 1998) và mô hình hoạt động của ethylene cho thấy: khi ethylene vắng

mặt, CTR1 tương tác với hai thụ thể nên không kích hoạt được MAP3K và con đường

phản ứng bị chặn. Khi có mặt ethylene, ethylene liên kết với các thụ thể giải phóng

14

CTR1 và cho phép phản ứng etylen xảy ra (Bleecker et al., 2000). Đây là con đường

dẫn truyền tín hiệu ethylene tiêu cực.

Ngoài ra các protein khác, EIN2, EIN3, EIN5, và EIN6 là các protein dẫn truyền

tính hiệu tích cực. Khi có mặt ethylene, CTR1 truyền tín hiệu, EIN2 trên màn tế bào

được kích hoạt và một loạt các phiên mã liên quan đến các yếu tố phiên mã như

EIN3/EIL và ERF được bắt đầu. ERF1 trực tiếp kích hoạt phiên mã của một loạt các

gene liên quan đến quá trình đáp ứng ethylene bằng cách gắn vào hộp –GCC trên gene

(Trentmann, 2000).

Ethylene ảnh hưởng đến mức độ dịch mã mRNA của nhiều gene, bao gồm cả

những gene mã hóa cellulase và các gene liên quan đến quá trình chín và sinh tổng hợp

ethylene.

Hình 1.4. Con đường dẫn truyền tín hiệu của ethylene (Gao et al.,2003).

15

1.3.5.3. Ethylene trong thương mại

Ethylene dùng trong thương mại để thúc chín trái cây. Vì khó áp dụng ở trạng

thái khí nên ethylene thường được dùng ở dạng hợp chất phóng thích ethylene là

ethephone (acid 2-chloroethylphosphonic, chất được khám phá 1990 và có tên thương

mại là ethrel). Ethephone được phun ở dạng dung dịch nước nên dễ hấp thu và di

chuyển trong thực vật. Chất này sẽ phóng thích ethylene từ từ trong tế bào thực vật

(ethephone tự phân hủy ở pH >3,5) nên được dùng để thúc chín, làm mất màu xanh ở

trái cam, đồng nhất sự ra hoa và đậu trái thơm.

Cl- CH2- CH2- PO3H2 + OH-  CH2 = CH2 + Cl- + H3PO4

CO2 ức chế quá trình chín ở những trái có đỉnh climax. Trong những trái không

có đỉnh climax tác dụng của ethylene quan sát thấy không rõ ràng (Bùi Trang Việt,

2000).

Ngoài ra khi phun ethylene lên cây để thúc chín trái trên cây cần chú ý liều lượng

hợp lý vì ethylene có tác động lên quá trình lão suy có thể gây rụng lá, chồi non và

hoa.

1.4. Cây cà phê và các nghiên cứu liên quan

1.4.1. Cây cà phê

Cây cà phê thuộc: Ngành : Ngọc lan (Magnoliophyta)

Lớp : Ngọc lan (Magnoliopsida)

Phân lớp : Cúc (Asteridae)

Bộ : Long đởm (Gentianales )

Họ : Cà phê (Rubiaceae)

Chi : Cà phê (Coffea)

Loài : Coffea arabica L.

(Hoàng Thị Sản, 1999).

1.4.2. Lịch sử phát hiện

Cà phê phát hiện lần đầu tiên vào thế kỉ thứ 9 tại vùng cao nguyên Ethiopia

(Châu Phi) từ đó lan ra Ai Cập và Yemen, và tới thế kỉ thứ 15 thì đến Armenia, Ba Tư,

16

Thổ Nhĩ Kỳ và phía bắc Châu Phi. Từ thế giới Hồi giáo, cà phê đến Ý, sau đó là phần

còn lại của Châu Âu, Indonesia và Mĩ. Hiện nay, cây cà phê được trồng tại hơn 50

quốc gia trên thế giới, trong đó có một số nước chuyên xuất khẩu cà phê.

Chi Coffea có khoảng 100 loài chia thành 4 nhóm chính: Eucoffea K. Schum;

Paracoffea Miq.; Argocoffea Pierre. và Mascarocoffea Chev.

Trong nhóm Eucoffea có 2 loài quan trọng là Coffea arabica L. (cà phê chè) và

Coffea canephora Pierre (cà phê vối) (Jules et al., 1969)

Trong đó cà phê chè chiếm 70% và cà phê vối chiếm 30% thị trường tiêu thụ cà

phê trên thế giới (Marshall, 1985).

Cà phê là cây bụi, cho trái có hàm lượng caffeine trung bình từ 1,8-3,0% trọng

lượng khô. Bên cạnh đó, cà phê cũng chứ một hàm lượng đường tương đối, khoảng từ

6% đến 8,5% trong cà phê chè và 0,9-4,9% trong cà phê vối (Clifford, 1985; Campa et

al., 2004). Caffeine có tác dụng kích thích gây hưng phấn thần kinh, khiến đầu óc

minh mẫn. Mặt khác nó còn có tác dụng lợi tiểu, tiêu mỡ, tiêu đạm, giải độc rượu và

thuốc phiện (Lê Trần Đức, 1997). Tuy nhiên nếu dùng caffeine ở liều lượng cao (trên

2%) sẽ gây ra một số xáo trộn sinh lý (Bạch Văn Tương, 1998). Vì tác dụng hữu ích

như thế, cà phê đã trở thành thức uống cao cấp được ưa chuộng nhiều nơi trên thế giới.

Theo tổ chức Cà phê Thế giới (ICO) nhu cầu cà phê của năm 2008 là 125 triệu bao

loại 60kg.

Tại Việt Nam, cây cà phê được người Pháp đưa về trồng từ những năm 1857, đến

năm 1944, miền Nam bắt đầu trồng loại cà phê vối vì điều kiện nóng ấm. Năm 1963-

1964, ở miền Bắc trông cà phê chè do điều kiện khí hậu lạnh (Phan Quốc Sủng, 1987).

Cà phê chè (Coffea arabica) có lá nhỏ, cây cao đến 6 mét, thân gỗ, thường được

hãm thấp nên trông như cây chè. Cành cơ bản khỏe, ít và tương đối ngắn. Cành thứ

cấp phát triển từ cành cơ bản tạo thành hình tán dù, rũ xuống. Vỏ cây mỏng, nhiều vết

nứt nhỏ tạo điều kiện cho sâu đục thân đẻ trứng phá hoại. Lá bóng mượt, mép lá suôn.

Mẫn cảm với bệnh gỉ sắt. Lượng caffein trong hạt từ 1,8-2,0%. Hương vị cà phê sau

khi chế biến thơm ngon, được thế giới đánh giá cao và ưa chuộng (Phan Quốc Sủng,

1987).

17

Hiện nay cà phê vối hiện nay được trồng chủ yếu mặc dù chất lượng cà phê

không được đánh giá cao bằng cà phê chè do nhiều nguyên nhân:

+ Ở mức độ di truyền, cà phê chè là thể tứ bội ( 4n=44). Là một loài tự thụ phấn.

Điều này làm giảm sự đa dạng di truyền và gây khó khăn trong việc kết hợp những đặc

điểm quan tâm (Charrier, Berthaud, 1985). Mặt khác, cà phê vối là thể lưỡng bội (2n =

22 nhiễm sắc thể) và không tự thụ phấn. Điều này giải thích sự đa dạng di truyền cao

hơn cà phê vối và dễ dàng cải thiện di truyền của nó bằng các kỹ thuật nhân giống

thông thường (Montagnon, 2000).

+ Cà phê chè không được trồng nhiều bằng cà phê vối ở Việt Nam do độ cao

không phù hợp, những vùng chuyên canh cà phê ở Việt Nam như Buôn Ma Thuột,

Đắk Lắk, Bảo Lộc, Lâm Đồng… đều chỉ có độ cao từ 500-1000 m so với mực nước

biển, loài cây này lại nhiều sâu bệnh hại, không kinh tế bằng trồng cà phê vối nên

không được nông dân ưa chuộng.

+ Năng suất khá thấp, chỉ khoảng 700-800 kg/ha/năm.

Do cà phê chè mang nhiều ưu điểm như hạt to, thơm ngon nhưng kháng sâu bệnh

kém, năng suất kém còn cà phê vối ngược lại, hạt nhỏ, chất lượng kém nhưng kháng

được nhiều bệnh nguy hiểm, người ta đã thực hiện lai xa giữa chúng để kết hợp các

đặc tính tốt. Một số cây lai thành công như Hibrido de Timor, Catimor (kháng bệnh gỉ

sắt), Arabusta...

1.4.3. Đặc điểm của cây cà phê

1.4.3.1. Hình thái của hoa và trái

Hoa: có 4 cánh đều, màu trắng, dính nhau tạo thành hình ống dài 3-4 cm, đính 5

tiểu nhị mang bao phấn hướng nội, có đĩa mật thu hút côn trùng thụ phấn. Bộ nhụy

thường có 2 tâm bì hợp thành vòi nhụy mang 2 núm. Bầu noãn có 2 buồng mang 2

noãn đính ngược. Cây cà phê cho hoa thành chùm nằm ở nách lá. Mỗi chùm mang

nhiều hoa (10-100 hoa) (Nguyễn Sĩ Nghị, 1982).

Trái: hình trứng, lớp vỏ trong hóa gỗ. Trái chín màu đỏ với đường kính từ 10-18

mm. Vỏ ngoài mỏng, có màu xanh trong các giai đoạn đầu sau đó trở thành màu vàng

18

cam và sau đó màu đỏ ở giai đoạn cuối cùng của sự phát triển. Vỏ giữa có nhiều

đường, trở nên mỏng dần trong quá trình trưởng thành (hình 1.5).

Trái phê có 2 hạt, mặt phẳng của hạt áp vào nhau. 5-10% trái cà phê chỉ có 1 hạt

gọi là cà phê hạt lép. Hạt cà phê có lớp vỏ ngoài hóa gỗ. Mặt phẳng của hạt có rãnh

hẹp ở giữa. Hạt cà phê bao gồm phôi nhũ và ngoại nhũ. Phôi nhũ cứng là nơi tích lũy

các hợp chất và dự trữ chất dinh dưỡng được huy động cho phôi trong quá trình nảy

mầm của hạt cà phê. Ngoại nhũ tồn tại đến giai đoạn trưởng thành của hạt tạo thành

một lớp lụa mỏng màu bạc (silver skin) bao bên ngoài phôi nhũ. Phôi mầm nằm ở gần

cuối hạt, phía cuống trái (Nguyễn Sĩ Nghị, 1982).

Hình 1.5. Cà phê Coffea arabica L (Jackson, 1940).

19

1.4.3.2. Đặc điểm sinh lý

Cây cà phê ra hoa khi được 2-3 năm tuổi. Cây cà phê đạt năng suất cao nhất

khoảng 15 năm. Thường thì cà phê 25 tuổi đã được coi là già, không thu hoạch được

nữa. Thực tế nó vẫn có thể tiếp tục sống thêm khoảng 70 năm nữa.

Cà phê ra hoa một vụ trong năm, khoảng tháng 2-3 dương lịch. Cà phê ra hoa

trong điều kiện ngày ngắn. Nếu chiếu sáng quá 14 giờ thì sự ra hoa ở cà phê bị ngưng

trệ (Nguyễn Sĩ Nghị, 1982).

Sự khô hạn là điều kiện cần thiết để cà phê phân hóa thành chồi hoa. Trong điều

kiện tự nhiên, sự ngủ của chồi hoa thường bị phá vỡ bởi những cơn mưa đầu tiên trong

mùa sau một thời gian khô hạn (khoảng 2-3 tháng khô) (Barros et al.,1999).

Giai đoạn ra hoa đòi hỏi một sự hô hấp mạnh, nhu cầu về nước cao gấp 6-7 lần

bình thường. Lúc này, hoa cà phê nở tỉ lệ với lượng mưa. Ngưỡng mưa để hoa nở từ 3-

10 mm và nở nhiều nếu lượng mưa đạt 25-35 mm. Nếu quá lượng mưa này thì số hoa

vẫn không tăng (Nguyễn Sĩ Nghị, 1982).

Vì vậy việc mưa sớm, mưa nhỏ rải rác hoặc tưới tiêu không đúng thời gian sẽ

làm cho sự ra hoa bị ảnh hưởng. Đây là một trong những nguyên nhân làm cho hoa nở

thành nhiều đợt dẫn tới việc chín trái không đồng đều của cà phê trong tự nhiên.

1.4.3.3. Các giai đoạn phát triển của trái cà phê

Sau khi thụ phấn, trái được hình thành và phát triển. Bốn giai đoạn phát triển trái

cà phê đã được công nhận (Cannell, 1985; Barros et al.,1999) như sau:

+ Giai đoạn đầu tiên: 0-6 tuần đầu tiên sau khi thụ phấn, sự tăng trưởng là không

đáng kể.

+ Giai đoạn thứ hai: kéo dài khoảng 10 tuần (từ tuần 6 đến 26) của sự phát triển,

trái tăng nhanh về kích thước và khối lượng tươi nhờ sự phân chia tế bào mãnh liệt.

Ngoại nhũ tăng trưởng nhanh, khoảng 11-12 tuần sau nở hoa, tại thời điểm đó phôi

nhũ cũng đã bắt đầu được xác định.

+ Giai đoạn tăng trưởng bị đình chỉ và kéo dài chậm: khoảng 2 tuần (tuần 26-28),

hình thành phôi và phôi nhũ dần lấp đầy thay thế ngoại nhũ, phôi nhũ dần hóa rắn, lôi

20

kéo các chất dinh dưỡng chủ yếu làm thịt trái hạn chế phát triển. Thể tích trái phát

triển rất chậm. Lượng chất khô vẫn còn thấp (do phôi nhũ chưa lấp đầy hoàn toàn).

+ Giai đoạn trưởng thành: từ tuần 28 đến 36, phôi nhũ tiếp tục phát triển dần dần,

cho đến khi hoàn toàn chiếm không gian chỉ còn phần bên trong của ngoại nhũ đôi khi

được gọi là "lớp da bạc" (silver skin) (Castro et al., 2005). Lượng chất khô tăng

thường xuyên, với rất ít thay đổi trong khối lượng tươi. Vật chất khô tích lũy trong

phôi nhũ đã đạt tối đa trái còn xanh.

+ Giai đoạn chín trái: từ tuần 36 đến 40. Hạt kết thúc sự phá triển. Những thay

đổi chủ yếu xảy ra trong vỏ trái, thịt trái phát triển làm tăng kích thước và khối lượng

tươi và khô. Trái trở thành màu vàng đến đỏ.

1.4.4. Các nghiên cứu liên quan đến cây cà phê

Cà phê là một loại cây công nghiệp quan trọng trên thế giới vì thế những nghiên

cứu về nó đã được thực hiện rất nhiều. Đặc biệt sự chín trái không đồng đều ở cà phê

là một đặc điểm sinh lý ảnh hưởng rất lớn đến năng suất và chất lượng cà phê vì thế ở

những nước trồng cà phê lâu đời ớ Nam Mĩ như Brazil đã có nhiều nghiên cứu nhằm

khắc phục hiện tượng trên.

Crisosto et al. (1991) thực hiện thí nghiệm trên cây cà phê với ethephon (2-

(chloroethyl) axit photphoric, cũng là một dẫn xuất của ethylene) để tăng cường quá

trình chín trái và làm giảm lực rụng trái (FRF).

Ethephon ở nồng độ 250-1000 mg/l được sử dụng khi những trái cà phê trưởng

thành đầu tiên được chuyển màu đỏ (bắt đầu quá trình chín trái) sẽ làm giảm đáng kể

thời gian thu hoạch, tăng năng suất của lần đầu tiên thu hoạch, và giảm lực rụng trái

của cây cà phê. Tuy nhiên, trong tất cả các trường hợp, cùng với những tác dụng có

lợi, còn thấy được hiện tượng rụng lá quá nhiều, bị bệnh chết mầm và thỉnh thoảng có

chết cây. Nếu sử dụng ở nồng độ thấp của ethephon, vào lúc bắt đầu của giai đoạn chín

trái cây, sẽ làm giảm thời gian thu hoạch và tăng thích ứng với thu hoạch bằng cơ học

(tỷ lệ trái chín muồi/ chưa chín (màu xanh lá)), mà không có tác động tiêu cực đáng kể

đến hiện tượng rụng lá và chất lượng cây trồng. Thực hiện thí nghiệm trên 2 lô cà phê

2 năm tuổi phun ethephon 0, 50, 100 và 200 mg/l hòa vào nước tưới vào sáng sớm

21

khi các trái trưởng thành đầu tiên trên cành mang bắt đầu chuyển màu đỏ cho thấy kết

quả ethephon 100 mg/l tăng tốc quá trình chín và giảm FRF (lực rụng trái) 15 ngày sau

khi ứng dụng mà không ảnh hưởng xấu đến sản lượng. Cần áp dụng thêm biện pháp

điều khiển thủy lợi (Crisosto et al.,1992).

Ngoài ra, còn có nghiên cứu kết hợp GA3 và ethephon trong việc đồng bộ hóa

quá trình ra hoa và chín trái ở cà phê (Coffea arabica L.) được thực hiện bởi

Masarirambi (1991) vào cuối tháng Tám khi chồi hoa đang phân hóa sẽ phun của GA3

với nồng độ 50, 75, 100 mg/l kích thích tích lũy phần trăm hoa. Ở nồng độ cao nhất có

ứng dụng đáng kể khi các cây có tỷ lệ ra hoa cao nhất so với các nồng độ thấp hơn và

phun nước cất.

Sau khi ra hoa, trái cà phê trưởng thành và bắt đầu chín (chuyển sang màu đỏ) sẽ

phun ethephon, sau hai tuần tại nồng độ 360 và 720 mg/l thì trái cà phê chín mọng.

GA3 do đó có thể được sử dụng ở 100 mg/l để đồng bộ hóa hoa cà phê trong khi

ethephon ở 360 mg/l hỗ trợ trong việc thúc đẩy cà phê chín mọng (Masarirambi et al.,

1991).

Tại Việt Nam, những người nông dân có kinh nghiệm thường áp dụng phương

thức xử lý nước. Vì cây cà phê cần một khoảng thời gian khô hạn để tượng hoa, sau

thời gian đó cây cà phê cần được tưới đủ nước để ra hoa. Vì thế áp dụng chế độ thủy

lợi chính xác có thể giúp cây cà phê ra hoa và chín trái đồng loạt. Tuy nhiên chưa có

nghiên cứu chính thức công bố về vấn đề thủy lợi kiểm soát ra hoa cũng như về vấn đề

chín trái ở cà phê.

22

Chương 2. VẬT LIỆU- PHƯƠNG PHÁP

2.1. Vật liệu

Trái cà phê (Coffea arabica L.) ở các giai đoạn chín khác nhau thu ở những cây

cà phê có năng suất ổn định 6 năm tuổi (hình 2.1), trồng tại vườn ở Lạc Dương, Đà

Lạt, Lâm Đồng (hình 2.2).

Vật liệu sinh trắc nghiệm: khúc cắt diệp tiêu lúa (Oryza sativa L.), trụ hạ diệp

cây mầm xà lách (Lactuca sativa L.), tử diệp dưa leo (Cucumis sativus L.).

Hình 2.1. Cây cà phê 6 năm tuổi trồng tại vườn cà phê ở Lạc Dương, Đà Lạt (tháng

11/ 2013).

Hình 2.2. Vườn cà phê tại Lạc Dương, Đà Lạt (tháng 11/2013).

23

2.2. Phương pháp

2.2.1. Quan sát sự phát triển của trái cà phê ngoài vườn

Chọn ngẫu nhiên 10 cây trong vườn. Trên mỗi cây đánh dấu 30 trái non trên các

cành bất kỳ. Trái non được tính sau khi hoa nở 3 ngày, cánh hoa rụng, bầu noãn trắng

mang vòi nhụy đã héo. Theo dõi thời gian sinh trưởng của trái từ giai đoạn trái non đến

trái trưởng thành.

Những trái non không rụng có thể phát triển đến giai đoạn trưởng thành được tiếp

tục theo dõi để xác định thời gian chín của trái.Từ đó chia ra các giai đoạn chín của trái

cà phê theo màu sắc vỏ trái.

Tỷ lệ trái mỗi giai đoạn chín khác nhau trên cành được xác định bằng cách đếm

số lượng trái mỗi loại trên 1 cành. Lặp lại trên 5 cành bất kỳ khi chuẩn bị thu hoạch lần

đầu tiên (khoảng tháng 10 âm lịch). Từ đó sẽ biết được số lần thu hoạch trong 1 vụ.

2.2.2. Quan sát hình thái giải phẫu

Cắt ngang vỏ trái cà phê ở mỗi giai đoạn chín. Không nhuộm. Quan sát dưới kính

hiển vi quang học (40) cho thấy cấu trúc vỏ trái cà phê.

Dùng dao lam cạo một lớp biểu bì mỏng trên bề mặt vỏ trái. Không nhuộm. Quan

sát dưới kính hiển vi quang học (10) cho thấy sự thay đổi màu sắc từ khi trái trưởng

thành đến khi trái chín do các sắc tố tổng hợp ở vỏ trái hay ở thịt trái.

Cắt dọc hạt của trái cà phê trưởng thành qua phôi. Xử lý với dung dịch javel và

acid acetic 45%. Nhuộm thuốc nhuộm 2 màu (xanh iod- đỏ carmin) (Deysson, 1967).

Quan sát dưới kính hiển vi quang học nhằm theo dõi cấu trúc của phôi giai đoạn trái

trưởng thành.

2.2.3. Xác định kích thước, trọng lượng tươi và khô của trái cà phê

Đo đường kính trung bình của 1 trái cà phê ở mỗi giai đoạn chín bằng thước đo

kẹp ngang thân trái qua 2 hạt (hình 2.3).

24

Hình 2.3. Vị trí đặt thước đo đường kính trái.

Cân 1 trái cà phê bất kỳ ở mỗi giai đoạn chín để xác định trọng lượng tươi. Lặp

lại 30 lần.

Dùng 30 trái mỗi loại ở trên để xác định trọng lượng khô bằng cách sấy mẫu vật

cc. Ghi nhận trọng lượng khô trung bình của 1 trái ở mỗi giai đoạn chín (Grodzinxki

A.và Grodzinxki D.,1981).

2.2.4. Đo cường độ hô hấp

Tách 1g vỏ trái cà phê mỗi giai đoạn chín. Cường độ hô hấp của vỏ trái cà phê được đo bằng máy Hansatech, ở nhiệt độ 250C, trong phòng tối để tính lượng oxygen

được hấp thu với đơn vị: μO2/ g / phút. Lặp lại 3 lần (Biale, 1978). Kết quả hiển thị

trên màn hình và là số trung bình của 3 lần lặp lại.

2.2.5. Đo hàm lượng đường tan, tinh bột, acid hữu cơ và carotenoid

Nhằm xác định hàm lượng đường, tinh bột, acid hữu cơ và carotenoid trong trái ở

mỗi giai đoạn trong quá trình chín trái.

 Đo hàm lượng đường tổng số

- Lập đường chuẩn với saccharose

Pha saccharose theo các nồng độ từ 10- 80 mg/l. Nhuộm dung dịch saccharose

bằng phenol 5% và H2SO4 đậm đặc theo tỉ lệ saccharose: phenol 5%: H2SO4 đđ (1:1:5

v/v/v). Đo mật độ quang (OD) ở bước sóng 490 nm với chuẩn là nước cất: phenol 5%:

H2SO4 (1:1:5 v/v/v).

25

Ly trích mẫu và đo -

Hàm lượng đường được ly trích và đo ở trái ở các giai đoạn chín khác nhau. Nghiền 1g vật liệu. Chiết đường bằng cồn 900 nóng theo tỉ lệ cồn: mẫu (10:1 v/v). Lọc. Lặp lại 3 lần. Tiếp tục chiết đường còn lại trong phần bã bằng cồn 800 nóng.

Lặp lại 2 lần. Cô cạn các dịch lọc thu được rồi pha loãng với nước cất để thực hiện

phản ứng màu với phenol 5% và H2SO4 đđ theo tỉ lệ 1: 1: 5 (v/v/v). Đo mật độ quang ở

bước sóng 490 nm. Tính hàm lượng theo đường saccharose chuẩn (Coombs et

al.,1987).

 Đo hàm lượng tinh bột

Bã còn lại từ các trái ở trên sấy khô 800C trong 30 phút. Thêm 5 ml nước cất vào

bã và đun cách thủy 15 phút. Lấy mẫu ra và để nguội.

Thủy phân bã bằng cách cho 2 ml acid percloric 9,2 N trộn đều trong 15 phút.

Thêm nước vào hỗn hợp cho đủ 10 ml dung dịch. Li tâm ở tốc độ 4000 vòng/phút

trong 4 phút. Để riêng dịch lọc (1). Tiếp tục trích bã 3 lần với acid percloric 4,6 N pha

loãng thành 10 ml rồi li tâm thu được dịch lọc (2). Gộp chung dịch lọc (1) và (2) sau

đó tiến hành xác định hàm lượng đường theo đường chuẩn với đường mẫu glucose.

axbx

100 x

Qui đổi ra hàm lượng tinh bột theo công thức (Coombs et al.,1987):

9,0 n

Tinh bột (%) =

a : lượng đường glucose sau khi thủy giải.

b : độ pha loãng.

0,9 : hệ số chuyển thành tinh bột.

100 : tính ra phần trăm.

n : trọng lượng mẫu lấy phân tích.

26

 Đo hàm lượng acid hữu cơ

Nghiền 5g trái mỗi giai đoạn chín với 30 ml nước cất (10 lần lặp lại). Đun cách

thủy 15 phút, để nguội, lọc. Thêm vào bã 20 ml nước cất, đun cách thủy 15 phút. Để

nguội, lọc. Thêm nước cất vào các dịch lọc cho tới 100ml. Lấy 20 ml dịch lọc, thêm

vào vài giọt phenolphtalein, xác định lượng acid hữu cơ với NAOH 0,01 N. Hàm

lượng acid được tính theo đương lượng acid: µeq/g trọng lượng tươi (Bùi Trang Việt

và cộng sự, 2000).

 Đo hàm lượng carotenoid có trong vỏ trái

Nghiền 1g vỏ trái mỗi giai đoạn chín. Bổ sung thêm 3 ml aceton và 0,2 g Na2SO4

(10 lần lặp lại). Lọc và đo thể tích dịch lọc. Mật độ quang được đo ở bước sóng 470

nm, 644,8 nm và 661,6 nm bằng máy đo UV. Hàm lượng carotenoid tổng số được tính

theo công thức (Boyer, 1993):



C (mg/g)= Cx × a × V × 100/m

A470 −1,90 × Ca −63,14

214

 Với Cx= Cb

Ca= 11,24 × A661,6 – 2,04 × A644,8 1000

Cb= 20,13 × A 644,8 – 4,19 × A 661,6

V: thể tích dịch trích carotenoid.

a: hệ số pha loãng.

m: khối lượng cân ban đầu

27

2.2.6. Đo hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thực vật

Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật nội sinh được ly trích và phân đoạn theo Bùi

Trang Việt (1992); Ley et al. (1963); Loveys, Van Dijk (1988); Meiner (1984) và

Yokota et al. (1980).

 Ly trích và phân đoạn

Nghiền 3g trái mỗi giai đoạn chín. Ly trích các chất điều hòa sinh trưởng thực vật

của trái trong mỗi giai đoạn, dựa trên sự thay đổi pH và dung môi (methanol). Thực

hiện trong ánh sáng đỏ (Bùi Trang Việt, 1989) (hình 2.4).

Mẫu nghiền với methanol 80%

cô cạn 1 ml

Hòa tan trong 5ml nước cất

pH 2,5; Ether

Ether Dịch nước

NaHCO3 8% pH 7; Ether

Ether Ether Dịch nước (bỏ) Dịch nước (bỏ)

Sắc ký Sắc ký

Zeatin IAA, ABA, GA3

Hình 2.4. Sơ đồ ly trích các chất điều hòa sinh trưởng thực vật (Bùi Trang Việt 1989).

28

 Sắc ký bản mỏng

Phân ly các chất ly trích bằng phương pháp sắc ký trên bản mỏng silica gel F254

(20x20 cm) để phân tách các chất điều hòa sinh trưởng thực vật. Dung môi di chuyển

có tỉ lệ chloroform: methanol: acid acetic = 80:15:5 (v/v/v) (Yokota et al.,1980). Sau khi phân li ở 250C, bản silica gel được chia thành 10 băng bằng nhau (tính từ mực gốc

đến vạch dung môi). Ngâm từng băng giấy sắc kí trong nước cất để có các dung dịch

được dùng trong các sinh trắc nghiệm. Chuẩn là dịch trích chứa băng silica gel dưới

mực gốc.

Vị trí các chất điều hòa sinh trưởng thực vật được nhận diện bằng phương pháp

chiếu tia UV 254 nm (auxin, abscisic acid và cytokinin), phun hỗn hợp H2SO4: etanol

= 5:95 (v/v) (gibberellin) và quan sát dưới tia UV (Yokota et al.,1980) rồi so với bản

sắc kí chứa dung dịch các chất điều hòa sinh tăng thực vật dạng hỗn hợp.

 Sinh trắc nghiệm

Đo hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thực vật ở vật liệu sau khi ly trích và

phân đoạn qua sắc kí bản mỏng: gồm các chất trích từ trái cà phê (ở các giai đoạn chín

khác nhau) trong 10 băng trên bản mỏng silica gel.

Hoạt tính auxin và abscisic acid (ABA) được đo bằng sinh trắc nghiệm khúc cắt

diệp tiêu lúa (Oryza sativa L.) (Bùi Trang Việt, 1989; Nguyen Thi Ngoc Lang, 1970). Hạt lúa gieo trên bông ẩm trong tối ở nhiệt độ 310C ± 20C và đo chiều dài sai biệt sau

24 giờ. Hoạt tính auxin tỷ lệ thuận với chiều dài khúc cắt diệp tiêu trong IAA tinh

khiết 1 mg/l, hoạt tính ABA tỷ lệ nghịch với chiều dài khúc cắt diệp tiêu trong ABA

tinh khiết 1 mg/l.

Hoạt tính gibberellin được đo bằng sinh trắc nghiệm trụ hạ diệp cây mầm xà lách (Lactuca sativa L.). Gieo hạt xà lách trên bông ẩm, nhiệt độ khoảng 310C. Sau 18 giờ

chọn hạt có rễ mầm vừa lú ra khỏi vỏ đặt trong các cốc thủy tinh nhỏ (100 ml) chứa

dịch trích sau sắc ký. Các cốc thủy tinh được đặt dưới ánh sáng liên tục 2500 lux ± 500 lux, nhiệt độ 280C ± 20C. Sau 72 giờ, đo sai biệt chiều dài trụ hạ diệp so với chuẩn.

Hàm lượng gibberellin tỷ lệ thuận với chiều dài trụ hạ diệp trong GA3 tinh khiết 1

mg/l.

29

Hoạt tính zeatin được đo dựa trên sự tăng trọng lượng của tử diệp dưa leo (Cucumis sativus L.). Hạt dưa leo gieo trong tối, trên bông ẩm, ở nhiệt độ 310C ± 20C.

Khi rễ mầm vừa lú ra khỏi vỏ hạt, thu các tử diệp, cân 10 tử diệp và đặt trên giấy thấm ẩm chứa dịch trích cytokinin ở 280C ± 20C, ánh sáng liên tục 2500 lux ± 500 lux. Sau

48 giờ, đo và tính sai biệt trọng lượng tử diệp so với chuẩn. Hoạt tính zeatin tỷ lệ thuận

với trọng lượng sai biệt của tử diệp dưa leo so với chuẩn nước cất và zeatin tinh khiết

1 mg/l.

2.2.7. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái trong phòng thí

nghiệm

Sử dụng đĩa Petri, bên trong đặt 7 lớp giấy thấm. Đổ vào đĩa 10 ml nước cất.

Trái cà phê ở đầu giai đoạn bắt đầu chín (màu cam chiếm khoảng 20% vỏ) được

nhúng vào dung dịch các chất điều hòa sinh trưởng thực vật: IAA 2,5, 5,10 mg/l; NAA

1, 2, 5 mg/l, BA 5, 10, 20 mg/l; GA3 5, 10, 20 mg/l và ethrel 50, 100, 200 mg/l trong

30 giây sau đó cắm cuống trái vào giấy thấm. Lặp lại sau 48 giờ. Thêm nước hằng

ngày.

Mỗi nghiệm thức 5 trái lặp lại 5 lần.

Quan sát thời gian trái cần để chín (đổi từ màu xanh-cam thành màu đỏ).

2.2.8. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái ngoài vườn

2.2.8.1. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái riêng rẽ

Xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật nồng độ như mục 2.2.7 lên trái giai

đoạn trưởng thành (màu xanh) nằm riêng lẻ trên cành. Sử dụng tăm bông bôi lên toàn

bộ bề mặt trái vào 5g sáng. Lặp lại sau 48 giờ.

Mỗi nghiệm thức 30 trái lặp lại trên 3 cây ngẫu nhiên trong vườn.

Ghi nhận lại thời gian trung bình trái cần để chuyển từ giai đoạn trưởng thành

sang chín (từ màu xanh thành màu đỏ). Sau 10, 15, 20 ngày đếm số trái chuyển sang

màu đỏ để xác định tỷ lệ trái chín ở mỗi nghiệm thức.

30

2.2.8.2. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên cành mang trái

Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật cho kết quả tốt sẽ được lựa chọn để xử lý

lên cành mang trái.

Trước khi xử lý chọn những cành ở giữa cây theo các hướng khác nhau, trên

cành có khoảng 70% là trái trưởng thành, một số trái bắt đầu chuyển màu. Đếm số trái

non và trái trưởng thành trên cành trước khi xử lý.

Dùng bình phun và phun trực tiếp dung dịch lên trái trên cành xử lý vào lúc sáng

sớm. Điều kiện thời tiết không mưa. Phun cách 48 giờ/ lần.

Mỗi nghiệm thức 5 cành lặp lại trên 3 cây.

Ghi nhận tỷ lệ trái non bị rụng và trái chín đỏ trên cành sau 2 tuần xử lý.

2.2.8.3. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của trái sau xử lý

Đo kích thước của trung bình của 1 trái cà phê giai đoạn chín trong mỗi nghiệm

thức xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật và đối chứng (nước cất).

Trọng lượng tươi và khô trung bình của một trái cà phê giai đoạn chín trong mỗi

nghiệm thức và đối chứng được thực hiện như mục 2.2.3. Lặp lại 10 lần trên 10 trái.

2.2.9. Đánh giá thống kê

Sử dụng phần mềm SPSS 16.0 dùng cho windown để phân tích số liệu và đánh giá thống kê với sai khác có ý nghĩa p=0,05.

31

Chương 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

KẾT QUẢ

3.1. Quan sát sự phát triển của trái cà phê ngoài vườn

Hoa sau khi thụ tinh 3 ngày, cánh hoa rụng, bầu noãn màu trắng mang vòi nhụy

đã héo (hình 3.2, a). Trái non được tính từ lúc hoa thụ tinh đến trước khi trái trưởng

thành (hình 3.2, b).

Theo quan sát thực tế, trái non cần khoảng 36 tuần (250 ngày) để phát triển tới

kích thước cực đại là trái trưởng thành. Sau khi trưởng thành, trái cần khoảng 25-30

ngày để chín hoàn toàn (bảng 3.1, hình 3.1). Trái cà phê dễ bị rụng ở giai đoạn trái

non.

Dựa vào màu sắc vỏ trái có thể chia quá trình chín của trái cà phê thành 4 giai

đoạn như sau:

- Trái trưởng thành: vỏ vẫn có màu xanh nhưng kích thước phát triển tối đa.

Hạt dừng phát triển (hình 3.2, c).

- Trái bắt đầu chín: vỏ trái mất màu xanh, phần vỏ trái chuyển thành màu cam

ở đỉnh trái , màu vàng ở giữa trái, phần vỏ từ giữa trái tới gốc cuống vẫn còn

màu xanh. Màu cam chiếm 30-50% diện tích vỏ trái được xếp vào giai đoạn

này (hình 3.2, d).

- Trái chín muộn: vỏ trái chuyển sang màu đỏ. Đây là giai đoạn thu hoạch trái

cà phê để lấy hạt (hình 3.2, e).

- Trái lão suy: vỏ trái chuyển sang màu tím. Trái ở giai đoạn này thường bị

loại bỏ do ảnh hưởng đến chất lượng và hương vị cà phê (hình 3.2, f).

Quan sát về tỷ lệ trái mỗi giai đoạn chín trên cành cho thấy tỷ lệ trái chín muộn

và trái trưởng thành trên cành tương đương nhau, tỷ lệ trái lão suy là thấp nhất (bảng

3.2). Kết quả này cho thấy sự chín trái không đồng đều trên cành cà phê. Khi thu

hoạch trái tím sẽ bị loại bỏ, chỉ thu những trái chín muộn và như vậy quá trình thu

hoạch sẽ được chia thành ít nhất 4 lần.

32

Bảng 3.1. Thời gian trung bình giữa các giai đoạn chín của trái cà phê (ngày).

Giai đoạn Thời gian trung bình giữ các giai đoạn(ngày)

Trái non – trưởng thành 251,90 ± 1,24

Bắt đầu chín 15,72 ± 0,75

Chín muộn 10,13 ± 0,32

Lão suy 29,78 ± 0,45

Hình 3.1. Thời gian trái cà phê cần để hoàn tất sự tăng trưởng và chín.

Bảng 3.2. Tỷ lệ trái mỗi giai đoạn chín trên cành cà phê.

Giai đoạn Tỷ lệ trái mỗi loại

Trái trưởng thành 26,11 ± 1,23b

Trái bắt đầu chín 16,62 ± 2,13c

Trái chín muộn 28,64 ± 1,81b

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Trái lão suy 7,10 ± 1,71a

33

1 cm 1 cm

a b

1 cm 1 cm

c d

1 cm 1 cm

e f

Hình 3.2. Các giai đoạn phát triền của trái cà phê .

a. Hoa sau khi thụ tinh. b.Trái non.

c. Trái trưởng thành. d. Trái bắt đầu chín.

e. Trái chín muộn. f. Lão suy.

34

3.2. Quan sát hình thái giải phẫu

Trái cà phê được cắt ngang, từ ngoài vào trong chia thành 2 phần là vỏ trái và

hạt. (Hình 3.3).

a b 0.5 cm 0.5 cm

d 0.5 cm c 0.5 cm

Hình 3.3. Mặt cắt ngang của trái cà phê qua các giai đoạn chín.

a. Trái trưởng thành. b. Trái bắt đầu chín.

c. Trái chín muộn. d. Trái lão suy.

35

Cắt ngang vỏ của trái và quan sát dưới kính hiển vi quang học (10). Vỏ trái

chia thành 3 phần vỏ ngoài, vỏ giữa và vỏ trong .

- Phần vỏ ngoài: Ở trái trưởng thành gồm biểu bì và một vài lớp nhu mô

mỏng. Sắc tố tập trung chủ yếu ở lớp biểu bì (hình 3.4). Cấu trúc này cũng

được ghi nhận ở trái bắt đầu chín (hình 3.5). Ở trái chín muộn, sắc tố có mặt

trên biểu bì và một ít ở các tế bào nhu mô của vỏ ngoài (hình 3.6).

- Phần vỏ giữa: gồm nhiều lớp tế bào nhu mô thường không có màu. Ở giai

đoạn trái trưởng thành các tế bào nhu mô xếp sít nhau, có thành dày (hình

3.4). Khi trái bắt đầu chín đến khi chín muộn, tế bào trở nên to, mọng nước,

thành tế bào mỏng dần (hình 3.5, hình 3.6).

- Phần vỏ trong: ở giai đoạn trái trưởng thành phần vỏ trong mỏng, tách ra

khỏi lớp vỏ hạt (hình 3.4). Ở trái bắt đầu chín và trái chín muộn, vỏ trong trở

nên dày hơn, hơi nhầy và bám chặt vào lớp vỏ hạt (hình 3.5, 3.6).

a

b

c

d 50 µm

Hình 3.4. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái trưởng thành (10).

a.Biểu bì. b. Tế bào nhu mô vỏ ngoài. c. Vỏ giữa. d. Vỏ trong.

36

a

b

c

d 50 µm

Hình 3.5. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái bắt đầu chín (10).

a.Biểu bì. b. Tế bào nhu mô vỏ ngoài. c. Vỏ giữa. d. Vỏ trong.

a

b

c

50 µm d

Hình 3.6. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái chín muộn (10).

a.Biểu bì. b. Tế bào nhu mô vỏ ngoài. c. Vỏ giữa. d. Vỏ trong.

37

Cạo một lớp biểu bì trên bề mặt vỏ trái quan sát dưới kính hiển vi quang học

(40) cho thấy sự thay đổi màu sắc của trái khi chín diễn ra chủ yếu ở đây.

- Trái trưởng thành: vỏ trái có màu xanh, các tế bào biểu bì vỏ trái chứa diệp

lục tố, trái vẫn có khả năng quang hợp (hình 3.7).

- Trái bắt đầu chín: các diệp lục tố trên biểu bì bị phân hủy, lộ ra sắc tố

carotenoid nên vỏ trái mất màu xanh chuyển dần thành màu cam (hình 3.8).

- Trái chín muộn: các sắc tố khác (thường là anthocyanin) được tổng hợp tạo

thành màu đỏ của vỏ trái. Các sắc tố vừa tồn tại ở dạng hòa tan trong dịch

bào (hình 3.9).

10 µm

Hình 3.7. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái trưởng thành (40).

38

10 µm

Hình 3.8. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái bắt đầu chín (X40).

10 µm

Hình 3.9. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái chín muộn (40).

39

Hạt bao gồm vỏ hạt, ngoại nhũ, phôi nhũ và phôi.

Vỏ hạt cứng, hóa gỗ. Một trái cà phê thường có 2 hạt (một số trường hợp có 3 hạt

hoặc chỉ có 1 hạt) có mặt trên lồi, nhẵn (hình 3.10, 1), mặt dưới phẳng áp vào nhau. Ở

mặt phẳng có rãnh nhỏ (hình 3.10, 2). Ngoại nhũ là lớp mỏng màu xanh bạc bao quanh

phôi nhũ. Phôi nhũ là nơi tập trung các chất dự trữ để nuôi phôi.

Phôi: Hạt cà phê có phôi nhũ nên phôi khá nhỏ, có màu trắng. Phôi nằm trong

phôi nhũ, phía gần cuống trái (hình 3.10, 3). Ở trái xanh trưởng thành, phôi đã phát

triển với 2 lá mầm hình tim và thân mầm (hình 3.11). Cắt dọc qua phôi thấy được

mạch dẫn trong thân mầm (hình 3.12).

2 3 1 c

b

a

1 cm

Hình 3.10. Hạt cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành.

1. Mặt trên của hạt cà phê,

2. Mặt dưới của hạt cà phê có rãnh nhỏ.

3. Mặt cắt dọc của hạt cà phê.

a. Phôi nhũ b. Ngoại nhũ. c. Phôi

40

200µm

a b

Hình 3.11. Phôi cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành (5).

a. Lá mầm. b. Thân mầm .

200µm

a c

b

Hình 3.12. Cắt dọc phôi cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành (5).

a. Lá mầm. b. Thân mầm.

c. Mạch dẫn.

41

3.3. Kích thước, trọng lượng tươi và trọng lượng khô của trái cà phê

Kích thước trái ở mỗi giai đoạn chín khác nhau, thấp nhất ở giai đoạn trái trưởng

thành, lúc này các tế bào nhu mô của lớp vỏ giữa xếp sít nhau, tế bào không tích lũy

nước. Kích thước trái đạt tối đa ở cuối giai đoạn chín khi trái có màu đỏ. Các tế bào

nhu mô rời rạc, tế bào to mọng, tích lũy nhiều nước. Kích thước của hạt không có sự

thay đổi đáng kể (bảng 3.3).

Trọng lượng tươi của trái cà phê tăng rõ rệt qua các giai đoạn chín trong khi

trọng lượng khô chỉ tăng nhẹ (bảng 3.3).

Bảng 3.3. Kích thước, trọng lượng tươi và khô của trái qua các giai đoạn chín.

Giai đoạn trái Kích thước (mm) Trọng lượng tươi (g) Trọng lượng khô (g)

Trái trưởng thành 11,71 ± 0,25a 1,61 ± 0,03a 0,09 ± 0,01a

Trái bắt đầu chín 13,30 ± 0,17b 2,19 ± 0,01b 1,05 ± 0,02b

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Trái chín muộn 16,53 ± 0,09c 2,78 ± 0,04c 1,14 ± 0,02b

3.4. Cường độ hô hấp

Khi đo cường độ hô hấp của 1 g vỏ trái mỗi giai đoạn chín kết quả cho thấy hô

hấp thấp ở giai đoạn trái xanh trưởng thành sau đó tăng mạnh ở giai đoạn trái bắt đầu

chín và giảm dần khi trái chín muộn (bảng 3.4). Như vậy trong quá trình chín của trái

cà phê có sự hô hấp bột phát (trái có đỉnh climax).

Bảng 3.4. Cường độ hô hấp của vỏ trái cà phê qua các giai đoạn chín.

Giai đoạn Cường độ hô hấp (μmolO2/ g /phút)

Trái trường thành 9,83 ± 0,15a

Trái bắt đầu chín 31,21 ± 0,12c

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Trái chín 22,03 ± 0,32b

42

3.5. Hàm lượng đường, tinh bột, carotenoid và acid hữu cơ

Ở trái xanh trưởng thành, hàm lượng tinh bột cao nhất, hàm lượng đường thấp

nhất. Hàm lượng đường tăng dần trong quá trình phát triển của trái, cao nhất ở giai

đoạn trái chín muộn, ngược lại hàm lượng tinh bột giảm dần (bảng 3.5).

Hàm lượng acid hữu cơ giảm dần trong quá trình chín. Cao nhất ở giai đoạn trái

trưởng thành và thấp nhất ở giai đoạn trái chín muộn (bảng 3.5).

Hàm lượng carotenoid cao trong trái xanh trưởng thành nhưng suy giảm dần khi

trái chín có thể do carotenoid bị phân hủy dần và thay thế bằng các sắc tố khác (bảng

3.5).

Bảng 3.5. Hàm lượng đường tổng số, tinh bột, acid hữu cơ và carotenoid qua các giai

đoạn chín.

Đường Tinh bột Acid hữu cơ Carotenoid Giai đoạn (mg/g) (mg/g) ( meq/g) (µg/g)

Trái trưởng 63,28 ± 0,45a 560,51 ± 0,34c 7,67 ± 0,13a 47,23 ± 0,02a thành

Trái bắt đầu 104,72 ± 0,31b 323,20 ± 0,95b 6,13 ± 0,24ab 51,14 ± 0,01b chín

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Trái chín 230,21 ± 0,15c 189,21 ± 0,72a 2,92 ± 0,05c 24,21 ± 0,01c muộn

3.6. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thực vật

Chất ly trích từ trái ở các giai đoạn chín khác nhau sau khi sắc ký và sinh trắc

nghiệm cho thấy:

- Hoạt tính auxin và ABA tăng ở giai đoạn trái bắt đầu quá trình chín và giảm

dần ở các giai đoạn sau.

- Hoạt tính cytokinin và gibberellin cao nhất ở giai đoạn trái trưởng thành và

giảm dần ở các giai đoạn sau của quá trình chín trái (bảng 3.6, hình 3.13).

43

Bảng 3.6. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trường thực vật trong trái cà phê qua các

giai đoạn chín.

Hoạt tính của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật (mg/l) Giai đoạn

Auxin ABA Cytokinin Gibberellin

Trái trưởng 0,232 ± 0,020a 0,083 ± 0,007a 0,143 ± 0,015c 0,040 ± 0,005c thành

Trái bắt đầu 0,495 ± 0,018c 0,127 ± 0,015c 0,075 ± 0,003a 0,015 ± 0,002b chín

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Trái chín 0,356 ± 0,030b 0,092 ± 0,011b 0,096 ± 0,011b 0,006 ± 0,001a muộn

0.6

0.5

g n ở ư r t

0.4

) l / g m

0.3

( t ậ v c ự h t

0.2 Auxin ABA Cytokinin Gibberellin

0.1

h n i s a ò h u ề i đ t ấ h c c á c h n í t t a ọ H

0

Trái trưởng thành Trái bắt đầu chín Trái chín muộn

Hình 3.13. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thức vật trong trái cà phê qua các

giai đoạn chín.

44

3.7. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong phòng thí

nghiệm

Xử lý các chất diều hòa sinh trưởng thực vật (16 nghiệm thức với IAA, NAA,

BA, GA3, ethrel) ở các nồng độ khác nhau lên trái đầu giai đoạn bắt đầu chín (màu

cam trên vỏ trái chiếm khoảng 20%) trong phòng thí nghiệm (hình 3.14). Kết quả sau

7 ngày, trái cà phê ở nhóm đối chứng có vỏ trái chuyển sang màu cam (hình 3.15)

Nhóm auxin gồm IAA và NAA đều làm giảm thời gian chín trái. Trong đó IAA 5

mg/l và NAA 2 mg/l rút ngắn thời gian chín trái nhiều nhất so với đối chứng. Nồng độ

IAA và NAA quá cao lại làm trái chín chậm hơn so với nồng độ thấp (bảng 3.7). Sau 7

ngày, trái cà phê được xử lý IAA 5 mg/l và NAA 2 mg/l có vỏ trái chuyển sang màu

đỏ (hình 3.16, hình 3.17).

Nhìn chung, BA ức chế sự chín trái làm thời gian chín kéo dài so với nhóm đối

chứng. Tương tự với BA, GA3 cũng là chất ức chế quá trình chín trái (bảng 3.7). Sau 7

ngày, trái cà phê được xử lý GA3 5 mg/l vẫn có màu xanh cam gần giống như trái

trước khi xử lý (hình 3.18). Vì trái chín quá chậm nên khi để trên môi trường nước

bình thường, trái bị hư hỏng trước khi quan sát được sự thay đổi màu sắc của vỏ trái

(bảng 3.7).

Khi sử dụng ethrel ở các nồng độ khác nhau đều đẩy nhanh quá trình chín trái.

Thời gian chín trái rút ngắn nhất khi xử lý ethrel nồng độ 200 mg/l. Hiệu quả tốt hơn

so với xử lý auxin (bảng 3.7). Sau 7 ngày, trái cà phê được xử lý bằng ethrel 200 mg/l

đều chín đỏ. (hình 3.19).

45

Bảng 3.7. Thời gian trái chín khi xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong

phòng thí nghiệm.

Thời gian trái chín ( ngày) Nghiệm thức

Đối chứng 11,71 ± 0,70g

IAA 2,5 mg/l 8,32 ± 0,33cd

IAA 5 mg/l 7,71 ± 0,20b

IAA 10 mg/l 9,01 ± 0,20f

NAA 1 mg/l 8,12 ± 0, 25c

NAA 2 mg/l 7,34 ± 0,07b

NAA 5 mg/l 8,63 ± 0,25de

BA 5 mg/l 15,51 ± 0,05h

BA 10 mg/l -

BA 20 mg/l -

15,21 ± 0,31h GA3 5 mg/l

- GA3 10 mg/l

- GA3 20 mg/l

Ethrel 50 mg/l 8,86 ± 0,25ef

Ethrel 100 mg/l 8,42 ± 0,40d

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Ethrel 200 mg/l 7,17 ± 0,14a

(-): trái bị hỏng trước khi đổi màu

46

1cm

Hình 3.14 Trái cà phê bắt đầu được xử lý (đổ 10 ml nước cất lên đĩa Petri, nhúng vào

dung dịch xử lý 30 giây, 2 ngày/lần).

1cm

Hình 3.15. Trái cà phê đối chứng (nhúng vào nước cất) sau 7 ngày.

47

1cm

Hình 3.16. Trái cà phê được xử lý IAA 5 mg/l sau 7 ngày.

1cm

Hình 3.17.Trái cà phê được xử lý NAA 2 mg/l sau 7 ngày.

48

1cm

Hình 3.18. Trái cà phê được xử lý GA3 5 mg/l sau 7 ngày.

1cm

Hình 3.19. Trái cà phê được xử lý ethrel 200 mg/l sau 7 ngày.

49

3.8. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong vườn

3.8.1. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên từng trái riêng lẻ

Xử lý 16 nghiệm thức như trên lên từng trái riêng lẻ trên cành. Kết quả ở bảng 3.8

cho thấy:

- Nhóm auxin gồm IAA và NAA thúc đẩy quá trình chín trái, từ đó làm giảm

thời gian chín của trái so với nhóm đối chứng. Xử lý hiệu quả nhất với IAA 5

mg/l và NAA 1 mg/l. Nồng độ hai chất này cao lại ức chế quá trình chín

trái.so với nồng độ thấp (bảng 3.8).

- BA và GA3 ức chế quá trình chín trái. Sử dụng hai chất này nồng độ càng

cao thì thời gian chín trái càng kéo dài so với nhóm đối chứng (bảng 3.8).

BA và GA3 vẫn làm trái mất màu xanh và chuyển dần sang màu vàng cam

nhưng thời gian để trái chuyển sang màu đỏ rất chậm.

- Ethrel ở tất cả các nồng độ đều thúc đẩy nhanh quá trình chín trái. Ethrel ở

nồng độ 200 mg/l cho kết quả tốt nhất, rút ngắn thời gian chín trái khoảng 10

ngày so với nhóm đối chứng (bảng 3.8).

Khi đếm tỷ lệ trái chín sau 15 ngày xử lý với các nghiệm thức trên ta thấy:

- Tỷ lệ trái chín khi xử dụng auxin cao hơn nhiều so với đối chứng. IAA 5

mg/l và NAA 1 mg/l cho kết quả tốt nhất ( khoảng 80%) (bảng 3.9).

- Tỷ lệ trái chín giảm xuống đến 0% khi xử lý BA và GA3 ở tất cả các nồng độ

(bảng 3.9).

- Ethrel có tác dụng mạnh hơn so với auxin, xử lý ethrel ở nồng độ cao100

mg/l và 200 mg/l cho tỷ lệ trái chín lên đến 90% (bảng 3.9).

50

Bảng 3.8. Thời gian trái chín khi xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên

trái riêng lẻ trong vườn.

Nghiệm thức Thời gian trái chín (ngày)

Đối chứng (nước cất) 24,37 ± 0,63h

IAA 2,5 mg/l 17,76 ± 0,28ef

IAA 5 mg/l 16,39 ± 0,23bc

IAA 10 mg/l 18,36 ± 0,34fg

NAA 1 mg/l 16,74 ± 0,20cd

NAA 2 mg/l 17,41 ± 0,40de

NAA 5 mg/l 18,75 ± 0,14g

BA 5 mg/l 35,52 ± 0,31g

BA 10 mg/l 36,84 ± 0,11m

BA 20 mg/l 37,54 ± 0,23m

33,80 ± 0,31k GA3 5 mg/l

35,83 ± 0,24l GA3 10 mg/l

37,04 ± 0,09m GA3 20 mg/l

Ethrel 50 mg/l 16,52 ± 0,23bc

Ethrel 100 mg/l 15,71 ± 0,25ab

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Ethrel 200 mg/l 15,01 ± 0,05a

51

Bảng 3.9. Tỷ lệ trái chín sau 10, 15 và 20 ngày xử lý các chất điều hòa sinh trưởng

thực vật lên trái riêng lẽ trong vườn.

Tỷ lệ trái chín sau khi xử lý (%)

Nghiệm thức

Sau 10 ngày Sau 15 ngày Sau 20 ngày

Đối chứng (nước cất) 0a 8,21 ± 0,23b 61,23 ± 0,91e

IAA 2,5 mg/l 2,12 ± 0,314c 79,80 ± 0,32de 100g

IAA 5 mg/l 3,51 ± 0,22d 83,31 ± 0, 91f 100g

IAA 10 mg/l 1,75 ± 0,98bc 77,20 ± 0,42cd 99,2 ± 0,26f

NAA 1 mg/l 3,87 ± 0,90de 81,31 ± 0,63e 100g

NAA 2 mg/l 2,39 ± 0,20cd 78,70 ± 0,32e 100g

NAA 5 mg/l 1,20 ± 0,51b 75,70 ± 0,40c 97,65 ± 0,54f

BA 2,5 mg/l 0a 0a 26,72 ± 0,15d

BA 10 mg/l 0a 0a 24,43 ± 0,63c

BA 20 mg/l 0a 0a 26,22 ± 0,31d

0a 0a 19,77 ± 0,12a GA3 2,5 mg/l

0a 0a 21,23 ± 0,42b GA3 10 mg/l

0a 0a 22,25 ± 0,23bc GA3 20 mg/l

Ethrel 50 mg/l 3,21 ± 0,14d 84,62 ± 0,32f 100g

Ethrel 100 mg/l 4,45 ± 0,31f 91,16 ± 0,19h 100g

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05.

Ethrel 200 mg/l 3,97 ± 0,98e 89,91 ± 0,42h 100g

51

52

3.8.2. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên cành mang trái

Xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thưc vật là NAA 1 mg/l, 2 mg/l, 5 mg/l và

ethrel 50 mg/l, 100 mg/l, 200 mg/l, 500 mg/l lên các cành mang trái.

Những cành được xử lý có khoảng 70% trái đã trưởng thành, một số trái trên

cành bắt đầu đổi màu (hình 3.21).

Kết quả sau 15 ngày xử lý các dung dịch lên cành cà phê cho thấy:

- Tỷ lệ trái chín trên cành đối chứng (phun nước cất) khoảng 7% (bảng 3.10,

hình 3.20, 3.22).

- Dung dịch NAA ở các nồng độ khác nhau đều tăng đáng kể tỷ lệ trái chín so

với cành đối chứng. NAA 1 mg/l có tác dụng tốt nhất, tỷ lệ trái chín lên đến

khoảng 61% (bảng 3.10, hình 3.20). NAA rút ngắn thời gian chín của trái

nhưng trái chín không đồng đều (hình 3.23). Tuy nhiên xử lý NAA lên cành

làm giảm đáng kể tỷ lệ rụng ở trái non. NAA 5 mg/l giảm tối thiểu tỷ lệ rụng

trái non so với nhóm đối chứng và ethrel (bảng 3.10).

Ethrel tác dụng lên quá trình chín trái mạnh hơn so với NAA. Ethrel nồng độ -

càng cao (200 mg/l và 500 mg/l) làm trái chín đồng đều hơn với tỷ lệ trái

chín lên đến 80% ( bảng 3.10, hình 3.20, 3.25, 3.26). Tuy nhiên, khi xử lý

ethrel nồng độ cao lên cành mang trái làm tỷ lệ rụng trái non lên đến 16% (so

với 4% của nhóm đối chứng) (bảng 3.10).

53

Bảng 3.10. Tỷ lệ rụng trái non và tỷ lệ trái chín trên cành sau 15 ngày sử dụng các chất

điều hòa sinh trưởng thực vật .

Nghiệm thức Rụng trái non(%) Tỷ lệ trái chín sau 15 ngày (%)

7,22 ± 0,09a Đối chứng ( nước cất) 4,21 ± 0,12c

61,63 ± 0,23c NAA 1 mg/l 3,32 ± 0,35b

57,89 ± 0,36b NAA 2 mg/l 3,11 ± 0,71ab

52,01 ± 0,77b NAA 5 mg/l 2,91 ± 0,20a

70,36 ± 0,42d Ethrel 50 mg/l 6,42 ± 0,31d

73,48 ± 0,15de Ethrel 100 mg/l 7,06 ± 0,66d

78,13 ± 0,91e Ethrel 200 mg/l 10,13 ± 0,72e

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

83,54 ± 0,88f Ethrel 500 mg/l 16,27 ± 0,13f

)

%

( n í h c i á r t ệ l ỷ T

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

NAA 1 mg/l NAA 2 mg/l NAA 5 mg/l Ethrel 50 mg/l Ethrel 100 mg/l Ethrel 200 mg/l Ethrel 500 mg/l Đối chứng

Hình 3.20. Tỷ lệ trái chín trên cành sau khi xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật 15

ngày.

54

1cm

Hình 3.21. Cành cà phê bắt đầu xử lý (phun dung dịch xử lý, 2 ngày/ lần).

1cm

Hình 3.22. Cành cà phê đối chứng (phun nước cất) sau 15 ngày.

55

1cm

Hình 3.23. Cành cà phê xử lý NAA 1 mg/l sau 15 ngày.

1cm

Hình 3.24. Cành cà phê xử lý ethrel 100 mg/l sau 15 ngày.

56

1cm

Hình 3.25. Cành cà phê xử lý ethrel 200 mg/l sau 15 ngày.

1cm

Hình 3.26. Cành cà phê xử lý ethrel 500 mg/l sau 15 ngày.

57

3.8.3. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của trái sau xử lý

Đo kích thước, cân trọng lượng tươi và trọng lượng khô của trái chín nhóm đối

chứng (nước cất) và trái chín sau khi được xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật

Trái sau khi xử lý ethrel có kích thước nhỏ hơn, trọng lượng tươi và trọng lượng

khô đều giảm so với đối chứng. Trái khi xử lý NAA chỉ giảm nhẹ so với đối chứng

(bảng 3.11).

Bảng 3.11. Kích thước, trọng lượng tươi và khô của trái chín sau khi xử lý chất điều

hòa sinh trưởng thực vật.

Nghiệm thức Kích thước (mm) Trọng lượng tươi (g) Trọng lượng khô (g)

Đối chứng (nước cất) 16,5 ± 0,09d 2,78 ± 0,04d 1,14 ± 0,02d

NAA 1 mg/l 14,88 ± 0,11b 2,18 ± 0,13bc 1,08 ± 0,01c

NAA 2 mg/l 15,02 ± 0,19c 2,10 ± 0,11b 1,07 ± 0,03bc

NAA 5 mg/l 15,47 ± 0,03c 2,31 ± 0,15c 1,16 ± 0,14d

Ethrel 50 mg/l 14,71 ± 0,14b 2,11 ± 0,07b 0,98 ± 0,08ab

Ethrel 100 mg/l 14,63 ± 0,07ab 2,03 ± 0,02ab 1,01 ± 0,12b

Ethrel 200 mg/l 14,57 ± 0,12a 1,97 ± 0,10a 1,02 ± 0,07b

Các giá trị trong cùng một cột với các mẫu tự khác nhau khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Ethrel 500 mg/l 14,61 ± 0,05a 2,01 ± 0,03a 0,92 ± 0,02a

58

THẢO LUẬN

 Các biến đổi hình thái, sinh lý, sinh hóa của trái trong quá trình chín

Trái cà phê cần khoảng 40 tuần để hoàn tất quá trình tăng trưởng và phát triển

(hình 3.1). Sự ra hoa và chín trái của cà phê có liên quan chặt chẽ đến điều kiện thời

tiết. Cây cà phê cần một mùa khô kéo dài để phân hóa chồi sinh dưỡng thành chồi hoa.

Sau đó, sự ra hoa cần một lượng nước rất lớn, thường là những cơn mưa đầu mùa. Sau

khi nở, hoa lại cần thời tiết khô ráo, vì hoa cà phê thụ phấn chủ yếu nhờ côn trùng.

Trong thời gian 3 ngày hoa nở, sự thụ tinh khó xảy ra nếu gặp mưa (Nguyễn Sĩ Nghị,

1982). Sau khi thụ tinh, trái non phát triển trong điều kiện thời tiết ít mưa, mưa nhiều

sẽ dễ làm rụng trái. Trái trưởng thành và chín vào giữa mùa mưa (tháng 9 âm lịch). Ở

Đà Lạt, mùa mưa thường bắt đầu vào khoảng tháng 4 âm lịch, nhưng cơn mưa đầu

mùa thường không lớn và hay gặp mưa dầm nên sự ra hoa và thụ tinh bị ảnh hưởng

dẫn đến ra hoa nhiều lần và chín trái không đồng đều.

Quá trình chín diễn ra ở 4 tuần cuối của sự phát triển trái, khi trái đã trưởng thành

và đạt kích thước tối đa (bảng 3.1). Sự chín của trái cà phê quan sát được nhờ vào sự

thay đổi màu sắc của vỏ trái, và có thể chia được thành bốn giai đoạn: trái trưởng

thành, trái bắt đầu chín, trái chín muộn và trái lão suy. Tỷ lệ của mỗi loại trái trên cành

cà phê cho thấy sự chín của trái cà phê diễn ra không đồng đều (bảng 3.2), chủ yếu là

do sự ra hoa không đồng đều. Những yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến sự chín, như vị

trí của trái trên cành: những trái nằm bên ngoài tiếp xúc trực tiếp với ánh mặt trời

thường mau chín hơn.

Sự chín trái không đồng đều dẫn đến số lần thu hoạch tăng (thường tới 4 lần), vì

người trồng cà phê chỉ hái những trái chín đỏ trên cành (trái quá xanh hoặc quá chín

ảnh hưởng đến chất lượng và mùi vị của cà phê sau khi rang xay), từ đó làm tăng chi

phí trong nông nghiệp. Như vậy làm cách nào để rút ngắn thời gian chín trái và làm

trái chín đồng đều hơn là điều cần quan tâm và nghiên cứu, không chỉ trên cây cà phê

mà còn trên các cây ăn quả khác.

Khi trái chín, hai sự biến đổi có thể quan sát được bằng mắt thường là màu sắc và

kích thước của trái.

59

Màu sắc của trái cà phê khi chín chuyển dần từ màu xanh, xanh cam, đỏ và tím.

Sự thay đổi màu sắc của trái bắt đầu từ đỉnh trái kéo dần về phía cuống trái (hình 3.2,

c, d, e, f). Sự thay đổi màu sắc của trái diễn ra chủ yếu ở biểu bì và một ít trong nhu

mô của vỏ quả ngoài. Ở trái trưởng thành, vỏ trái có màu xanh do có rất nhiều diệp lục

tố nên trái vẫn có khả năng quang hợp (hình 3.7) Trái xanh cũng chứa nhiều

carotenoid giúp tiếp nhận ánh sáng trực tiếp bảo vệ diệp lục tố khỏi các tia bức xạ có

năng lượng lớn. Quang phổ hấp thụ của β-carotenoid ở khoảng 400-500 nm và có đỉnh

tại bước sóng 448 nm khi đo bằng phương pháp UV-vis (Du et al., 1998). Khi phân

tách sắc tố bằng sắc ký bản mỏng (thin layer chromatography), carotenoid có giá trị Rf

= 1 khi sử dụng dung môi di chuyển là acetone – petroleum ether (1:4 v/v) (Monica et

al. 2008). Khi trái bắt đầu chín, enzyme chlorophillase được sản xuất dẫn đến sự phân

hủy diệp lục tố làm lộ ra các sắc tố có sẵn như carotenoid, vỏ trái chuyển dần sang

màu cam (hình 3.8). Khi trái dần chín đỏ, carotenoid bị phân hủy từ từ và trái sản xuất

các enzyme xúc tác sự tổng hợp các sắc tố khác thay thế cho carotenoid, như

anthocyanin (Marin-Lopez et al., 2003), nên trái cà phê sẽ chuyển dần sang màu đỏ

(bảng 3.5). Anthocyanin có quang phổ hấp thụ trong khoảng 550-600nm và có đỉnh

hấp thụ tại bước sóng 550 nm khi chiếu tia UV với dung môi là ethanol 70%: HCl

0,1% (7:3 v/v), pH= 2 (Clemente, 2011). Khi phân tách sắc tố bằng sắc ký bảng mỏng,

giá trị Rf của anthocyanin chạy từ khoảng 0,30-0,63 (Hurst, 2007). Càng nhiều sắc tố

được tổng hợp thì màu đỏ càng sậm. Các sắc tố tồn tại ở dạng các hạt sắc tố và hòa tan

trong dịch bào (hình 3.9).

Cùng với sự thay đổi màu sắc của vỏ trái, kích thước của trái cà phê tăng dần qua

từng giai đoạn chín (bảng 3.3) Trước khi quá trình chín xảy ra, hạt cà phê đã trưởng

thành và đạt kích thước tối đa, nên sự tăng kích thước trái trong giai đoạn này chủ yếu

do phần vỏ trái (hình 3.3). Khi trái còn xanh, các tế bào nhu mô của vỏ ngoài và vỏ

trong xếp sít nhau, phần vỏ trong mỏng và có thể tách ra khỏi vỏ hạt (hình 3.4). Khi

trái bắt đầu chín, phần vỏ quả dày lên do các tế bào nhu mô trở nên mọng nước, vách

tế bào mềm đi, các tế bào rời rạc. Phần vỏ trong cũng dày lên, trở nên hơi nhầy và bám

chặt với vỏ hạt (hình 3.5). Khi chín đỏ, trái đạt kích thước tối đa, một ít sắc tố hòa tan

trong dịch bào của tế bào nhu mô vỏ ngoài (hình 3.6).

60

Ở giai đoạn trái trưởng thành, vỏ trái có vị hơi chua chát. Ở trái chín muộn, phần

vỏ trái có vị ngọt đậm cho thấy hàm lượng đường trong trái tăng lên do sự thủy phân

tinh bột thành đường nhờ enzyme amylase. Tinh bột được tích lũy từ các giai đoạn

tăng trưởng trái trước khi trái trưởng thành (bảng 3.5). Đồng thời, hàm lượng acid hữu

cơ giảm cho thấy acid hữu cơ cũng được chuyển hóa thành đường (bảng 3.5).

Sự tăng về kích thước và trọng lượng tươi của trái bắt đầu chín do tăng kích

thước các tế bào nhu mô vỏ trái và tích lũy nước và các chất hữu cơ như đường, các

hợp chất thơm, alkaloid, các sản phẩm của quá trình phân giải vách tế bào... Hàm

lượng chất tan trong tế bào cao giúp nước đi từ bên ngoài vào bên trong tế bào, do sự

chênh lệch áp suất thẩm thấu. Trọng lượng tươi của trái tăng do sự tích lũy nước ở vỏ

trái nên trọng lượng khô của trái không thay đổi nhiều. Phôi nhũ của hạt đã được lấp

đầy khi trái bước vào giai đoạn trưởng thành, hạt dừng sự phát triển nên trọng lượng

khô của trái chủ yếu là trọng lượng của hạt cà phê (bảng 3.3).

Trái mềm đi do pectin, cellulose và hemincellulose có trong vách tế bào bị các

enzyme protopectinase, cellulase, hemicellulase phân hủy dẫn tới sự tan rã vách tế bào

(Giovanoni et al., 2013).

 Cường độ hô hấp và sự bùng nổ ethylene trong quá trình chín trái

Ở trái cà phê, sự hô hấp diễn ra chủ yếu ở vỏ trái và phôi. Do đó, đo cường độ hô

hấp của vỏ trái ở mỗi giai đoạn chín cho cái nhìn tổng quát về sự hô hấp của trái cà

phê trong quá trình chín. Hô hấp của trái cà phê lên tới đỉnh khi trái bắt đầu chín (vỏ

trái đổi màu) và giảm dần ở các giai đoạn sau đó (bảng 3.4). Sự tăng cường hô hấp do

tế bào vỏ trái cần oxy để tạo năng lượng thúc đẩy các hoạt động cần thiết cho quá trình

chín trái như tổng hợp protein (quan trọng là các enzyme thủy phân), tổng hợp các

alkaloid, sắc tố...

Cùng với sự tăng cường hô hấp ở giai đoạn trái bắt đầu chín, sự bùng phát

ethylen cũng được quan sát (Pereira et al, 2005) (hình 1.3). Ethylene nội sinh trong trái

cà phê tăng vọt tạo thành đỉnh vào thời điểm trái bắt đầu chín và giảm dần ở các giai

đoạn chín sau đó. Sự tăng cường độ hô hấp và bùng phát ethylene cho thấy trái cà phê

là trái có đỉnh hô hấp .Những trái có đỉnh hô hấp, như trái cà chua và trái cà phê, sẽ

61

đáp ứng tốt với xử lý ethylene ngoại sinh để thúc đẩy quá trình chín trái (Giovannoni

et al., 2013).

Ethylene có vai trò đặc biệt trong quá trình chín của trái. Trong quá trình chín

của trái của cà chua, ethylene tác động lên các thể nhận (receptor) của ethylene trên

màng lưới nội chất. Qua con đường truyền tín hiệu trong tế bào, ethylene sẽ kích hoạt

các yếu tố phiên mã dẫn đến sự biểu hiện của các gene đáp ứng với tín hiệu của

ethylene liên quan đến các quá trình chín trái. Phản ứng tự xúc tác (autocatalytic) trong

con đường tổng hợp ethylene xảy ra khi mô trái tiếp xúc với nồng độ nhỏ ethylene ban

đầu. Phản ứng tự xúc tác giúp trái sản xuất một lượng ethylene lớn hơn cho đến khi

nồng độ ethylene đạt được đỉnh dẫn tới sự thay đổi sự phân giải các vách tế bào, tích

lũy carotenoid, phân giải diệp lục tố, chuyển hóa các hợp chất thơm dễ bay hơi,

chuyển hóa đường và acid (Alexander, 2002).

Phân tích cDNA của gene ACO (mã hóa cho ACO, enzyme giúp chuyển đổi

ACC thành ethylene) cho thấy rằng sự phân hủy diệp lục tố giúp trái chuyển màu phụ

thuộc trực tiếp vào ethylene, trong khi các sự kiện khác liên quan đến quá trình chín,

chẳng hạn như sự tan rã và suy thoái màng, chỉ phụ thuộc một phần vào ethylene

(Flores et al., 2001 ). Sự tan rã của vách tế bào trong trái cà chua liên quan tới sự biểu

hiện của gene PG. Gene này được kích hoạt phiên mã trong quá trình chín (Della et

al., 1989; Montgomery et al., 1993)

Expansin là enzyme trên thành tế bào có tác dụng phá vỡ các liên kết hydro giữa

các vi sợi (microfibril) cellulose và mạng lưới polysaccharide (Cosgrove, 2000 ). Ít

nhất sáu gene expansin khác nhau được thể hiện trong sự phát triển của trái cà chua

(Brummell et al., 1999 ), một trong số đó, gene exp1, là do ethylene quy định.

Ethylene làm tăng sự tích lũy mRNA của exp1 vào giai đoạn chín của trái (Rose et al.,

1997)

 Vai trò của các chất điều sinh trưởng thực vật trong sự chín trái cà phê

Hoạt tính auxin trong trái tăng dần đến giai đoạn trái bắt đầu chín và tạo đỉnh ở

giai đoạn này (bảng 3.6, hình 3.13). Sau đó auxin giảm dần trong trái ở các giai đoạn

sau. Biale (1978) cho rằng ngoài hai đỉnh auxin quan trọng ở giai đoạn tăng trưởng trái

nhanh và tăng trưởng trái chậm, ở một vài loài còn có đỉnh thứ ba khi phôi hoàn thành

62

sự tăng trưởng và trái bước vào giai đoạn chín. Sự tăng hoạt tính auxin cho thấy auxin

có tác dụng nhất định thúc đẩy quá trình chín. Trainotti và các cộng sự (2007) giải

thích sự chín trái đào (là loại trái mập như trái cà phê) do auxin theo hai con đường:

thứ nhất, thông qua ethylene bằng cách điều chỉnh tăng sự tổng hợp ethylene và, thứ

hai, tác dụng riêng bằng cách điều chỉnh sự biểu hiện một số gene quy định sự chín.

Nghiên cứu này cũng cho thấy một mối liên hệ chéo (cross-talk) giữa ethylene và

auxin: các gene của auxin được điều hòa bởi ethylene và các gen của ethylene chịu sự

điều hòa của auxin.

Những phân tích trên trái đào chứng minh rằng đồng thời với việc bùng phát

ethylene, sự tăng đáng kể hàm lượng IAA có thể được đo trong các mô của vỏ quả

giữa vào giai đoạn bắt đầu chín (Miller et al., 1987). Ít nhất chín gene Auxin/ IAA khác

nhau đã được tìm thấy tăng biểu hiện lúc bắt đầu chín của trái đào. Các gene này như

TIR1 mã hóa cho các yếu tố thụ thể của auxin (ARFs) (Dharmasiri et al., 2005;

Kepinski và Leyser, 2005 ). Auxin gia tăng đáng kể khi bắt đầu quá trình chín và từ từ

giảm trong thời gian cuối sự chín. Auxin có thể có nguồn từ phôi hoặc tổng hợp một ít

trong vỏ quả giữa (Miller et al., 1987).

Sự liên hệ chéo giữa auxin và ethylene được quan sát ở gene PIN1 mã hóa một

protein vận chuyển auxin (Paponov et al. , 2005 ). Gene này gia tăng biểu hiện đáng kể

khi tiếp xúc với ethylene. Gene ACO (mã hóa cho enzyme ACO giúp chuyển ACC

thành ethylene trong chu trình tổng hợp ethylene) hoạt động chủ yếu dưới sự kích

thích của ethylene, trong khi gene ACS (mã hóa cho enzyme ACS chuyển SAM thành

ACC) lại tăng cường hoạt động bởi auxin. Một mối liên hệ tương tự giữa auxin và

ethylene cũng được chứng minh trong trái cà chua (Jones et al., 2002).

Tóm lại, auxin gia tăng trong mô vỏ trong của trái trong quá trình chín cho thấy

auxin có tham gia vào quá trình chín của trái. Tác dụng của auxin một phần do hoạt

động độc lập lên một số gene chín trái, phần lớn thông qua ethylene (tăng cường tổng

hợp ethylene).

ABA tăng hoạt tính trong giai đoạn trái bắt đầu chín trái cà phê (bảng 3.6, hình

3.13). Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Zhang Mei và cộng sự (2009) về vai

trò của ABA trong quá trình kích hoạt sự tổng hợp của ethylene và sự chín của trái cà

63

chua. NCED1 và NCED2 mã hóa cho 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (nced) là

một enzyme quan trọng trong sinh tổng hợp ABA. NCED1 biểu hiện ở giai đoạn khởi

đầu của quá trình chín trong cả thịt trái và hạt, làm cho hàm lượng ABA tăng lên.

Gene NCED1 biểu hiện trước các gene của ethylene như ACS và ACO trong trái cà

chua cho thấy sinh tổng hợp ABA bắt đầu vào đầu quá trình chín của quả, hoạt động

như một chất cảm ứng ban đầu cho sự trưởng thành trong khi ethylene hoạt động

muộn hơn. Như vậy, ABA nội sinh quan trọng cho sự khởi phát của quá trình chín trái,

có thể kích thích sự tổng hợp ethylene thông qua sự biểu hiện của các gene ACS và

ACO.

Gibberrellin và cytokinin giảm dần trong quá trình chín trái cà phê (bảng 3.6,

hình 3.13). Điều này phù hợp với lý thuyết vì gibberellin giúp kéo dài tế bào đạt đỉnh ở

giai đoạn trái trưởng thành, sau đó giảm dần khi trái chín. Cytokinin đạt đỉnh trong

giai đoạn phát triển sớm của trái và cũng giảm khi trái trưởng thành và chín. Vì thế,

nếu hoạt tính hai chất này cao ở giai đoạn phát triển sau cùng sẽ kéo dài quá trình chín

trái (Bùi Trang Việt, 2000).

 Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê riêng lẻ trong

phòng thí nghiệm và ngoài vườn

Auxin ( IAA và NAA) ở tất cả các nồng độ xử lý đều thúc đẩy quá trình chín trái,

mạnh nhất là IAA 5mg/l và NAA 2mg/l (bảng 3.7; 3.8, hình 3.16, 3.17). Auxin ở nồng

độ cao kéo dài thời gian trái chín so với ở nồng độ thấp. NAA (chất tổng hợp) ở nồng

độ thấp hơn IAA (chất có trong tự nhiên) vẫn cho kết quả tốt. Điều này cho thấy tác

động của auxin theo nồng độ: kích thích quá trình chín trái ở nồng độ thấp vừa phải,

ức chế quá trình chín trái ở nồng độ cao.

Gibberellin (GA3) và cytokinin (BA) ở các nồng độ khác nhau giúp kéo dài thời

gian trái đổi màu (chín). Trái được xử lý GA3 và BA sẽ dần mất đi màu xanh và

chuyển dần sang màu cam nhưng quá trình này diễn ra rất chậm (hình 3.18). Khi

ngừng xử lý GA3 và BA, trái sẽ chín đỏ như bình thường. Điều này cho thấy GA3 và

BA cản sự chín của trái có thể do ức chế tác dụng của ethylene (bảng 3.7, 3.8).

Ethylene là hormone của sự chín trái. Xử lý ethrel (dẫn xuất của ethylene ở dạng

lỏng) ở tất cả các nồng độ xử lý đều cho kết quả tốt. Ethrel 200 mg/l rút ngắn thời gian

64

gần 10 ngày so với đối chứng (bảng 3.7, 3.8, hình 3.19), và tăng tỷ lệ chín trái lên đến

90% sau 15 ngày sử dụng (bảng 3.9). Ethrel dễ dàng hấp thu và di chuyển bên trong tế

bào thực vật. Trong tế bào, các phân từ ethrel sẽ phóng thích ethylene dần dần

(Nguyễn Quang Thạch và cộng sự, 2000). Việc xử lý ethylene ngoại sinh dẫn tới phản

ứng tự xúc tác (autocatalytic): sự tiếp xúc với nồng độ nhỏ ethylene ban đầu sẽ làm

cho trái sản xuất một lượng ethylene lớn hơn cho đến khi nồng độ ethylene đạt được

đỉnh. Phản ứng này do ethylene ngoại sinh tác động lên các gene tổng hợp các enzyme

cần cho sự tổng hợp ethylene nội sinh (gene ACS và gene ACO).

 Xử lý chất điều hòa tăng trưởng lên cành mang trái

Cà phê đậu trái thành từng chùm ở mỗi đốt cành, mỗi chùm gồm nhiều trái. NAA

và ethrel ở các nồng độ khác nhau, khi áp dụng lên những cành cà phê mang nhiều

trái, đều rút ngắn thời gian chín trái so với đối chứng. Sau hai tuần xử lý, NAA cho tỷ

lệ % trái chín cao hơn đối chứng nhưng thấp hơn so với sử dụng ethrel, trái cũng

không chín đồng đều bằng (bảng 3.10, hình 3.23). Ethrel nồng độ càng cao thì sự chín

trái diễn ra càng nhanh và đồng đều. Sự chín đồng đều của các trái trên cành lên đến

hơn 80% (bảng 3.10).

Phản ứng tự xúc tác của ethylene có thể diễn ra ngay cả ở trái xanh chưa trưởng

thành. Vì thế, khi phun ethrel nồng độ cao lên cành nhiều trái, sẽ có những trái xanh

dù chưa đạt tới sự trưởng thành tối đa cũng bị kích thích để chín sớm, tạo nên sự đồng

đều về màu sắc của các trái trên cành (hình 3.24, 3.25, 3.26). Điều này sẽ ảnh hưởng

đến chất lượng và năng suất của hạt cà phê do hạt chưa trưởng thành, phôi nhũ chưa

được lấp đầy hoàn toàn, trọng lượng tươi và khô đều giảm, khi rang xay mùi vị cũng bị

ảnh hưởng.

Kích thước, trọng lượng tươi và khô của trái khi xử lý ethrel giảm so với đối

chứng. Do rút ngắn thời gian chín, nên trái sẽ không tích lũy đầy đủ đường, các chất

thơm, sản phẩm của các phản ứng thủy phân... NAA kích thích sự chín nhanh nhưng

không làm cho trái chưa trưởng thành chín sớm, do đó trái có kích thước và trọng

lượng cao hơn so với xử lý ethrel (bảng 3.11).

Mặt khác, ethrel ở nồng độ cao khi phun lên cành mang trái gây hiện tượng rụng

trái non và lá. Ethrel ở nồng độ càng cao thì sự rụng của trái non càng nhiều. Xử lý

65

NAA cho thấy giảm tỷ lệ trái non bị rụng so với ethrel và cả nhóm đối chứng(bảng

3.10). Lê Thị Trung (2003) chứng minh rằng auxin ở nồng độ cao có tác dụng cản sự

rụng, còn ethylene kích thích trực tiếp vùng rụng gây ra sự rụng trái xoài non.

Để hạn chế tình trạng rụng trái non cũng như chín sớm của những trái chưa trưởng

thành do sự kích thích của ethylene, trước khi xử lý, nên chọn đúng thời điểm khi hầu

hết các trái trên cành đã trưởng thành, có một số trái bắt đầu chuyển màu hoặc sử dụng

ethrel ở nồng độ thấp ( 50 mg/l và100 mg/l) cho tỷ lệ rụng trái non có thể chấp nhận

được.

66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

 Kết luận

-Trái cà phê thường có hiện tượng chín không đồng đều dẫn đến sự thu hoạch

nhiều đợt.

-Sự chín của trái cà phê bắt đầu khi trái đã trưởng thành về mặt sinh lý:

+Vỏ ngoài đổi màu (xanh, xanh cam, đỏ và tím), kích thước và trọng lượng tươi

tăng (chủ yếu ở phần vỏ trái), hàm lượng đường tăng, hàm lượng tinh bột và acid hữu

cơ giảm, carotenoid được thay thế bằng sắc tố khác như anthocyanin.

+ Trái cà phê có đỉnh hô hấp, đáp ứng tốt với xử lý ethylene ngoại sinh để thúc

đẩy cho quá trình chín trái.

-Auxin và ABA tăng khi trái bắt đầu chín, giảm dần khi trái chín muộn, cùng với

sự giảm của gibberellin và cytokinin, có tác dụng kích thích quá trình chín trái.

-Khi xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật ngoại sinh lên cành mang trái:

+ NAA giúp rút ngắn thời gian chín trái nhưng trái chín không đồng đều. NAA

5 mg/l còn có tác dụng cản sự rụng ở trái non.

+ Ethrel 200mg/l và 500mg/l giúp trái chín nhanh và đồng đều hơn so với NAA

và ethrel nồng độ thấp, nhưng gây sự chín sớm ở trái chưa trưởng thành và sự rụng trái

non.

 Nên sử dụng Ethrel ở nồng độ thấp (50-100mg/l) giúp tỷ lệ chín trái đến 70%

và mức độ rụng trái non có thể chấp nhận được (6%).

 Kiến nghị

- Giảm tối đa hiện tượng rụng trái non bằng cách sử dụng ethylene phối hợp với

các chất điều hòa sinh trưởng khác giúp cản sự rụng.

- Giúp cây cà phê ra hoa đồng đều từ đó giúp trái chín đồng đều, hạn chế hiện

tượng chín sớm khi xử lý ethylene.

67

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Quách Đĩnh, Nguyễn Văn Tiếp, Nguyễn Văn Thoa (1996), Công nghệ sau thu

hoạch và chế biến rau quả, Nxb Khoa học kỹ thuật - Hà Nội.

2. Lê Trần Đức (1997), Cây thuốc Việt Nam, Nxb Nông nghiệp.

3. Grodzinxki A.M., Grodzinxki D. M. (1981), Sách tra cứu tóm tắt về sinh lý thực

vật, Nguyễn Ngọc Tân và Nguyễn Đình Huyên dịch, Nxb Khoa học và Kỹ

thuật Hà Nội: 18.

4. Trịnh Đức Minh (3/1993), “Khảo sát về quá trình phát triển của trái cà phê vối trong

điều kiện ở tỉnh Đaklak.”, Viện nghiên cứu cà phê.

5. Nguyễn Sĩ Nghị (1982), Trồng cà phê. Nxb Nông nghiệp Hà Nội.

6. Hoàng Thị Sản (1999), Phân loại thực vật, Nxb Giáo dục.

7. Nguyễn Du Sanh (1999), ”Sự tăng trưởng củ cỏ ống (Panicum repens L.).”, Luận án

tiến sĩ sinh học Đại học Khoa học Tự nhiên Tp. HCM.

8. Phan Quốc Sủng (1987), Sổ tay hướng dẫn kỹ thuật trồng, chăm sóc và chế biến cà

phê, Ủy ban khoa học và kỹ thuật tỉnh Đaklak.

9. Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Quang Khải, Trần Hạnh Phúc (1999), Etylen và ứng

dụng trong trồng trọt, Nxb Nông nghiệp.

10. Mai Minh Trí (2000), Bước đầu tìm hiểu cơ chế sự lép của trái cà phê (Coffea

canephora Pierre), Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sinh học, trường Đại học

Khoa học Tự nhiên Tp. HCM.

11. Lê Thị Trung (2003), Tìm hiểu và áp dụng các chất điều hòa sinh trưởng thực vật

để kiểm soát hiện tượng rụng trái xoài non (Mangifera indica L.), Luận án tiến

sĩ ngành sinh học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Tp.

HCM.

68

12. Bạch Văn Tương (1998), Xác định hệ thống biện pháp chọn và nhân giống vô tính

cà phê thích hợp với điều kiện sản xuất ở Đaklak, Luận án tiến sĩ Nông

nghiệp.

13. Bùi Trang Việt (2000), Giáo trình Sinh lý thực vật đại cương, Nxb Đại học Quốc

gia Tp. HCM.

14. Bùi Trang Việt, Nguyễn Thị Ngọc Lang, Nguyễn Du Sanh, Võ Thị Bạch Mai

(2000), Thực tập sinh lý thực vật, Tủ sách Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.

HCM: 43-47.

15. Bùi Trang Việt (1989), Tìm hiểu và áp dụng các chất điều hòa sinh trưởng thực vật

để kiểm soát hiện tượng rụng bông và trái non của tiêu (Piper nigrum L.),

Luận án phó tiến sĩ khoa học Đại học Khoa học Tự nhiên Tp. HCM.

16. Vũ Văn Vụ (1989), Sinh lý thực vật, Nxb Giáo dục.

Tiếng Anh

17. Abdel - Rahman M. (1997), “Patterns of hormones, respiration and ripening

enzymes during development, maturation and ripening of cherry tomato

fruits.”, Physiol plant, 39: 115-118.

18. Alexander L., Grierson D. (2002), “Ethylene biosynthesis and action in tomato: a

model for climacteric fruit ripening.”, Journal of Experimental Botany,53:

2039-55.

19. Baumann T.W., Keller H., Wanner H. (1972), “Untersuchungen über den transport

von kaffein in der kaffeepflanze Coffea arabica.”, Planta., 108: 11-20, 339-

350.

20. Barros R.S., Maestri M., Rena A.B. (1999), “Physiology of growth and production

of the coffee tree.”, J. Coffee Res., 27: 1-54.

21. Biale J.B. (1978), “ On the interface of horticulture and plant physiology.”, Ann.

Rev. Plant Physiol., 29: 1-23.

69

22. Bianco - Trinchant J,. Page - Degivry L.M.Th. (1998), “ABA synthesis in

protoplasts of different origin in response to osmotic stress.”, Plant Growth

Regulation, 25: 135-141.

23. Bleecker A.B., Esch J.J., Hall A.E., Rodriguez F.I., Binder B.M. (2000), ”The

ethylene receptor family from Arabidopsis: structure and function.”,

Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series B, 353: ‐

1405-1412.

24. Boyer R.F. (1993), “Moderm experimental biochemistry”, The Benjamin/

Cummings Publishing Company Inc: 333-334.

25. Brummell D.A., Harpster M.H., Civello P.M., Palys J.M., Bennett A.B., Dunsmuir

P. (1999), ”Modification of expansin protein abundance in tomato fruit alters

softening and cell wall polymer metabolism during ripening.”, The Plant Cell,

11: 2203–2216.

26. Campa C., Ballester J.F., Doulbeau S., Dussert S., Hamon S., Noirot M. (2004),

“Trigonelline and sucrose diversity in wild Coffea species.”, Food Chem, 88:

39-44.

27. Cannell M.G. (1985),“Physiology of the coffee crop.”, Coffee - Botany,

Biochemistry and Production of Beans and Beverage: 108-134.

28. Castro R.D., Estanislau W.T., Carvalho M.L.M., Hilhorst H.W.M. (2005),

“Functional development and maturation of coffee (Coffea arabica) fruits and

seeds.”, International Scientific Association on Coffee, Paris: 619-635.

29. Clark K.L., Larsen P.B., Wang X.X., Chang C. (1998), “Association of the

Arabidopsis CTR1 Raf like kinase with the ETR1 and ERS ethylene

receptors.”, Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 95: 5401- ‐

5406.

30. Clemente E., Galli D. (2011), “Stability of the anthocyanins extracted from

residues of the wine industry.”, Ciência e Tecnologia de Alimentos, 31(3):

765-768.

70

31. Clifford M.N. (1985), “Chemical and physical aspects of green coffee and coffee

products.”, Coffee: botany, biochemistry and production of beans and

beverage: 305-375.

32. Charrier A., Berthaud J. (1985), “Botanical classification of coffee.”, Coffee:

Botany, biochemistry and production of beans and beverage: 13-47.

33. Coombs J., Hind G., Leegood R.C., Tieszen L.L., Vonshak A. (1987), “Techniques

in bioproductivity and photosynthesis.”, Measurement of starch and sucrose in

leaves: 219-228.

34. Cosgrove D.J. (2000), “Loosening of plant cell walls by expansins.”, Nature, 407:

321–326.

35. Crisosto C.H., Grantz D.A., Osgood R.V., Cid L.R. (1992),“ Synchronization of

fruit ripening in coffee with low concentrations of ethephon.”, Postharvest

Biology and Technology, 1: 371-378.

(1994), 36. De-Maria C.A.B., Trugo L.C., Moreira R.F.A., Werneck C.C.

“Composition of green coffee fractions and their contribution to the volatile

profile formed during roasting.”, Food Chem., 50: 141-145.

37. Della P.D., Lincoln J.E., Fischer R.L., Bennett A.B. (1989), “Transcriptional

analysis of polygalacturonase and other ripening associated genes in Rutgers,

rin, nor, and Nr tomato fruit.”, Plant Physiology, 90: 1372–1377.

38. Deysson G. (1967), Elément d’anatomie des plants vasculaires: 211.

39. Dharmasiri N.,Dharmasiri S., Estelle M. (2005), “The F-box protein TIR1 is an

auxin receptor.”, Nature, 435: 441-445.

40. Du H., Fuh A.R.-C., Li J., Corkan A.L., Lindsey J.S. (1998) “Photochem CAD: A

computer-aided design and research tool in photochemistry.”, Photochem.

Photobiol, 68: 141-142.

41. Flores F., Yahaoui E.F., Billerbeck D.G., Romojaro F., Latche A., Bouzayen M.,

Pech J.C., Ambid C. (2002), “ Role of ethylene in the biosynthetic pathway of

71

aliphatic ester aroma volatiles in Charentais Cantaloupe melons.”, Journal of

Experimental Botany, 53: 201–206.

42. Gao Z., Chen Y.F., Randlett M.D., Zhao X.C., Findell J.L., Kieber J.J., Schaller

G.E. (2003), “Localization of the Raf-like kinase CTR1 to the endoplasmic

reticulum of Arabidopsis through participation in ethylene receptor signalling

complexes.”, Journal of Biological Chemistry, 278: 34725- 34732.

43. Gazzarrini S., McCourt P. (2001), “Genetic interactions between ABA, ethylene

and sugar signaling pathways.”, Current Opinion in Plant Biology, 4: 387–

391.

44. Giovannoni J., Seymour G., Gregory A.T, Poole M. (2013), “Molecular biology of

fruit maturation and ripening.”, Annual Review of Plant Physiology and Plant

Molecular Biology, 52: 725-749.

(2007), “Methods of Analysis for Functional Foods and 45. Hust W.J.

Nutraceuticals.”, Functional Foods and Nutraceuticals series: 254-255.

46. Inskeep W.P. and Bloom P.R. (1985), “Extinction coefficients of chlorophyll a and

b in N,N-dimethylformamide and 80% acetone.”, Plant Physiol, 77: 483-485.

47. Jackson D.E. (1940), “Experimental pharmacology and materia medica.”, Journal

of the American Pharmaceutical Association, 29: 288.

48. Jules J., Robert W.S., Frank W.W. (1969), Plant sience: An introduction to World

Crops, San Francisco.

49. Jones B., Frasse P., Olmos E., Zegzouti H., Li Z.G., Latché A., Pech J.C.,

Bouzayen M. (2002), “Down-regulation of DR12, an auxin-response-factor

homolog, in the tomato results in a pleiotropic phenotype including dark green

and blotchy ripening fruit.”, The Plant Journal, 32: 603-613.

50. Kepinski S., Leyser O. (2005), “The Arabidopsis F-box protein TIR1 is an auxin

receptor.”, Nature, 435: 446-451.

72

51. Ky C.L., Guyot B., Louarn J., Hamon S., Noirot M. (2001), “Trigonelline

inheritance in the interspecific Coffea pseudozanguebariae×C. Liberica var.

dewevrei cross”. Appl Genet., 102: 630-634.

52. Nguyen Thi Ngoc Lang (1970), Essai de déterminaison des causes de dormance

d'une varieté locale de riz Nàng Phệt muộn, Doctorat de 3e cycle, Université

de Saigon, Faculté des sciences.

53. Leloup V., Louvrier A., Liardon R. (1995), “Degradation mechanisms of

chlorogenic acids during roasting.”, París (Francia), ASIC: 192-198.

54. Ley B., Kefford N.D. and Zwar J.A. (1963), “Kinetin activity from plant

extracts.”, Aust. J. Bio. Sci., 16: 395-415.

55. Loveys B.R., Van Dijk H.M. (1988), “Improved extraction of abscisic acid from

plant tissue.”, Aust. J. Plant Physiol., 15: 421-427.

56. Marin-Lopez S.M., Arcila-Pulgarin J., Montoya-Restrepo E.C., Olivero-Tascón

C.E. (2003), “Physical and chemical changes during fruit ripening of coffee

Coffea arabica L. var. Colombia.”, Cenicafé, 54: 208-225.

57. Marshall C.F. (1985), “Coffee: botany, biochemistry and production of beans and

beverage.”, World coffee trade: 251-283.

58. Masarirambi I.M.T., Shongwe V.D., Chingwara V. (1991), “The Effect of GA3

and Ethephon on Synchronization of Coffee (Coffea arabica L.) flowering and

berry ripening.”, ISHS Acta Horticulturae: 884.

59. Mazzafera P., Goncalves K.V. (1999), “Nitrogen compounds in the xylem sap of

coffee.”, Phytochemistry., 50: 383-386.

60. Meiner H. (1984), Class experiments in plant physiology, George Allen & Unwin

(Publishers) Ltd. London, Boston, Sydney: 51-52, 124-130.

61. Mercadante (1875), Journal of the Chemical Society, Italiana XXVIII, 904 Gazetta

Chimica.

73

62. Miller A.N.,Walsh C.S., Cohen J.D. (1987), “Measurement of indole-3-acetic acid

in peach fruits (Prunus persica L. Batsch cv. Redhaven) during development.”,

Plant Physiology, 84: 491-494.

63. Montagnon C. (2000), “Optimisation des gains génétiques dans le schéma de

sélection récurrente réciproque de Coffea canephora Pierre”, ENSA

Montpellier, France. PhD Thesis.

64. Montgomery J., Pollard V., Deikman J., Fischer R.L. (1993), ”Positive and

negative regulatory regions control the spatial distribution of

polygalacturonase transcription in tomato fruit pericarp.”, The Plant Cell, 5:

1049–1062.

65. Monika W.-H., Sherma J., Kowalska T. (2008),” Thin Layer Chromatography in

Phytochemistry.”, Chromatographic science series, 99: 558-559.

66. Muller M., Stummann B.M. (2003), “Genetic regulation of ethylene perception

and signal transduction related to flower senescence.” Food, Agriculture &

Environment, 1: 87-94.

67. Nicholass F.J., Smith C.J.S., Schuch W., Bird C.R., Grierson D. (1995),

”High levels of ripening specific reporter gene expression directed by tomato

fruit polygalacturonase gene flanking regions.”, Plant Molecular Biology, 28: ‐ ‐ ‐

423–435. ‐

68. Oestreich – Janzen S., Chemistry of Coffee. Cafea GmbH, Hamburg, Germany.

69. Paponov I.A., Teale W.D., Trebar M., Blilou I., Palme K. (2005), ”The PIN auxin

efflux facilitators: evolutionary and functional perspectives.”, Trends in Plant

Science, 10: 170-177.

70. Pereira L.F.P., Galvao R.M., Kobayashi A.K., Cacao S.M.B., Vieira L.G.E. (2005)

“Ethylene production and acc oxidase gene expression during fruit ripening of

Coffea arabica L.”, Brazilian Journal of Plant, 17.

74

71. Prescott A.B. (1878), “The Chemistry of Fruit-Ripening”, Popular Science

Monthly,12.

72. Rodriguez F.I., Esch J.J., Hall A.E., Binder B.M., Schaller G.E., Bleecker A.B.

(1999).”A copper cofactor for the ethylene receptor ETR1 from Arabidopsis.”,

Science, 283: 996–998.

73. Rose J.K.C., Lee H.H., Bennett A.B. (1997), “Expression of a divergent expansin

gene is fruit specific and ripening regulated.”, Proceedings of the National

Academy of Sciences, 94: 5955–5960. ‐ ‐

74. Schaller G.E., Ladd A.N., Lanahan M.B., Spanbauer J.M., Bleecker A.B. (2002).

“The ethylene response mediator ETR1 from Arabidopsis forms a

disulfide linked dimer.”, Journal of Biological Chemistry, 270: 12526–12530.

‐ 75. Song J.D., Kim J.H., Lee D.H., Rhew T.H., Cho S.H., Lee C.H. (2005),

“Developmental regulation of the expression of 1-aminocyclopropane-1-

carboxylic acid (ACC) synthase and ACC oxidase genes in hypocotyls of

etiolated mung bean seedlings.”, Plant Sci., 168: 1149-1155.

aminocyclopropane 1 76. Tatsuki M., Mori H. (2001), “Phosphorylation of tomato 1

carboxylic acid synthase, LE ACS2, at the C terminal region.”, Journal of ‐ ‐ ‐

Biological Chemistry, 276: 28051–28057. ‐ ‐

77. Trainotti L., Tadiello A., Casadoro G. (2007), “The involvement of auxin in the

ripening of climacteric fruits comes of age: the hormone plays a role of its

own and has an intense interplay with ethylene in ripening peaches.”, Oxford

Journals, 58: 3299-3308.

regulated nuclear protein of 78. Trentmann S.M. (2000), ”ERN1, a novel ethylene

Arabidopsis.”, Plant Molecular Biology, 44: 11–25. ‐

79. Wang K.C.L, Li H., Ecker J.R. (2002), “ Ethylene biosynthesis anf signalling

networks.”, The plant cell, 14: 131-151.

75

80. Yang S.F., Hoffman B.E. (1984), “Ethylene biosynthesis and its regulation in

higher plants Annu Rev.”, Plant Physiol., 35, pp. 155-189.

81. Yi-feng C., Etherige N., Schaller. E.G., (2004), “Ethylene biosynthesis and action

in tomato: a model for climacteric fruit ripening”, Ann Bot, 95: 901-915.

82. Yokota T., Murofushi N., Takahashi N. (1980), “Extraction, Purification and

Identification.”, Hormonal regulation of development I - Molecular aspects of

plant hormones, Encyclopedia of plant physiology, 9: 113-201.

83. Zhang M., Bing Y., Ping L. (2009), “The role of ABA in triggering ethylene

biosynthesis and ripening of tomato fruit.”, Oxford Journals, 60: 1579-1588.

84. Zheng X.Q., Ashihara H. (2004), “Distribution, biosynthesis and function of

purine and pyridine alkaloids in Coffea arabica seedlings.”, Plant Sci., 166:

807-813.