Luận văn Thạc sĩ Sinh học ứng dụng: Nhân dòng và thiết kế vector biểu hiện gen mã hóa anthocyanidin reductase của cây chè (Camellia sinensis)

Chia sẻ: Trương Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Sinh học ứng dụng: Nhân dòng và thiết kế vector biểu hiện gen mã hóa anthocyanidin reductase của cây chè (Camellia sinensis) được thực hiện với mục tiêu nhằm tạo dòng, xác định, phân tích trình tự và thiết kế vector biểu hiện gen mã hóa Anthocyanidin reductase phân lập từ cây chè trồng tại Thái Nguyên. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học ứng dụng: Nhân dòng và thiết kế vector biểu hiện gen mã hóa anthocyanidin reductase của cây chè (Camellia sinensis)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC DƯƠNG TRUNG THÀNH NHÂN DÒNG VÀ THIẾT KẾ VECTOR BIỂU HIỆN GEN MÃ HÓA ANTHOCYANIDIN REDUCTASE CỦA CÂY CHÈ (Camellia sinensis) LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC ỨNG DỤNG THÁI NGUYÊN - 2018
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC DƯƠNG TRUNG THÀNH NHÂN DÒNG VÀ THIẾT KẾ VECTOR BIỂU HIỆN GEN MÃ HÓA ANTHOCYANIDIN REDUCTASE CỦA CÂY CHÈ (Camellia sinensis) Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học Mã số: 8420201 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC ỨNG DỤNG Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Huỳnh Thị Thu Huệ 2. TS. Hoàng Thị Thu Yến THÁI NGUYÊN - 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc. Tác giả Dương Trung Thành
ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Huỳnh Thị Thu Huệ - Phòng đa dạng sinh học hệ gen, Viện Nghiên cứu hệ gen, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; TS. Hoàng Thị Thu Yến - Khoa Công nghệ Sinh học - Trường Đại học Khoa học - người đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn các thầy cô và tập thể cán bộ Khoa Công nghệ Sinh học, cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên và các cán bộ công tác tại Viện Nghiên cứu hệ gen - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Cử nhân Phạm Thị Hằng - Phòng đa dạng sinh học hệ gen, Viện Nghiên cứu hệ gen, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã tận tình chỉ dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này. Nhân dịp này tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Dương Trung Dũng – Khoa Nông học – Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong thời gian tôi thu thập vật liệu nghiên cứu làm đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua. Tác giả Dương Trung Thành
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN........................................................................................................ ii MỤC LỤC ............................................................................................................iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. v DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................viii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1 2. Mục tiêu đề tài ................................................................................................... 2 3. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 2 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 3 1.1. SƠ LƯỢC VỀ CÂY CHÈ............................................................................. 3 1.1.1. Nguồn gốc, lịch sử phát triển của cây chè ...................................... 3 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây chè ....................................................... 4 1.1.3. Giá trị của cây chè ....................................................................................... 7 1.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NGHIÊN CỨU CHÈ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ......................................................................................... 9 1.2.1. Tình hình sản xuất chè trên thế giới và Việt Nam .......................... 9 1.2.1.1. Tình hình sản xuất chè trên thế giới ............................................. 9 1.2.1.2. Tình hình sản xuất chè ở Việt Nam ........................................... 11 1.2.2. Tình hình nghiên cứu chè trên thế giới và ở Việt Nam........................... 14 1.3. CATECHIN VÀ ANTHOCYANIDIN REDUCTASE Ở CHÈ ............. 16 1.3.1. Catechin và tác dụng của catechin ........................................................... 16 1.3.2. Cơ chế sinh tổng hợp catechin ở chè........................................................ 19 1.3.3. Anthocyanidin reductase và gen ANR quy định tổng hợp anthocyanidin reductase ............................................................................................................... 20
iv Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................. 23 2.1. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................... 23 2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................... 23 2.1.2. Hóa chất ..................................................................................................... 23 2.1.3. Thiết bị ....................................................................................................... 24 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 24 2.2.1. Phương pháp tách chiết RNA tổng số...................................................... 24 2.2.2. Điện di RNA tổng số................................................................................. 25 2.2.3. Tổng hợp cDNA........................................................................................ 26 2.2.4. Nhân gen ANR bằng kĩ thuật PCR ........................................................... 26 2.2.5. Tinh sạch sản phẩm PCR .......................................................................... 28 2.2.6. Tách dòng gen ANR .................................................................................. 29 2.2.7. Xác định trình tự gen ................................................................................. 32 2.2.8. Xử lí số liệu bằng các phần mềm chuyên dụng................................................ 33 2.2.9. Thiết kế vector biểu hiện.................................................................................... 33 2.3. Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................................... 34 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................... 35 3.1. Khuếch đại gen ANR từ mẫu chè nghiên cứu............................................. 35 3.2. Tạo dòng gen, xác định và phân tích trình tự gen mã hóa anthocyanidin reductase ............................................................................................................... 37 3.3. Thiết kế vector biểu hiện vi khuẩn mang gen ANR............................................. 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 48 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 48 KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 49
v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết Nghĩa tiếng Việt Nghĩa tiếng Anh tắt ANR Anthocyanidin reductase Anthocyanidin reductase cDNA DNA bổ sung Complementary DNA DMSO Dimethyl sulfoxide Dimethyl sulfoxide C Catechin Catechin CsANR Gen ANR của chè ANR gene of Camellia sinensis DNA Axit Deoxiribonucleic Deoxyribonucleic Acid dNTP dNTP Deoxynucleoside triphosphate Đtg Đồng tác giả et al. EC Epicatechin Epicatechin ECG Epicatechin-3-O-gallate Epicatechin-3-O-gallate EDTA Axit etylene diamin tetraaxetic Ethylene Diamine Tetraacetic Acid EGC Epigallocatechin Epigallocatechin EGCG Epigallocatechin-3-O-gallate Epigallocatechin-3-O-gallate EtBr Ethidium Bromide Ethidium Bromide GC Gallocatechin Gallocatechin Kb Kilô bazơ Kilo base LAR Leuacoanthocyanidin reductase Leuacoanthocyanidin reductase LB Môi trường LB Luria Bertani NAD Nicotinamid adenine dinucleotide Nicotinamid adenine dinucleotide NADP Nicotinamid adenine dinucleotide Nicotinamid adenine dinucleotide phosphate phosphate
vi ORF Khung đọc mở Open reading frame PCR Phản ứng chuỗi trùng hợp Polymerase Chain Reaction Primer F Mồi xuôi Primer forward Primer R Mồi ngược Primer reverse RNA Axit Ribonucleic Ribonucleic Acid RNase Enzyme phân hủy RNA Ribonuclease TAE TAE Tris Acetate EDTA Taq Vi khuẩn chịu nhiệt Thermus aquaticus UTR Vùng không dịch mã untranslated region
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng chè trên thế giới giai đoạn 2010 - 2016 ........................................................................................ 9 Bảng 1.2. Diện tích, năng suất, sản lượng một số nước trên thế giới năm 2016 ......................................................................................... 10 Bảng 1.3. Tình hình diện tích, năng suất, sản lượng chè ở Việt Nam trong những năm gần đây ................................................................ 13 Bảng 1.4. Thành phần amino acid của CsANR ..................................... 21 Bảng 2.1. Thành phần phản ứng tổng hợp cDNA .................................. 26 Bảng 2.2. Chu trình nhiệt thực hiện phản ứng tổng hợp cDNA ............. 26 Bảng 2.3. Trình tự các đoạn mồi sử dụng nhân gen ANR ....................... 27 Bảng 2.4. Thành phần phản ứng PCR nhân gen ANR ............................ 27 Bảng 2.5. Thành phần phản ứng tạo đầu bằng sẳn phẩm PCR ............... 29 Bảng 2.6. Thành phần phản ứng ghép nối giữa đoạn gen ANR và vector pJET1.2 .................................................................................. 29 Bảng 2.7. Thành phần phản ứng cắt plasmid .......................................... 32 Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra nồng độ RNA tổng số .................................... 36 Bảng 3.2. Sự sai khác trình tự nucleotide gen ANR của chè Trung du xanh với các trình tự đã công bố trên Genbank ........................................ 41 Bảng 3.3. Sự sai khác trình tự amino acid của gen mã hóa anthocyanidin reductase ở giông chè Trung du xanh với các trình tự đã công bố trên Genbank ........................................................................... 44
viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Công thức tổng quát của catechin ........................................... 16 Hình 1.2. Các con đường sinh tổng hợp catechin ở chè .............................. 19 Hình 1.3. Cấu trúc không gian 3 chiều của protein CsANR ........................ 22 Hình 2.1. Chu kỳ nhiệt thực hiện phản ứng nhân gen ANR .................... 27 Hình 2.2. Sơ đồ vector tách dòng pJET 1.2 ............................................ 29 Hình 2.3. Sơ đồ vector biểu hiện pET-32a(+)......................................... 33 Hình 2.4. Sơ đò thí nghiệm nhân dòng và thiết kế vector biểu hiện gen mã hóa anthocyanidin reductase của cây chè ............................... 34 Hình 3.1. Kết quả điện di kiểm tra sản phẩm tách chiết RNA tổng số ... 36 Hình 3.2. Kết quả nhân gen ANR từ cDNA của mẫu chè Trung du xanh ở các nhiệt độ khác nhau ............................................................ 37 Hình 3.3. Hình ảnh điện di tách plasmid của mẫu chè Trung du xanh ... 37 Hình 3.4. Hình ảnh điện di kiểm tra sự có mặt của sản phẩm PCR trong plasmid pJET1.2 ..................................................................... 38 Hình 3.5. Kết quả phân tích trình tự gen CsANR2 phân lập từ mẫu chè xanh ......................................................................................... 41 Hình 3.6. So sánh trình tự amino acid suy diễn của CsANR2 từ giống chè Trung du xanh với các trình tự đã công bố ............................... 43 Hình 3.7. Hình ảnh điện di kiểm tra sự có mặt của gen ANR trong plasmid pET32a(+) ............................................................................... 46 Hình 3.8. Kết quả cắt kiểm tra plasmid pET32a(+)_ANR bằng NcoI và XhoI ......................................................................................... 46 Hình 3.9. Kết quả PCR kiểm tra plasmid pET32a(+)_ANR .................. 47
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Chè (Camellia sinensis (L) O. Kuntze) là loại cây công nghiệp lâu năm, có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và Á nhiệt đới, là cây trồng xuất hiện từ lâu đời, được trồng khá phổ biến ở nhiều quốc gia như Trung Quốc, Nhật Bản, Việt Nam ... Sản phẩm từ cây chè đã và đang được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới dưới nhiều công dụng khác nhau nhưng phổ biến nhất vẫn là đồ uống. Theo thống kê, chè là thức uống phổ biến thứ hai trên thế giới chỉ sau nước, với hương vị độc đáo và những tác dụng có lợi cho sức khỏe con người. Nước chè là thức uống tốt, có tác dụng giải khát, chống lạnh, có tác dụng bảo vệ sức khỏe con người khắc phục sự mệt mỏi của cơ thể, kích thích hoạt động của hệ thần kinh trung ương, kích thích vỏ đại não làm cho tinh thần minh mẫn sảng khoái, hưng phấn trong những thời gian lao động căng thẳng cả về trí óc và chân tay, kích thích hệ tiêu hóa, chữa một số bệnh đường ruột, lợi tiểu (do chứa theofilin, theobromin), kích thích tiêu hoá mỡ, chống béo phì, chống sâu răng, hôi miệng, chống lão hóa, phòng ngừa ung thư (do chứa catesin), phòng ngừa bệnh tăng huyết áp, tiểu đường và ngăn ngừa cholesteron tăng cao… Ngoài ra, chè còn có khả năng bảo vệ da khỏi tác hại của tia cực tím, chè cũng được cho là ức chế sự xâm nhiễm và sinh sản của HIV. Hầu hết các đặc tính có lợi cho sức khỏe được liệt kê ở trên đã được chứng minh là do các hợp chất polyphenol có trong chè. Chính vì các đặc tính ưu việt trên, chè đã trở thành sản phẩm đồ uống phổ thông trên toàn thế giới, sản phẩm chè từ lâu đã trở thành một trong những nét văn hóa đặc trưng của nhiều quốc gia, đặc biệt là các quốc gia vùng Đông Nam Á. Ngoài ra, cây chè còn mang lại nhiều lợi ích kinh tế xã hội như: giải quyết công ăn việc làm, đem lại nguồn thu nhập ổn định cho người dân, góp phần quan trọng trong việc xóa đói giảm nghèo; cây chè và một số cây công nghiệp khác đã trở thành cây trồng mũi nhọn góp phần chuyển dịch cơ cấu
2 kinh tế, cải thiện đời sống nhân dân, thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa nông thôn. Thành phần hóa học chính trong chất rắn chiết xuất từ chè là polyphenol. Hàm lượng polyphenol quyết định đến màu sắc, độ chát của nước chè và góp phần tạo hương vị của chè. Các catechin và dẫn xuất của nó còn được gọi là các flavan-3-ol chiếm khoảng 70% polyphenol tổng số. Thành phần của catechin bao gồm Epicatechin (EC), ECG (Epicatechin-3-O-gallate), EGC (Epigallocatechin), EGCG (Epigallocatechin-3-O-gallate), C (catechin) và GC (Gallocatechin). Epicatechin là một trong nhiều loại polyphenol có vai trò quyết định đến hương vị của chè và là hoạt chất chống ôxy hóa có nhiều trong chè. Hiện nay, hoạt tính sinh học và cơ chế tổng hợp polyphenol ở mức độ phân tử được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu, đặc biệt là các gen thực hiện chức năng tổng hợp polyphenol. Anthocyanidin reductase (ANR) là enzyme quy định tổng hợp nên epicatechin, phân lập và xác định trình tự gen tổng hợp epicatechin là bước đầu tiên tạo tiền đề nghiên cứu chức năng của gen ANR, nhằm góp phần làm sáng tỏ giá trị của polyphenol nói riêng và cây chè nói chung đối với con người. Ở chè Việt Nam, gen mã hóa anthocyanidin reductase vẫn chưa được phân lập và nghiên cứu về chức năng. Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nhân dòng và thiết kế vector biểu hiện gen mã hóa anthocyanidin reductase của cây chè (camellia sinensis)”. 2. Mục tiêu đề tài Tạo dòng, xác định, phân tích trình tự và thiết kế vector biểu hiện gen mã hóa Anthocyanidin reductase phân lập từ cây chè trồng tại Thái Nguyên. 3. Nội dung nghiên cứu + Khuếch đại gen ANR mã hóa anthocyanidin reductase từ chè. + Tạo dòng gen, xác định và phân tích trình tự gen ANR thu được. + Thiết kế vector biểu hiện gen mã hóa anthocyanidin reductase.
3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. SƠ LƯỢC VỀ CÂY CHÈ 1.1.1. Nguồn gốc, lịch sử phát triển của cây chè Cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis (L) O. Kumtze và thuộc hệ thống phân loại như sau : Ngành: Hạt kín (Angiospermae) Lớp: Song tử diệp (Dicotyledonae) Bộ: Chè (Theaseae) Họ: Chè (Theaceae) Chi: Chè (Camelia hoặc Thea) Loài: Camellia sinensis Cây chè có nguồn gốc ở vùng khí hậu gió mùa Đông Nam Á, bao gồm vùng Tây Nam Trung Quốc, Bắc Myanma, Bắc lào và Bắc Việt Nam hiện nay. Cây chè được cư dân Bách Việt phương Nam, thuộc nền văn hóa lúa nước phát hiện đầu tiên trên thế giới làm thảo dược; rồi lan truyền lên phương Bắc của dân tộc Hán có nền văn hóa nông nghiệp cạn và du mục Hoàng Hà. Từ đó phát triển mạnh mẽ về công nghệ chế biến thành nước chè, một thứ nước uống giải khát phổ cập ở Trung Hoa, rồi truyền bá ra khắp năm châu trên thế giới ngày nay đã có trên 4000 năm lịch sử. Những công trình nghiên cứu của Đjêmukhatze (1961- 1976) so sánh về thành phần các chất catechin trong lá chè có nguồn gốc khác nhau, các loại chè được trồng trọt và chè mọc hoang dại đã kết luận rằng: Những cây chè mọc hoang dại từ cổ xưa, tổng hợp chủ yếu là epicatechin (-) và epicatechin galat, ở chúng phát triển chậm khả năng tổng hợp epigalocatechin (-) và các galat của nó để tạo thành galocatechin (+). Nghiên cứu các cây chè dại ở Việt Nam cho thấy chúng cũng tổng hợp chủ yếu là epicatechin (-) và epicatechin galat (chiếm
4 70% tổng số các loại catechin). Năm 1976, Viện sĩ thông tấn Viện Hàn Lâm khoa học Liên Xô, sau những nghiên cứu về tiến hóa của cây chè, bằng phân tích chất catechin trong chè mọc hoang dại ở các vùng chè Tứ Xuyên, Vân Nam Trung Quốc, và các vùng chè cổ Việt Nam (Suối Giàng, Nghĩa Lộ, Lạng Sơn, Nghệ An …) đã kết luận: Cây chè cổ Việt Nam tổng hợp các catechin đơn giản nhiều hơn cây chè Vân Nam. Từ đó có sơ đồ tiến hóa cây chè thế giới như sau: Chi Camellia  chè Việt Nam  chè Vân Nam lá to (chè Trung Quốc)  chè Assam (Ấn Độ) [3]. Như vậy, có thể kết luận Việt Nam là một trong những cái nôi của cây chè. Người Việt Nam biết đến chè sớm hơn nhiều so với các nước, tục uống chè của người Việt Nam đã trở thành một nét văn hóa độc đáo, chiếm vị trí quan trọng trong giao tiếp, lễ nghi… 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây chè Cây chè có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội 2n = 30, thuộc loại cây thân gỗ hoặc thân bụi và có một số đặc điểm sinh học sau đây [3]: a. Đặc điểm hình thái Thân: Thẳng và tròn, phân nhánh liên tục thành một hệ thống cành và chồi. Trên thân có mấu chia thành nhiều lóng. Cành: Do mầm dinh dưỡng biến đổi thành. Trên cành chia ra làm nhiều đốt, chiều dài đốt cành biến đổi từ 1 - 10 cm tùy theo giống và điều kiện sinh trưởng. Tùy theo lứa tuổi mà màu sắc cành chè biến đổi từ màu xanh thẫm, xanh nhạt, màu đỏ, màu nâu và khi cành già có màu xám. Chồi: Mọc ra từ nách lá, chia theo sự biệt hóa của chồi có chồi dinh dưỡng mọc ra lá và chồi sinh thực mọc ra nụ, hoa, quả. Chia theo vị trí trên cành có: Chồi ngọn (đỉnh), chồi nách, chồi ngủ (trong cành).
5 Lá: Lá chè là loại lá hình đơn nguyên, mọc cách; hệ gân lá hình mạng lông chim; rìa lá có răng cưa, chiều dài từ 4 - 15 cm, rộng từ 2 - 5 cm. Mặt phiến lá có thể nhẵn, lồi lõm, láng bóng. Lá chè có thể có hình thuôn, mũi mác, ô van, trứng gà, gần tròn. Gốc lá nhọn, tròn đến tù; chóp lá nhọn tù. Lá chè thường thay đổi về hình dạng, màu sắc và kích thước tùy theo giống, điều kiện tự nhiên và điều kiện canh tác. Hoa: Hoa chè là loại hoa lưỡng tính, chèng có 5 - 9 cánh màu trắng hay phớt hồng, bộ nhị đực trung bình có 200 - 300 cái; bao phấn có hai nửa bao, chia 4 túi phấn, hạt phấn hình tam giác màu vàng nhạt (khi chín màu hoàng kim). Bầu nhị cái có 3 - 4 ô, chứa 3 - 4 noãn, ngoài phủ lớp lông tơ, núm nhị cái chẻ ba. Ở gốc bầu nhụy có tuyến mật làm thành một vòng tròn gọi là đĩa. Quả: Quả chè là một loại quả nang có từ 1- 4 hạt. Quả chè có dạng hình tròn, tam giác, vuông tùy theo số hạt. Khi còn non quả chè có màu xanh, khi chín chuyển sang màu xanh thẫm hoặc nâu. Khi quả chín vỏ nứt ra giải phóng các hạt chè. Hạt: Hình cầu, bán cầu, tam giác tùy giống chè; vỏ sành thường màu nâu, cứng, bên trong là lớp vỏ mỏng. Hệ rễ: Gồm rễ cọc (trụ), rễ dẫn (hay rễ nhánh, rễ bên) màu nâu hay nâu đỏ và rễ hút hay rễ hấp thụ màu vàng ngà. b. Đặc điểm sinh lý, sinh thái của cây chè Nhiệt độ không khí thuận lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của chè là 22 - 28oC, độ ẩm không khí tương đối thích hợp là 80 - 85 %. Hàm lượng nước cần thiết cho cây chè biến động tùy từng giống chè. Loại đất thích hợp cho trồng chè dày 60 - 100 cm; mực nước ngầm dưới 100 cm; độ chua pH: 4,5 - 5,5; tỷ lệ mùn 3 - 4 %.
6 c. Sinh trưởng và phát triển của cây chè Sự phát triển của cây chè chia làm hai chu kỳ: Chu kì phát triển lớn gồm suốt đời sống cây chè từ khi hạt nảy mầm đến khi cây chết và chu kì phát triển nhỏ bao gồm các giai đoạn sinh trưởng, phát triển lặp lại nhiều lần trong một năm. d. Thành phần hóa học của lá chè Thành phần hóa học của lá chè rất đa dạng, bao gồm một lượng lớn là nước, các thành phần hữu cơ và vô cơ khác. Trong đó, các polyphenol có vai trò rất quan trọng, quyết định đến màu sặc và hượng vị của chè [48]. Nước là thành phần quan trọng và chủ yếu trong búp chè, chiếm 75 - 80% khối lượng lá chè, hàm lượng phụ thuộc vào giống chè, thời vụ và độ non già của lá chè. Nước trong nguyên liệu chè tham gia trực tiếp vào nhiều phản ứng thủy phân, oxi hóa khử, liên quan trực tiếp đến các quá trình hóa sinh trong búp chè và có ảnh hưởng đến sự hoạt động của các enzyme.Trong chế biến chè, nước có vai trò quan trọng trong các quá trình biến đổi, tạo nên mùi vị và hình dạng của búp chè, nó có liên quan trực tiếp đến chất lượng chè nguyên liệu và chất lượng chè thành phẩm. Chất khô chiếm 18 - 25 % khối lượng lá chè, gồm có các polyphenol, pectin, chất xơ (xenlulo), protein, amino acid, các alcoloit (cafein, theofilin, theobromin), các enzyme (enzyme oxi hóa và enzyme thủy phân) và chất tro. Hợp chất polyphenol (tannin): tannin của cây chè là một phức hợp của nhiểu hợp chất hữu cơ tự nhiên có bản chất phenol. Hợp chất phenol giữ vai trò chủ yếu trong quá trình tạo màu sắc, hương vị của chè đặc biệt là chè đen. Tanin có đặc tính dễ bị oxi hóa dưới tác dụng của enzym và được cung cấp oxi đầy đủ. Vì vậy, chè nguyên liệu chứa càng nhiều tanin, đặc biệt là tanin hòa tan thì
7 sản phẩm chè đen có chất lượng càng cao. Flavanoids là thành phần quan trọng của tanin, trong đó catechin và flavanoids chiếm tỷ lệ lớn Hợp chất alkaloid: trong chè có nhiều loại nhưng nhiều nhất vẫn là loại cafein. Hàm lượng cafein trong chè chiếm từ 3 - 5% chất khô. Hàm lượng cafein trong chè thay đổi phụ thuộc vào giống, kỹ thuật canh tác, mùa vụ thu hái và thay đổi theo bộ phận của cây. Protein và amino acid: là hợp chất phức tạp có chứa N, phân bố không đều ở phần búp chè và thay đổi tùy theo giống và thời vụ, điều kiện canh tác và các yếu tố khác. Protein có thể kết hợp trực tiếp với tanin, polyphenol tạo nên những phẩm chất chè Thái Nguyên đen. Do đặc điểm của của việc chế biến chè xanh là diệt men ngay từ đầu, nên hàm hượng tanin bị thay đổi và còn quá cao làm cho chè có vị đắng. Protein kết hợp với một phần tanin làm cho vị chát và đắng giảm đi. Ngoài ra, trong chè còn có các amino acid, gluxit và pectin, dầu thơm, các loại vitamin trong chè, các enzyme, chất tro… 1.1.3. Giá trị của cây chè Giá trị của cây chè thể hiện ở nhiều mặt trong đó phải kể đến giá trị dinh dưỡng, giá trị dược tính, giá trị về mặt kinh tế - xã hội và giá trị về mặt văn hóa hết sức to lớn. a. Giá trị về mặt thực phẩm Trong chè có các thành phần hóa học giàu chất dinh dưỡng, có tác dụng tốt đối với cơ thể con người, do đó chè xanh đã trở thành nguyên liệu quan trọng để chế biến nhiều loại thức ăn đồ uống khác nhau ở rất nhiểu nước trên thế giới. Phần lớn lá chè xanh được sử dụng làm đồ uống. Chè được pha chế đúng cách là một loại đồ uống lý tưởng rất tốt đối với cơ thể do có chứa đầy đủ các loại vitamin, muối khoáng, protein và các chất hữu cơ có lợi khác. Ngày
8 nay khuynh hướng sử dụng chè xanh trong chế biến thức ăn rất được phát triển. Các loại bánh kem chè xanh, bánh gatô chè xanh, kem chè xanh, thạch chè xanh, mỳ ăn liền chè xanh, sandwich chè xanh đang được tiêu thụ mạnh ở các nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Anh, Mỹ, Úc. Trung Quốc và Việt Nam có các loại bánh nướng chè xanh, bánh dẻo chè xanh… [49]. b. Giá trị dược tính của chè Nước chè có thể làm giảm các quá trình viêm như viêm khớp, viêm gan mãn tính, tăng cường tính đàn hồi của thành mạch máu giúp ngăn ngừa tai biến mạch máu não, nhồi máu cơ tim. Uống chè giảm nguy cơ tim mạch, chống lão hóa, chống nhiễm độc. Mới đây nhất, các nhà khoa học còn phát hiện ra chè còn có tác dụng chống khả năng gây ung thư của các chất phóng xạ. Người ta đã trích ly các chất trong chè để điều chế các thuốc trợ tim, cầm máu, lợi tiểu…Chất cafein và một số hợp chất alcaloit trong chè có tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương làm cho tinh thần minh mẫn, tăng hoạt động các cơ, nâng cao năng lực làm việc và giảm mệt mói sau khi lao động. Những giá trị tiềm ẩn của cây chè vẫn còn đang được quan tâm nghiên cứu [49]. c. Giá trị về mặt kinh tế Chè là cây công nghiệp dài ngày, trồng một lần cho thu hoạch nhiều năm, từ 30 đến 50 năm, mang lại thu nhập kinh tế hàng năm với năng suất, sản lượng tương đối ổn định. Chè có giá trị sử dụng và là hàng hóa có giá trị kinh tế góp phần xóa đói giảm nghèo, tạo nhiều việc làm cũng như thu nhập cho người lao động đặc biệt là các tỉnh trung du và miền núi, được coi là cây trồng mũi nhọn, một thế mạnh của chu vực trung du và miền núi. Hiện nay chè đã trở thành mặt hàng xuất khẩu có giá trị cao của Việt Nam [49]. Bên cạnh đó, cây chè còn có tác dụng phủ xanh đất trống, đồi trọc, chống xói mòn, bảo vệ đất, bảo vệ môi trường sinh thái.
9 d. Giá trị về văn hóa Chè là loại cây đã đi vào đời sống con người một cách sâu sắc, đậm đà. Uống chè đã trở thành một phong tục tập quán, là sở thích từ lâu đời của nhiều dân tộc trên thế giới. Cũng giống như nhiều nước châu Á và Đông Nam Á khác, ở Việt Nam tục uống chè đã có từ rất lâu đời, trở thành một nét văn hóa độc đáo chiếm vị trí quan trọng trong giao tiếp, lễ nghi… Thưởng thức chè còn tạo ra nguồn cảm hứng trong sáng tác nghệ thuật thơ ca, hội họa… 1.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀNGHIÊN CỨU CHÈ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.2.1. Tình hình sản xuất chè trên thế giới và Việt Nam 1.2.1.1. Tình hình sản xuất chè trên thế giới Chè là loại đồ uống phổ biến thứ hai trên thế giới với lịch sử trên 4000 năm. Đến nay, chè đã được trồng ở 58 quốc gia, phân bố ở khắp 5 Châu. Sản xuất chè toàn cầu tăng trưởng ổn định, diện tích trồng chè không ngừng tăng lên hàng năm, đến năm 2016, thế giới có 4.099.230ha chè, đạt sản lượng 5.954.091 tấn. Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng chè trên thế giới giai đoạn 2010 - 2016 Năm Diện tích (ha) Năng suất (Tạ/ha) Sản lượng (Tấn) 2010 3.145.178 14,637 4.603.515 2011 3.400.104 14,040 4.773.895 2012 3.504.972 14,364 5.034.637 2013 3.616.412 14,791 5.349.088 2014 3.799.831 14,636 5.561.339 2015 3.921.335 14,439 5.661.855 2016 4.099.230 14,525 5.954.091 Nguồn: http:// FAOSTAT.FAO.ORG (21/3/2018)
10 Bảng 1.2. Diện tích, năng suất, sản lượng chè của một số nước trên thế giới năm 2016. Nước Diện tích (ha) Năng suất (Tạ/ha) Sản lượng (Tấn) Trung Quốc 2.240.594 10,778 2.414.802 Ấn Độ 585.907 21,372 1.252.174 Kenya 218.500 21,648 473.000 Srilanka 231,628 15,081 349.308 Thổ Nhĩ Kỳ 76.361 31,823 243.000 Indonesia 117.268 12,281 144.015 Việt Nam 118.824 20,198 240.000 Nhật Bản 44.078 18,195 80.200 Iran 20.403 36,759 75.000 Argentina 37.720 23,757 89.609 Nguồn: http:// FAOSTAT.FAO.ORG (21/3/2018) Mặc dù có gần 60 quốc gia trồng chè trên thế giới, tuy nhiên sản xuất chè chỉ tập trung ở một số nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Kenya, Srilanka …. Số liệu thống kê tình hình diện tích, năng suất, sản lượng một số nước trồng chè trên thế giới năm 2016 cho thấy: Trung Quốc là quốc gia đứng đầu về diện tích đạt 2,240 triệu ha, chiếm 54,66% diện tích chè thế giới, sản lượng chè của Trung Quốc cũng đứng đầu thế giới với 2,414 triệu tấn. Tuy nhiên năng suất chè của Trung Quốc không cao, chỉ đạt 10,778 tạ/ha. Sau Trung là Ấn Độ với diện tích 585,9 nghìn ha, năng suất đạt 21,372 tạ/ha và là nước có sản lượng chè thứ 2 thê giới, đạt 1,2 triệu tấn. Trong khi đó, Iran là nước có năng suất chè cao nhất, đạt 36,759 tạ/ha; sản lượng 119,38 nghìn tấn, đứng thứ 10 thế giới về sản lượng.