KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHÍN TRÁI Ở CÂY CÀ PHÊ CHÈ ( Coffea arabica L.)

Header Page 1 of 114.

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
Footer Page 1 of 114.


Header Page 2 of 114.

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
Footer Page 2 of 114.


Header Page 3 of 114.

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

Footer Page 3 of 114.

Header Page 4 of 114.

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.

Footer Page 4 of 114.


Header Page 5 of 114.

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

Footer Page 5 of 114.

Header Page 6 of 114.

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

Footer Page 6 of 114.

Header Page 7 of 114.

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu
ABA
BA

Chú giải
Abscisic acid
Benzyl adenine

et al.

et (“and”) and al.(“others”)

GA

Gibberellic acid

IAA

Indol - 3-acetic acid

NAA

Naphthalene aceticacid

Rf

Tp.HCM

“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.
Thành phố Hồ Chí Minh

UV

Ultraviolet radiation

v/v

Thể tích/thể tích

Footer Page 7 of 114.


Header Page 8 of 114.

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

Footer Page 8 of 114.


Header Page 9 of 114.

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

Footer Page 9 of 114.


Header Page 10 of 114.

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 GA 3 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

Footer Page 10 of 114.


1

Header Page 11 of 114.

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.

Footer Page 11 of 114.


Header Page 12 of 114.

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.

Footer Page 12 of 114.


3

Header Page 13 of 114.

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

Phôi tâm
(2n)

Noãn cầu
1 (n)

Thụ tinh

Vỏ trái

Túi phôi

Vỏ hạt

Ngoại nhũ
(2n)

Phôi
(2n)

Nhân phụ 2
(n)

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:

Footer Page 13 of 114.


Header Page 14 of 114.

-

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
Footer Page 14 of 114.


Header Page 15 of 114.

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 CO 2 .
 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.

Footer Page 15 of 114.

6

Header Page 16 of 114.

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.

Footer Page 16 of 114.


Header Page 17 of 114.

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 + 9O 2  4 glucose + 12 H 2 O + 24 CO 2 (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

Footer Page 17 of 114.


Header Page 18 of 114.

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

Footer Page 18 of 114.

Header Page 19 of 114.

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:

Footer Page 19 of 114.


Header Page 20 of 114.

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

Footer Page 20 of 114.


Header Page 21 of 114.

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).

Footer Page 21 of 114.


Header Page 22 of 114.

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).

Footer Page 22 of 114.


Header Page 23 of 114.

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

Footer Page 23 of 114.


Header Page 24 of 114.

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).

Footer Page 24 of 114.


15

Header Page 25 of 114.

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- CH 2 - CH 2 - PO 3 H 2 + OH-  CH 2 = CH 2 + Cl- + H 3 PO 4
CO 2 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 :
Lớp :

Ngọc lan (Magnoliophyta)
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,

Footer Page 25 of 114.