Chương 1 TONG QUAN TAI LIEU 1. Giới thiệu sơ lược về cây cao su ở Việt Nam Cây cao su, Hevea brasiliensis Muell., là loài cây có giá trị kinh tế trong 10 loài thuộc chi Hevea, có nguồn gốc ở vùng lưu vực sông Amazon (Nam Mỹ). Trong số những loài cây thuộc chỉ Hevea, Hevea brasiliensis là loài duy nhất được canh tác trên quy mô lớn, thích hợp khai thác theo lối công nghiệp, cung cấp khoảng 95 - 97% cao su thiên nhiên trên thế giới (Nguyễn Hữu Trí, 2004). Cây cao su được trồng lần đầu tiên tại vườn thực vật Kew (Anh) bởi Wickham vào năm 1876 và sau đó được nhân giống dé trồng khắp thé giới (Nguyễn Thị Huệ, 2006).
Trong tự nhiên cây cao su thích hợp với khí hậu vùng nhiệt đới ở miền Bắc Nam Mỹ, Brazil; Trung Mỹ; Châu Phi từ Maroc đến Madagasca; Châu Á tại Srilanka, miền Nam An Độ, Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Malaysia và Indonesia. Theo VRA (2022), diện tích trồng cao su trong nước năm 2022 được 929.500 ha với sản lượng khoảng 1.000 tan mủ cao su, đạt kim ngạch xuất khâu 10,4 tỷ đô la Mỹ. Trong đó, hơn phân nửa sản lượng từ các Công ty cao su có diện tích cao su tập trung, quy mô lớn. Cau tạo giải phẫu vỏ và hệ thống mạch mủ Đối với cây cao su, việc thu hoạch mủ bằng cách cắt đi 1 lớp vỏ mỏng trên thân cây, chính vi vậy việc hiểu rõ cấu tạo giải phau vỏ và hệ thống mach mủ giúp chúng ta có cách nhìn tổng quan về việc thu hoạch mủ.
Cấu tạo giải phẫu vỏ Cắt ngang qua thân cây, có thé phân biệt được 3 phan rõ rệt: phan trong cùng là gỗ kế đến là lớp tượng tang và ngoài cùng là lớp vỏ (Hình 1). Lớp vỏ nguyên sinh gồm ba lớp đồng tâm là lớp vỏ mềm, lớp vỏ cứng và lớp biểu bì như minh họa trên Hình 1 (De Fay và ctv, 1989). Lớp vỏ mềm: Nằm gần tượng tầng có nhiều ống rây hình trụ và các tế bào nhu mô libe luân phiên với các mạch nhỏ hơn. Các ống libe liên quan đến việc vận chuyển nhựa luyện (sản phẩm quang hợp) từ tán lá xuống để nuôi thân và rễ cây.
Chức năng chính của chúng là vận chuyển các vật liệu tổng hợp. Các mạch mủ chứa mủ cao su, giữa các mạch này được kết nối với nhau qua hệ thống tia mạch nằm ngang xuất phát từ tượng tầng và chạy ra ngoài. Tại đây, số lượng mạch mủ rất nhiều cho nên khi cạo ở lớp vỏ này sẽ thu hoạch nhiều mủ (đây là phần cung cấp sản lượng chính). Lớp vỏ cứng: Gồm hai phan rõ rệt, lớp bên ngoài được gọi là da cát thô, lớp bên trong được gọi là da cát nhuyễn.
Lớp da cát thô là lớp vỏ cứng bên ngoài có chứa ống ray va mạch mủ, nhưng cả hai ống nay bi bién dang hoặc không còn hoạt động. Khi càng xa tượng tầng, các tế bào nhu mô đã bị biến dạng thành tế bào đá. Da cát nhuyễn có ít tế bào đá, số lượng mạch mủ nhiều hơn, hình thành số mạch mủ khá đều, không có hiện tượng méo mó và đứt quãng nên sản lượng vùng này khá. Lớp biểu bì: Là lớp vỏ ngoài cùng cứng gồm các tế bào đã hóa ban.
Tang này day 1/2 đến 1/3 bề day vỏ gồm những tế bào khô, cứng, st si, nứt nẻ bong ra. Chức năng bảo vệ phân vỏ mêm bên trong. Tượng tầng Mạch Mạng lưới libe Mạch ngang Mạch ngang Hình 1. Cấu tạo vỏ cây cao su cắt dọc (De Fay va ctv, 1989) 1.
Hệ thống mạch mủ Mạch mủ được xếp thành những vòng đồng tâm vì chúng được biệt hóa từ tượng tầng theo những khoảng thời gian nhất định, thường thì 1,5 - 2,5 vòng trong một năm. Ở mỗi vòng, từng mạch riêng rẽ gan sát nhau và giữa chúng có các chỗ kết nối chúng với nhau thành mạng. Điều nảy rất tiện cho việc khai thác mủ vì khi ta cắt ngang một mạch mủ nào đó thì những mạch mủ kế cận cũng được tác động nằm trong mạng lưới. Khi cây lớn lên cùng với sự gia tăng vanh đã day các vòng nay ra phía ngoài, dần dần các vòng bị đứt khúc và mat chức năng hoạt động (Hình 1.
Số lượng vòng mạch mủ tăng dần từ cao xuống thấp (hiện tượng này chỉ đúng cho những cây trồng hạt), đối với cây ghép hiện tượng này không phù hợp. Sự chênh lệch số lượng mạch mu trong cây thực sinh trên độ cao 0,5 - 1 m là 50%. Đối với cây ghép sự chênh lệch tỷ lệ này chỉ diễn biến từ 10 đến 15%. Theo De Jonge (1919), hệ thống mạch mủ trong thân cây không theo chiều thắng đứng mà chúng được xếp nghiêng từ phải thấp dan qua trái so với phướng thang đứng khoảng 3,79.
Do vậy, thiết kế miệng cạo thường dốc theo chiều cao bên trái xuống thấp bên phải ở một góc khoảng 320, với thiết kế miệng cạo như vậy có khả năng cắt nhiều vòng mạch mủ hơn. Độ dày vỏ nguyên sinh và số vòng mạch mủ gia tăng theo tuổi cây (Bang 1. Số vòng mạch mủ tùy thuộc vao dòng vô tính, nhưng sự biệt hóa chúng từ tượng tầng cũng tùy thuộc vào tốc độ sinh trưởng của cây mà yếu tố này bị ảnh hưởng bởi mật độ trồng, tình trạng dinh dưỡng, chăm sóc cây và dòng vô tính. Gomez và ctv (1972) tìm thay trung bình có 25,6 vòng trong 112 dòng vô tính nghiên cứu.
Trước đó, Bryce và Gadd (1923) báo cáo có khoảng 11,5 vòng trên cây thực sinh ở độ cao 60 cm. Ở cây thực sinh, độ dày vỏ và số vòng mach mủ giảm theo sự tăng độ cao của thân hình nón. Sự phân bồ số lượng mạch mủ cũng khác nhau ở các độ tuổi khác nhau. Ở cây non, các vòng liên tiếp gần với nhau hơn và nằm cạnh tượng tầng.
Gomez (1972) cho biết có khoảng 40% số vòng mach mủ tập trung ở khoảng 1 mm cách tượng tầng. Khi cây lớn lên, số vòng mạch mủ gần tượng tầng giảm đi và có khoảng 75% sô vòng mạch mủ được tìm thấy trong vòng 5 mm cách tượng tầng. Chính vì sự phân bố vòng mạch mủ của cây tơ và cây lớn trưởng thành đã giúp giải thích sản lượng kém của cây còn nhỏ tuổi. Cùng tác giả trên cho thấy cạo cây tơ còn chừa khoảng 40 % số vòng mạch mủ chưa cạo, trong khi ở cây trưởng thành chỉ còn chừa khoảng 8% - 13%.
Mật độ này thay đôi theo dòng vô tính, nhưng càng gần tượng tang thì mật độ mạch mủ cao hơn. Ty lệ (%) số vòng mạch mủ ở các tuổi cây khác nhau Cách tượng x 5 nam (%) 5-10 10- 15 225 tang (mm) 1 30,7 33,0 27,0 15,3 2 35,1 25,0 26,0 14,9 3 19,6 19,0 18,2 15,1 4 11,6 11,0 13,2 16,8 5 - 7,0 8,5 13,3 6 - 3,1 5,0 8,9 vị - 0,4 2. Sự hình thành mủ cao su Cao su là một đại phân tử được tạo thành bởi các chuỗi gồm năm đơn vị carbon (CsHs), có thé tới 10.000 đơn vị nay trong cao su (Audley và Archer, 1988). Cau trúc cao su cho thấy liên kết isoprene chủ yếu ở dạng cis, còn ở dạng trans chỉ khoảng 0,2% - điều này tạo ra những liên kết geranyl - geranyl đầu tiên trong chuỗi polyisoprene.
Theo Kekwick (1989) trọng lượng phân tử trung bình (Mn) từ 200.000 và có thể đạt tới 1. Mối liên kết ban đầu được tạo ra tại chỗ trong hoạt động sinh hóa là isoprene enyl pyrophosphate (IPP) (Lynen,1969). Nhiều nghiên cứu cho rang acetate là tiền chất đơn giản nhất của IPP (Bandurski va Teas, 1957; d’Auzac, 1984). Trong cây cao su phân tử acetate chủ yếu được tạo ra qua con đường chuyền hóa đường (Jacob và ctv, 1989; Tupy, 1973).
Bealing (1976), đã đưa ra giả thuyết rằng cyclitols có thé là nguồn được tìm thay khá nhiều trong mu. Tuy nhiên, theo Jacob va ctv (1986), đường được tạo ra bởi quá trình quang hợp và được mạch libe chuyền tới mạch mủ là tiền chất chính của acetate và tiép theo đó là của cao su. Như vậy, quá trình tổng hợp chất cis-polyisoprene có thể được chia thành 2 pha riêng biệt như sau: + Pha đầu tiên là sự chuyên hóa đường thành acetate; đồng thời cung cấp năng lượng dé tạo ra ATP và tạo ra năng lượng khử NAD(P)H. + Pha thứ hai là quá trình tự tổng hợp isoprene; can ATP dé tạo thành năng lượng khử NAD(P)H và acetate hoặc acetyl CoA dé có thé sản xuất ra IPP (Jacob va ctv, 1986).
Malic acid SSE Citric acid TP REEH ` NAD‘. CoA NADH 2 NADP 3 AOP Oxoloacetic acid 2 NADPH 3ATP co? ee co2 Acetyl - CoA CoA N,AD(P)H N—— a 7a ATP ` yn SUCROSE PEP — ]— Pyruvate ——————————~— Acetic acid ATP N ADN Acetaldehyde NAOt CO2 E NADH Lectic ocid NAD* Ethanol Hình 1. Sơ đồ tổng quan sự hình thành cao su (Jacob và ctv, 1989) 1. Thành phần mủ cao su và sự đông mủ cao su Thành phần chính trong mủ cao su (latex) gồm hạt cao su (30 — 45%), hạt lutoid (10 — 20%) và hạt Frey-Wyssling chiếm tỷ lệ từ 1 — 2% (d’Auzac, 1989).
Ngoài ra, còn có chứa các hop chat hữu cơ và vô cơ như K, Mg, P, Ca, Fe va Mn. Hạt cao su có kích thước từ 50 A° (Angstrom) cho đến 30.000 A° và có hình cầu lúc cây tơ, hình quả lê khi cây trưởng thành. Một hạt cao su có kích thước trung bình khoảng 1.000 A° chứa hàng trăm phân tử hydrocarbon, được bao bọc một màng protein va lipid. Protein này mang điện tích âm và các hat cao su có mang điện cùng dấu nên day nhau, vì vậy chúng tạo thành môi trường phân tán ôn định trong mạch mủ.
Hạt lutoid có đường kính lớn hon hạt cao su (2 — 5 im) và được bao bọc bởi lớp màng dày khoảng 80 A°. Hạt lutoid có chức năng như một không bảo, bên trong có chứa các cation, acid hữu co, protein mang điện tích dương. Mang hạt lutoid kém bền vững khi ra khỏi môi trường nội bào và bị vỡ ra, kết quả là các thành phần mang điện tích đương bên trong bị giải phóng và trung hòa với điện tích âm trên bề mặt hạt cao su dưới tác dụng do nhiều yếu tô khác nhau. Những hạt cao su kết đính lại thành các hạt nhỏ (microfloculats), những hạt nhỏ tiếp tục liên kết với nhau dan dan tạo thành “nut” ở ngay đầu mạch mủ bị cắt và bịt lại hoản toàn làm dòng chảy ngưng lại.
Hạt lutoid bị hỏng Hạt cao su Hình 1. Sự đông mủ cao su sau khi cao do mang hạt lutoid vở (d’Auzac va ctv, 1989) 1. Cơ chế chảy và ngưng chảy mủ cao su 1.