Chương 1 TỎNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu khái quát về cây cao lương Cao lương (Sorghum bicolor L. Moench) là loại ngũ cốc chủ yếu, lớn thứ 5 trên thé giới về sản lượng và diện tích thu hoạch. Cao lương là cây lương thực chủ lực cho hàng triệu người ở vùng bán nhiệt đới của Châu Phi và Châu Á. Là một trong những cây lương thực quan trọng được trồng ở vùng đất biên của hơn 100 quốc gia (Nguyễn Mạnh Chinh và cs, 2017).
Hạt cao lương là một trong 5 loại hạt ngũ cốc quan trọng trên thế giới sau lúa gạo, ngô, lúa mì, lúa mạch, hạt cao lương giàu vi lượng hơn các loại ngũ cốc khác. Theo Viện nghiên cứu cây trồng quốc tế cho các vùng nhiệt đới bán khô hạn (ICRISAT) ở Ấn Độ được gọi là cây trồng “lý tưởng”. Nhu cầu sử dụng cây cao lương làm cỏ khô và nhiều mục đích khác đang tăng ở Chau A, một phần ở An Độ và Trung Quốc (Bantilan va cs, 2004). Khi sử dụng thân lá làm thức ăn cho gia súc thì cây cao lương có thé thu hoạch được 2- 5 lần/ vụ gieo trồng (Parnian và cs, 2013).
Hiện nay cây cao lương đang là cây trồng được ưu tiên nghiên cứu sản xuất ethanol cùng với các loại cây trồng khác: ngô, sắn, mía. Đặc điểm chung quan trọng của các loài cao lương là cây trồng có mùa vụ ngắn ngày, đòi hỏi ít nước và có thể phát triển ở vùng nhiệt đới bán khô hạn, nơi thường có nhiều người nghèo sinh sống (dẫn theo Phạm Thị Thủy, 2014).1 Nguồn gốc và phân bố 1.1 Nguồn gốc Theo Evelyn (1951) thì cao lương có nguồn gốc từ miền Trung Phi cách đây 7 nghìn năm, sau đó được phát triển ở Án Độ, Trung Quốc và được du nhập vào Mỹ, Châu Âu và Thái Bình Dương. Các dòng hoang dai của Sorghum bicolor subsp. Verticilliforum được cho là tổ tiên của cây cao lương trồng ngày nay (Harlan, 1972).
Từ điểm phát sinh cây cao lương được đưa đến các vùng khác thông qua tàu buôn: Đến Ấn Độ, Trung Quốc, Nam Á, Trung Đông, Châu Mỹ, Bắc và Nam Phi (Bantilan và cs, 2004).2 Phân bố Theo Bantilan va cs (2004), ngày nay, cây cao lương được phân bồ từ độ cao 2,200 m so với mực nước biển và từ 50°N ở Nga đến 40°S ở Argentina. Trong khi cải thiện giống chiếm ưu thế ở châu Mỹ, Trung Quốc và Australia, các phương pháp chọn lọc truyền thống ở châu Phi và một số quốc gia ở châu Á. Năm 2004, khoảng 75% vùng trồng cao lương ở Ấn Độ là các giống lai so với 1% ở năm 1960 1.2 Phân loại thực vật Theo Kimber (2000), có thể phân loại cây cao lương: cây cao lương thuộc giới Plantae, không phân hạng Angiosperms, bộ Poales, ho Poaceae, tộc Andropononeae, tộc phụ Sorghinae, chi Sorghum Moench, chi phụ Sorghum, loài: Sorghum bicolor, Sorghum halepense, Sorghum propinquim.3 Đặc điểm thực vật học Cao lương có chiều cao thay đồi từ 0,5 m đến 5 m, cũng có thé lên đến 6 m tùy thuộc vào từng giống và điều kiện sinh trưởng. Đa số cao lương là cao lương là cây hàng năm nhưng cũng có giống cây lâu năm, vậy nên thời gian sinh trưởng của các cây cao lương cũng khác nhau và tùy thuộc vào tổng tích ôn của từng giống trong từng điều kiện cụ thé.
Cao lương là thực vật C4 nên có khả năng quang hợp mạnh tốc độ sinh trưởng nhanh, cho sinh khối lớn (Madhusudhana và cs, 2015). Rễ có nhiều sợ được chia thành hệ thống rễ sơ cấp và thứ cấp. Phôi rễ hoặc rễ sơ cấp sẽ xuất hiện đầu tiên khi nảy mầm. Một số rễ như vậy phát triển, chúng không phân nhánh hoặc phân nhánh thưa thớt.
Rễ sơ cấp phát triển rất hạn chế, chức năng của chúng sẽ sớm được thay thé bởi rễ thứ cấp. Rễ thứ cấp sẽ phát triển từ các mắc đầu tiên sau đó phát triển thành hệ thống rễ rộng, rễ sơ cấp sau đó sẽ chết và rễ bên sẽ xuất hiện sau đó ở những mắc thấp hơn. Nhưng không có hiệu quả thực hiện chức năng trong quá trình hút nước và hấp thu chất dinh đưỡng (Madhusudhana và cs, 2015). Thân mọc thắng và được tạo thành bởi các hàng loạt các mắc lóng xen kẽ.
Phần thân rắn chắc với phần vỏ cứng và phần lõi mềm bên trong. Những bó mạch nằm rải rác khắp thân, nằm gần ở khu vực ngoại vi. Các bó mạch ở phần trung tâm của thân cây lớn hơn thân cây ở ngoại vi và các bó trung tâm này phân nhánh thành gân lá, trong khi các bó gân ngoại vi phân nhánh dé tạo thành gân lá nhỏ hơn ở phiến lá. Phần lõi có thé là ngọt hoặc nhạt, ngoại trừ nơi trổ cờ (Madhusudhana va cs, 2015).
Các lá có thể tập trung ở gần gốc hoặc phân bố không đều và xếp xen kẽ với nhau về phía đối diện với các gân lá song song. Lá gồm một bẹ và một phiến. Vỏ bọc được gắn vào mắc và bao quanh lóng. Các bẹ lá thường được bao phủ bởi một bông hoa sáp, góc gắn của lá vào thân khác nhau.
Phién lá dai hẹp và nhọn, phiến lá có thé thang hoặc uốn cong như vòng cung. Dau lá thậm chí có thé cong xuống, chiều dai và chiều rộng lá tuỳ thuộc vào từng giống. Gan giữa nổi rõ, màu xanh lục hoặc trang. Số lượng lá khác nhau tùy thuộc vào kiểu gen, trong các cây tốt thường sẽ có 14 — 17 lá, khí khong xuất hiện trên cả hai bề mặt của lá (Madhusudhana và cs, 2015).
Cụm hoa gồm nhiều hoa, hình dạng và màu sac hoa khác nhau ở các giống. Những cụm hoa cao lương bắt đầu nở rộ ngay khi mặt trời mọc và tiếp tục vào budi sáng sớm, nhưng có thể nở đến trưa trong điều kiện nhất định. Hoa ở những nhánh trên của chùy nở trước sau đó đến các nhánh ở giữa và cuối chùy. Mat khoảng 6 — 9 ngày hoa trên chùy nở hoàn toàn.
Các bao phan và nhuy day ra khi các mày mở. Các nuốm nhụy có thể tiếp nhận hạt phan trong 1 hoặc 2 ngày trước khi những hoa nở và vài ngày sau khi nở. Hạt cao lương được bao bọc bởi lớp mày, hình bầu dục hoặc tròn và có thể có màu đỏ hoặc trắng, vàng, nâu hoặc màu đỏ. Hạt cao lương gồm vỏ lụa, phôi và nội nhũ.4 Thành phần dinh dưỡng cây cao lương Thân, hạt, lá cây cao lương có rất nhiều các chất dinh dưỡng.
Đặc biệt hạt cao lương có hàm lượng tinh bột, protein, lipit cao thé hiện cu thé ở bang 1. 1 Giá trị đinh dưỡng hạt cao lương (% chất khô) so với một số cây lay hạt khác Loại hạt Tinh bot Protein Lipid Cellulose Tro Nước Lúa gạo 62,4 7,9 „2 99 5,7 IL9 Lua mi 63,8 16,8 2,0 2,0 1,8 13,6 Ngô 69,2 10,6 4,3 2,0 1,4 125 Cao luong 71,7 12.7 3,2 1,5 1,6 9,9 Ké 59,0 11,3 3,8 so 3,6 13,0 (Nguyễn Văn Tuất 2010, Hoàng Kim, 2010) Cây cao lương chứa hơn 70% tinh bột đứng thứ hai là protein hơn 12%, là một nguồn năng lượng tốt. Ở những bộ phận khác nhau cây cao lương (thân, hạt, lá) có hàm lượng các chất dinh dưỡng khác nhau. Hạt cao lương có hàm lượng tinh bột, protein, lipit cao, cellulose, nước thấp.
Trong thành phần dinh dưỡng của cao lương bao gồm một số khoáng chất, các thành phần dinh dưỡng phân bố không đều và tập trung hơn trong mầm và hạt giống. Trong bột cao lương xay, khoáng chất như photpho, kẽm, sắt, đồng giảm. Điều quan trọng là xử lý và chuẩn bị cao lương đúng cach dé cải thiện giá trị dinh đưỡng của cao lương. Cây cao lương chứa một lượng lớn vitamin B phức tạp.
Một số giống cao lương có chứa B-caroten có thé chuyên đôi thành Vitamin A của cơ thé con người, do tinh chất quang của caroten và biến đổi do các yêu tố môi trường một số vitamin tan trong chất béo cụ thé là D, E và K cũng đã được tìm thấy trong hạt cao lương nhưng với lượng rất ít (dẫn theo Nguyễn Văn Tuất, 2010) 1.5 Vị trí kinh tế cây cao lương Cao lương là một trong năm cây ngũ cốc quan trọng trên thé giới và là khẩu phan ăn chính của hơn 500 triệu người ở hơn 30 nước. Hiện nay có hàng triệu người ở An Độ, Châu Phi, Châu Mỹ La Tỉnh sử dụng cao lương như một loại lương thực chính trong bữa ăn hằng ngày. Nhưng hiện nay trên thé giới cao lương chủ yếu được dùng làm thức ăn cho gia súc, co khô và sirô cao lương (làm từ các giông có hàm lượng đường cao như ở mía), cũng như dé sản xuất một vài loại đồ uống chứa cồn (Dan và Woody, 2001). Cao lương có tỉ lệ protein cao hơn ngô, chất béo thấp hơn ngô, không có caroten như ngô, có năng suất thân, lá, hạt cao nên có thể sử dụng làm thức ăn chăn nuôi.
Tiềm năng năng suất cao lương có thé đạt 16 tan hạt/ha. Hat cao lương có hàm lượng các chất sắt (> 70 ppm), kẽm (> 50 ppm) và được xem như là một cách dé giảm suy dinh dưỡng vi lượng trên toàn cầu. Thân cao lương có hàm lượng đường cao 16 đến 23° brix, là nguồn nguyên liệu tôt đê sản xuât ethanol nhiên liệu. Cây cao lương có nhiều mục đích sử dụng như là cây trồng làm thức ăn chính cho hàng triệu người vùng nhiệt đới bán khô hạn của Châu Phi và Châu Á.
Hạt cao lương được dùng làm thức ăn cho động vật ở Thái Lan, Australia. Ở Châu Phi, thân cao lương được dùng làm nhiên liệu. Cây cao lương cũng được trồng làm cỏ tươi. Đối với loài cao lương còn được sử dung làm sirô.
Hạt cao lương được dùng làm bánh mì, bánh ngọt, bột, đường, sirô, cồn, bia và sản xuất men. Nhu cầu đối với cây cao lương làm cỏ khô và nhiều mục đích khác đang tăng ở Châu A, một phần ở An Độ và Trung Quốc (Bantilan và cs, 2004). Theo William Dar (2007), cao lương sử dụng làm nhiên liệu sản xuất ethanol có lợi hơn so với sử dụng cây mía, cây bắp bởi vì cây cao lương sử dụng nước bằng 1/5 so với bắp và 1/8 so với mía và giá canh tác của cao lương bằng 1/5 so với mía hạt cao lương có thé dùng làm bánh mì, bánh ngọt. Dịch thân cây cao lương ngọt dùng làm sirô, đường thô, ethanol nhiên liệu pha trộn, sử dụng trong công nghiệp như dùng làm thức ăn cồn uống được bia nhẹ, mạch nha, tinh bột.2 Hiện trạng sản suất, tiêu thụ cao lương trên thế giới và Việt Nam 1.1 Hiện trạng sản xuắt, tiêu thụ cao lương trên thé giới Bảng 1.