Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về cây diêm mạch 1. Nguồn gốc và phân bố cây diêm mạch Cây diêm mạch (Chenopodium quinoa Willd.) còn được gọi với nhiều tên khác nhau như quinoa, quinua hoặc kinwa. Cùng với ngô và khoai tây, diêm mạch được xem là một trong ba loại lương thực của nền văn minh Inca.
Một số khai quật về khảo cổ đã chứng minh rằng diêm mạch có nguồn gốc ở vùng núi Andes, xung quanh khu vực hồ Titicaca ở Peru và Bolivia, được trồng và sử dụng bởi nền văn minh tiền Columbia. Người ta đã phát hiện di vật hóa thạch của cây và hạt diêm mạch tại vùng Ayacucho, gần hồ Titicaca thuộc Peru. Những di vật này được xác định có niên đại 5000 năm trước công nguyên. Tại Chinchorro, một tỉnh thuộc nước cộng hòa Chile, di vật hóa thạch của cây diêm mạch cũng đã được tìm thấy và xác định có niên đại 3000 năm trước công nguyên [14].
Diêm mạch là một trong những cây trồng lâu đời nhất ở vùng đất Andes, với xấp xỉ 7000 năm trồng trọt. Nó được xem là “hạt vàng” bởi giá trị dinh dưỡng, chữa bệnh và giá trị tâm linh của nó. Trong ngôn ngữ Inca, quinoa có nghĩa là “mẹ của các loại hạt”, là nguồn lương thực chính của những người sống trên các cao nguyên và các thung lũng của Peru, Bolivia, Ecuado và Chile. Từ thế kỷ thứ 15, 16 khi người Tây Ban Nha phát hiện và xâm chiếm Châu Mỹ, khai khẩn đất đai, lập đồn điền… diêm mạch đã trở thành một cây trồng quan trọng, được gieo trồng ở hầu khắp các nước Nam Mỹ và là cây lương thực chủ yếu của các bộ tộc da đỏ Inca, Maya…sống ở đây [10], [24].
Diêm mạch có khu vực địa lý phân bố rộng từ vĩ độ 5o Bắc ở Nam Colombia đến vĩ độ 43o Nam của Chile, và có thể phân bố ở các vùng đất thấp của Chile cho đến độ cao 4000 m ở Altiplano của Peru và Bolivia [27]. Viện nghiên cứu khả năng phát triển trên đất đai của Nam Mỹ đã phân loại diêm mạch dựa vào vị trí địa lý, theo đó các giống diêm mạch gieo trồng tại Nam Mỹ được chia thành 5 nhóm giống cơ bản sau: 5 + Nhóm diêm mạch Altiplano: Nhiều giống trong nhóm này hiện được gieo trồng tại nhiều nước Nam Mỹ như Peru, Bolivia, Colombia…Nhóm này có xuất xứ xung quanh hồ Titicaca, trên độ cao 4000 m so với mực nước biển. Khi thu hoạch cây cao từ 0,5-1,5 m, hầu hết các giống trong nhóm đều có thân thẳng, ít phân nhánh, có thời gian sinh trưởng từ 120-210 ngày và dễ nhiễm các bệnh do nấm mốc gây nên. + Nhóm diêm mạch Salar: Nhóm này gồm các giống diêm mạch được gieo trồng tại phía nam Altiplano thuộc Bolivia và phát triển trên nền đất kiềm (pH ≥ 8), có khả năng chịu hạn và chịu mặn tốt.
Cây diêm mạch thuộc nhóm này được gieo trồng từ độ cao 3700-3800 m so với mực nước biển. Nhóm diêm mạch Salar có nhiều khả năng có nguồn gốc từ nhóm diêm mạch Altiplano. Hầu hết các giống có kích thước hạt lớn (đường kính > 2,2 mm), vỏ dày, màu đen, có hàm lượng saponin trong hạt cao. Hạt của nhóm này được mệnh danh là “Royal Quinoa - Hạt diêm mạch Hoàng gia”.
+ Nhóm giống diêm mạch thung lũng: Bao gồm tất cả các giống diêm mạch được gieo trồng trong các thung lũng ở vùng Andes. Các giống trong nhóm này được gieo trồng ở độ cao từ 2500-3500 m so với mực nước biển, phổ biến được trồng tại các thung lũng vùng núi thuộc trung tâm và phía bắc Peru. Đặc trưng của các giống diêm mạch trong nhóm này là chiều cao, khi thu hoạch, cây có thể đạt chiều cao từ 2-3 m, thân phân nhánh nhiều, chùm hoa lỏng lẻo. Thời gian sinh trưởng dài từ 210-220 ngày và có khả năng chống lại nấm mốc (Peronospora farinosa).
+ Nhóm diêm mạch cận nhiệt đới: Là giống diêm mạch thích nghi với điều kiện khí hậu vùng Yungas (cận nhiệt đới) thuộc Bolivia, phát triển ở độ cao 1500-2000 m so với mực nước biển. Đặc trưng của các giống trong nhóm này là khả năng phân nhánh mạnh, chiều cao khi thu hoạch có thể đạt 2,2 m. Cây màu xanh, khi chín toàn bộ cây và chùm bông chuyển sang màu vàng cam, hạt nhỏ. 6 + Nhóm diêm mạch ven biển: Nhóm diêm mạch này phổ biến ở vùng ven biển Nam Chile.
Phân bố xung quanh vĩ độ 36o Nam và phát triển ở độ cao dưới 500 m so với mực nước biển. Khả năng sinh trưởng mạnh, chiều cao đạt khoản 1m đến 1,4 m, sinh trưởng theo nhánh, hạt bé, màu kem, hàm lượng saponin trong hạt cao. Một số trong nhóm này đã được sưu tập và gieo trồng tại Cambridge – Anh, khi thu hoạch có chiều cao khoảng 2 m [20], [28]. Vị trí phân loại của cây diêm mạch Theo phân loại của ITIS (Integrated Taxonomic Information System) (2011) [35], vị trí của diêm mạch trong hệ thống phân loại như sau: - Kingdom: Plantae - Subdivision: Spermatophytina - Class: Magnoliopsida - Superorder: Caryophyllanae - Order: Caryophyllales - Family: Amaranthaceae - Genus: Chenopodium L.
- Species: Chenopodium quinoa Willd. Diêm mạch được coi là một loài đơn lẻ trong họ Dền (Amaranthaceae), là thực vật 2 lá mầm nhưng hạt của chúng có chức năng và thành phần giống với ngũ cốc như lúa mì, gạo, lúa mạch, ngô là những loài cây một lá mầm. Tuy nhiên cấu trúc hạt diêm mạch có sự khác biệt đáng kể so với các loại ngũ cốc [13], vì vậy mà diêm mạch đã được phân loại là một loại cây giả ngũ cốc (pseudocereal crop). Người ta cho rằng tổ tiên gần nhất của diêm mạch có thể bắt nguồn từ một loài duy nhất là C., phân bố rộng rãi ở Bắc Mỹ, hoặc có nguồn gốc đa loài bao gồm C., và các loài tứ bội, C.
hircinum Schard hoặc C. Melanospermum phát triển ở Nam bán cầu. Tất cả các loài này đều có nguồn gốc từ khu vực Andes [19]. Theo Wilson (1990) [10], có hơn 250 loài đã được tìm thấy trong chi Chenopodium.
Một số loài thuộc chi Chenopodium được trồng phổ biến với các mục đích kinh tế quan trọng là: + Chenopodium quinua (2n = 36) được trồng để lấy hạt và hạt được sử dụng như một dạng ngũ cốc. + Chenopodium pallidicaule (2n = 18) và Chenopodium berlandieri (2n = 36) được trồng để sử dụng như một loại rau và hạt. + Chenopodium album (2n = 18, 36, 54) được trồng chủ yếu để làm cây rau và làm thức ăn cho gia súc. + Một số các loài từ dãy Himalayas (C.
quinua) được trồng để lấy hạt và lá [14]. Đặc điểm thực vật học của cây diêm mạch Diêm mạch là cây trồng hàng năm, cây thân thảo thuộc lớp hai lá mầm, mọc thành bụi rộng, thường có lớp lông bụi mịn bao phủ. Chiều cao từ 0,2-3,0 m; thân chính có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh tùy thuộc vào loại giống, mật độ, cách trồng và các điều kiện sinh thái nơi mà nó được trồng. Tùy theo từng giống mà cây có màu sắc khác nhau, trước khi ra hoa màu sắc của cây thay đổi giữa màu xanh lá cây, màu tím pha trộn và đỏ.
Khi trưởng thành, màu sắc cây biểu hiện một số màu trung gian giữa trắng, kem, vàng, cam, hồng, đỏ, tím, nâu và đen. Mật độ bông hoa khác nhau giữa đặc, rời và trung gian. Màu sắc của hạt thay đổi giữa trắng, kem, vàng, cam, hồng, đỏ, tím, nâu, đen. Chu kỳ sinh dưỡng thay đổi từ 110 đến 210 ngày [28].
Diêm mạch tăng trưởng chậm ở 30 ngày đầu tiên và sau đó tăng trưởng mạnh đến khi thu hoạch [17]. - Rễ: Rễ cây diêm mạch là rễ cọc, phân nhánh mạnh thành nhiều cấp. Độ ăn sâu của rễ phụ thuộc vào loại đất trồng, mùa vụ và tỷ lệ thuận với chiều cao của cây. Các giống có chiều cao cây từ 1,7-2 m rễ có thể ăn sâu 1,2-1,5 m.
8 - Thân: Diêm mạch là cây thân thảo, mềm, trương nước khi còn non, lúc chín rỗng ruột, khô và xốp. Thân do nhiều đốt hợp thành, phần gốc có hình tròn, có góc cạnh ở những nơi có lá và nhánh xuất hiện. Tùy thuộc vào giống, mật độ trồng và môi trường mà số nhánh trên thân, chiều dài thân khác nhau (từ 0,5 - 2 m). Thân có chứa chất lignine nên có nhiều màu sắc: Xanh, đỏ, vàng, hồng… hoặc màu xanh với nhiều sọc có màu khác nhau, khi chín thân có màu vàng nhạt hoặc màu đỏ ở một số giống.
- Lá: Lá đơn, mọc cách, có nhiều hình dạng khác nhau, các lá ở bên dưới thường có dạng hình thoi hoặc hình tam giác, trong khi các lá phía trên xung quanh bông thì lại có dạng hình mũi mác. Đa số lá có màu xanh, một số giống có màu tía hoặc màu hồng tía,… Trên bề mặt lá non có lớp lông tơ bao phủ hoặc không tùy thuộc vào giống, khi chín lá chuyển sang màu vàng, đỏ hoặc hồng. Lá của diêm mạch thường có từ 3 đến 20 răng cưa ở mép lá, số răng cưa trên phiến lá phụ thuộc vào đặc tính của từng giống. Phiến lá mỏng, trên bề mặt có hệ thống gân lá nối liền với cuống, hệ thống gân lá có nhiều hình dạng.
Cuống lá dài và hẹp, nối liền phần phiến và thân, lá mọc từ thân có cuống dài hơn lá mọc từ nhánh. - Hoa: Hoa diêm mạch là hoa lưỡng tính, trên bông có cả hoa đực và hoa cái, tỷ lệ hoa đực và hoa cái phụ thuộc vào giống. Cụm hoa có dạng hình chùy, trên trục chính có nhiều trục cấp 1, trên trục cấp 1 có nhiều trục cấp 2 mang hoa. Chiều dài bông dài từ 15-70 cm tùy thuộc vào giống, môi trường và thời vụ gieo trồng.
Hoa không có cuống, màu sắc giống với đài hoa. Cấu tạo của hoa gồm 5 nhị ngắn để giữ bao phấn bao quanh nhụy [31]. Hoa có thể nở trong 1 thời gian dài từ 5 đến 7 ngày. Vì các hoa trên chùm bông không nở cùng lúc nên thời gian ra hoa của cây dao động từ 12 đến 15 ngày.
- Ha ̣t: Hạt có thể hình nón, hình trụ, hình elip. Đường kính hạt từ 1,8-2,6 mm. Hạt có cấu tạo ngoài cùng là lớp vỏ, vỏ hạt có thể màu trắng, vàng, hồng, đỏ, đen… Trong vỏ là ngoại nhũ, có màu trắng, nâu, nâu đen. Phôi chứa 60% ngoại nhũ và 40% nội nhũ về mặt khối lượng.
Vỏ hạt và phần ngoại nhũ có chứa saponin gây đắng vì thế có thể ngăn cản côn trùng, chim, thú ăn hạt. Saponin chủ yếu nằm ở vỏ 9 nên rất dễ loại bỏ bằng cách ngâm hạt và đãi sạch vỏ trước khi nấu ăn hoặc chế biến [6], [10], [15], [14].