Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về cây Gai xanh 1. Đặc điểm thực vật học của cây Gai xanh Cây Gai xanh (Boehmeria nivea L. Gaud) tên tiếng Anh là Green Ramie, Chinese grass, thuộc họ Gai xanh (Urticaceae), là loại cây song tử diệp, đâm chồi lưu niên, cao 0,9 - 2,1m, cây lưỡng tính, thụ phấn nhờ gió.
Là loài lưỡng bội với 2n=14 (Balakrishna Gowda, 2010). Toàn bộ cây Gai xanh gồm có 2 phần liên quan mật thiết: bộ phận khí sinh và bộ phận địa sinh. Bộ phận khí sinh gồm có các thân khí sinh, cành, lá, hoa, quả; bộ phận địa sinh gồm có các loại thân ngầm và các loại rễ (Trung tâm tiền sử Đông Nam Á, 2003). Thân khí sinh từ các loại thân ngầm từ dưới đất đâm lên, có thể cao đến 3m, đường kính gốc 10 - 20mm, phía ngọn thót lại nhiều ít tùy giống.
Thân Gai xanh thường được phủ bằng những lông nhỏ không dễ thấy, không có cành nhánh hoặc có rất ít. Mỗi gốc Gai xanh thường có từ 10 đến 50 thân khí sinh, tùy giống, tùy tuổi và tùy điều kiện sinh sống. Khi cây còn nhỏ thân có màu xanh, khi già thì chuyển sang màu nâu. Lá Gai xanh hình tim, mọc cách trên thân, mặt trên lá màu xanh, mặt dưới có nhiều lông tơ trắng.
Phiến lá thường dài 10 - 18cm, rộng 9 - 16cm hình thon hay quả tim, mũi nhọn, thường có 3 - 5 gân chính tùy chủng, từ gân chính đâm ra rất nhiều gân con thành hình lưới, gân nổi gồ lên về phía mặt dưới lá. Lá có cuống dài (5 - 13cm) và có lá kèm. Lá kèm có hình trứng với một đầu nhọn. Hoa Gai xanh mọc thành cụm ở trên ngọn, thuộc loại hoa đơn tính đồng chu, với 5 đài hoa và không có cánh hoa.
Cấu tạo hoa cây Gai xanh gồm một tế bào, một bầu nhụy, một vòi nhụy nhỏ có lông ở một bên. Hoa đực mọc ở phần dưới thấp, có 5 nhị hoa và 1 bầu nhụy non. Hoa cái ra sau nên ở phía trên, ở đoạn thân hoa đực và hoa cái tiếp giáp nhau thì mọc lẫn lộn. Đầu tiên, hoa đực nở và nhờ gió thụ phấn.
Sau đó hoa phát triển thành quả có rất nhiều hạt nhỏ. Quả Gai xanh thuộc loại quả khô, có 2 tâm bi làm thành 1 ngăn chứa 1 hạt, khi chín thì quả màu nâu nhạt. Hạt được tạo thành với số lượng lớn. Hạt Gai xanh màu nâu đậm, hình thuẫn dẹp, dài 5 0,7mm, rộng 0,6mm, có phôi nhũ chứa dầu.
Hạt có kích thước rất nhỏ, 1g hạt có khoảng 7000 hạt (Tara Sen và H. Thân ngầm của Gai xanh giống như rễ, do đó thường gọi là “rễ”. Những thân ngầm này lúc đầu đâm ngang, rồi sau đâm xiên lên khỏi mặt đất thành thân khí sinh. Thực tế, thân ngầm khác rễ ở chỗ có nhiều đốt, mỗi đốt lại có mầm ngủ mọc lên thành thân khí sinh.
Những thân ngầm này cắt thành đoạn đem trồng thì thành những cá thể mới. Gai xanh trồng bằng thân ngầm hay bằng hom thân, thì đầu tiên trên đó phát triển loại rễ bất định và rễ hom lụi dần đi. Gai xanh trồng bằng hạt thì thời kỳ cây con cũng có rễ cái và rễ con nhưng về sau lụi đi và chỉ phát sinh rễ bất định trên thân khí sinh và thân ngầm. Đặc biệt, cây Gai xanh có loại rễ rất phát triển, phình to lên, và chứa nhiều chất dự trữ gọi là rễ củ (Trung tâm tiền sử Đông Nam Á, 2003).
Thân ngầm bắt đầu mọc sau khi trồng khoảng 5 - 20 ngày. Giai đoạn đầu, cây sinh trưởng nhờ chất dinh dưỡng dự trữ trong rễ. Có thể thu hoạch Gai xanh sau khi trồng 3 - 10 tháng nhưng lần thu hoạch đầu thường không sử dụng sợi được vì cây phát triển không đều và chất lượng sợi kém (Brink M. Việc hiểu rõ được các đặc điểm thực vật học của cây Gai xanh làm cơ sở khoa học để thực hiện các biện pháp nhân giống và canh tác.
Dựa vào đặc điểm mọc lan nhanh của thân ngầm để bố trí khoảng cách trồng hợp lý, dựa vào đặc điểm của thân khí sinh và sự phát triển của bộ rễ Gai xanh mà xác định mật độ trồng, liều lượng, phương pháp và thời kỳ bón phân thích hợp. Qua đó tạo tiền đề cho ruộng Gai xanh đạt năng suất cao và chất lượng sợi tốt. Đặc điểm của sợi Gai xanh Mặt cắt ngang sợi Gai xanh có hình hơi dẹt, hình dạng không đều, có vách dày và thon nhọn ở 2 đầu. Vách tế bào có vằn sọc theo chiều dọc.
Sợi Gai xanh chứa 69 -91% xenlulo, 5 - 13% hemi xenlulo, 1% lignin, 2% pectin và 2 - 4% tro. Vỏ cây Gai xanh tách từ thân có chứa một lượng lớn chất gôm vì vậy cần có phương pháp đặc biệt để loại bỏ chúng. Chất gôm có thành phần chính là hemi xenlulo và pectin, những chất này không hòa tan trong nước nhưng hòa tan được trong dung dịch kiềm. Sợi Gai xanh đã khử gôm có chứa 96 - 98% xenlulo (Brink M.
6 Sợi Gai xanh bóng tự nhiên như tơ tằm và thường bị nhầm với tơ tằm. Nó có hàm lượng lignin thấp (0,5%) so với sợi đay (13,5%). Sợi Gai xanh mịn hơn, tế bào sợi Gai xanh đồng đều và tròn hơn so với các loại sợi khác (Pratik Satya và ctv, 2010). Sợi Gai xanh là loại sợi có giá trị vì nó mịn, bóng, độ bền cao, chịu lực tốt, chịu ẩm tốt và có khả năng trộn với tất cả các loại sợi tự nhiên và nhân tạo khác.
Sợi Gai xanh kháng lại các hoạt động hóa học tốt hơn so với các loại sợi khác và ít chịu ảnh hưởng của vi khuẩn, nấm bao gồm cả nấm mốc. Tuy nhiên, sợi Gai xanh cũng chịu ảnh hưởng bởi một số sinh vật trong điều kiện nóng và ẩm. Sợi Gai xanh dài nhất trong các loại sợi thực vật, tế bào sợi Gai xanh có chiều dài khoảng 40 - 250mm và đường kính khoảng 25 - 60µm, dài gấp khoảng 6 lần sợi bông, 10 lần so với sợi lanh và 8 lần so với tơ tằm. Tuy nhiên, một nghiên cứu của Mỹ cho rằng sợi Gai xanh dài 5 - 36mm và đường kính khoảng 41,8µm.
Sợi Gai xanh có tỷ lệ chiều dài/độ mảnh cao thể hiện cho loại sợi chất lượng tốt, tỷ lệ này ở sợi Gai xanh thậm chí cao hơn 1000 - 3000 lần so với sợi bông (Sarkar D. Độ bền, khả năng thấm nước, khả năng nhuộm màu của sợi Gai xanh cao hơn so với sợi bông và sợi lanh nhưng độ mịn thì chỉ tương đương. Tuy nhiên, khi ẩm, sợi Gai xanh co giãn kém hơn các loại sợi khác và khi trộn với lông cừu, khả năng co giãn vẫn thấp hơn so với lông cừu (Brink M. Sợi Gai xanh có thể hấp thụ nước và cũng nhanh khô mà không bị co hoặc biến dạng.
Theo Coss và Tayler (1948), khả năng hút nước khoảng 100% trong vòng 10 phút và 195% trong vòng 72 giờ. Sợi Gai xanh có màu cực trắng, tương đương với tơ tằm và không bị đổi màu. Sợi Gai xanh có tỉ trọng khoảng 1,50 đến 1,55 (Tara Sen và H. Độ bền, độ giãn của sợi Gai xanh lần lượt là 400 - 940 N/mm2, 3,6 - 3,8%.
Sợi Gai xanh có khả năng kháng khuẩn, tăng độ bền khi ngâm trong nước, đặc biệt là nước biển (Brink M và Escobin R. Có báo cáo cho rằng sợi Gai xanh bền gấp 8 lần sợi bông, 7 lần so với tơ tằm và độ bền càng tăng khi độ ẩm tăng. Tuy nhiên một báo cáo khác lại cho rằng sợi Gai xanh bền tương đương với sợi bông, lanh, gai xanh dầu. Sự khác nhau này có thể do ảnh hưởng của nguồn cung cấp, phương pháp xử lý sợi, điều kiện canh tác, nhiệt độ, độ ẩm.
(Tara Sen và H. So sánh chất lượng sợi Gai xanh với các loại sợi tự nhiên khác Đặc điểm Sợi Gai xanh Sợi bông Sợi đay Sợi lanh Đặc điểm vật lý Chiều dài tế bào sợi (mm) 20 - 25 16 - 52 0,8 - 6,0 26 - 65 Độ mảnh sợi (µm) 15 - 80 15 - 20 5 - 25 10 - 35 Tỉ lệ chiều dài/độ mảnh (L/B) 3500 2500 110 1700 Độ dày thành tế bào (µm) 9 - 16 - 3-9 8 - 17 Độ bền (g/tex) 40 - 65 30 - 35 30 - 45 54 - 55 Thành phần hóa học sợi (%) a - xenlulo 86,9 88 - 96 61,0 80,0 P - xenlulo 5,0 - - - Hemi xenlulo 3,9 - 15,9 4,4 Lignin 0,5 - 13,5 5,5 Nguồn: Pratik Satya và ctv, 2010 Theo nghiên cứu của Youn Ri Lee và cs. (2009), các loại đường tự do được tìm thấy trong sợi Gai xanh là sucrose, glucose, fructose và galactose ở nồng độ từ 24,5 đến 1173,8 mg/g. Các axit amin lysine, threonine, tyrosine, phenylalanine và histidine được phát hiện ở nồng độ từ 33,8 đến 3735,3 mg/g.
Các axit béo chính là axit linoleic, axit palmitic và axit linolenic ở nồng độ từ 7,3 đến 364,4 mg/g. Theo Nelson Potenciano Marinho và cs.(2018), các chất tách chiết từ cây Gai xanh có khả năng hòa tan trong nước (lạnh và nóng) chiếm 8,40% của các nguyên tố hữu cơ bám vào thành sợi (bao gồm các chất pectic như polysaccharides, gôm và nhựa) và phần còn lại của nhu mô, khoáng chất hữu cơ và phenolic. Phần trăm các hợp chất có thể chiết xuất trong dung môi hữu cơ là 45,32%, bao gồm các axit béo, sáp, chất béo và dầu, thường được tìm thấy trong sợi sau quá trình degumming. Hàm lượng tro thấp 1,70%.
Hàm lượng lignin là 1,06%, nhưng khác nhau giữa các loại thực vật, chủ yếu ở các giai đoạn trưởng thành khác nhau. Hàm lượng xenlulo và hemixenlulo là 71,09 và 12,11%, tương ứng. Các giá trị này phụ thuộc vào lượng chất dinh dưỡng có sẵn trong đất và giai đoạn của sự trưởng thành của cây. Thành phần hóa học của sợi Gai xanh TT Chỉ tiêu phân tích Thành phần sợi Gai xanh (%) 1 Khả năng hòa tan trong nước lạnh 3,12 2 Khả năng hòa tan trong nước nóng 5,28 Các chất tách chiết hòa tan trong etanol - 3 8,55 toluen 4 Tổng số chất tách chiết 9,5 5 Các chất tách chiết hòa tan trong NaOH 1% 27,27 6 Tro 1,7 7 Lignin 1,06 8 Xenlulo 71,09 9 Hemixenlulo 12,11 Nguồn: Nelson Potenciano Marinho và cs.
Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh của cây Gai xanh - Yêu cầu về đất: Cây Gai xanh dễ trồng và phát triển trên hầu hết các loại đất nhưng trồng tốt nhất trên các loại đất tơi xốp, giàu dinh dưỡng và thoát nước tốt. Nó cũng thích hợp với các loại đất có nguồn gốc núi lửa (Robert, 2005).