CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu về cây sắn 1. Nguồn gốc, phân loại học và lịch sử canh tác Sắn cùng với lúa, ngô, lúa mỳ và mía đường là những cây quan trọng nhất trong vùng nhiệt đới. Sắn có tên khoa học là Manihot esculenta thuộc họ Ephorbiaceae (họ Thầu dầu), là một họ lớn bao gồm 7200 loài khác nhau được đặc trưng bởi sự phát triển mạnh của hệ thống mạch dẫn nhựa (mủ), do đó, chúng còn được gọi là cây tiết mủ.
Trong họ này, chi Manihot là một chi đáng chú ý với khoảng 98 loài khác nhau, sống hoang dại ở vùng Trung và Nam Mỹ. Tên khoa học của chúng được đặt vào năm 1766 bởi nhà sinh học Crantz [19]. Nhưng chúng có hơn 100 tên khác nhau được đặt dựa vào vị trí địa lý của từng vùng. Sắn chứa các loại đường có gốc cyanua, do đó, dựa vào hàm lượng cyanua người ta chia làm 2 loại: sắn ngọt chứa hàm lượng cyanua thấp và có thể sử dụng an toàn sau khi chế biến.
Một loại khác, được gọi là sắn đắng chứa hàm lượng cyanua cao hơn, có thể gây ngộ độc nếu không được chế biến đúng cách [18]. Cây sắn 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mặc dù sắn được trồng rộng rãi trên thế giới, tuy nhiên, nguồn gốc phát sinh của chúng vẫn chưa được xác định một cách chắc chắn. Đến tận, thế kỉ 18 mới có những nghiên cứu đầu tiên đề cập đến vấn đề này. Ban đầu, sắn được cho rằng có nguồn gốc tại châu Phi.
Tuy nhiên, những nghiên cứu sau này chỉ ra rằng, sắn (M. esculenta) là sản phẩm của sự biến đổi di truyền cũng như sự lai tạo ngẫu nhiên của một loạt các cây thuộc chi Manihot có nguồn gốc thực sự khu vực đông bắc Mỹ Latin [90]. Cụ thể hơn, Allem (2002) cho rằng một quần thể thực vật hoang dại thuộc chi Manihot, có hình thái tương tự như sắn (M. esculenta) có tên khoa học Manihot flabellifolia Pohl chính là tổ tiên của các giống sắn ngày nay.
Tuy nhiên, sự phân bố rất rộng của loài M. esculenta hoang dại, trải khắp từ Peru, Venezuela đến phía trung Braxin, kéo theo sự khác biệt lớn về vật chất di truyền giữa các bậc phân loại dưới loài (thứ và dạng-variety, form) thực sự gây khó khăn rất lớn trong việc xác định chính xác nguồn gốc của giống sắn ngày nay [5]. Thời điểm sắn được thuần hóa và được trồng như một cây lương thực cũng không đồng nhất giữa các nghiên cứu. Dựa trên những hóa thạch và một số bằng chứng khảo cổ khác chỉ ra rằng sắn được thuần hóa và trồng trọt từ 7000-5000 năm trước công nguyên, trong đó, giống sắn ngọt (chứa ít axit cyanic) được trồng từ 6000 năm trước công nguyên trong rừng nhiệt đới ẩm Amazon thì cũng có nghiên cứu cho rằng sắn được trồng muộn hơn, khoảng 4000 năm trước công nguyên tại thung lũng Casma trên bờ biển phía tây Peru [102].
Ở phía đông bán cầu, sắn không được coi là một loại cây lương thực đến tận năm 1835. Vào khoảng năm 1850, sắn được đưa từ Braxin vào Java (Indonesia), Singapore và Malaysia, sau đó, chúng được trồng tại nhiều nơi khác nhau ở Indonesia và phát triển rất tốt do gặp điều kiện sinh thái phù hợp. Trong những năm 1919-1941, có đến 98% sản lượng sắn trên toàn thế giới được sản xuất tại Java, và kể từ chiến tranh thế giới thứ 2, chúng mới bắt đầu được canh tác và đẩy mạnh sản xuất ở Braxin [28]. Đến nay, sắn đã được canh tác rộng rãi tại hơn 100 nước trên thế giới, rải đều khắp các châu Phi, châu Á, Bắc Mỹ và Mỹ Latin (hình 2).
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đặc điểm sinh học và sinh thái của sắn 1. Đặc trưng sinh thái Sắn là một loài thực vật nhiệt đới điển hình, sống tự nhiên ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt, trong khoảng từ 30° vĩ tuyến bắc đến 30° vĩ tuyến nam, tuy nhiên, chúng phân bố tập trung chủ yếu từ khoảng 20° vĩ tuyến bắc đến 20° vĩ tuyến nam. Nhìn chung, sắn là một loài có khả năng thích ứng rất rộng với các điều kiện sinh thái.
Chúng phân bố ở nhiều địa hình có độ cao khác nhau, thường tốt nhất là ở độ cao không quá 150 mét so với mực nước biển sắn. Tuy nhiên, ở những địa hình cao có thể lên tới 1500 mét, thậm chí là 2000 mét so với mực nước biển, chúng vẫn có thể có thể tồn tại, sinh trưởng và phát triển [10]. Nhiệt độ có ảnh hưởng quan trọng đến sắn, trong đó, nhiệt độ trung bình trên 20°C cho sự phát triển tối ưu, nhiệt độ tốt nhất cho lá quang hợp từ 25–35°C. Ở những vùng có nhiệt độ thấp, cây phát triển chậm hơn, hoạt động quang hợp và dự trữ dinh dưỡng trong rễ giảm và thời gian thu hoạch chậm hơn nhiều so với những cây được trồng ở những vùng có nhiệt độ cao hơn.
Nếu nhiệt độ hạ xuống dưới 10°C, các hoạt động trao đổi chất sẽ tạm dừng [26]. Sắn phát triển tốt nhất ở những khu vực có lượng mưa dồi dào, tuy nhiên, chúng cũng có khả năng thích ứng với nhiều điều kiện độ ẩm khác nhau, có thể dao động từ dưới 600 mm đến hơn 1000 mm mỗi năm. Đặc biệt là khả năng chịu hạn tương đối cao, trong một thời gian dài, khi các cây lương thực khác đều không thể tồn tại, điều đó làm cho chúng trở nên giá trị hơn đối với những vùng địa lý có lượng mưa hàng năm thấp hoặc phân phối lượng mưa theo mùa bất thường. Ở vùng khí hậu nhiệt đới, sắn có hiện tượng rụng lá vào mùa khô, tương tự trên như cây lâu năm.
Thời gian ngủ kéo dài 2-3 tháng và tăng trưởng tiếp tục khi những cơn mưa bắt đầu lại [28]. Đặc điểm sinh học Cây sắn thuộc loại thân gỗ, cao từ 1-3 m, tuy nhiên, chiều cao của cây phụ thuộc vào giống, điều kiện chiếu sáng, mức độ thâm canh, mật độ và thời vụ trồng. Thân sắn có khả năng phân cành, tuy sự phân cành có ảnh hưởng đến khả năng ra hoa của cây. Thân và cành già đã hóa gỗ có màu trắng bạc, xám, nâu hoặc hơi vàng.
Lá sắn là loại lá đơn 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mọc xen kẽ trên thân có cuống lá dài từ 3-30 cm với nhiều màu sắc khác nhau tùy theo giống (màu vàng, xanh vàng, hồng, đỏ tươi. Phiến lá thường chia 5-7 thùy đối với cây trồng vô tính hoặc không chia thùy, nếu chúng mọc từ hạt. Hoa sắn đơn tính cùng gốc, mọc thành cụm, có cuống mọc ra từ chỗ phân cành, ngọn thân. Hoa cái có năm lá đài có màu sặc sỡ, giữa có một bầu hoa có 6 cánh, chứa 3 lá noãn nằm ở trên đài.
Trên bầu có 3 vòi nhụy ngắn, đầu nhụy uốn cong. Hoa đực có 5 lá đài dính với nhau trên một nửa chiều dài, nhẵn ở bên trong và có lông ở phía ngoài. Thời điểm nở hoa thường không đồng đều giưa các hoa đực và hoa cái trên cùng một cây. Quả sắn thuộc loại quả nang, mở khi chín, đường kính 1-1,5 cm.
Rễ sắn là bộ phận sinh học được quan tâm nhất ở cây sắn. Rễ có thể mọc ra từ hạt hoặc từ hom (đoạn thân cây được lựa chọn giữ lại làm giống cho vụ kế tiếp). Rễ mọc từ hạt bắt đầu là một rễ cọc mọc thẳng cắm xuống đất sau đó các rễ phụ mọc ra. Cả rễ cọc và rễ phụ đều có khả năng phát triển thành củ.
Rễ mọc ra từ hom thì đầu tiên mọc ngang sau đó cũng cắm thẳng xuống đất. Rễ sắn có hai chức năng chính là đồng hóa và dự trữ. Rễ đồng hóa thường cắm sâu trong lòng đất để hút nước, chất dinh dưỡng và giúp cho cây vững chắc. Rễ dự trữ (rễ củ) do các rễ con tập trung dinh dưỡng mà thành.
Khi cây mới ra rễ thì có rất nhiều rễ con nhưng sau đó chỉ một số rễ con được tập trung dinh dưỡng phát triển thành củ. Củ sắn thường có dạng hình trụ có thể dài tới 30 cm, có thể có hoặc không có cuống củ. Vai trò của sắn Sắn được sử dụng rộng rãi trên thế giới, và được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, trong đó, ngoài vai trò truyền thống là làm thức ăn cho người và vật nuôi, sắn còn được sử dụng rất phổ biến để làm nhiên liệu sinh học và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và một số ngành công nghiệp khác. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của sắn.
Nguồn thức ăn cho người và vật nuôi Sắn là một trong 3 cây lương thực quan trọng nhất thế giới bên cạnh gạo và ngô. Sắn được trồng chủ yếu ở các nước đang phát triển, nơi dùng rễ sắn được coi là nguồn cung cấp thức ăn hàng ngày cho khoảng 1 tỉ người trên 105 quốc gia trên thế giới bao gồm các nước châu Á, châu Mỹ Latin, vùng Caribe và đặc biệt quan trọng đối với hầu hết 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com các nước châu Phi. Tại châu Phi, có đến 250 triệu người sống ở vùng cận hoang mạc Sahara sống phụ thuộc hoàn toàn vào sắn như một nguồn lương thực duy nhất, chiếm đến hơn 90% trong tổng số 117 triệu tấn sắn được sản xuất ở vùng này [17, 80]. Ở Đông Phi, sắn và ngô chiếm 50–90% nguồn dinh dưỡng chính, trong đó, đối với những vùng đất chỉ sản xuất được 1 vụ trong năm, sắn là nguồn dinh dưỡng quan trọng nhất [30].
Giá trị chủ yếu của sắn được dự trữ trong rễ với khoảng 80% tinh bột và nhiều khoáng chất như ni tơ, photpho và kali, chiếm đến 70% nhu cầu khoáng chất cần thiết cho cơ thể [26, 30]. Ở một số vùng, đặc biệt là ở châu Phi, lá non cũng được thu hoạch và chế biến cho người tiêu dùng như một loại rau được sử dụng trong các bữa ăn lương hàng ngày [57]. Lá sắn chứa nhiều chất dinh dưỡng với hàm lượng protein cao hơn trong củ, chiếm từ 6-7% trọng lượng tươi và từ 21-39% trọng lượng khô, tùy theo từng giống khác nhau [107]. Hàm lượng lipit ở lá gấp 6 lần ở củ.
Ngoài ra, lá sắn chứa nhiều canxi, carotene, vitamin B1, vitamin C, nhiều axit amin không thay thế, đặc biệt là lizin và triptophan nhưng thiếu methionin. Sắn còn là nguồn thức ăn chủ yếu cho nhiều loại vật nuôi khác nhau. Trong khi của sắn, là và cuống lá đều có thể được sử dụng làm nguồn thức ăn cho động vật với tổng trọng lượng lên đến hơn 1,4 tấn/ha [104]. Sắn được coi là nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng cho động vật, đặc biệt là động vật nhai lại.