Tài liệu KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHÍN TRÁI Ở CÂY CÀ PHÊ CHÈ ( Coffea arabica L.)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH _________________________ Nguyễn Nữ Thảo Trân KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHÍN TRÁI Ở CÂY CÀ PHÊ CHÈ ( Coffea arabica L.) LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH _________________________ Nguyễn Nữ Thảo Trân KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHÍN TRÁI Ở CÂY CÀ PHÊ CHÈ ( Coffea arabica L.) Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Bùi Trang Việt TS. Lê Thị Trung Thành phố Hồ Chí Minh – 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kì công trình nào. Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác; tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định. TP. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 09 năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Nữ Thảo Trân ii LỜI CẢM ƠN Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - PGS. TS. Bùi Trang Việt, người đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức quý báu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Thầy đã gợi ý đề tài, hướng dẫn nghiên cứu và cho tôi những lời khuyên bổ ích trong thời gian tôi thực hiện đề tài. - TS. Lê Thị Trung, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Cô đã truyền đạt cho tôi nhiều kinh nghiệm quý báu trong học tập, nghiên cứu khoa học cũng như trong cuộc sống. Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy, đóng góp ý kiến, động viên và giúp đỡ của: - Các thầy cô giảng dạy Cao học ngành Sinh học thực nghiệm trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Các thầy cô quản lý Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật và Phòng Thí nghiệm Sinh thái của trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Các thầy cô quản lý Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật của trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh. - Khoa Sinh học, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Phòng Sau đại học, trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Chị Hồ Thị Mỹ Linh - Cán bộ Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, những người đã động viên và giúp đỡ tôi hết mình trong thời gian tôi thực hiện đề tài này. iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 3 1.1. Định nghĩa trái .......................................................................................................... 3 1.2. Quá trình chín trái ..................................................................................................... 4 1.2.1. Định nghĩa ........................................................................................................... 4 1.2.2. Sự biến đổi của trái trong giai đoạn chín ............................................................ 4 1.3. Vai trò của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong quá trình tăng trưởng và phát triển trái ...................................................................................................... 8 1.3.1. Auxin ................................................................................................................... 8 1.3.2. Gibberellin ........................................................................................................... 9 1.3.3. Cytokinin ............................................................................................................. 9 1.3.4. Abscisic acid........................................................................................................ 9 1.3.5. Ethylene thể hiện vai trò trung tâm trong sự chín trái ......................................... 9 1.4. Cây cà phê và các nghiên cứu liên quan................................................................. 15 1.4.1. Cây cà phê ......................................................................................................... 15 1.4.2. Lịch sử phát hiện ............................................................................................... 15 1.4.3. Đặc điểm của cây cà phê ................................................................................... 17 1.4.4. Các nghiên cứu liên quan đến cây cà phê ......................................................... 20 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU- PHƯƠNG PHÁP ................................................................ 22 2.1. Vật liệu ................................................................................................................... 22 2.2. Phương pháp ........................................................................................................... 23 2.2.1. Quan sát sự phát triển của trái cà phê ngoài vườn ............................................ 23 iv 2.2.2. Quan sát hình thái giải phẫu .............................................................................. 23 2.2.3. Xác định kích thước,trọng lượng tươi và khô của trái cà phê. .......................... 23 2.2.4. Đo cường độ hô hấp .......................................................................................... 24 2.2.5. Đo hàm lượng đường tan, tinh bột, acid hữu cơ và carotenoid ......................... 24 2.2.6. Đo hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thực vật ......................................... 27 2.2.7. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong phòng thí nghiệm .............................................................................................................. 29 2.2.8. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong vườn................ 29 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ..................................................................... 31 KẾT QUẢ ...................................................................................................................... 31 3.1. Quan sát sự phát triển của trái cà phê ngoài vườn ................................................. 31 3.2. Quan sát hình thái giải phẫu ................................................................................... 34 3.3. Kích thước, trọng lượng tươi và trọng lượng khô .................................................. 41 3.4. Cường độ hô hấp .................................................................................................... 41 3.5. Hàm lượng đường, tinh bột, carotenoid và acid hữu cơ ......................................... 42 3.6. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thực vật ................................................... 42 3.7. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong phòng thí nghiệm . 44 3.8. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái cà phê trong vườn ..................... 49 3.8.1. Xử lý chất điều hòa sinh trường thực vật lên từng trái riêng lẻ ........................ 49 3.8.2. Xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên cành mang trái ........................... 52 3.8.3. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của trái sau xử lý ..................................... 57 THẢO LUẬN ................................................................................................................ 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 67 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu ABA BA Chú giải Abscisic acid Benzyl adenine et al. et (“and”) and al.(“others”) GA Gibberellic acid IAA Indol - 3-acetic acid NAA Naphthalene aceticacid Rf Tp.HCM “Retardation factor” hoặc “ratio to front” - Hệ số di chuyển: đặc trưng cho mức độ di chuyển của chất phân tích được tính bằng tỷ lệ giữa quãng đường di chuyển của mẫu và quãng đường di chuyển của dung môi. Thành phố Hồ Chí Minh UV Ultraviolet radiation v/v Thể tích/thể tích vi DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Thời gian trung bình giữa các giai đoạn chín của trái cà phê (ngày). ..........32 Bảng 3.2. Tỷ lệ trái mỗi giai đoạn chín trên cành cà phê. ............................................32 Bảng 3.3. Kích thước, trọng lượng tươi và trọng lượng khô của trái qua các giai đoạn chín. .................................................................................................... 41 Bảng 3.4. Cường độ hô hấp của vỏ trái cà phê qua các giai đoạn chín. .......................41 Bảng 3.5. Hàm lượng đường tổng số, tinh bột, acid hữu cơ và carotenoid qua các giai đoạn chín.. ............................................................................................ 42 Bảng 3.6. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trường thực vật trong trái cà phê qua các giai đoạn chín. ............................................................................................. 43 Bảng 3.7. Thời gian trái chín khi xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong phòng thí nghiệm. ....................................................................................... 45 Bảng 3.8. Thời gian trái chín khi xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái riêng lẻ trong vườn. .............................................................................. 50 Bảng 3.9. Tỷ lệ trái chín sau 10, 15 và 20 ngày xử lý các chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên trái riêng lẽ trong vườn. ........................................................... 51 Bảng 3.10. Tỷ lệ rụng trái non và tỷ lệ trái chín trên cành sau 15 ngày sử dụng các chất điều hòa sinh trưởng thực vật. ........................................................... 53 Bảng 3.11. Kích thước, trọng lượng tươi và khô của trái chín sau khi xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật. .......................................................................... 57 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Nguồn gốc của trái và hạt (Bùi Trang Việt, 2000). ........................................3 Hình 1.2. Quá trình sinh tổng hợp ethylene theo chu trình Yang (Wang, 2002). ........11 Hình 1.3. Ethylene sản xuất ở C. arabica trong quá trình chín (Pereira et al, 2005). ..13 Hình 1.4. Con đường dẫn truyền tín hiệu của ethylene (Gao et al.,2003). ..................14 Hình 1.5. Cà phê Coffea arabica L (Jackson, 1940). ...................................................18 Hình 2.1. Cây cà phê 6 năm tuổi trồng tại vườn cà phê ở Lạc Dương, Đà Lạt (tháng 11/2013). .................................................................................................................. 22 Hình 2.2. Vườn cà phê tại Lạc Dương, Đà Lạt (tháng 11/2013). .................................22 Hình 2.3. Vị trí đặt thước đo đường kính trái. ..............................................................24 Hình 2.4. Sơ đồ ly trích các chất điều hòa sinh trưởng thực vật. ................................. 27 Hình 3.1. Thời gian trái cà phê cần để hoàn tất sự tăng trưởng và chín. .....................32 Hình 3.2. Các giai đoạn phát triền của trái cà phê . ......................................................33 Hình 3.3. Mặt cắt ngang của trái cà phê qua các giai đoạn chín. .................................34 Hình 3.4. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái trưởng thành (10). .................35 Hình 3.5. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái bắt đầu chín (10). ...................36 Hình 3.6. Lát cắt ngang vỏ trái cà phê giai đoạn trái chín muộn (10). .....................36 Hình 3.7. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái trưởng thành (40). .....................37 Hình 3.8. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái bắt đầu chín (X40). .......................38 Hình 3.9. Bề mặt biểu bì trái cà phê giai đoạn trái chín muộn (40). ........................38 Hình 3.10. Hạt cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành. ...................................................39 Hình 3.11. Phôi cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành (5). ........................................40 Hình 3.12. Cắt dọc phôi cà phê ở giai đoạn trái trưởng thành (5). ...........................40 Hình 3.13. Hoạt tính các chất điều hòa sinh trưởng thức vật trong trái cà phê qua các giai đoạn chín. .......................................................................................................... 43 Hình 3.14 Trái cà phê bắt đầu được xử lý (đổ 10 ml nước cất lên đĩa Petri, nhúng vào dung dịch xử lý 30 giây, 2 ngày/lần). ................................................................ 46 Hình 3.15. Trái cà phê đối chứng (nhúng vào nước cất) sau 7 ngày. ...........................46 Hình 3.16. Trái cà phê được xử lý IAA 5 mg/l sau 7 ngày. .........................................47 viii Hình 3.17.Trái cà phê được xử lý NAA 2 mg/l sau 7 ngày. .........................................47 Hình 3.18. Trái cà phê được xử lý GA 3 5 mg/l sau 7 ngày. .........................................48 Hình 3.19. Trái cà phê được xử lý ethrel 200 mg/l sau 7 ngày. ...................................48 Hình 3.20. Tỷ lệ trái chín trên cành sau khi xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật 15 ngày. .................................................................................................................... 53 Hình 3.21. Cành cà phê bắt đầu xử lý (phun dung dịch xử lý, 2 ngày/ lần). ................54 Hình 3.22. Cành cà phê đối chứng (phun nước cất) sau 15 ngày. ................................54 Hình 3.23. Cành cà phê xử lý NAA 1 mg/l sau 15 ngày. .............................................55 Hình 3.24. Cành cà phê xử lý ethrel 100 mg/l sau 15 ngày. ........................................55 Hình 3.25. Cành cà phê xử lý ethrel 200 mg/l sau 15 ngày. ........................................56 Hình 3.26. Cành cà phê xử lý ethrel 500 mg/l sau 15 ngày. ........................................56 1 MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Cà phê là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên toàn thế giới được chế biến từ hạt của trái cà phê chín, sau khi trải qua nhiều giai đoạn như phơi, rang, xay. Thức uống có hương vị thơm ngon và chứa chất caffeine gây hưng phấn thần kinh. Cà phê chế biến từ hạt của cà phê chè (Coffea arabica) được người tiêu dùng ưa thích vì vị đắng ít hơn và hương vị thơm hơn so với các loại cà phê khác (như cà phê mít Coffea excelsa hay cà phê vối Coffea canephora). Ở Việt Nam, cà phê mang lại lợi ích kinh tế cho nhiều nông dân trồng trọt. Cà phê được trồng chủ yếu ở các tỉnh Tây Nguyên như Đồng Nai, Đaklak, Lâm Đồng, Kontum ... Tuy nhiên khi khảo sát tại một số trang trại trồng cà phê chè tại Đà Lạt cho thấy tình trạng ra hoa không đồng đều dẫn tới chín trái không đồng đều. Cụ thể: cà phê chè ra 3-4 đợt hoa vào tháng 2-3 dương lịch dẫn đền trái chín không đồng đều chia ra thành 4 đợt thu hoạch vào tháng 11-12 dương lịch. Sự chín trái không đồng đều gây ra khó khăn đối với quản lý và sản xuất cà phê. Những hợp chất tích lũy trong hạt của trái cà phê ở những giai đoạn khác nhau đóng vai trò quan trọng trong chất lượng của cà phê sau chế biến. Trái cà phê chín đỏ sẽ cho hạt có chất lượng tốt nhất. Sự hiện diện của những trái hái quá xanh hoặc quá chín làm thay đổi nồng độ các alkaloid có trong hạt cà phê như caffeine và chlorogenic (CGA) làm thức uống tăng vị đắng (Leloup et al.,1995) từ đó làm giảm chất lượng sản phẩm. Để tránh điều này, người nông dân phải thu gom cà phê bằng tay, chia ra nhiều lần thu hoạch hoặc lựa chọn lại sau thu hoạch, điều này làm chi phí tăng lên do phải thuê nhân công và tốn nhiều thời gian. Do vậy, đề tài “Bước đầu khảo sát quá trình chín trái ở cây cà phê chè (Coffea arabica L.)” được thực hiện.  Mục đích nghiên cứu Khảo sát về quá trình chín của trái cà phê Coffea arabica và tìm biện pháp giúp trái chín nhanh, đồng đều hơn. 2  Nhiệm vụ nghiên cứu Khảo sát một số chỉ tiêu về hình thái, sinh lý và sinh hóa trong quá trình chín của trái cà phê. Tìm hiểu sự tác động của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật lên quá trình chín của trái cà phê từ đó tìm ra biện pháp giúp trái cà phê chín nhanh và đồng đều hơn.  Thời gian, địa điểm nghiên cứu Đề tài được thực hiện từ tháng 2/2014 đến tháng 9/ 2014 tại Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật trường Đại học Sư phạm Tp. HCM và Phòng Thí nghiệm Sinh lý thực vật trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học quốc gia Tp. HCM. 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Định nghĩa trái Trái là kết quả biến đổi của bầu noãn, vách bầu noãn cho các mô vỏ trái. Trái bao gồm cả hạt và vỏ hạt. Ở trái khô, vỏ trái hóa lignin. Ở trái mập vỏ trái có phần giữa là nhu mô. Hạt có nguồn gốc từ noãn. Hạt bao gồm vỏ hạt, phôi nhũ và phôi (hình 1.1) BẦU NOÃN Vách bầu noãn Noãn Vỏ noãn Phôi tâm (2n) Noãn cầu 1 (n) Thụ tinh Vỏ trái Túi phôi Vỏ hạt Ngoại nhũ (2n) Phôi (2n) Nhân phụ 2 (n) Phôi nhũ (3n) NHÂN TRÁI HẠT TRÁI Hình 1.1. Nguồn gốc của trái và hạt (Bùi Trang Việt, 2000). Tùy theo trạng thái sau cùng của sự thủy giải phôi tâm bởi phôi nhũ, và của sự thủy giải phôi nhũ bởi phôi người ta phân biệt 3 kiểu hạt: 4 - Hạt có phôi nhũ và ngoại nhũ: sự thủy giải phôi tâm không hoàn toàn, phần còn lại của phôi tâm được gọi là ngoại nhũ. Ngoại nhũ cũng là mô dự trữ ( gặp ở Caryophyllaceae, Piperraceae, Rubiaceae...). - Hạt có phôi nhũ: sự thủy giải phôi tâm diễn ra hoàn toàn, hạt không có ngoại nhũ, chỉ có phôi nhũ. Phôi thường có kích thước nhỏ. - Hạt không có phôi nhũ: phôi đã phân giải hoàn toàn phôi nhũ trong quá trình trưởng thành của hạt. Khi đấy, các tử diệp của phôi có kích thước lớn vì tích lũy các chất dự trữ. - Trong vài trường hợp, phôi nhũ của hạt hoàn toàn không phát triển ( Họ Lan, Canna) 1.2. Quá trình chín trái 1.2.1. Định nghĩa Chín trái là một quá trình sinh lý không đảo ngược bắt đầu khi trái đã phát triển đầy đủ, tương ứng với sự thiết lập một trạng thái sinh lý mới, độc lập với sự hiện diện của hạt (sự chín trái cũng diễn ra ở trái trinh sản). Hạt hoàn tất sự trưởng thành trước khi quá trình chín trái diễn ra. Hiện tượng chín trái được chú ý ở các trái mập vì thịt trái là nơi chịu nhiều thay đổi biến dưỡng rất quan trọng liên quan đến các tính chất sinh lý, sinh hóa làm ảnh hưởng mạnh đến chất lượng trái như tăng nước, độ mềm (tăng sự thủy giải vách tế bào), ngọt (tăng đường), thay đổi màu sắc (các flavonoid) nhưng bớt dần vị chua (giảm acid hữu cơ) và chát (giảm tanin) (Bùi Trang Việt, 2000). 1.2.2. Sự biến đổi của trái trong giai đoạn chín 1.2.2.1. Biến đổi về sinh lý  Đỉnh climax Đỉnh climax đặc trưng trong sự chín của nhiều loại trái cây: cường độ hô hấp của trái tăng mạnh tới một đỉnh để khởi động quá trình chín trái. Đỉnh này do sự tiêu thụ đường và acid hữu cơ, đi kèm với sự sản xuất ethylene (Bùi Trang Việt, 2000). Dựa vào sự hô hấp và sự sản xuất ethylene, trái cây được chia thành 2 loại là trái có đỉnh hô hấp (climaxteric) như chuối, cà chua, đào, táo... và trái không có đỉnh hô 5 hấp (nonclimaxteric) như nho, cam, chanh, bưởi... Trái có đỉnh hô hấp cho thấy có sự bột phát trong hô hấp và sản xuất ethylene, còn trái không có đỉnh hô hấp sản xuất ethylene từng ít trong suốt quá trình chín trái và không đáp ứng rõ rệt với việc xử lý ethylene ngoại sinh (Giovannoni et al., 2013). Quá trình đường phân và chu trình Crebs tạo năng lượng cho sự hoạt động của trái trong quá trình chín đồng thời làm tăng sự sản sinh CO 2 .  Sự thay đổi màu sắc Trong sự chín trái, dưới tác dụng của enzyme chlorophyllase , các diệp lục tố bị phân hủy để lộ ra các sắc tố khác có sẵn trong trái (như là carotenoid) làm trái mất đi màu xanh chuyển sang vàng (như trường hợp ở trái đủ đủ). Song song với quá trình này các sắc tố khác cũng được tổng hợp tạo nên các màu sắc khác cho trái. Thường các sắc tố nằm ở trong mô ngoại vi (vỏ trái) nhưng cũng có thể nằm trong phần thịt trái (Giovannoni et al., 2013). Phần lớn các sắc tố trái thuộc về 2 nhóm: carotenoid (thích lipid không tan trong nước) và nhóm flavonoid (tan trong nước và tích tụ ở không bào). Các carotenoid như caroten, licopen, xanthophil cho màu đỏ, cam hoặc vàng. Các flavonoid như flavon cho màu vàng hay cam và anthocyanin cho màu đỏ, tím hay xanh da trời tùy theo pH acid, trung tính hay base (Bùi Trang Việt, 2000).  Sự thay đổi mùi hương Sự chín hoạt hóa quá trình tổng hợp các chất tạo mùi thơm (bản chất là este, aldehyde hoặc acetone) liên quan đến hoạt động của các enzyme đặc trưng cho từng loại trái (Quách Đĩnh và cộng sự,1996).  Sự thay đổi vị Các hợp chất như acid hữu cơ, tanin, alkaloid bị phân hủy nhanh chóng do hoạt động của các enzyme, đồng thời các đường đơn (glucose, fructose) xuất hiện giúp vị ngọt tăng (Quách Đĩnh và cộng sự,1996).  Sự thay đổi tính chất cơ lý Một tính chất đặc trưng trong quá trình chín trái đó là trái mềm đi. Quá trình này xảy ra do sự rối loạn tế bào như độ lớn và hình dạng tế bào, thể tích liên tế bào, sự toàn vẹn, bề dày của màng tế bào, áp suất thẩm thấu. 6 Sự thoái hóa thành tế bào là kết quả hoạt động của các enzyme thủy phân được tổng hợp trong lúc trái chín và dẫn tới sự phá hoại cấu trúc tế bào và mô. Cho dù sự rối loạn của tế bào được xem như nguyên nhân chính làm thay đổi cấu hình trái, còn có những biến cố khác được quan sát trong quá trình chín trái như mất đi sự kết dính giữa các tế bào và những thay đổi áp suất thẩm thấu, cũng làm cho trái mềm đi (Quách Đĩnh và cộng sự,1996). - Protopectin Protopectin là phức chất giữa pectin với cellulose, hemicellulose, không tan trong nước, làm nên cấu trúc vách tế bào. Khi trái xanh, hàm lượng protopectin rất cao, tập trung chủ yếu ở thành tế bào, giúp gắn kết các tế bào thực vật với nhau và hình thành vách tế bào, làm cho trái cây có độ cứng nhất định. Khi trái chín, dưới tác dụng của acid hữu cơ và xúc tác của emzyme protopectinase, protopectin bị thủy phân thành các sản phẩm như acid pectic, acid polygalacturonic, glucose, galactose, arabinose, methanol...làm giảm cường lực liên kết giữa các tế bào, vỏ tế bào trở nên mỏng, tế bào mềm dần ra, làm cho trái bị nhũn và cấu trúc trái bị phá hủy (Quách Đĩnh và cộng sự,1996). - Áp suất thẩm thấu Độ cứng của trái cũng có liên quan đến thành phần hóa học của trái. Quá trình giảm độ cứng của trái không chỉ do thủy phân các chất pectin, mà còn do thủy phân cellulose, hemicellulose và tinh bột. Khi trái cây chín, dưới tác dụng của hệ enzyme amylase, tinh bột chuyển dần thành đường, khiến cho nồng độ đường bên trong tế bào tăng lên. Sự chênh lệch nồng độ đường trong và ngoài tế bào tạo nên một áp suất thẩm thấu, nước từ bên ngoài môi trường đi vào bên trong tế bào, các tế bào luôn ở căng nước (Quách Đĩnh và cộng sự,1996). 1.2.2.2. Biến đổi về sinh hóa Trái cây cũng là những cơ thể sống, nên ngoài sự hô hấp, bên trong chúng còn xảy ra những biến đổi hoá sinh học.Trong quá trình chín diễn ra chủ yếu nhất là các phản ứng thuỷ phân các chất phức tạp thành các chất đơn giản hơn nhờ một loạt các enzyme thủy phân. 7  Biến đổi của các acid hữu cơ Các acid di- và tricacboxylic rất phổ biến trong trái. Thường nhất là acid malic (táo, lê), acid citric (cam, quýt, chanh), acid tartric (nho), acid isocitric (dâu tằm Morus alba) và acid chlorogenic (cà phê). Hàm lượng các chất này thấp trong trái non nhưng tăng lên trong giai đoạn tăng kích thước tế bào và giảm mạnh trong quá trình chín trái. Sự giảm dần các acid hữu cơ trong quá trình chín trái do sự oxid hóa (do tăng mạnh hô hấp) trở thành các tiền chất để tổng hợp đường và protein. Acid hữu cơ thường được dùng cho hô hấp ở nhiệt độ cao và tích tụ lại ở nhiệt độ thấp (do đó khí hậu mát và ẩm sẽ làm cho trái chua) (Bùi Trang Việt, 2000).  Biến đổi của carbohydrate Đối với trái tươi thì các hợp chất carbohydrate là thành phần luôn có những biến đổi to lớn và mạnh mẽ nhất trong quá trình hình thành và chín trái. Ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển, khi trái đang tượng hình, hàm lượng tinh bột tăng nhanh, nhưng trong quá trình trái chín, hàm lượng tinh bột giảm và hàm lượng đường khử tăng lên do quá trình đường hoá. Nguyên nhân làm giảm tinh bột và tăng lượng đường là do hoạt hoá của hệ enzyme amylase trong trái. Hàm lượng tinh bột trong trái có thể thấp hơn nhiều so với nhu cầu đường hóa, khi đó đường trong trái có thể được cung cấp bởi sự thủy phân các chất như saccharose, cellulose, hemicellulose, pectin... hoặc bởi các acid hữu cơ như acid malic, acid citric... có sẵn bên trong trái học vận chuyển về trái từ các bộ phận khác của cây: 6 acid malic + 6 acid tartric + 9O 2  4 glucose + 12 H 2 O + 24 CO 2 (Prescott, 1878). Sự thủy phân các hợp chất thành đường sẽ làm cho trái cây có vị ngọt, giảm vị chua.  Biến đổi của các alkaloid Alkaloid là các hợp chất chứa Nitơ và có hoạt tính dược học đối với người và động vật. Ở cà phê có 2 alkaloid quan trọng nhất đó là caffeine và trigonelline. Caffeine: Caffeine phát hiện ở mức độ thấp trong xylem của cây cà phê (C. arabica), cho thấy rằng chúng không được vận chuyển trong cây và sự tổng hợp caffeine xảy ra trực tiếp trong các mô vỏ trái (Mazzafera và Gocalves, 1999). Trong 8 hạt cà phê, hàm lượng tuyệt đối của caffeine song song với đường cong trọng lượng khô, chiếm khoảng 1% trên cơ sở vật chất khô (DMB) tại thời điểm thu hoạch. Lưu ý rằng sự gia tăng lớn hàm lượng caffeine trong hạt xảy ra giữa các giai đoạn phát triển 8-12 tuần sau khi nở hoa và 16 tuần sau khi nở hoa ở hệ thống mô hình phân tích cà phê Coffea arabica, tương ứng với thời gian phôi nhũ nhanh chóng mở rộng. Từ giai đoạn phát triển 16 tuần đến giai đoạn thu hoạch, phân tích hàm lượng caffeine cho thấy sinh tổng hợp dừng lại hoặc là vẫn tiếp tục tổng hợp ở vỏ trái nhưng được vận chuyển đến hạt cà phê (Baumann et al., 1972). Trigonelline: Trong khi rang, alkaloid trigonelline làm phát sinh nhiều hợp chất mang mùi hương, như alkyl-pyridine và pyrrole (De Maria et al.,1994), điều này giải thích lợi ích của chương trình nhân giống để tăng hàm lượng trigonelline trong hạt cà phê vối (Ky et al., 2001). Trái ngược với caffeine, trigonelline được tổng hợp trong tất cả các thành phần của cây cà phê nhưng tích lũy mức độ cao hơn trong các mô non như lá và nụ hoa, cũng như trong vỏ trái và hạt. Trigonelline được tổng hợp nhiều trong vỏ của trái chưa chín nhưng giảm tổng hợp trong trái chín. Trong trái hoàn toàn chín muồi, hàm lượng trigonelline tích lũy cao ngay cả khi không có hoạt động tổng hợp được phát hiện. Điều này cho thấy sinh tổng hợp trigonelline diễn ra trong vỏ trái và trigonelline có thể được vận chuyển tiếp từ mô này đến phôi nhũ (Zheng và Ashihara, 2004). 1.3. Vai trò của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật trong quá trình tăng trưởng và phát triển trái Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật tác động ở những giai đoạn khác nhau của quá trình chín và phát triển của trái một cách chuyên biệt. Hạt là trung tâm tổng hợp quan trọng các hormone sinh trưởng thực vật trong các giai đoạn phát triển của trái và hạt. 1.3.1. Auxin Hàm lượng auxin trong hạt có hai đỉnh quan trọng: một là ở giai đoạn tăng trưởng nhanh lần thứ nhất tương ứng với sự phát triển của nhân noãn hay phôi nhũ; và một ở giai đoạn tăng trưởng trái chậm tương ứng với sự phát triển phôi nhũ tối đa và 9 sự phát triển của phôi. Ở một vài loài còn có đỉnh thứ ba khi phôi hoàn thành sự tăng trưởng, trái bước vào giai đoạn chín (Biale, 1978, Bùi Trang Việt, 2000). Như vậy, auxin có vai trò huy động các sản phẩm quang hợp do đó giúp trái tăng trưởng nhanh cạnh tranh với các cơ quan dinh dưỡng (Bianco - Trinchant, 1998). Auxin nồng độ thấp cũng rút ngắn thời gian cần để chín trái (Bùi Trang Việt, 2000). 1.3.2. Gibberellin Nếu auxin và cytokinin đạt tới đỉnh trong giai đoạn phát triển sớm của trái (giai đoạn phân chia tế bào) thì gibberellin nhiều trong giai đoạn kéo dài tế bào và đạt tới đỉnh trước khi trái trưởng thành (Abdel - Rahman, 1997). Thông thường gibberellin làm chậm sự trưởng thành và chín trái (Bùi Trang Việt, 2000). 1.3.3. Cytokinin Hoạt tính cytokinin cao trong phôi ở giai đoạn phát triển sớm của trái, sau đó giảm khi trái tăng trưởng. Cytokinin kéo dài thời gian cần cho chín trái (Bùi Trang Việt, 2000). 1.3.4. Abscisic acid Abscisic acid (ABA) cản sự tăng trưởng trái và kích thích sự rụng ở trái non. Hàm lượng abscisic acid thấp ở giai đoạn khởi đầu của sự phát triển trái và tăng lên cao ở cuối giai đoạn phát triển trái và hạt. Hàm lượng abscisic acid cao ở giai đoạn này có liên quan mật thiết đến sự chín trái, rụng và sự ngủ của hạt. Tình trạng stress do thiếu nước cũng liên quan tới sự tổng hợp abscisic acid trong lá (Bùi Trang Việt, 2000). 1.3.5. Ethylene thể hiện vai trò trung tâm trong sự chín trái Ethylene đã được chứng minh có ảnh hưởng lên sự phiên mã và dịch mã nhiều gene liên quan đến quá trình chín. Thông thường đó là các gene mã hóa cho các enzyme thủy phân như amylase, protopeptinase, chlorophillase, hydrolase... (Giovannoni et al., 2013). Vai trò trung tâm của ethylene trong sự chín trái được thể hiện qua nhiều sự kiện: 10 + Có sự thoát ethylene ở các trái có climax (xảy ra trong điều kiện hiếu khí và nhạy với nhiệt độ): trái đang chín (tỏa ethylene) thúc đẩy sự chín của các trái xanh để bên cạnh. + Ở trái xanh có climax (đã đạt mức độ phát triển đủ), ethylene kích thích sự chín trái với các đặc trưng: đỉnh climax, tổng hợp mRNA của polygalacturonase và cả sự sản xuất ethylene. + Xử lí Ag+ (ion cản hoạt động của ethylene) sẽ làm chậm sự chín trái. + Trái (hay mô trái) cà chua được xử lý gibberellin vẫn xanh, không nhạy cảm với ethylene để khởi động quá trình chín mặc dù ethylene vẫn kích thích tạo đỉnh hô hấp (bất chấp xử lý gibberellin), là bằng chứng thuyết phục về tính nhạy cảm của mô trái với ethylene (Bùi Trang Việt, 2000). 1.3.5.1. Sinh tổng hợp và điều hòa ethylene trong quá trình chín trái Quá trình sinh tổng hợp ethylene diễn ra theo chu trình của Yang (Yang và Hoffman, 1984) (hình 1.2). SAM : S-adenosyl-L-methionine MTA: 5’-methyladenosine ACC: 1-aminocyclopropane-1-carboxylic ACS: S-andenosylmethionine synthase ACO: 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase