Nông nghiệp việt nam

Với đà tiến bộ khoa học, nhất là việc thúc đẩy tìm biện pháp bảo tồn tài nguyên thực vật đang bị nguy cơ tuyệt chủng, trong đó việc bảo quản hạt giống cây trồng, cây rừng và thực vật hoang dại rất khẩn cấp, nên ngành khoa học về hạt (Seed Science) đã tiến triển nhanh chóng trong nửa thế kỷ qua. 

>> Tuổi thọ kỷ lục ở hạt
>> Chuyện dài hạt lúa 3.000 năm nảy mầm?

Khai quật tại hố khảo cổ Thành Dền

Bản chất tồn trữ

Để bảo quản hạt giống, trước tiên cần phải biết đặc tính tồn trữ của mỗi loài hạt. Năm 1973, GS EH Roberts của Đại học Reading (Anh Quốc) chia hạt của thực vật thành 2 nhóm:

Hạt chính thống (Orthodox seed) – hay nôm na là “hạt-ưa-khô” - là nhóm hạt “có thể rút khô (dry, desiccation) mà không ảnh hưởng đến khả năng nẩy mầm, và trong một giới hạn rộng rãi của môi trường tồn trữ, tuổi thọ hạt càng tăng khi ẩm độ hạt và nhiệt độ tồn trữ càng thấp, theo một quy luật có thể tính toán và tiên đoán được”. Tóm lược, được gọi là Orthodox seed, hạt phải có đủ 3 điều kiện:

(i) Hạt có thể làm khô đến ẩm độ 2-5% (moisture content, mc), hay tương đương với 10% ẩm độ tương đối không khí (air relative humidity, rh).

(ii) Trong giới hạn từ 2-5% tới 20% ẩm độ, có sự tương quan logarithm nghịch (negative logarithmic relation) giữa tuổi thọ và ẩm độ hạt tồn trữ.

(iii) Có tương quan nghịch (negative relation) giữa gia tăng tuổi thọ và gia tăng nhiệt độ (tuổi thọ càng gia tăng khi nhiệt độ tồn trữ càng thấp).

Vì vậy, hạt-ưa-khô khi tồn trữ ở ẩm độ thấp và nhiệt độ thấp, sẽ có tuổi thọ lớn. Chẳng hạn, các ngân hàng hạt giống (seed genebank) tồn trữ hạt ở ẩm độ 3-5% và nhiệt độ -20ºC tin tưởng là có tuổi thọ từ vài trăm năm đến vài ngàn năm.

Hạt phản loạn (Recalcitrant) – hay nôm na “hạt-ưa-ẩm” là loại hạt sẽ bị chết hoàn toàn khi đưa ẩm độ xuống dưới 25-20%. Vì không thể rút khô, nên không thể tồn trữ lạnh ở nhiệt độ <10ºC, vì vậy tuổi thọ rất ngắn, chỉ vài tuần đến vài tháng. Ví dụ: hạt mít, nhãn, chôm chôm, sầu riêng, măng cụt, v.v.

Năm 1990, một nhóm hạt thứ 3 được Ellis, Hong và Roberts khám phá, đặt tên là “Hạt trung gian” (Intermediate seed storage behaviour). Ở nhóm hạt này, tuổi thọ gia tăng khi hạt được làm khô và tuổi thọ đạt tối đa khi hạt có ẩm độ khoảng 8-12%, tương đương với ẩm độ tương đối không khí 50% rh, rút khô dưới ẩm độ này hạt chết. Về nhiệt độ tối thích để tồn trữ là 10ºC, trên nhiệt độ này tuổi thọ giảm, dưới nhiệt độ này hạt bị chết. Ví dụ: hạt cà phê arabica, hạt đu đủ, hạt cam quít, v.v. Tuổi thọ của nhóm hạt này cũng ngắn. Tồn trữ ở điều kiện tối thích (10% ẩm độ, 10ºC) hạt cà phê arabica có tuổi thọ tối đa là 10-15 năm, tùy giống.

Chi tiết bản chất tồn trữ và phương pháp tồn trữ tối thích cho 3 nhóm hạt này đã được mô tả trong một số tài liệu. Trong khoảng 7.000 loại thực vật hiện được biết bản chất tồn trữ (trong số khoảng 250 ngàn thực vật có hạt) thì 88.6% là hạt-ưa-khô, 2% là trung gian, và 7.4% là hạt-ưa-ẩm. Trong số 60 cây rừng Việt Nam được nghiên cứu tại Reading thì có 34 loài thuộc hạt-ưa-khô (56.8%), 13 loài trung gian (21.6%), và 13 loài thuộc hạt-ưa-ẩm (21.6%). Bản chất tồn trữ của hơn 7.000 loài nói trên đã được Ngân hàng Hạt Giống thuộc Vườn Bách Thảo Hoàng Gia Kew cập nhật vào database và đưa lên mạng.

Công thức tính tuổi thọ

Để tiên đoán tuổi thọ của hạt hoa màu tồn trữ trong các điều kiện được xác định rõ, từ thập niên 1960s, GS Roberts đã đề xướng mô hình toán học và được áp dụng rộng rãi, tuy chưa được chính xác lắm. Richard Ellis, một nghiên cứu sinh tiến sỹ của ông nghiên cứu và cải thiện mô hình toán học này trở thành hoàn hảo, và được mệnh danh là “Viability Equation” – “Phương trình tính tuổi thọ”:

v = K_i - p /10K_E - C_Wlog₁₀m - C_Ht - C_Qt² (1)

Cước chú: K_E - C_Wlog₁₀m - C_Ht - C_Qt² là lũy thừa của 10; t² = t bình phương

v (viết tắt của Viability) là số bách phân nẩy mầm tính theo đơn vị probit (xác suất probability) sau p (period) ngày tồn trữ ở ẩm độ m (moisture content, tính theo vật chất tươi-fresh basis) và nhiệt độ t (°C), K_i là một hằng số mô tả độ nẩy mầm của lô hạt trước khi tồn trữ, tính theo đơn vị probit, K_E, C_W, C_H và C_Q là các hằng số có liên hệ với loài (species) hạt tồn trữ. Các trị số này được tính từ kết quả của một thí nghiệm cho từng loài hoa màu trong các điều kiện tồn trữ thật chính xác trong phòng thí nghiệm, cần một thời gian tối thiểu 2 năm. Cho tới nay (2009), khoảng 80 loài đã được xác định các hằng số, và đã được phổ biến. Công thức này không những chính xác tính tuổi thọ của hạt thực vật, mà còn đúng cho hạt phấn hoa (Pollen grain), và bào tử (spores, conidia) của 10 loại nấm.

Trị số K_i mô tả “tiềm năng tuổi thọ” (potential longevity). Trị số càng lớn chứng tỏ lô hạt có độ nẩy mầm cao trước khi tồn trữ, và như vậy có tuổi thọ lớn.

Trị số K_E mô tả “tuổi thọ tuyệt đối” (absolute longevity) của loài. Trị số càng lớn thì loài hạt đó có tuổi thọ cao. Có thể dùng để so sánh tuổi thọ giữa các loài, để biết loài nào thọ hơn, hay loài nào chết trước, nếu chúng có cùng môi trường tồn trữ. Chẳng hạn, trong các loại ngũ cốc thì hạt ngô (Zea mays) có tuổi thọ tuyệt đối cao nhất (9,993), kế là lúa miến (Sorghum bicolor) (9,381), pearl millet (Pennisetum typhoides) (9,336), lúa Phi châu (Oryza glaberrima) (8,786), lúa mì (Triticum aestivum) (8,498), foxtail millet (Setaria italica) (8,478), finger millet (Eleusine coracana) (8,288), kodo millet (Paspalum scrobiculatum) (8,138), cuối cùng là lúa Á châu (Oryza sativa) (8,096). Trong loài lúa Á châu, lúa Indica có tuổi thọ tuyệt đối lớn hơn lúa Javanica và lúa Japonica.

Trị số C_W mô tả phản ứng của loài hạt đối với thay đổi ẩm độ hạt tồn trữ. Cùng giảm ẩm độ, chẳng hạn từ 15% xuống 5%, mỗi loài có phản ứng gia tăng tuổi thọ khác nhau, trị số càng lớn cho thấy tuổi thọ gia tăng khi hạt càng khô. Chẳng hạn, trong các loài ngũ cốc, bắp (5,993) gia tăng tuổi thọ nhiều nhất khi giảm ẩm độ, kế là pearl millet (5,540), lúa miến (5,379), foxtail millet (4,829), lúa mì (4,836), lúa Phi châu (4,727), kodo millet (4,435), finger millet (4,345), cuối cùng là lúa Á châu (4,246). Phối hợp 2 yếu tố K_E và C_W trên, thì lúa Á châu có tuổi thọ ngắn hơn các hoa màu nói trên.

Trị số C_H và C_Q là hằng số mô tả phản ứng của hạt đối với thay đổi nhiệt độ tồn trữ. Trị số này bất biến, với C_H = 0,0329 và C_Q = 0,000478, và được áp dụng cho mọi hạt thực vật.

Bây giờ hãy xét tồn trữ ở cùng một ẩm độ, nhưng khác nhiệt độ. Nếu nhiệt độ tồn trữ giảm từ 35ºC xuống 30ºC, tuổi thọ tăng 2,09 lần; giảm từ 30ºC xuống 25ºC, tuổi thọ tăng 1,98 lần; giảm từ 25ºC xuống 20ºC, tuổi thọ tăng 1,87 lần; 20ºC xuống 15ºC, tuổi thọ tăng 1,77 lần; 15ºC xuống 10ºC, tuổi thọ tăng 1,67 lần, v.v, nghĩa là cứ giảm mỗi 5ºC, càng xuống nhiệt độ lạnh hơn thì số lần gia tăng tuổi thọ cũng kém đi. Vì vậy, nếu giảm nhiệt độ tồn trữ từ 30ºC xuống -20ºC (nhiệt độ của ngân hàng hạt giống), tuổi thọ tăng 76,6 lần.

Bây giờ hãy xét tồn trữ ở cùng một nhiệt độ, nhưng khác ẩm độ. Nếu giảm ẩm độ hạt từ 15% xuống 12,5%, tuổi thọ gia tăng 2,45 lần; từ 12,5% xuống 10%, tuổi thọ gia tăng 2,99 lần; từ 10% xuống 7,5%, tuổi thọ gia tăng 4,19 lần; từ 7,5% xuống 5%, tuổi thọ gia tăng 7,32 lần. Vì vậy, nếu giảm ẩm độ hạt từ 15% (nông dân tồn trữ) xuống 5% (ẩm độ hạt của ngân hàng hạt giống tồn trữ), tuổi thọ tăng 220 lần. Vì vậy, lợi ích của việc rút khô hạt giống có hiệu quả gia tăng tuổi thọ hơn phương pháp tồn trữ bằng cách giảm nhiệt độ.

Với biện pháp giảm ẩm độ hạt kết hợp với giảm nhiệt độ tồn trữ, tuổi thọ gia tăng rất nhiều. Chẳng hạn, so sánh tồn trữ hạt ở ẩm độ 15% và 30ºC (cách của nông dân), với tồn trữ hạt 5% và nhiệt độ -20ºC (ngân hàng hạt giống) thì tuổi thọ hạt ở ngân hàng hạt giống gia tăng 16.850 lần cách của nông dân.

Trong phương pháp tồn trữ khô, ngoài 2 yếu tố chính là ẩm độ và nhiệt độ, các thành phần cấu tạo của không khí cũng có ảnh hưởng. Sự hiện diện của oxy làm giảm tuổi thọ vì làm gia tăng hiện tượng “lão hóa” (ageing). Ngược lại, khí CO₂, khí N₂, và khoảng 10 khí khác, hay chân không (dùng máy bơm hết không khí), làm gia tăng tuổi thọ thêm khoảng 5-10%. (Còn nữa)