BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ 5 DOI 10 15625/vap 2022 0086 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BIẾN ĐỔI SINH LÝ VÀ HOÁ SINH TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞ[.]
BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM - HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ DOI: 10.15625/vap.2022.0086 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BIẾN ĐỔI SINH LÝ VÀ HOÁ SINH TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA QUẢ DƯA CHUỘT (Cucumis sativus L.) TRỒNG TẠI TỈNH THANH HÓA Hà Thị Phương1, Lê Văn Trọng1,*, Hồng Văn Chính1, Lê Thị Huyền1, Lê Đình Chắc1, Đỗ Thị Hải1, Trịnh Thị Hương1, Bùi Bảo Thịnh2, Tống Mạnh Tiến3 Tóm tắt Nghiên cứu nhằm khảo sát biến đổi sinh lý hóa sinh trình sinh trưởng phát triển dưa chuột (Cucumis sativus L.) trồng tỉnh Thanh Hóa Quả dưa chuột đo kích thước hàm lượng diệp lục, carotenoid, đường khử, tinh bột, acid hữu tổng số vitamin C từ đến 12 ngày tuổi Kết nghiên cứu cho thấy chiều dài đường kính dưa chuột đạt kích thước gần tối đa 11 ngày tuổi Hàm lượng diệp lục vỏ dưa chuột đạt giá trị cao ngày tuổi, sau giảm dần Hàm lượng carotenoid thấp trình hình thành sau tăng lên chín Hàm lượng vitamin C đường khử tăng liên tục đạt cực đại 11 ngày tuổi, sau giảm nhẹ Hàm lượng tinh bột acid hữu tổng số đạt cực đại ngày tuổi, sau giảm dần Những kết cho thấy dưa chuột nên thu hoạch 11 ngày tuổi để phát huy tối đa giá trị dinh dưỡng chất lượng Từ khóa: Chỉ tiêu hóa sinh, tiêu sinh lý, chín sinh lý, dưa chuột ĐẶT VẤN ĐỀ Dưa chuột có tên khoa học Cucumis sativus L., thuộc họ Bầu bí (Cucurbitaceae) Trong lịch sử, dưa chuột trồng lâu đời cho có nguồn gốc từ châu Á Hiện tại, dưa chuột loại rau trồng rộng rãi thứ tư giới (sau cà chua, hành tây bắp cải) Trung Quốc nhà sản xuất lớn giới loại rau (Ugwu Suru, 2021) Dưa chuột đơn tính gốc tự nhiên Loại có đặc điểm rễ thân bám đất mọc lên khung đỡ, tua xoắn ốc Quả dưa chuột có kích thước khác nhìn chung có chiều dài lên đến 60 cm với đường kính trung bình 10 cm, có dạng gần hình trụ với đầu thuôn dài Hiện nay, dưa chuột loại rau quan trọng toàn giới (Liu cộng sự, 2018) Nó thành phần phổ biến salad, đánh giá cao chủ yếu nhờ kết cấu giòn độ ngon (Zhang cộng sự, 2019) Dưa chuột có hương vị nhẹ mùi thơm tùy thuộc vào giống, aldehyde không bão hịa có (Schieberle cộng sự, 1990) Chúng chứa hàm lượng cao vitamin K, triterpenoid, flavonoid chất chống oxy hóa β-carotene, vitamin C, vitamin B khoáng chất (Mukherjee cộng sự, 2013) Theo truyền thống, dưa chuột sử dụng y học dân gian để điều trị Trường Đại học Hồng Đức Trường Khoa học Tự nhiên, Đại học Liên bang Viễn Đông, LB Nga Công ty TNHH Đầu tư Phát triển Giáo dục TSV Việt Nam * Email: levantrong@hdu.edu.vn PHẦN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH HỌC PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN XÃ HỘI 775 bệnh tiêu chảy, tiểu đường cao huyết áp Ngồi ra, dưa chuột cho có đặc tính ngăn ngừa chống ung thư, chống oxy hóa chống viêm (Ugwu Suru, 2021) Dưa chuột báo cáo làm thay đổi lipid huyết tương hoạt động loại thuốc giảm đau (Abu-Reidah cộng sự, 2012) Cho đến nay, dưa chuột trồng rộng rãi Việt Nam với nhiều giống khác Việc tiêu thụ dưa chuột tương đối phổ biến nhiều địa phương, nhiên việc thu hoạch dưa chuột khơng có sở khoa học làm giảm chất lượng bày bán thị trường Nghiên cứu thực nhằm xem xét biến đổi sinh lý hóa sinh dưa chuột trồng tỉnh Thanh Hóa giai đoạn phát triển khác Từ tìm thời gian chín sinh lý dưa chuột để tối đa hóa giá trị dinh dưỡng trình thu hoạch VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu địa điểm nghiên cứu Thí nghiệm bố trí nhà lưới có diện tích 1000 m2 thị trấn Vĩnh Lộc, huyện Vĩnh Lộc, tỉnh Thanh Hóa vào tháng năm 2021 Các tiêu sinh lý, hóa sinh thực Phịng thí nghiệm Bộ mơn Sinh học, Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Hồng Đức Giống dưa chuột baby Hà Lan F1 FADIA nhập Công ty TNHH Nơng Hưng Phú Quả có chiều dài 12-15 cm, đường kính cm, hình dạng ngắn, thẳng, bề mặt nhẵn khơng có gai Quả có vị giịn, ngọt, hương vị ngon Cây dưa chuột trồng giá thể với thành phần dinh dưỡng gồm đất thịt, trấu hun, xơ dừa, phân chuồng hoai mục Số thí nghiệm 200 cây, có sinh trưởng, phát triển bình thường, khơng sâu bệnh điều kiện chăm sóc đồng 2.2 Phương pháp thu mẫu Quả dưa chuột thu theo phương pháp lấy m u h n hợp tồn diện tích vườn thí nghiệm theo sơ đồ đường chéo năm điểm: điểm tâm bốn điểm đoạn thẳng nối tâm đến bốn góc đỉnh Khi hình thành, tiến hành đánh dấu hàng loạt thí nghiệm, ghi chép theo ngày tháng, m i thời điểm tiến hành thu m u 20 Quả dưa chuột thu vào buổi sáng, cho vào túi nylon nhanh chóng vận chuyển đến phịng thí nghiệm Thí nghiệm tiến hành thời điểm 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11 12 ngày tuổi 2.3 Phương pháp phân tích tiêu sinh lý, hóa sinh - Xác định chiều dài đường kính thước kẹp kỹ thuật số Vernier với độ xác 0,1 mm - Xác định hàm lượng sắc tố phương pháp quang phổ theo công thức Kinney (Nguyễn Văn ã cộng sự, 2013) ac- - Xác định hàm lượng đường khử tinh bột phương pháp Bertrand (Nguyễn Văn Mùi, 2001) BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 776 - Xác định hàm lượng acid hữu tổng số phương pháp trung hồ (Bộ Khoa học Cơng nghệ, 2008) - Xác định hàm lượng vitamin C phương pháp chuẩn độ (Nguyễn Văn 2001) ùi, 2.4 Phương pháp xử lý số liệu Số liệu xử lý phân tích phương sai ANOVA phần mềm IRRISTAT 5.0 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Sự biến đổi chiều dài đường kính dưa chuột Sau thụ tinh hình thành quả, dưa chuột bắt đầu sinh trưởng phát triển Theo trình phát triển, dưa chuột có thay đổi chiều dài đường kính, việc theo dõi thay đổi cho phép xác định thời điểm ngừng sinh trưởng đạt kích thước tối đa, tiền đề để xác định thời điểm chín (Zhang cộng sự, 2019) Sự biến đổi chiều dài đường kính dưa chuột q trình sinh trưởng phát triển thể Hình Hình Sự biến đổi chiều dài đường kính trình sinh trưởng phát triển dưa chuột Chiều dài đường kính dưa chuột tăng dần theo trình sinh trưởng phát triển (Hình 1) Chiều dài đường kính tăng nhanh khoảng thời gian từ đến 10 ngày tuổi Điều có tăng lên nhanh chóng số lượng kích thước tế bào Sau đó, chiều dài đường kính v n tăng lên với tốc độ chậm ổn định Tại 11 ngày tuổi, chiều dài đạt 12,415 cm đường kính đạt 3,014 cm Khi 12 ngày tuổi, chiều dài đường kính v n tăng lên khơng đáng kể, lúc giá trị khác có ý nghĩa thống kê Như vậy, q trình sinh trưởng phát triển dưa chuột, tăng trưởng chiều dài đường kính có liên quan chặt chẽ với Sự liên quan điều khiển PHẦN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH HỌC PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN XÃ HỘI 777 trình trao đổi chất cộng với điều hòa, chi phối phức hệ hoocmon nội sinh tế bào 3.2 Sự biến đổi hàm lượng sắc tố dưa chuột Sự biến đổi hệ sắc tố vỏ tiêu quan trọng cho phép xác định biến đổi màu sắc bên ngồi vỏ quả, từ làm để xác định thời điểm thu hái thích hợp Kết nghiên cứu biến đổi hàm lượng sắc tố vỏ dưa chuột thể Hình Tại ngày tuổi, hàm lượng diệp lục vỏ dưa chuột thấp, hàm lượng diệp lục a diệp lục b đạt 0,016 mg/g 0,039 mg/g Từ đến ngày tuổi, hàm lượng diệp lục a diệp lục b tăng nhanh đạt giá trị cao ngày thứ (diệp lục a đạt 0,139 mg/g, diệp lục b đạt 0,245 mg/g) Sau ngày tuổi, hàm lượng diệp lục giảm dần (Hình 2) Kết phù hợp với số nghiên cứu cho phân hủy chất diệp lục có liên quan đến trưởng thành (Du cộng sự, 2014; Trong cộng sự, 2019) Hình Sự biến đổi hàm lượng sắc tố trình sinh trưởng phát triển dưa chuột Hàm lượng carotenoid tăng dần trình sinh trưởng phát triển dưa chuột (Hình 2) Hàm lượng carotenoid đạt 0,006 mg/g ngày tuổi Từ đến ngày tuổi, hàm lượng carotenoid tăng chậm, sau tăng nhanh theo độ chín Ở 12 ngày tuổi, hàm lượng carotenoid đạt 0,119 mg/g Ở giai đoạn đầu, có màu xanh chủ yếu lượng lớn chất diệp lục che khuất carotenoid, bước vào q trình chín, màu vàng carotenoid xuất nhiều diệp lục bị phân hủy (Charoenchongsuk cộng sự, 2015) 3.3 Sự biến đổi hàm lượng đường khử tinh bột dưa chuột Nghiên cứu biến đổi hàm lượng đường khử tinh bột cho phép đánh giá phần chất lượng chín Hàm lượng đường khử thời kỳ đầu dưa chuột (2 ngày tuổi) tương đối thấp đạt 0,880 % (Bảng 1) Từ đến 11 ngày tuổi, hàm BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 778 lượng đường khử tăng nhanh đạt 1,765 % 11 ngày tuổi Kết nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu Trong cộng (2019) hàm lượng đường khử tăng nhanh giai đoạn phát triển sau Tuy nhiên, sau 11 ngày tuổi hàm lượng đường khử giảm xuống, điều q trình chín dưa chuột có gia tăng cường độ hô hấp, tăng nhanh trình hơ hấp thời điểm ngun nhân gây giảm hàm lượng đường khử vốn ngun liệu trực tiếp sử dụng q trình hơ hấp Bảng Sự biến đổi hàm lượng đường khử tinh bột trình sinh trưởng phát triển dưa chuột Tuổi phát triển (ngày) 10 11 12 Hàm lượng đường khử (%) 0,880f 0,937f 1,254e 1,376d 1,542c 1,709a 1,765a 1,615b 0,021 0,022 0,024 0,015 0,034 0,026 0,038 0,012 Hàm lượng tinh bột (%) 1,525c 1,636bc 1,957ab 2,092ab 2,318a 1,917ab 1,731b 1,318d 0,074 0,042 0,038 0,094 0,048 0,023 0,025 0,036 Ghi chú: Trong cột số liệu, giá trị mang chữ thể khác không ý nghĩa, giá trị mang chữ khác thể khác mức ý nghĩa α = 0,05 Khi dưa chuột hình thành, hàm lượng tinh bột thấp đạt 1,525 % ngày tuổi, hàm lượng tinh bột cao đạt 2,318 % ngày tuổi (Bảng 1) Đây thời điểm có xu hướng tích lũy chất dinh dưỡng để chuẩn bị cho q trình chín Sau ngày tuổi, hàm lượng tinh bột giảm xuống chuyển hóa mạnh Ở 12 ngày tuổi, hàm lượng tinh bột giảm xuống 1,318 % Trong giai đoạn này, hoạt tính enzyme α-amylase tăng lên, tác dụng enzyme α-amylase, tinh bột chuyển hóa thành đường làm nguyên liệu cho trình hơ hấp sinh lượng 3.4 Sự biến đổi hàm lượng acid hữu tổng số vitamin C dưa chuột Trong tế bào thực vật gặp acid hữu dạng tự do, dạng muối amon este Khi dạng este quy định chất lượng mùi thơm nhiều loại Hàm lượng acid hữu thay đổi tùy theo loài, giống theo giai đoạn phát triển Ở giai đoạn dưa chuột bắt đầu hình thành (2 ngày tuổi), hàm lượng acid hữu tổng số lớn đạt 36,583 mg/100 g Từ đến ngày tuổi, hàm lượng acid hữu tổng số dưa chuột tăng dần đạt giá trị cao 53,128 mg/100 g ngày tuổi (Bảng 2) Ở thời kỳ từ 9-12 ngày tuổi, hàm lượng acid hữu giảm acid hữu dùng q trình hơ hấp để cung cấp lượng cho trình tổng hợp tinh bột Mặt khác, lượng tiếp tục cần cho trình sinh tổng hợp chất đặc trưng cho q trình chín enzyme thủy phân, este tạo mùi thơm cho thời kỳ chín tổng hợp đường tạo vị cho quả, d n đến giảm hàm lượng acid hữu (Prasanna cộng sự, 2007) PHẦN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH HỌC PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN XÃ HỘI 779 Bảng Sự biến đổi hàm lượng acid hữu tổng số vitamin C trình sinh trưởng phát triển dưa chuột Tuổi phát triển Hàm lượng acid hữu Hàm lượng vitamin C (ngày) tổng số (mg/100 g) (mg/100 g) 36,583e 0,972 1,937e 0,652 39,415d 1,261 2,634d 0,931 c 46,732 2,467 3,026c 1,347 b 49,057 2,138 3,531b 2,125 53,128a 1,575 3,729b 1,628 a 10 52,167 0,937 4,116a 1,015 b 11 50,568 1,208 4,515a 2,437 12 47,352c 1,025 4,327a 2,015 Ghi chú: Trong cột số liệu, giá trị mang chữ thể khác không ý nghĩa, giá trị mang chữ khác thể khác mức ý nghĩa α = 0,05 Vitamin C acid hữu tan nước tổng hợp thể thực vật thành phần dinh dưỡng chủ yếu người Hàm lượng vitamin C tiêu quan trọng để đánh giá giá trị dinh dưỡng nhiều loại trái Hàm lượng vitamin C dưa chuột từ đến 11 ngày tuổi tăng chậm (Bảng 2) Sau 11 ngày, hàm lượng vitamin C giảm Hàm lượng vitamin C giảm tham gia vào trình sinh tổng hợp ethylene, oxalate tartrate trái (Singh cộng sự, 2011) KẾT LUẬN Quả dưa chuột trồng tỉnh Thanh Hóa đạt kích thước gần tối đa chiều dài đường kính 11 ngày tuổi Lúc có màu xanh có nhiều chất diệp lục hàm lượng carotenoid thấp Các thành phần tinh bột, acid hữu tổng số thay đổi theo trình sinh trưởng phát triển Ở ngày 11 tuổi, dưa chuột có hàm lượng đường khử vitamin C tối đa Sau 11 ngày tuổi, hàm lượng số thành phần giảm xuống, cần thu hoạch dưa chuột 11 ngày tuổi để đảm bảo giá trị dinh dưỡng TÀI LIỆU THAM KHẢO Abu-Reidah, I M., Arráez-Román, D., Quirantes-Piné, R., Fernández-Arroyo, S., SeguraCarretero, A., and Fernández-Gutiérrez, A., 2012 HPLC–ESI-Q-TOF-MS for a comprehensive characterization of bioactive phenolic compounds in cucumber whole fruit extract Food Research International, 46(1): 108-117 Bộ Khoa học Công nghệ, 2008 TCVN: 4589-88, ngày 30/12/2008 - Phương pháp xác định hàm lượng axit tổng số axit bay Charoenchongsuk, N., Ikeda, K., Itai, A., Oikawa, A., and Murayama, H., 2015 Comparison of the expression of chlorophyll-degradation-related genes during ripening between stay-green and yellow-pear cultivars Scientia Horticulturae, 181: 89-94 780 BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM Du, L., Yang, X., Song, J., Ma, Z., Zhang, Z., and Pang, X., 2014 Characterization of the stage dependency of high temperature on green ripening reveals a distinct chlorophyll degradation regulation in banana fruit Scientia Horticulturae, 180: 139-146 Liu, X., Wang, T., Bartholomew, E., Black, K., Dong, M., Zhang, Y., Yang, S., Cai, Y., Xue, S., Weng Y., and Ren, H., 2018 Comprehensive analysis of NAC transcription factors and their expression during fruit spine development in cucumber (Cucumis sativus L.) Horticulture Research, 5: 31 Mukherjee, P K., Nema, N K., Maity, N., and Sarkar, B K., 2013 Phytochemical and therapeutic potential of cucumber Fitoterapia, 84: 227-236 Nguyễn Văn ã, La Việt Hồng & Ong Xuân Phong, 2013 Phương pháp nghiên cứu sinh lý học thực vật Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 223 tr Nguyễn Văn ùi, 2001 Thực hành hóa sinh học Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 205 tr Prasanna, V., Prabha, T N., and Tharanathan, R N., 2007 Fruit ripening phenomena–an overview Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 47(1): 1-19 Schieberle, P., Ofner, S., and Grosch, W., 1990 Evaluation of potent odorants in cucumbers (Cucumis sativus) and muskmelons (Cucumis melo) by aroma extract dilution analysis Journal of Food Science, 55(1): 193-195 Singh, R K., Ali, S A., Nath, P., and Sane, V A., 2011 Activation of ethyleneresponsive p-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase leads to increased tocopherol levels during ripening in mango Journal of Experimental Botany, 62(10): 3375-3385 Trong, L V., Tuong, L Q., Thinh, B B., Khoi, N T., and Trong, V T., 2019 Physiological and biochemical changes in tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) during growth and ripening cultivated in Vietnam Bioscience Research, 16(2): 17361744 Ugwu, C., and Suru, S., 2021 Cosmetic, Culinary and Therapeutic Uses of Cucumber (Cucumis sativus L.) In: Cucumber Economic Values and Its Cultivation and Breeding United Kingdom: IntechOpen Zhang, T., Li, X., Yang, Y., Guo, X., Feng, Q., Dong, X., and Chen, S., 2019 Genetic analysis and QTL mapping of fruit length and diameter in a cucumber (Cucumis sativus L.) recombinant inbred line (RIL) population Scientia Horticulturae, 250: 214-222 ... diệp lục a diệp lục b đạt 0,016 mg/g 0, 039 mg/g Từ đến ngày tuổi, hàm lượng diệp lục a diệp lục b tăng nhanh đạt giá trị cao ngày thứ (diệp lục a đạt 0, 139 mg/g, diệp lục b đạt 0,245 mg/g) Sau... lượng acid hữu Hàm lượng vitamin C (ngày) tổng số (mg/100 g) (mg/100 g) 36,583e 0,972 1,937e 0,652 39, 415d 1,261 2,634d 0,931 c 46,732 2,467 3,026c 1,347 b 49,057 2,138 3,531b 2,125 53,128a 1,575... reveals a distinct chlorophyll degradation regulation in banana fruit Scientia Horticulturae, 180: 139- 146 Liu, X., Wang, T., Bartholomew, E., Black, K., Dong, M., Zhang, Y., Yang, S., Cai, Y., Xue,