Cây ngô là một trong ba cây lƣơng thực quan trọng hàng đầu thế giới sau lúa mì và lúa nƣớc, cung cấp lƣơng thực cho con ngƣời và thức ăn cho vật nuôi. Ngô còn là nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp lƣơng thực, thực phẩm, dƣợc phẩm và công nghiệp nhẹ.
Hiện nay, ngô đang đƣợc quan tâm đặc biệt với vai trò là nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học. Với ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế, cùng với tính thích ứng rộng và tiềm năng năng suất cao, cây ngô đƣợc hầu hết các quốc gia trên thế giới gieo trồng và diện tích ngày càng mở rộng. Năm 2007, sản xuất ngô thế giới đạt kỷ lục cả 3 chỉ tiêu: Diện tích 158,0 triệu ha (chỉ sau lúa mì - 214,2 triệu ha, vƣợt qua lúa nƣớc - 155,8 triệu ha), năng suất 50,1 tạ/ha (lúa nƣớc 42,3 tạ/ha, lúa mì 28,3 tạ/ha) và sản lƣợng 791,8 triệu tấn - chiếm gần 40% trong tổng sản lƣợng 3 cây lƣơng thực hàng đầu trên thế giới (lúa nƣớc: 659,6 triệu tấn, lúa mì: 606 triệu tấn) [1].
Bảng 1.11. Tình hình sản xuất ngô, lúa mì, lúa nƣớc trên thế giới.
Năm Ngô Lúa mì Lúa nƣớc
Diện tích (triệu ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lƣợng (triệu tấn) Diện tích (triệu ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lƣợng (triệu tấn) Diện tích (triệu ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lƣợng (triệu tấn) 1961 2004 2005 2006 2007 104,8 145,0 145,6 148,6 158,0 19,0 49,0 48,0 47,0 50,1 204,2 714,8 696,3 704,2 719,8 200,9 217,2 218,5 212,3 214,2 11,0 29,0 28,0 28,0 28,3 219,2 625,1 621,5 593,2 606,0 115,3 150,6 152,6 153,0 155,8 19,0 40,0 41,0 41,0 42,3 215,3 595,8 622,1 622,2 659,6 Sản lƣợng ngô ngày càng gia tăng do áp dụng những kỹ thuật mới, cải tiến biện pháp canh tác. Ở Việt Nam, ngô là cây lƣơng thực quan trọng thứ 2 sau cây lúa. Ngô đƣợc đƣa vào Việt Nam cách đây khoảng 300 năm. Do có vai trò quan trọng đối với kinh tế xã hội cộng với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nên ngô đã nhanh chóng đƣợc mở rộng, trồng khắp các vùng miền cả nƣớc. Cùng với sự tiến bộ của toàn thế giới, việc phát triển sản xuất ngô ở Việt Nam trong vài thập kỷ cuối thế kỷ 20 cũng đã thu đƣợc những kết quả quan trọng do áp dụng thành công những tiến bộ khoa học kỹ thuật về giống, kỹ thuật canh tác vào sản xuất nên cây ngô đã có những bƣớc tiến mạnh về diện tích, năng suất và sản lƣợng. Năng suất ngô Việt Nam đến cuối những năm 1970 chỉ đạt 10 tạ/ha do trồng các giống ngô địa phƣơng với kỹ thuật canh tác lạc hậu. Từ giữa những năm 1980, nhiều giống ngô cải tiến đã đƣợc trồng ở nƣớc ta, góp phần đƣa năng suất lên gần 15 tạ/ha vào đầu những năm 1990. Ngành sản xuất ngô nƣớc ta thực sự có những bƣớc tiến nhảy vọt là từ đầu những năm 1990 đến nay, gắn liền với việc mở rộng giống lai và cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác. Năm 1991, diện tích trồng giống lai chƣa đến 1% trên hơn 400 nghìn ha trồng ngô, năm 2007 giống lai đã chiếm khoảng 95% trong số hơn
1 triệu ha. Năm 1994, sản lƣợng ngô Việt Nam vƣợt ngƣỡng 1 triệu tấn, năm 2000 vƣợt ngƣỡng 2 triệu tấn và năm 2008 có diện tích, năng suất và sản lƣợng cao nhất từ trƣớc đến nay: Diện tích 1.125,9 nghìn ha, năng suất 40,2 tạ/ha, sản lƣợng vƣợt ngƣỡng 4 triệu tấn - 4,5 triệu tấn.
Bảng 1.12. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam. Năm
Chỉ tiêu
1990 1994 2000 2005 2007 2008
Diện tích (1000 ha) Sản lƣợng (1000 tấn) Năng suất (tạ/ha)
432,0 617,0 15,5 543,6 1143,9 21,4 730,2 2005,9 27,5 1052,6 3787,1 36,0 1096,1 4303,2 39,3 1125,9 4531,2 40,2 Cây ngô có khả năng thích ứng rộng, có thể đƣợc trồng nhiều vụ trong năm và trồng ở hầu hết các địa phƣơng trong cả nƣớc. Tiềm năng phát triển cây ngô ở nƣớc ta là rất lớn cả về diện tích và thâm canh tăng năng suất. Các giống ngô lai có tiềm năng năng suất cao đã và đang đƣợc phát triển ở những vùng ngô trọng điểm, vùng thâm canh, có thuỷ lợi, những vùng đất tốt nhƣ: Đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam Bộ, Tây Nguyên để đạt năng suất cao. Tuy nhiên, ở các tỉnh miền núi, những vùng khó khăn, canh tác chủ yếu nhờ nƣớc trời, đất xấu, đầu tƣ thấp thì giống ngô thụ phấn tự do chiến ƣu thế và chiếm một diện tích khá lớn.
Ngô là cây trồng nhiệt đới, ngô thích hợp với thời tiết ấm, nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn sinh trƣởng mạnh là từ 21-270C. Khi nhiệt độ dƣới 190C ngô sinh trƣởng phát triển chậm lại. Lƣợng mƣa thích hợp nhất cho ngô trong khoảng 600- 900 mm/năm. Cây ngô không kén đất, do vậy có thể trồng đƣợc trên nhiều loại đất khác nhau, song thích hợp nhất là đất trung tính (pH từ 6,0-7,2), tơi xốp, thoát nƣớc tốt, giàu mùn và dinh dƣỡng.
1.5.2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của ngô.
Hạt ngô có cấu tạo gồm vỏ hạt, lớp aloron, phôi, phôi nhũ, mũ hạt, cuống hạt. Vỏ hạt bao bọc xung quanh hạt, là một màng nhẵn, màu trắng, đỏ hoặc vàng tùy theo giống, chiếm 6-9% trọng lƣợng hạt. Lớp aloron nằm sau tầng vỏ bao bọc lấy phôi nhũ và phôi, chiếm 6-8% trọng lƣợng hạt. Phôi nhũ là bộ phận chính của hạt chủ yếu chứa tinh bột và các chất có giá trị dinh dƣỡng cao, chiếm 70-85% trọng lƣợng hạt. Phôi gồm có lá mầm, trụ dƣới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm, chiếm 8- 15% trọng lƣợng hạt, bao quanh phôi còn có lớp tế bào xốp giúp cho việc vận chuyển hơi nƣớc từ ngoài vào trong hạt và ngƣợc lại một cách nhanh chóng.
Những bộ phận chính của hạt ngô có thành phần hoá học khác nhau. Vỏ hạt có lƣợng chất xơ thô cao (87%), chúng đƣợc cấu thành bởi hemicellulose 67%, cellulose 23% và lignin 0,1%. Phôi nhũ chứa hàm lƣợng tinh bột cao 87,%, hàm lƣợng protein 8%, chất béo 0,8%. Phôi có lƣợng dầu thô cao, 33% ; protein 18,4% và chất khoáng. Lớp alơron có hàm lƣợng protein cao 19%, chất xơ thô.
Bảng 1.13. Thành phần hoá học những bộ phận chính của hạt ngô. Thành phần hoá học Vỏ hạt Phôi nhũ Phôi
Potein Chất béo Chất xơ thô Tro Tinh bột Đƣờng 3,7 1,0 86,7 0,8 7,3 0,34 8,0 0,8 2,7 0,3 87,6 0,62 18,4 33,2 8,8 10,5 8,3 10,8
Hàm lƣợng gluxit và protein của hạt ngô phụ thuộc rất lớn vào phôi nhũ, chất béo và protein có số lƣợng ít hơn. Chất xơ thô trong hạt phân bố chủ yếu ở vỏ hạt. Dầu của phôi ngô có lƣợng axit béo tƣơng đối cao. Phôi nhũ chiếm 70-86% trọng lƣợng hạt, phôi 7-22%.
Bảng 1.14. Hàm lƣợng axit amin không thay thế của protein phôi và phôi nhũ. Axit amin Nội nhũ
(mg/100g) Mầm (mg/100g) FAO/WHO (mg/100g hạt) Tryptophan Threonin Isoleucine Losin Lysin
Các axit amin chứa S Phenylalanine Tyrosine Valine 48 315 365 1024 228 249 359 483 403 144 622 578 1030 791 362 483 343 789 60 250 250 440 340 220 380 380 310
Lƣợng protein trong nội nhũ chiếm tới 80% tổng hàm lƣợng protein trong hạt. Protein trong nội nhũ bao gồm các dạng khác nhau. Dựa vào độ bền vững của nó mà chúng có thể phân loại thành albumin (tan trong nƣớc), globulin (tan trong dung dịch muối), zein hoặc prolamine (tan trong rƣợu mạnh) và glutelin (tan trong kiềm). Trong nội nhũ ngô tỷ lệ trung bình của các dạng protein nhƣ sau: Albumin 3%, globulin 3%, zein 60% và glutelin 34%. Trái lại, protein trong phôi có nhiều albumin hơn (60% tổng protein của phôi). Dạng tan trong rƣợu chỉ chiếm một phần nhỏ (5 - 10%). Hàm lƣợng lysine trong prolamine (zein trong ngô) thấp, chỉ khoảng 0,1g/100g protein, không đủ nuôi sống chuột. Nếu thêm vào lƣợng triptophan và lysine (0,5%) thì sẽ làm cho chuột sinh trƣởng gần nhƣ bình thƣờng. Tƣơng tự, triptophan cũng chiếm tỷ lệ rất ít trong zein. Lysine trong glutelin của ngô cao hơn đáng kể, chiếm khoảng 3 đến 2g/100g protein, thậm chí cao hơn.
1.5.3. Sinh trưởng và phát triển của cây ngô.
Thời gian sinh trƣởng của cây ngô từ khi gieo đến khi chín trung bình từ 90- 160 ngày, phụ thuộc vào giống và điều kiện ngoại cảnh, đƣợc chia thành hai giai đoạn chính: Giai đoạn sinh trƣởng dinh dƣỡng: Những mô phát triển và phân hóa đến khi các cấu trúc hoa xuất hiện. Gồm hai chu kỳ: Chu kỳ đầu lá đƣợc hình thành và tiếp tục phát triển, việc sản xuất chất khô ở chu kỳ này chậm, kết thúc khi mô tế bào phân hóa thành cơ quan sinh sản. Chu kỳ thứ hai, các lá và cơ quan sinh sản phát triển, chu kỳ kết thúc với sự xuất hiện của nhị cái. Giai đoạn sinh trƣởng sinh thực: Bắt đầu với việc thụ tinh của các hoa cái, tăng trọng lƣợng lá, hạt. Cụ thể các giai đoạn này lại đƣợc chia thành 5 giai đoạn nhỏ:
- Giai đoạn nảy mầm (từ khi gieo đến 3 lá): Sự phát triển của cây trong giai đoạn này phụ thuộc vào lƣợng các chất dự trữ trong hạt, hạt hút nƣớc và trƣơng lên, bên trong hạt xảy ra quá trình oxi hóa các chất dự trữ, những chất hữu cơ phức tạp sẽ chuyển thành những chất đơn giản dễ hòa tan. Quá trình này xảy ra nhờ hoạt động của các loại men với điều kiện có đủ ẩm, nhiệt độ và thoáng khí. Độ ẩm đất thích hợp 60-70% độ ẩm tƣơng đối, nhiệt độ thích hợp 25-300C, đất tơi xốp, thông thoáng.
- Giai đoạn cây con (từ lúc 3 lá đến phân hóa hoa): Bắt đầu khi ngô đạt 3-4 lá thật đến 7-9 lá (khoảng 10-40 ngày sau gieo). Cây chuyển từ trạng thái sống nhờ chất dự trữ trong hạt sang hút chất dinh dƣỡng của đất và quang hợp của lá. Thân lá phát triển chậm, phân hóa lóng thân, các rễ đốt hình thành và phát triển mạnh. Nhiệt độ thích hợp 20-300C giai đoạn này cây chịu rét khỏe hơn, nếu nhiệt độ cao cây phát triển nhanh cây sẽ yếu, nếu nhiệt độ thấp, rễ ăn nông, ít rễ con, cây còi cọc quá trình phân hóa đốt cũng bị ảnh hƣởng. Trong giai đoạn này cây không cần nhiều nƣớc, độ ẩm thích hợp 60-65%, đất cần thông thoáng để đảm bảo cho rễ phát triển.
- Giai đoạn vƣơn cao và phân hóa cơ quan sinh sản (từ phân hóa hoa đến trỗ cờ): Cây ngô sinh trƣởng thân lá nhanh, bộ rễ phát triển mạnh, ăn sâu, tỏa rộng. Cơ quan sinh sản gồm bông cờ và bắp phát triển mạnh. Giai đoạn này kết thúc khi nhị
cái xuất hiện. Đây là giai đoạn quyết định số hoa đực, hoa cái, khối lƣợng chất dinh dƣỡng dự trữ trong thân lá. Điều kiện thích hợp cho giai đoạn này là đầy đủ chất dinh dƣỡng, nƣớc tƣới, độ ẩm 70-75%, nhiệt độ 24-250C. Nhiệt độ cao hay thấp đều ảnh hƣởng đến quá trình sinh trƣởng và phân hóa cơ quan sinh sản. Đến giai đoạn này lƣợng dinh dƣỡng cây hút chỉ bằng 1 – 4% tổng lƣợng dinh dƣỡng so với cả vòng đời cây hút. Sự hút chất dinh dƣỡng ở thời kỳ đầu tuy chậm nhƣng rất quan trọng cho ngô, bao gồm các dạng dễ hấp thu của các hợp chất chứa NPK so với tổng lƣợng dinh dƣỡng và tổng chất khô đã tích luỹ đƣợc. Sau mọc 20 – 30 ngày ngô tích luỹ đƣợc 4% chất khô, 9% lân, 10% đạm, 14% kali; sau 60 ngày: 45% chất khô, 57% lân, 66% đạm, 92% kali.
- Thời kỳ nở hoa (gồm trỗ cờ, tung phấn, phun râu, thụ tinh): Diễn ra trong khoảng 10-15 ngày, quyết định năng suất cây trồng, ở giai đoạn này các bộ phận thân, lá, rễ đều tăng trƣởng rất nhanh. Các cơ quan sinh trƣởng phát triển mạnh, lƣợng tinh bột và chất khô trong bắp tăng nhanh. Đây là giai đoạn cây hấp thu tối đa dinh dƣỡng bằng 75 – 95% tổng lƣợng dinh dƣỡng so với cả vòng đời cây hút. Thiếu chất dinh dƣỡng ở thời kỳ 8 – 11 lá sẽ cản trở sinh trƣởng của lá và giảm từ 10 – 20% năng suất, đặc biệt ở thời kỳ trỗ cờ phun râu cây đòi hỏi dinh dƣỡng rất gay gắt, nếu thời kỳ này một nửa số lá héo khô lúc này sẽ làm giảm 25 – 30% năng suất. Trong giai đoạn này, cây đã hút gần nhƣ toàn bộ số kali cần thiết và lƣợng lớn đạm, lân. Cuối giai đoạn này cây ngô ngừng phát triển thân lá nhƣng vẫn hút chất dinh dƣỡng từ đất tập trung mạnh vào các cơ quan sinh sản. Yêu cầu ngoại cảnh trong giai đoạn này rất khắt khe: Nhiệt độ khoảng 20-250C, giai đoạn này cây ngô cần nhiều nƣớc, độ ẩm thích hợp 75-80%, độ ẩm không khí 80%, trời lặng, gió nhẹ, ít mƣa, nắng nhẹ.
- Thời kỳ chín (từ thụ tinh đến chín): Trọng lƣợng hạt tăng nhanh, phôi phát triển hoàn toàn. Giai đoạn này kéo dài 35-40 ngày. Chất dinh dƣỡng từ thân lá tập trung mạnh về hạt trải qua những quá trình biến đổi sinh lý phức tạp. Trong giai đoạn chín, dựa vào màu sắc và cấu tạo bên trong của hạt ngƣời ta chia làm 3 giai đoạn: Chín sữa, chín sáp, chín hoàn toàn. Cuối giai đoạn này, quá trình tích luỹ chất
khô đã hoàn thành, ngô bắt đầu mất nƣớc nhanh, các bộ phận sinh trƣởng sinh dƣỡng chuyển sang màu vàng. Trong giai đoạn chín cây ngô thực hiện các chức năng phân phối lại lƣợng dinh dƣỡng đã hấp thụ. Lƣợng dinh dƣỡng cây hấp thụ đƣợc không chỉ tích luỹ ở hạt mà còn một lƣợng lớn ở thân lá. Để đạt năng suất cao và ổn định, ngô cần đƣợc bón phân cân đối, đặc biệt là giữa các yếu tố NPK và vi lƣợng. Yêu cầu độ ẩm khoảng 60-70%, nhiệt độ 20-220C (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngoài các chất dinh dƣỡng đa lƣợng, cây ngô hút nhiều chất trung lƣợng và vi lƣợng. Đối với cây ngô, các chất vi lƣợng thƣờng thiếu là kẽm và molipđen. Thiếu kẽm lá có màu trắng (bệnh bạch tạng), giữa các gân lá có những dải màu vàng sáng, các lóng ngắn lại. Hiện tƣợng thiếu kẽm thƣờng xảy ra trên đất kiềm, nghèo mùn, đất giàu lân dễ tiêu hay bón quá nhiều lân. Thiếu molypđen lá chuyển xanh nhạt, lá non teo lại và héo, nếu thiếu nặng hơn, lá ngọn không bung ra đƣợc, có nhiều vết xém vàng. Việc bón bổ sung kẽm cho cây ngô đã đƣợc nghiên cứu, kết quả cho thấy khi bổ sung 2,75kg Zn/ha cho năng suất tăng 720kg/ha (tăng 25%) [74, 93].
Tóm lại, ngô là cây rất phàm ăn, chính vì vậy nếu trồng độc canh ngô liên tục nhiều năm đất trồng sẽ bị giảm độ phì rất đáng kể. Cây ngô hút nhiều kali nhất, sau tới đạm, lân và các chất trung vi lƣợng. Lƣợng dinh dƣỡng cây hút, cây lấy đi tuỳ thuộc vào năng suất. Với năng suất 9,5 tấn hạt/ha, cây đã lấy đi từ đất 191kg N, 89kg P2O5, 235kg K2O. Mặc dù lƣợng dinh dƣỡng cây ngô hút rất lớn nhƣng trong mỗi giai đoạn sinh trƣởng, lƣợng hút rất khác nhau. Trong giai đoạn cây con (khoảng 2-3 tuần sau gieo) cây sinh trƣởng chậm, lƣợng dinh dƣỡng cây hút ít. Sau đó lƣợng hút tăng lên rất nhanh do cây sinh trƣởng mạnh, kéo theo tích luỹ chất khô tăng lên.
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất.
Tinh bột sắn, nƣớc Javen, axit acrylic, Toluen, etanol, axit axetic, axeton.
Amoni pesunfat, N, N‘- metylen bisacrylamit (MBA). NaOH, NaCl, ZnSO4.7H2O
Thủy tinh lỏng (Na2SiO3), Al(OH)3, NaOCl, H2SO4, HCl AgNO3, KI, Na2S2O3, KOH, KF, KCl, KH2PO4, (NH4)2HPO4 Phenolphtalein, vỏ trấu, H3PO4
Bromthymol xanh, metyldacam....
2.2. Tổng hợp hidrogel - polime hấp thụ nƣớc trên cơ sở tinh bột ghép poli acrylic axit (Polime S). acrylic axit (Polime S).
2.2.1. Oxi hóa tinh bột bằng natri hipoclorit.
Phản ứng đƣợc tiến hành trong cốc thủy tinh 2 lít, khuấy và điều chỉnh nhiệt độ bằng bếp khuấy từ [106, 107, 108, 109]. Cân 450g tinh bột sắn, thêm khoảng 670ml nƣớc cất, khuấy đều đƣợc hỗn dịch hồ tinh bột khoảng 40%, nhiệt độ phản ứng đƣợc duy trì ở 350C, điều chỉnh pH = 9,5 bằng dung dịch NaOH 2N. Cho từ từ 150g NaOCl (2g Cl-/100g tinh bột) vào hỗn hợp phản ứng, trong 30 phút, duy trì pH = 9,5 bằng dung dịch H2SO4 2N. Sau khi thêm NaOCl, pH đƣợc điều chỉnh 9,5 bằng dung dịch NaOH 2N. Khuấy đều trong 50 phút. Trung hòa hỗn dịch đến pH = 7 bằng dung dịch H2SO4 2N. Sản phẩm đƣợc lọc hút trên phễu Buchner, rửa bằng nƣớc cất đến khi dịch lọc không có phản ứng với AgNO3 (hết ion Cl-), kết tủa lại trong etanol và sấy trong chân không ở 500C đến khối lƣợng không đổi (48 giờ).