Trái cây không hạt được tạo ra như thế nào?

Các loại trái cây không hạt được trồng bằng cách kích thích đầu nhụy của hoa cùng với sự hỗ trợ của các nội tiết tố thực vật (phytohormone) làm kích hoạt bầu nhụy hoa phát triển.

Trái cây không hạt vốn đã xuất hiện từ lâu, chúng tồn tại ngoài tự nhiên và cũng có thể do con người tạo ra. Quá trình hình thành những quả không hạt được gọi là parthenocarpy và hiện nay phương pháp này đang được ứng dụng rộng rãi.

Parthenocarpy là gì?

Thuật ngữ parthenocarpy được giới thiệu vào năm 1902 nhằm mô tả các loại trái cây được tạo ra mà không cần thụ phấn hoặc sự kích thích khác. Lấy chuối làm ví dụ, đó là một loại trái cây không hạt. Chuối được trồng theo phương pháp parthenocarpy sẽ vô sinh, phần bầu nhụy của nó không tạo ra hạt và do đó phần quả thành hình cũng sẽ không có hạt.

Chuối được xếp vào nhóm trái cây không hạt.

Thật ra, trái cây chính là phần bầu nhụy đã chín của hoa. Một bông hoa có chứa bầu nhụy với một hoặc nhiều noãn bên trong đó. Những noãn này chứa tế bào trứng. Thụ tinh ở khác với thụ tinh của con người. Ở thực vật có hai tế bào tinh tử, trái ngược với chỉ một tế bào tinh trùng đơn lẻ ở con người đi vào buồng trứng. Ở thực vật, một tinh tử sẽ xâm nhập vào trứng và hình thành hợp tử, trong lúc tinh tử còn lại sẽ xâm nhập vào tế bào trung tâm nhằm hình thành nội nhũ, là mô dinh dưỡng mà phôi thai sử dụng. Theo thời gian, noãn phát triển thành hạt và bầu nhụy bắt đầu chín, trở nên to và đầy thịt để cuối cùng hình thành quả. Đó là cách tự nhiên và phổ biến nhất trong tự nhiên.

Còn theo phương pháp parthenocarpy, quả sẽ được phát triển mà không cần thụ tinh của trứng và tinh tử. Parthenocarpy có thể bằng tự nhiên hoặc nhân tạo nhằm phát triển các loại trái cây không hạt trên quy mô thương mại.

Trái cây và rau củ không hạt được trồng như thế nào?

Hormone đóng một phần quan trọng trong sự tăng trưởng và phát triển của thực vật. Sự phát triển của hạt và quả là những quá trình liên quan chặt chẽ được kiểm soát bởi nồng độ hormone. Sản xuất trái cây không hạt có thể bắt đầu từ sự phát triển của cây, tạo ra quả độc lập với quá trình thụ phấn và thụ tinh. Tại thời điểm này, sự phát triển của trái cây nằm dưới sự kiểm soát của phytohormone, hormone thực vật hiện hữu với số lượng nhỏ trong cây giúp điều tiết sự nảy mầm, trao đổi chất và tăng trưởng.

Auxin và gibberellin là những hormone thực vật quan trọng, đóng một vai trò lớn đối với sự phát triển của cây. Chúng là các phytohormone tự nhiên, nhưng cũng có thể được bổ sung vào từ bên ngoài. Hai hormone này được sử dụng rộng rãi để phát triển các loại trái cây không hạt trên quy mô thương mại.

Cà chua, còn được biết đến với tên khoa học là Solanum lycopersicum L., là một trong số các loại trái cây được nghiên cứu rộng rãi nhất để sản xuất trái cây không hạt. Về mặt thực vật học, cà chua chính xác là một loại trái cây chứ không phải thuộc nhóm rau vì nó được hình thành từ một bông hoa.

Cà chua được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu cách tạo ra trái cây không hạt nhân tạo. Vào năm 1936, Gustafson là người đầu tiên áp dụng một chất tương tự như auxin lên đầu nhụy của cây cà chua, khiến cho bầu nhụy của nó phát triển thành quả không hạt. Các đầu nhụy là bộ phận sinh sản cái của hoa, là nơi tiếp nhận phấn hoa từ ong và nhiều nguồn khác. Gustafson cũng phát hiện ra rằng việc áp dụng phấn hoa ở bên ngoài bầu nhụy cũng cho ra kết quả tương tự, dẫn đến giả thuyết rằng phấn hoa có chứa các hormone tương tự như auxin.

Cà chua chính xác là một loại trái cây chứ không phải thuộc nhóm rau. 

Nói một cách đơn giản, thông thường các hormone có trên phấn hoa sẽ di chuyển đến bầu nhụy, từ đó phát triển thành một quả có hạt. Tuy nhiên, nếu như bạn chỉ áp dụng hormone vào bên ngoài đầu nhụy của hoa, bầu nhụy vẫn sẽ bị kích thích do nguồn hormone. Bầu nhụy không phân biệt được giữa kích thích bằng phấn hoa tự nhiên và kích thích bởi hormone bên ngoài. Quả thu được được hình thành mà không có thụ phấn tự nhiên và do đó vẫn là một loại quả bình thường nhưng không hạt.

Trong một thí nghiệm, trái cây không hạt được tạo ra theo hình thái di truyền bằng cách sử dụng genee tổng hợp auxin iaaM của vi khuẩn Pseudomonas syringae pv. Savastanoi. genee này nằm dưới sự kiểm soát của vùng gene khởi động chuyên biệt của noãn hoặc tế bào gốc từ noãn của gene DefH9 loài hoa mõm sói (Antirrhinum majus). Vùng gene khởi động (promoter) là nơi các DNA bắt đầu quá trình phiên mã của genee. Về cơ bản nó thúc đẩy sự bắt đầu quá trình biểu hiện gene. Dựa trên các nghiên cứu về các mô thu thập được từ cây, người ta nhận thấy rằng có sự tổng hợp đáng kể auxin trong suốt quá trình phát triển của quả. genee này đã hỗ trợ hiệu quả trong trong việc sản xuất hình thái không hạt của cà chua, dưa chuột, cà tím và quả mâm xôi.

Trái cây không hạt được sản xuất bằng cách điều chỉnh genee tổng hợp tín hiệu GA.

Gibberellin (GA) là một loại hormone thực vật khác được cho là ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây và phát triển của quả. Người ta thấy rằng cà chua được kích thích sinh sản bởi gibberellin sẽ bé hơn cà chua có hạt, như vậy chỉ riêng gibberellin là không đủ cho sự phát triển toàn diện của quả. Auxin và gibberellin được cho là có tác dụng tương hỗ lên sự phát triển của trái cây và rau, chẳng hạn như với cà chua và đậu Hà Lan. Người ta thấy rằng việc bổ sung gibberellin có thể làm tăng nồng độ auxin trong bầu nhụy của hoa không thụ phấn.

Trái cây không hạt được sản xuất bằng cách điều chỉnh genee tổng hợp tín hiệu GA. Một tập hợp các protein có tên SIDELLA là điều hòa âm tính của con đường GA. Sự cạn kiệt các protein này cho phép thực vật vượt qua sự kìm hãm tăng trưởng thường được áp dụng với bầu nhụy trong giai đoạn nở hoa.

Nở hoa là giai đoạn hoa sẵn sàng để thụ tinh. Trong giai đoạn nở hoa, bầu nhụy của hoa chưa trưởng thành và thiếu noãn, vì vậy chúng bị kìm hãm khả năng phát triển của mình. Sự thụ phấn dẫn đến sự phát triển của bầu nhụy và túi phôi thai. Nếu một nguồn hormone bên ngoài được thêm vào trong giai đoạn này, hoa sẽ được thụ phấn do kích thích, bầu nhụy bắt đầu trưởng thành và hình thành quả không hạt. Sự cạn kiệt protein SIDELLA cho phép quá trình tổng hợp GA diễn ra, ngay cả khi không có sự thụ phấn, khiến cho bầu nhụy phát triển thành một quả không hạt.

Dưa hấu không hạt được sản xuất thông qua quy trình này với sự trợ giúp của cây tam bội.

Điều chỉnh gene không phải là cách duy nhất để tạo ra trái cây không hạt. Một sự thay đổi trong số lượng bộ nhiễm sắc thể của cây trồng cũng có thể đạt được mục đích tương tự. Phương pháp này dựa trên số lượng bộ nhiễm sắc thể tương đồng có trong bộ gene của một tế bào hoặc một sinh vật. Dưa hấu không hạt được sản xuất thông qua quy trình này với sự trợ giúp của cây tam bội. Một nhiễm sắc thể dư ra không thể ghép cặp đồng đều, điều này hạn chế các giai đoạn phân chia tế bào và phân tách nhiễm sắc thể thích hợp thành các tế bào con. Kết quả là đột biến và dưa hấu không hạt.

Kết luận

Có nhiều lý do tại các loại trái cây không hạt lại quan trọng như vậy. Nguyên nhân là do chúng có thể làm tăng chất lượng và hương vị của sản phẩm, đặc biệt khi hạt của trái cây đó cứng hoặc có vị khá tệ; đồng thời thay đổi kết cấu hoặc ngăn ngừa các đốm trên vỏ. Thời hạn sử dụng cũng dài thêm do không có hạt, điều này làm tăng tính thương mại của chúng.

Trái cây không hạt có thể đạt giá trị lớn trên thị trường, nhưng không dễ để sản xuất do những yếu tố tác động khác nhau. Khi sản xuất sản phẩm cần chú ý không để xảy ra sự thay đổi trong bản chất sinh dưỡng hoặc sinh sản của cây. Một điểm đáng quan tâm khác là lượng hormone được thêm vào. Thông thường, hormone được duy trì ở nồng độ rất nhỏ, do đó bất kỳ sự gia tăng nào cũng có thể dẫn đến những bất thường về hình thái của trái cây.

Con người vẫn đang tiếp tục tìm tòi, nghiên cứu về cách hormone thực vật tác động đến sự phát triển của trái cây. Với những hiểu biết sâu rộng, chúng ta sẽ có thể tạo ra những loại trái cây không hạt có khả năng thương mại cao hơn.