1. Nguồn gốc và phân loại cây hoa sen

Cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) là loại cây thủy sinh được con người trồng và sử dụng từ rất lâu đời trên thế giới. Ở nước ta sen được trồng phổ biến ở nhiều làng quê Việt Nam trong các ao, hồ, đồng ruộng, thậm chí có thể sinh trưởng, phát triển tốt ngay cả trong điều kiện đất trũng, nước ngập sâu mà các cây trồng khác không thể tồn tại được. Cây sen có nhiều giá trị quan trọng và được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống của con người như làm cảnh, làm thực phẩm và làm thuốc. Điều đặc biệt là hầu như tất cả các bộ phận của cây sen đều có giá trị sử dụng.

* Nguồn gốc cây sen: Cây sen (N. nucifera Gaertn.) là loại cây thủy sinh đa niên có nguồn gốc từ các nước châu Á nhiệt đới, xuất phát từ Ấn Độ, sau đó được đưa đến Trung Quốc, Nhật Bản, vùng Bắc châu Úc và nhiều nước khác (Ahmed & cs., 2019). Ngày nay, cây sen được trồng phổ biến tại Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc… (Sridhar & Bhat 2007). Cây sen là một trong những loại cây xuất hiện sớm nhất, được trồng cách đây 2000 năm bởi người Ai Cập cổ đại qua việc trồng hoa sen trắng trong ao và đầm lầy. Đầu tiên, hoa sen được biết đến bởi hóa thạch đã tồn tại trong khoảng 65,5 triệu năm đến 145,5 triệu năm tại thời điểm Trái Đất lạnh và khô dần. Về sau, cây sen được tìm thấy ngày càng nhiều từ Iran ở phía Tây sang Nhật Bản ở phía Đông và ở Kashmir, Ấn Độ, Queensland, Úc về phía Bắc và phía Nam (Li & cs., 2014).

* Phân loại và phân bố cây sen: Theo Takhtajan & cs. thì bộ Sen (Nelumbonales) chỉ có 1 họ Sen (Nelumbonaceace) với chi Sen (Nelumbo) và có 2 loài gần nhau là N. lutea Willd và N. nucifera Gaertn. (Li & cs., 2014); (Tian, 2008). Hai loài sen này khác biệt nhau bởi một số đặc điểm hình thái như kích cỡ cây, hình dạng lá, hình dạng và màu sắc cánh hoa (Lin & cs., 2019). Loài N. nucifera Gaertn. phân bố ở châu Á và châu Đại Dương, từ Nga đến Úc. Bởi vì nó được trồng rộng khắp ở Trung Quốc, nên Trung Quốc trở thành nơi phân bố tự nhiên của loài N. nucifera. Loài N. nucifera có hoa màu hồng, đỏ hay trắng, thân dày, cao và nhiều gai, củ phát triển ở đáy ruộng hoặc ao, lá gần tròn có đường kính lớn. Cây non có khả năng thích nghi trong nước sâu rất nhanh. Một chu kỳ sống của cây sen thường chưa tới 12 tháng, thông thường cây sen cần phải mất từ 4-6 tháng để hình thành lá, nụ, hoa, hạt, củ, trưởng thành trước khi bước sang giai đoạn ngừng sinh trưởng của cây và được trồng làm sen cảnh, sen lấy củ và sen lấy hạt. Loài N. lutea Willd phân bố ở Bắc và Nam Mỹ, mở rộng ra phía Nam Columbia  (Tian, 2008). Loài này có hoa màu vàng, còn gọi là sen Mỹ hay sen vàng. Loài N. lutea Willd hình thành ở tầng nước nông rồi phát triển ra vùng nước sâu hơn, mực nước thích hợp từ 0,6-2,0m. Thời gian nở hoa từ tháng 6-9, hoa có đường kính từ 7,6-20,0 cm, kéo dài 3-4 ngày. Ngoài hai loài nói trên, các loại sen khác ngày nay đều là những loài sen lai ghép nhân tạo. Theo kết quả nghiên cứu của Orozco-obando (2009), hầu hết các giống sen được lai tạo ra giữa loài N. lutea với N. nucifera là các giống sen được trồng để làm cảnh. Ngoài ra, tùy vào mục đích sử dụng của từng giống sen, các nhà khoa học Trung Quốc đã phân loại cây sen thành 3 nhóm: nhóm sen lấy củ, nhóm sen lấy hạt, nhóm sen lấy hoa (Nguyễn Phước Tuyên, 2007). Theo Phạm Hoàng Hộ (1999), thì ở Việt Nam cây sen chỉ có một chi Sen với một loài là N. nucifera Gaernt. Ở Việt Nam, cây sen được phân bố rộng suốt từ Bắc vào Nam như Bắc Ninh, Bắc Giang, Hà Nội, Thanh Hóa, Nghệ An, Thừa Thiên Huế và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (như Đồng Tháp, An Giang, Sóc Trăng, Long An…).

2. Đặc điểm thực vật học cơ bản của cây sen

Cây sen thuộc họ Nelumbonaceae, lớp hai lá mầm, số nhiễm sắc thể 2n=16 (Pal & Dey., 2015). Cây sen gồm thân rễ, lá, hoa, gương và hạt.

- Rễ: mỗi đốt của thân rễ sen có khoảng 20-50 rễ. Khi còn non, rễ thường có màu trắng kem và có một ít lông hút. Khi trưởng thành rễ có chiều dài 15 cm và chuyển sang màu nâu (Nguyen Q, 2001a, 2001b).

- Thân rễ (củ): Thân rễ sen có hình dạng giống như cái xúc xích, có màu trắng kem xen lẫn màu nâu. Thân rễ được hình thành từ một đoạn rễ, thường có 3-4 lóng, dài 60-90 cm, lóng cuối có đường kính 4-6 cm, dài 10-15 cm. Lóng thứ hai to nhất, đường kính 5-10 cm, dài 10-12 cm. Lóng thứ nhất ngắn khoảng 5-10 cm và mang thân mới. Cấu tạo của thân rễ thường xốp để không khí thông suốt chiều dài của củ sen.

- Lá: lá sen thường lớn, hơi tròn có đường kính 20-100 cm màu xanh xám, xanh đậm. Gân lá xuất phát từ tâm nơi cuống lá tỏa đều ra mép lá. Lá đầu tiên nảy mầm từ hạt có màu xanh hơi ửng đỏ, nhỏ yếu ớt và phiến lá cuốn vào trong (lá bút), sau đó lá này bung ra trong nước (lá trãi). Lá thứ hai nổi trên mặt nước nhưng thân vẫn yếu, những lá tiếp theo vươn khỏi mặt nước (lá dù).

leftcenterrightdel
 Hình 1: Lá trải phẳng (lá trãi) và lá dù cây hoa sen

- Cuống lá (cọng sen): thường xốp, đường kính và chiều cao thay đổi tùy tuổi cây. Khi còn non, cuống lá nhỏ, mềm và xốp và khi lớn thì cứng lại và có 8 nhiều gai. Những giống sen có cọng láng thường không thích hợp để cho củ. Ngoài ra, phần non nhất của cọng lá sen mới mọc, lá vẫn còn cuốn lại thành một vòng, nằm sát gốc của cây sen còn được gọi là ngó sen. Ngó sen có màu trắng sữa, xốp, giòn, bên trong có nhiều ống dọc nhỏ, nhựa dính sờ vào cảm giác mát lạnh (Nguyễn Phước Tuyên, 2007) .

- Hoa: mầm hoa vươn ra vào mùa xuân, đối xứng hoàn toàn và có đường kính 8-20cm. Hoa thường có 4-6 đài hoa màu xanh hay đỏ. Cánh hoa có màu biến thiên từ trắng, tím, cam, đỏ; cánh hoa hình elip, mỗi bông có khoảng 12-20 cánh hoa, càng vào phía trong kích thước cánh hoa càng nhỏ dần và sắp xếp theo đường xoắn ốc hay xếp tỏa tròn. Có những giống cánh mang 2 màu, trắng với hồng hoặc hồng với tím. Bên trong cánh hoa có nhiều nhị màu vàng, có hơn 200 nhị. Mỗi nhị hoa có 2 bao phấn hai ô, nứt theo một kẻ dọc. Trung đới mọc dài ra thành một phần phụ màu trắng gọi là gạo sen có hương thơm; bộ nhụy gồm nhiều lá noãn rời nằm xếp vòng trên một đế hoa hình nón ngược gọi là gương sen (Nguyen Q, 2001a, 2001b).

leftcenterrightdel
 Hình 2. Kiểu hoa, màu sắc hoa của một số mẫu giống sen

- Gương sen: Gương sen được đính vào phần cuối cùng của cuống hoa nằm phía trong cánh sen. Gương sen có những lỗ nhỏ chứa các lá noãn. Mỗi lá noãn có 1-2 noãn nhưng sau chỉ có 1 noãn phát triển thành quả - chính là hạt sen.

- Hạt sen: Hạt sen nằm hoàn toàn bên trong gương sen. Hạt sen trưởng thành có dạng quả bế với núm nhọn, phần trước mỏng và cứng, có màu lục, phần giữa chứa tinh bột màu trắng ngà và trong cùng là tâm (tim) sen, hạt sen lép chỉ chứa nước và không khí, chính hai yếu tố này quyết định đến sức sống của hạt sen. Khi còn non và trưởng thành vỏ hạt sen có màu xanh, khi già vỏ hạt chuyển màu nâu rồi sang màu đen, vỏ hạt khô cứng lại gọi là sen lão. Hạt sen có hình ô van hoặc hình cầu, có chiều dài từ 1,2-1,8cm, đường kính khoảng 0,8-1,4cm và trọng lượng khoảng 1,1-1,4g (Zhang & cs., 2015). Tâm sen chứa 2 chồi mầm màu xanh do có chứa chlorophyll, giúp cây có thể quang hợp ngay khi vừa mới nảy mầm.

3. Một số nghiên cứu về cây sen trên thế giới và Việt Nam

Trên thế giới, những nghiên cứu về cây sen chủ yếu chú trọng đến các lĩnh vực phân loại thực vật học, đặc điểm hình thái, dược liệu và đa dạng di truyền của cây sen. Các kết quả nghiên cứu này được công bố nhiều trên tạp chí chuyên ngành của thế giới. Những nghiên cứu này đã góp phần phân loại sen, xác định cấu trúc quần thể, sự tiến hóa của các mẫu giống sen, làm cơ sở cho việc xây dựng tạo lập, khai thác và phát triển tập đoàn sen có giá trị. Công tác điều tra, thu thập, bảo tồn nguồn gen cây sen trên thế giới gần đây đã được quan tâm nghiên cứu. Theo Tian (2008) có khoảng hơn 1.500 mẫu giống sen các loại được tư liệu hóa và bảo tồn tại Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Úc và Mỹ. Tại Trung Quốc có khoảng 600-800 giống sen các loại. Năm 2002, vườn Quốc gia về cây thủy sinh tại Vũ Hán đã thực hiện bảo tồn chuyển chỗ tập đoàn sen gồm 572 mẫu giống được thu thập từ 153 huyện của 18 tỉnh ở Trung Quốc (Guo, 2009). Viện 14 nghiên cứu Thực vật quốc gia của Ấn Độ đã lưu giữ tập đoàn gồm 60 mẫu giống sen. Trong đó: 35 giống sen bản địa được thu thập từ 8 bang: Bihar, Karnataka, Madhya Pradesh, Maharastra, Orissa, Tamil Nadu, Uttar Pradesh và Tây Bengal và 3 vùng của Ấn Độ gồm Chandigarh, New Delhi và Pondichery; 25 giống sen nhập nội từ Úc, Brazil, Đức, Thái Lan, Anh và Mỹ. Nhật Bản cũng đang lưu giữ tập đoàn sen khá phong phú với 625 giống sen cảnh. Trường Đại học Auburn, Mỹ đã thu thập và đánh giá 160 mẫu giống sen khác nhau có nguồn gốc từ Trung Quốc và các nước khác. Tại vườn thực vật Hoàng gia Anh, Kew bảo tồn cây sen bằng gieo hạt và tách cây con đã được áp dụng thành công. Trong những năm gần đây các tác giả Nguyen (2001b), Gou (2009, 2010) đã đánh giá đa dạng di truyền dựa vào các tính trạng hình thái nông học và tương quan di truyền của cây sen. Kết quả cho thấy giữa các nhóm sen lấy củ, lấy hoa và lấy hạt có sự khác biệt về một số tính trạng đặc trưng. Đồng thời, cũng dựa vào sự khác biệt về đặc điểm nông sinh học, Guo (2009) đã phân nhóm 572 mẫu giống sen trong tập đoàn được bảo tồn tại Vườn Quốc gia về thực vật thủy sinh ở tỉnh Hồ Bắc ra 310 giống sen lấy củ, 229 giống sen lấy hoa và 33 giống sen lấy hạt. Năm 2010, Guo tiếp tục dựa vào 19 tính trạng hình thái của 40 mẫu giống sen tại

Vườn Quốc gia Trung Quốc về cây thủy sinh đã xác định được mối tương quan giữa các tính trạng kiểu hình. Ngoài ra, các tác giả Vogle và Fhadacek đã tiến hành giải phẫu, phân tích chức năng và đặc điểm sinh học của cây sen N. nucifera làm cơ sở để đánh giá lại quan niệm sinh thái học các cơ quan của cây sen. Năm 2019, Zhu và cs đã đi sâu giải thích cơ chế hình thành cánh màu hoa vàng ở loài sen N. nucifera thông qua các con đường chuyển hóa flavonoid. Điều này góp phần rất quan trọng trong việc nhân giống các giống sen cảnh  (Zhu & cs., 2019). Bên cạnh việc đánh giá đa dạng về hình thái, đặc điểm sinh học đặc trưng của giống, các chỉ thị phân tử như RAPD, ISSR, SSR, AFLP, SRAP cũng đã được tác giả Hu & cs. (2012); Zheng & cs. (2015), Mekbib & cs. (2020)… sử dụng để nghiên cứu về kiểu gen ở cây sen. Trong đó, việc sử dụng chỉ thị phân tử RADP đã phân loại được 29 giống sen lấy hoa (gồm cả hai loài N. nucifera Gaertn. và N. lutea Wild) thành hai phân nhóm chính là nhóm có hoa lớn và nhóm có hoa nhỏ; không có sự khác biệt di truyền rõ rệt giữa giống thuộc loài N.lutea và 15 các giống sen thuộc loài N. nucefira. Đồng thời, xác định mối tương quan giữa kiểu hình và kiểu gen của 65 nguồn gen hoa sen thuộc chi Nelumbo, được thu thập chủ yếu ở Trung Quốc thành 4 nhóm, mỗi nhóm lại chia làm 2 phân nhóm phụ. Chỉ thị RAPD và dấu chuẩn ISSR đã được tác giả Li (2010) sử dụng để đánh giá mối quan hệ di truyền của 87 giống sen, trong đó có 70 giống sen cảnh của Trung Quốc, 7 giống sen Thái Lan hoang dại, 2 giống sen Mỹ và 8 dòng lai giữa loài N. nucifera và loài N. lutea. Yang & cs. (2012) đã đánh giá 43 mẫu giống sen bằng cách sử dụng 38 cặp mồi SSR và 16 cặp mồi SRAP nhằm xác định mối quan hệ di truyền giữa N. nucifera và N. lutea cũng như mối quan hệ di truyền giữa các nhóm giống sen lấy hoa, sen lấy hạt và sen lấy củ. Nghiên cứu mức độ mức độ đa dạng di truyền kiểu gen của các giống sen ở các vị trí địa lý với các kiểu sinh thái khác nhau đã được tiến hành bởi Mekbib & cs. (2020). Các tác giả đã sử dụng chỉ thị SSR để đánh giá sự đa dạng của 15 quần thể sen nhiệt đới được thu mẫu từ Thái Lan, Ấn độ và Úc. Kết quả chỉ ra những quần thể này thể hiện sự biến đổi di truyền khác nhau dựa trên điều kiện địa lý. Có thể khẳng định rằng các quần thể được tìm thấy ở mỗi quốc gia là duy nhất. Từ đó, các tác giả cũng đề xuất các biện pháp bảo tồn bổ sung bên cạnh các phương pháp sẵn có để khai thác và sử dụng loài cây trồng quan trọng về kinh tế này.

Ở Việt Nam, các nghiên cứu về đặc điểm sinh học và đa dạng di truyền của cây sen cũng được chú trọng nghiên cứu trong những năm gần đây. Năm 2011- 2012, Hoàng Thị Nga & cs đã tiến hành nghiên cứu điều tra thu thập nguồn gen cây sen (N. nucifera Gaertn.) ở đồng bằng Sông Hồng. Kết quả đã thu thập được 18 nguồn gen cây sen tại 4 tỉnh Bắc Ninh, Hải Dương, Hà Nam, Hà Nội. Mô tả và đánh giá bước đầu cho thấy: các nguồn gen hoa sen khá đa dạng về tên gọi và các đặc 16 điểm nông sinh học của giống (Hoàng Thị Nga & cs., 2012). Năm 2012-2013, Nguyễn Thị Thúy Hằng (2013), tiếp tục đánh giá đặc điểm nông sinh học của sen Tây Hồ - một giống Sen Bách Diệp, nổi tiếng với bông to, thơm đậm, gạo sen màu trắng to mẩy chuyên dùng để ướp chè ở Hà Nội. Tại Đồng Tháp, Trương Thị Nga & Võ Như Thủy (2012), cũng tiến hành nghiên cứu đặc điểm nông sinh học và môi trường sống của một số thực vật thủy sinh tại Vườn quốc gia Tràm Chim, huyện Tam Nông, trong đó có đối tượng cây sen. Nghiên cứu đã chỉ ra sự thích nghi của sen (N. nucifera Gaertn.) đặc thù trong môi trường chịu ngập, chịu phèn.

TS. Ngô Thị Hồng Tươi

Khoa Nông học

Nhóm NCM Công nghệ chọn tạo và sản xuất giống cây trồng

 

Tài liệu tham khảo.

1. Phạm Hoàng Hộ (1999). Cây cỏ Việt Nam. Nxb Giáo dục, Thành phố Hồ Chí Minh.

2. Nguyễn Thị Thúy Hằng (2013). Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học của sen Tây Hồ ((Nelumbo nucifera Gaertn.). Luận văn thạc sĩ, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam.

3. Hoàng Thị Nga, Nguyễn Phùng Hà, Lê Văn Tú và Nguyễn Thị Thúy Hằng (2012). Kết quả điều tra và thu thập nguồn gien cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) ở đồng bằng sông Hồng năm 2011-2012, Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, 126-130.

4. Trương Thị Nga và Võ Như Thủy (2012). Đặc điểm sinh học và môi trường sống của sen (Nelumbo nucifera), súng (Nymphaea pubescens), rau tràng (Nymphoides indica) tại vườn quốc gia Tràm Chim, huyện Tam Nông - Đồng Tháp, Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Cần Thơ, 23A: 294-301

5. Nguyễn Phước Tuyên (2007). Kỹ thuật trồng sen. Nxb Nông nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh, 23 trang.

6. Ahmed H., Hakani G., Aslam M. and Khatian N. (2019). A review of the important pharmacological activities of Nelumbo nucifera: A prodigious rhizome. International Journal of Biomedical and Advance Research, 10(01): 1-7, DOI: https://doi.org/10.7439/ijbar.

7. Guo H.B. (2009). Cultivation of lotus (Nelumbo nucifera Gaertn. ssp. nucifera) and its utilization in China. Genetic Resources and Crop Evolution, 56(3): 323-330.

8. Hu J., Pan L., Liu H., Wang S., Wu Z., Ke W. and Ding Y. (2012). Comparative analysis of genetic diversity in sacred lotus (Nelumbo nucifera Gaertn.) using AFLP and SSR markers. Molecular biology Report, 39(4): 3637-4700

9. Li Y., Smith T., Svetlana P., Yang J., Jin J. and Li C. (2014). Paleobiogeography of the lotus plant (Nelumbonaceae: Nelumbo) and its bearing on the paleoclimatic changes. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 399: 284-293

10. Li Z. (2010). Genetic diversity and classification of Nelumbo germplasm of different origins by RAPD and ISSR analysis. Scientia Horticulturae Journal, 125(4): 724-732.

11. Lin Z., Zhang C., Cao D., Damaris R.N. and Yang P. (2019). The Latest Studies on Lotus (Nelumbo nucifera)-an Emerging Horticultural Model Plant. International Journal of Molecular Sciences, 20(3680): 1-13; doi:10.3390/ijms20153680.

12. Mekbib Y., Huang S.X., Ngarega B.K., Li Z.Z., Shi T., Ou K.F., Liang Y.T., Chen J.M.and  Yang X.Y. (2020). The level of genetic diversity and differentiation of tropical lotus, Nelumbo nucifera Gaertn. (Nelumbonaceae) from Australia, India, and Thailand. Botanical studies, 1-14. https://doi.org/10.1186/s40529-020-00293-3.

13. Orozco-Obando W.S., Tilt K. and Fischman B. (2009). Cultivation of Lotus (Nelumbo nucifera and Nelumbo lutea) - Advances in Soil and Fertility Management. Water Gardeners International online Journal, 24(4): 7-14.

14. Sridhar K.R. and Bhat R. (2007). Lotus - A potential nutraceutical source. Journal of Agricultural Technology, 3(1): 143-155.

15.Tian D. (2008). Container production and post-harvest handling of lotus (Nelumbo) and Micropropagation of herbaceous peony (Paeonia). Ph. D. Dissertation, aubern University, Department of Horticulture. 292 pp.

16. Yang M., Han Y., Xu L., Zhao J. and Liu Y. (2012). Comparative analysis of genetic diversity of lotus (Nelumbo) using SSR and SRAP markers. Scienta horticulturare, 142: 185-195.

17. Zheng X.F., Y.N. You, Diao Y., Zheng X.W., Xie K.Q., Zhou M.Q., Hu Z.L. and Wang Y.W. (2015). Development and characterization of genic-SSR markers from different Asia lotus (Nelumbo nucifera) types by RNA-seq. Genetics and molecular research, 14(3): 11171-11184.

18. Zhu H.H., Yang J.X., Xiao C.H., Mao T.Y., Zhang J. and Zhang H.Y. (2019). Differences in flavonoid pathway metabolites and transcripts affect yellow petal colouration in the aquatic plant Nelumbo nucifera. BMC Plant Biology, 19(277): 1-18, https://doi.org/10.1186/s12870-019-1886-8.