NGHIÊN CỨU BIẾN DỊ VỀ HÀM LƯỢNG XENLULOSE CỦA CÁC GIA ĐÌNH VÀ XUẤT XỨ BẠCH ĐÀN URÔ EUCALYPTUS UROPHYLLA LÀM CƠ SỞ CHO CẢI THIỆN GIỐNG THEO HIỆU SUẤT BỘT GIẤY Nguyễn Đức Kiên, Hà Huy Th
Trang 1NGHIÊN CỨU BIẾN DỊ VỀ HÀM LƯỢNG XENLULOSE CỦA CÁC GIA ĐÌNH
VÀ XUẤT XỨ BẠCH ĐÀN URÔ (EUCALYPTUS UROPHYLLA) LÀM CƠ SỞ
CHO CẢI THIỆN GIỐNG THEO HIỆU SUẤT BỘT GIẤY
Nguyễn Đức Kiên, Hà Huy Thịnh
La Ánh Dương, Đỗ Hữu Sơn, Lê Anh Tuấn
Trung tâm Nghiên cứu Giống cây rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam
TÓM TẮT
Hiệu suất bột giấy là một trong những chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình sản xuất bột giấy Tuy nhiên, việc xác định hiệu suất bột giấy đòi hỏi thiết bị chuyên dụng, chi phí cao và yêu cầu lượng mẫu lớn Xenlulose là thành phần chính của bột giấy và có tương quan rất chặt với hiệu suất bột giấy Mục đích của nghiên cứu nhằm đánh giá biến dị về hàm lượng xenlulose trong gỗ của các xuất xứ và gia đình Bạch đàn urô phục vụ cho nghiên cứu chọn giống Bạch đàn urô có hiệu suất bột giấy cao cho trồng rừng Hàm lượng xenlulose được xác định bằng phương pháp diglyme-HCl và được tiến hành cho 275 cây thuộc 62 gia đình của 9 xuất xứ bạch đàn urô 10 năm tuổi tại Ba Vì Kết quả nghiên cứu cho thấy không có sự sai khác rõ rệt về hàm lượng xenlulose giữa các xuất xứ, nhưng có sự sai khác rất rõ rệt các gia đình Hàm lượng xenlulose có tương quan
từ trung bình đến yếu với các chỉ tiêu sinh trưởng và tỷ trọng gỗ Ứng dụng phương pháp chỉ số chọn lọc có thể chọn được những cá thể vừa có sinh trưởng tốt, tỷ trọng gỗ và hàm lượng xenlulose cao
Từ khóa: Bạch đàn urô, hàm lượng xenlulose, hiệu suất bột giấy, chỉ số chọn lọc ĐẶT VẤN ĐỀ
Bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla S T Blake) có nguồn gốc từ Indonesia và đã được
gây trồng rộng rãi ở các nước như Braxin, Nam Phi, Trung Quốc và các nước Đông Nam
Á, chủ yếu để sản xuất bột giấy Ở nước ta, Bạch đàn urô đã được đưa vào gây trồng từ cuối những năm 1980 (Nguyễn Dương Tài 1994) và có sinh trưởng tốt ở các lập địa khác nhau ở miền Bắc, miền Trung và Tây Nguyên (Lê Đình Khả 2003) Hiện nay, Bạch đàn urô được coi là một trong những loài cây trồng rừng chính ở Việt Nam để sản xuất bột giấy, ván dăm và gỗ trụ mỏ với luân kỳ kinh doanh từ 6 đến 8 năm Các nghiên cứu về cải thiện giống cho loài cây này đã được tiến hành và bước đầu đã đạt được những kết quả rất triển vọng, như đã chọn lọc được một số xuất xứ tốt là Lewotobi, Lembata và
Egon; một số tổ hợp lai UC (E urophylla x E camaldulensis), UE (E urophylla x E
exserta) có thể tích thân cây vượt vượt từ 24 đến 140% so với xuất xứ tốt nhất (Lê Đình
Khả et al 2003) Viện Nghiên cứu Cây nguyên liệu giấy Phù Ninh cũng đã chọn lọc và
khảo nghiệm thành công một số dòng vô tính Bạch đàn urô có năng suất vượt từ 20% đến 40% so với giống đại trà Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ chú trọng về cải thiện khả năng sinh trưởng và chất lượng thân cây mà chưa chú trọng nhiều đến cải thiện các tính chất gỗ như tỷ trọng gỗ, hàm lượng xenlulose
Các nghiên cứu về ảnh hưởng của khả năng sinh trưởng và tính chất gỗ của bạch đàn đến hiệu quả của quá trình sản xuất cho thấy các tính trạng có ảnh hưởng lớn nhất đến nâng cao hiệu quả trồng rừng, cũng như giảm giá thành của quá trình sản xuất bột giấy là sinh
khối, tỷ trọng gỗ và hiệu suất bột giấy (Borallho et al 1993; Greaves et al 1997)
Trang 2Hiệu suất bột giấy được xác định bằng cách nấu dăm gỗ trong môi trường kiềm ở nhiệt
độ và áp suất cao để hòa tan lignin và giải phóng xenlulose Phương pháp này đòi hỏi thiết bị chuyên dụng, tốn nhiều thời gian, giá thành cao, đòi hỏi lượng mẫu lớn, do đó khó được áp dụng để đánh giá số lượng lớn các mẫu gỗ Xenlulose là thành phần chính của
gỗ, chiếm từ 40-50% khối lượng gỗ khô kiệt, nằm chủ yếu ở lớp vách thứ sinh của tế bào
và là thành phần chính của bột giấy (chiếm từ 74% đến 86%) và có tương quan rất cao
với hiệu suất bột giấy (Wallis et al 1996), do đó có thể được sử dụng như là công cụ gián
tiếp để đánh giá hiệu suất bột giấy Phương pháp xác định hàm lượng xenlulose khá đơn giản, ít tốn kém, có thể đánh giá với lượng mẫu nhỏ, do đó có thể tiến hành xác định cho
nhiều mẫu mà không cần phải chặt hạ cây (Wallis et al 1996; Raymond & Schimleck
2002)
Hiện nay có một số phương pháp xác định hàm lượng xenlulose trong gỗ, dựa trên nguyên lý sử dụng axit thủy phân lignin và hemicellulose, xenlulose thu được sau quá trình thủy phân được thu lại và xác định khối lượng khô kiệt Trong số các phương pháp
xác định hàm lượng xenlulose, phương pháp do Wallis et al (1997) đề xuất là phương
pháp đơn giản, có thể tiến hành phân tích cho nhiều mẫu cùng một lúc và sử dụng các hóa chất ít độc hại (diglyme và axit HCl) Hàm lượng xenlulose xác định sử dụng phương
pháp này có tương quan rất cao với hiệu suất bột giấy ở bạch đàn globulus (E globulus)
và nitens (E nitens), với hệ số tương quan từ 0,82 đến 0,91 (Wallis et al 1996; Kube et
al 2001)
Hàm lượng xenlulose từ lõi khoan lấy ở độ cao 1,3m xác định bằng phương pháp của
Wallis et al (1997) cho thấy có tương quan cao với hiệu suất bột giấy của toàn bộ thân
cây ở các loài Bạch đàn nitens và Bạch đàn globulus (Raymond & Schimleck, 2002;
Schimleck et al 2004) Như vậy, kết quả xác định hàm lượng xenlulose từ lõi khoan ở độ
cao 1,3m có thể sử dụng như một chỉ tiêu đánh giá gián tiếp trong nghiên cứu cải thiện giống theo hướng nâng cao hiệu suất bột giấy ở các loài Bạch đàn
Mục đích của nghiên cứu nhằm xác định mức độ biến dị di truyền giữa các xuất xứ và các gia đình Bạch đàn urô làm cơ sở cho việc tiến hành các nghiên cứu cải thiện giống theo hướng nâng cao hiệu suất bột giấy của loài cây này ở Việt Nam
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Vật liệu nghiên cứu
Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu là các cá thể của các gia đình Bạch đàn urô trong vườn giống tại Cẩm Quỳ, Ba Vì, Hà Tây được xây dựng năm 1997 Vườn giống được xây dựng bao gồm 144 gia đình cây trội của 9 xuất xứ Bạch đàn urô từ Indonesia
Phương pháp lấy mẫu và đánh giá tính chất gỗ
Để phục vụ nghiên cứu, chúng tôi lấy mẫu ngẫu nhiên 275 cây thuộc 60 gia đình từ 9 xuất xứ đại diện để thu thập số liệu sinh trưởng và trên mỗi cây lấy 3 lõi khoan từ vỏ vào tâm gỗ ở độ cao 1,3m sử dụng khoan tăng trưởng đường kính 6mm, trong đó 1 lõi khoan được sử dụng để xác định tỷ trọng gỗ theo phương pháp nước chiếm chỗ của Olesen (1971); 2 lõi khoan được phơi khô trong không khí và nghiền đến kích thước nhỏ hơn
1mm và xác định hàm lượng xenlulose theo phương pháp của Wallis et al (1997)
Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
Số liệu sau khi thu thập được chỉnh lý và phân tích thống kê theo phương pháp của (Williams & Matheson 1994) sử dụng phần mềm SAS 9.1 Giá trị chọn giống của các cá
Trang 3thể cho từng tớnh trạng được xỏc định theo phương phỏp BLUP (Best Linear Unbiased Prediction) bằng phần mềm ASReml 2.0
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Đỏnh giỏ sự sai khỏc giữa cỏc xuất xứ và gia đỡnh về hàm lượng xenlulose
Bảng 1 Kết quả phõn tớch phương sai về hàm lượng xenlulose
Nguồn biến
động
Bậc tự
do
Tổng biến động
Trung bỡnh
Kết quả phõn tớch phương sai ở bảng 1 cho thấy ở Bạch đàn urụ khụng cú sự sai khỏc rừ rệt giữa cỏc xuất xứ nhưng cú sự sai khỏc rất rừ rệt giữa cỏc gia đỡnh trong xuất xứ về hàm lượng xenlulose Điều này cho thấy việc chọn lọc xuất xứ theo hàm lượng xenlulose
sẽ khụng đem lại hiệu quả, việc chọn lọc tiến hành ở mức độ gia đỡnh cõy trội và cỏ thể
cú thể sẽ đưa lại hiệu quả cao cho cải thiện giống
Biểu đồ 1 biểu hiện phõn bố số lượng gia đỡnh theo hàm lượng xenlulose trong vườn giống Bạch đàn urụ ở Ba Vỡ Hàm lượng xenlulose trung bỡnh trong vườn giống là 38,1%, hàm lượng xenlulose trung bỡnh của cỏc gia đỡnh dao động từ 35,1% đến 41,2% Trong số 62 gia đỡnh cú 4 gia đỡnh cú hàm lượng xenlulose là 41%, vượt 7,6% so với trung bỡnh quần thể Kết quả phõn tớch hệ số biến động trong quần thể cho thấy hàm lượng xenlulose và tỷ trọng gỗ cú hệ số biến động về kiểu hỡnh từ 6,2% đến 8,4%, thấp hơn nhiều so với cỏc chỉ tiờu sinh trưởng đường kớnh và chiều cao (từ 18,4% đến 21%)
Biểu đồ 1 Phõn bố số gia đỡnh theo hàm lượng xenlulose trong vườn giống
Bạch đàn urụ
Tương quan kiểu hỡnh cỏc tớnh trạng
0 5 10 15 20 25
Hàm lượng xenlulose (%)
Trang 4Bảng 2 Tương quan kiểu hình giữa các tính trạng ở Bạch đàn urô
Tính trạng Tỷ trọng gỗ
Đường kính Chiều cao
Kết quả ở bảng 2 cho thấy hàm lượng xenlulose có tương quan yếu với tỷ trọng gỗ, và có tương quan trung bình với các chỉ tiêu sinh trưởng Tỷ trọng gỗ có tương quan yếu với các chỉ tiêu sinh trưởng Tương quan trung bình giữa hàm lượng xenlulose với các chỉ tiêu sinh trưởng cho thấy việc chọn giống theo sinh trưởng cũng có thể góp phần làm tăng hàm lượng xenlulose ở Bạch đàn urô, qua đó làm tăng hiệu suất bột giấy Tương quan yếu giữa tỷ trọng gỗ với hàm lượng xenlulose và các chỉ tiêu sinh trưởng cho thấy mối quan hệ độc lập giữa các tính trạng này và cải thiện giống theo các chỉ tiêu sinh trưởng hoặc hàm lượng xenlulose đều không ảnh hưởng đáng kể đến tỷ trọng gỗ Mối tương quan từ trung bình đến yếu giữa các tính trạng hàm lượng xenlulose, tỷ trọng gỗ và sinh trưởng cho thấy có thể kết hợp chọn lọc các tính trạng một cách đồng thời sử dụng chỉ số chọn lọc (selection index) nhằm đạt được tăng thu di truyền một cách thỏa đáng cho các tính trạng
Chọn lọc cá thể theo chỉ số chọn lọc
Chọn lọc cá thể theo chỉ số chọn lọc là phương pháp chọn lọc kết hợp các tính trạng dựa trên cơ sở giá trị kinh tế của các tính trạng (Cotterill & Dean 1988) Phương pháp chọn lọc theo chỉ số đã được ứng dụng thành công trong nhiều chương trình cải thiện giống ở các nước trên thế giới như Braxin, Australia, New Zealand, Thụy Điển, Trung Quốc (Cotterill & Dean 1988; Wei & Borralho 1999) Wei & Borralho (1999) đã xác định giá trị kinh tế của các tính trạng quan trọng như sinh trưởng, hiệu suất bột giấy và tỷ trọng gỗ cho rừng trồng Bạch đàn urô ở miền Nam Trung Quốc Trong nghiên cứu này chúng tôi
đã tiến hành thử nghiệm các giá trị này trong chọn lọc cá thể Bạch đàn urô
Kết quả chọn lọc 20 cá thể tốt nhất theo các chỉ tiêu đường kính, tỷ trọng gỗ, hàm lượng xenlulose và phương pháp chọn lọc theo chỉ số kết hợp các tính trạng được thể hiện trên bảng 3 Kết quả cho thấy việc chọn lọc theo các tính trạng đơn lẻ có thể chọn được các cá thể có giá trị chọn giống cao nhất theo chỉ tiêu đó nhưng không cải thiện được nhiều cho các tính trạng khác Sử dụng phương pháp chỉ số chọn lọc có thể chọn được các cá thể vừa có sinh trưởng tốt đồng thời có tỷ trọng gỗ và hàm lượng xenlulose cao, qua đó đồng thời có thể cải thiện được sinh trưởng và chất lượng rừng trồng Tuy nhiên, để áp dụng phương pháp chỉ số chọn lọc thành công tại Việt Nam cần có những nghiên cứu xác định giá trị kinh tế cho các tính trạng trong điều kiện thực tế trồng rừng tại Việt Nam
Bảng 3 Độ vượt về giá trị chọn giống của nhóm 20 cá thể tốt nhất theo các chỉ tiêu
chọn lọc so với trung bình chung của quần thể
Độ vượt so với quần thể (%) Chỉ tiêu chọn lọc
Đường kính Tỷ trọng gỗ Xenlulose
Trang 5Chọn lọc theo đường kính 16,6 3,8 2,8
KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu trên, có thể đưa ra một số kết luận sau:
- Có sự sai khác rất rõ rệt về hàm lượng xenlulose giữa các gia đình cây trội nhưng không có sự sai khác rõ rệt về hàm lượng xenlulose giữa các xuất xứ ở Bạch đàn urô Như vậy có thể tiến hành chọn lọc các gia đình cây trội và cá thể có hàm lượng xenlulose cho nghiên cứu cải thiện giống, việc chọn lọc các xuất xứ theo hàm lượng xenlulose sẽ không đem lại hiệu quả
- Hàm lượng xenlulose có tương quan từ trung bình đến yếu với các tính trạng sinh trưởng và tỷ trọng gỗ Điều này cho thấy có thể chọn lọc các tính trạng một cách độc lập mà không ảnh hưởng nhiều đến các tính trạng khác
- Thông qua việc sử dụng phương pháp chỉ số chọn lọc có thể có thể chọn được các
cá thể vừa có sinh trưởng nhanh lại có tỷ trọng gỗ và hàm lượng xenlulose cao, qua đó có thể cải thiện sinh trưởng và chất lượng rừng trồng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Borallho, N M G., Cotterill, P P & Kanowski, P 1993 Breeding objectives for pulp
production of Eucalyptus globulus under different industrial cost structures
Canadian Journal of Forest Research 23: 648-656
Cotterill, P P & Dean, G H 1988 Successful breeding using selection index CSIRO
publishing
Greaves, B L., Borralho, N M G & Raymond, C A 1997 Breeding Objective for
Plantation Eucalypts Grown for Production of Kraft Pulp Forest Science 43: 465-
472
Kube, P D., Raymond, C A & Banham, P W 2001 Genetic parameters for diameter,
basic density, cellulose content and fibre properties for Eucalyptus nitens Forest
genetics 8: 285-294
Lê Đình Khả, Hà Huy Thịnh & Nguyễn Việt Cường 2003 Improvement of Eucalypts for
Reforestation in Vietnam Pp 71-81 In: T URNBULL , J (ed.): Eucalypts in Asia ACIAR Proceedings No 111 Zhanjiang, Guangdong, China.
Nguyễn Dương Tài 1994 Nghiên cứu khảo nghiệm loài và xuất xứ Bạch đàn cho vùng
trung tâm miền Bắc Luận văn tiến sĩ Trường Đđại học Lâm nghiệp
Raymond, C A & Schimleck, L R 2002 Development of near infrared reflectance
analysis calibrations for estimating genetic parameters for cellulose content in
Eucalyptus globulus Canadian Journal of Forest Research 32: 170-176
Schimleck L.R., Kube P & Raymond C.A 2004 Genetic improvement of kraft pulp yield
in Eucalyptus nitens using cellulose content determined by near infrared
spectroscopy, Canadian Journal of Forest Research 34: 2263 - 2370
Wallis, A F A., Wearne, R H & Wright, P J 1997 New approaches to rapid analysis
Trang 6of cellulose in wood in Proceedings of the 9th International Symposium on Wood
and Pulping Chemistry, Montreal, Quebec, Canada
Wallis, A S A., Wearne, R H & Wright, P J 1996 Analytical characteristics of
plantation eucalypt woods relating to kraft pulp yields Appita Journal 49: 427-
432
Wei, X & Borralho, N M G 1999 Breeding objectives and selection criteria for pulp
production of Eucalyptus urophylla plantations in South East China Forest
Genetics 6: 173-192
Williams, E R & Matheson, A C 1994 Experimental design and analysis for use in tree
improvement CSIRO Publishing
STUDY ON GENETIC VARIATION IN CELLULOSE CONTENT BETWEEN FAMILIES AND
PROVENANCES IN E UROPHYLLA FOR DEVELOPING BREEDING FOR KRAFT PULP
YIELD
Nguyen Duc Kien, Ha Huy Thinh, La Anh Duong, Do Huu Son, Le Anh Tuan
Forest Tree Improvement Research Centre
Forest Science Institute of Vietnam
SUMMARY
Pulp yield is one of the most important characteristics influencing the effectiveness of pulp production Determination of pulp yield is time consuming, expensive and requires specialized equipment and large quantities of wood chips to be cooked The aim of this study was to investigate genetic variation in cellulose content between provenances and
families in E urophylla for developing breeding programs for kraft pulp yield in
plantations of this species The diglyme-HCl method was used to evaluate cellulose
content in a sample of 275 trees from 62 families in a 10-year-old progeny test of E
urophylla at Ba Vi Cellulose content displayed non-significant differences between
provenances, but significant differences between families within provenance The phenotypic correlations between cellulose content and growth or wood density were weak
to moderate A selection index for pulp production helped select individuals having good growth, desired wood density and cellulose content
Keywords: E urophylla, Cellulose content, Pulp yield, Selection index
