Vì sao cây có mùi thơm: tinh dầu là vũ khí và lời mời của thực vật

Cây có mùi thơm vì nó tự tổng hợp những phân tử nhỏ, dễ bay hơi, chủ yếu thuộc hai nhóm terpen và phenylpropanoid, rồi cất giữ trong lông tuyến, túi tiết hay ống tiết. Những chất này không phục vụ việc lớn lên của cây mà phục vụ việc sống sót: đuổi sâu ăn lá, kìm nấm mốc, gọi côn trùng đến thụ phấn, thậm chí gọi "đồng minh" đến diệt kẻ đang gặm mình. Thứ con người gọi là tinh dầu, với cây, vừa là vũ khí vừa là lời mời.

Mùi thơm là chất chuyển hoá thứ cấp

Các nhà thực vật chia hoá chất trong cây làm hai loại. Chất chuyển hoá sơ cấp là những thứ cây nào cũng cần để sống: đường, tinh bột, axit amin, chất béo màng tế bào, diệp lục. Chất chuyển hoá thứ cấp là những thứ chỉ một số loài có, và cây vẫn có thể lớn trong chậu thí nghiệm nếu thiếu chúng. Tinh dầu thuộc nhóm thứ hai.

"Thứ cấp" không có nghĩa là phụ. Ngoài tự nhiên, một cây bạc hà không có tinh dầu sẽ bị sâu và nấm xử lý nhanh hơn nhiều so với cây có tinh dầu. Cây không chạy được, không có răng, không kêu cứu được, nên nó đầu tư vào hoá học. Tổng hợp một phân tử terpen tốn năng lượng và nguyên liệu, và chọn lọc tự nhiên chỉ giữ lại khoản đầu tư đó khi nó có lời.

Hàm lượng tinh dầu trong cây thường thấp hơn người ta tưởng. Phần lớn lá thơm chỉ chứa từ vài phần nghìn đến vài phần trăm khối lượng là tinh dầu. Ở hoa hồng Damascena, con số hay được dẫn trong ngành là cần khoảng 3–4 tấn cánh hoa để cất ra 1 kg tinh dầu. Cây không cần nhiều: chỉ vài phân tử chạm vào thụ thể của một con sâu hay một con ong là đủ việc.

Hai họ phân tử làm nên phần lớn mùi cây

Terpen: những khối lắp ghép năm carbon

Terpen được ghép từ những đơn vị năm carbon gọi là isopren. Hai đơn vị ghép lại thành monoterpen (10 carbon), ba đơn vị thành sesquiterpen (15 carbon). Monoterpen nhẹ, bay hơi nhanh, thường là "mùi đầu" sắc và tươi: limonen trong vỏ cam, menthol trong bạc hà, 1,8-cineol trong lá tràm và khuynh diệp, citral trong sả, linalool trong hoa oải hương và lá húng quế. Sesquiterpen nặng hơn, bay chậm, thường trầm và ấm: patchoulol trong hoắc hương, zingiberen trong gừng.

Cây làm terpen bằng hai con đường hoá sinh song song. Con đường mevalonat chạy trong bào tương, con đường MEP chạy trong lạp thể, nơi có diệp lục. Monoterpen chủ yếu ra từ lạp thể, sesquiterpen chủ yếu ra từ bào tương. Vì monoterpen gắn với lạp thể, ánh sáng và quang hợp ảnh hưởng mạnh đến lượng mùi tươi mà lá làm ra.

Phenylpropanoid: mùi cay ấm có vòng thơm

Nhóm thứ hai đi từ axit amin phenylalanin, mang một vòng benzen. Chúng cho những mùi cay, ngọt, ấm rất dễ nhận: cinnamaldehyd trong vỏ quế, eugenol trong nụ đinh hương và lá hương nhu, anethol trong quả hồi, methyl chavicol trong một số giống húng quế. Đây cũng là họ hàng xa của lignin, chất làm gỗ cứng, nên không lạ khi cây thân gỗ như quế cất giữ nhiều phenylpropanoid trong vỏ.

Mùi "cỏ vừa cắt" là mùi của vết thương

Có một nhóm mùi cây chỉ xuất hiện khi lá bị tổn thương: các chất 6 carbon như hexenal và hexenol, gọi chung là "mùi lá xanh". Khi màng tế bào vỡ, enzym lipoxygenase cắt axit béo thành những phân tử này chỉ trong vài giây. Đó là mùi sân cỏ vừa xén. Với cây, đây là tín hiệu báo động; với ta, đó là mùi mùa hè.

Cây cất tinh dầu ở đâu

Tinh dầu ở nồng độ cao có thể đầu độc chính tế bào của cây, nên cây phải nhốt nó vào những "kho" riêng. Mỗi họ thực vật có kiểu kho đặc trưng, và kiểu kho quyết định cách ta cất tinh dầu.

Lông tuyến nằm ngoài mặt lá nên rất dễ vỡ. Đó là vì sao chỉ cần lướt tay qua khóm húng quế là tay đã thơm. Túi tiết nằm sâu trong mô, nên lá bưởi để nguyên thì thơm nhẹ, vò nát mới bung mùi. Còn gừng, quế thì phải băm, nghiền hoặc để lâu trong nồi cất, hơi nước mới len được tới từng tế bào dầu.

Vũ khí: đuổi kẻ ăn, kìm nấm, giữ chỗ

Đuổi và đầu độc côn trùng

Nhiều monoterpen làm côn trùng chán ăn, rối loạn lột xác hoặc chết nếu ăn nhiều. Một con sâu cắn vào lá bạc hà là cắn vỡ hàng chục lông tuyến cùng lúc, nhận một ngụm menthol đậm đặc vào miệng. Không phải loài sâu nào cũng bị đuổi: có những loài chuyên ăn một nhóm cây thơm đã tiến hoá để chịu được độc chất, thậm chí dùng chính mùi ấy để tìm đúng cây chủ. Sâu bướm phượng ăn lá cam chanh là ví dụ quen thuộc ở vườn Việt.

Kìm nấm và vi khuẩn

Thymol trong cỏ xạ hương, carvacrol trong kinh giới tây, eugenol trong hương nhu và đinh hương đều có tác dụng kìm vi sinh vật trong ống nghiệm. Với cây, một vết thương rỉ tinh dầu là một vết thương khó nhiễm nấm hơn. Cần nói rõ: kết quả trong ống nghiệm không chuyển thẳng thành tác dụng trên cơ thể người, và tinh dầu không phải thuốc.

Giữ chỗ với cây hàng xóm

Một số cây thơm tiết chất làm hạt cây khác khó nảy mầm quanh gốc mình, hiện tượng gọi là cảm nhiễm (allelopathy). Ví dụ kinh điển được nghiên cứu từ thập niên 1960 là các bụi xô thơm vùng cây bụi California, quanh chúng thường có một vòng đất trống cỏ không mọc. Mức độ đóng góp của chất bay hơi so với các yếu tố khác như động vật gặm cỏ vẫn còn được bàn, nên đây là ví dụ cần kể kèm dè dặt.

Lời mời: hoa thơm và tiếng kêu cứu bằng mùi

Gọi người thụ phấn đúng giờ

Hoa không tiết hương đều cả ngày. Hoa thụ phấn nhờ ong thường thơm mạnh vào buổi sáng, khi ong đi kiếm mật. Hoa thụ phấn nhờ bướm đêm thường trắng, ống dài, và toả hương mạnh lúc chập tối hoặc về đêm: dạ lý hương, hoa nhài, huệ ta là những ví dụ người Việt quen. Sự lệch giờ này có thật và đo được; người làm hương liệu tận dụng nó khi chọn giờ hái.

Mùi hoa cũng thay đổi sau khi đã được thụ phấn. Ở nhiều loài, hoa đã thụ phấn giảm hẳn lượng hương toả ra, như tắt biển "còn chỗ" để côn trùng sang bông khác.

Gọi đồng minh đến diệt sâu

Một phát hiện đáng nhớ của sinh thái học hoá học: khi bị sâu gặm, cây ngô tiết ra một hỗn hợp chất bay hơi khác với lúc bị cắt bằng dao. Ong ký sinh đẻ trứng vào sâu bay theo mùi đó mà tìm tới. Các công trình của nhóm Ted Turlings công bố năm 1990 trên tạp chí Science là cột mốc của hướng nghiên cứu này. Từ đó người ta đã ghi nhận hiện tượng tương tự ở nhiều loài cây trồng.

Vì sao cùng một cây mà mùi mỗi nơi một khác

Lượng và thành phần tinh dầu thay đổi theo nhiều yếu tố, đó là lý do người làm nghề luôn ghi rõ giống, nơi trồng, mùa hái.

• Di truyền: cùng loài húng quế có giống giàu linalool, giống giàu methyl chavicol, giống giàu eugenol. Ngành tinh dầu gọi các dạng này là chemotype.
• Tuổi và bộ phận: lá non, lá già, hoa, hạt cho mùi khác nhau. Lá rau mùi và hạt mùi gần như là hai thứ hương riêng.
• Ánh sáng và nhiệt độ: cây thơm trồng nắng đủ thường làm nhiều lông tuyến hơn cây trồng trong râm.
• Căng thẳng vừa phải: hạn nhẹ, bị gặm nhẹ có thể làm tăng nồng độ một số chất, nhưng hạn nặng thì cây yếu và tổng lượng giảm. Kết quả nghiên cứu không đồng nhất giữa các loài.
• Giờ trong ngày: nhiều cây thay đổi lượng hương theo nhịp ngày đêm, rõ nhất là ở hoa.

Góc nhìn hôm nay: tự quan sát kho dầu của cây

Hiểu cây làm mùi để làm gì giúp ta dùng cây thơm khéo hơn. Hái nhẹ tay để lông tuyến khỏi vỡ trước khi vào nồi cất. Không băm lá bạc hà quá sớm nếu muốn giữ mùi. Biết rằng lá vàng úa, cây bị sâu nặng thường cho mùi khác cây khoẻ. Và nhớ rằng thứ cây dùng làm vũ khí thì ở nồng độ đậm đặc cũng có thể làm da người kích ứng.

Ba phép quan sát làm được ngay ở nhà, không cần hoá chất:

1. Soi lá lên trời: hái một lá bưởi hoặc lá chanh, giơ lên trước nguồn sáng. Những chấm sáng trong mờ li ti chính là túi tinh dầu.
2. Kính lúp và lá bạc hà: lật mặt dưới lá, soi bằng kính lúp loại 10 lần. Những hạt tròn bóng như giọt sương nhỏ là lông tuyến chứa dầu.
3. Chạm và vò: lướt ngón tay qua lá húng quế rồi ngửi, sau đó vò nát một lá bưởi rồi ngửi. Khác biệt giữa "chạm đã thơm" và "phải vò mới thơm" chính là khác biệt giữa lông tuyến ngoài mặt và túi tiết trong mô.

Muốn đọc sâu hơn, giáo trình thực vật học phần giải phẫu cấu tạo tiết và sách sinh thái học hoá học là hai cửa vào. Các vườn thực vật, vườn dược liệu của viện nghiên cứu và trường đại học dược thường có khu cây thuốc, cây tinh dầu gắn bảng tên khoa học, nơi có thể đi xem từng họ cây cạnh nhau.