گیاه شناسی قهوه

از زمانی که کارلوس لینائوس گیاه‌شناس سوئدی قرن هجدهم برای اولین بار نوع گیاه قهوه را توصیف کرد، گیاه‌شناسان هنوز در مورد طبقه‌بندی آن اختلاف نظر دارند؛ چراکه قهوه تنوع بسیار زیادی دارد. او درختچه‌های قهوه را در خانواده روناسیان (Rubiaceae) طبقه‌بندی کرد که شامل 4500 گونه است که بیش از 60 گونه از آنها به عنوان «قهوه» شناخته می‌شوند. گونه‌های قهوه از درختچه‌های کوچک تا درختان با ارتفاع 32 فوت و رنگ برگ‌ها از بنفش تا زرد متغیر است. با این حال، رنگ غالب برگ این درختان سبز است.

در این مقاله می خواهیم تمامی مواردی همچون طبقه بندی گیاه قهوه، میوه، ریشه و هرآنچه که باید در مورد گیاه شناسی قهوه بدانید را مورد بررسی قرارمی دهیم.

طبقه بندی گیاه قهوه

گیاه قهوه متعلق به خانواده روناسیان است که انواعی مثل  Gardenia، Ixora، Cinchona، Rubia و Coffea دارد.

قهوه (Coffea) از نظر اقتصادی مهم‌ترین نوع در خانواده روناسیان است که تقریباً 100 گونه دارد. دو گونه اصلی از آن که به طور گسترده در سراسر جهان رشد می‌کنند:

1. قهوه چای یا عربیکا (Coffea Arabica) و قهوه ربوستا (Coffea Robusta)
2. قهوه جک فروت (Coffea excels): این گونه به غرب آفریقا و آسیا محدود می‌شود و حدود ۱ تا ۲ درصد از تولید جهانی قهوه را از آن خود کرده است.

اگرچه گونه‌های قهوه از نظر مورفولوژیکی یا شکل ظاهری متمایز هستند، اما برخی ویژگی‌های ژنتیکی مشترک دارند.

به طور کلی، طبقه‌بندی گیاهان و همچنین تکامل گروه‌ها و گونه‌های Coffea به دلیل گونه‌ها و ویژگی‌های بسیار متفاوتشان کار پیچیده ای است به شکلی که شامل درختچه‌هایی با ارتفاع کمتر از 1 متر تا گیاهان بالارونده یا درختانی با ارتفاع بیش از 15 متر با شاخه ها، برگ‌ها و میوه‌ها و در اندازه ها، شکل‌ها و ساختارهای مختلف می شود.

خصوصیات ظاهری گیاهان قهوه

اکثر گیاهان قهوه عربیکا در سراسر جهان بیش از سه یا چهار نسل دارند. این بدان معنی است که بسیاری از ویژگی‌های فیزیولوژیکی قهوه مشابه انواع قهوه اتیوپی از جنگل‌های وحشی است. به عبارت دیگر، آنها هنوز ترجیح می‌دهند خود را با محیطی که در فضاهای خنک جنگل‌های وحشی یافت می‌شود وفق دهند.

قهوه عربیکا در مناطق حاشیه‌ای مانند شمال شرقی برزیل با دمای متوسط 24 تا 25 درجه سانتیگراد رشد می‌کند و در مناطقی با میانگین دمای سالانه زیر 17-18 درجه سانتیگراد، پتانسیل رشد چندانی ندارند. منطقه تاریک قهوه عربیکا به مناطق جنگلی وحشی اتیوپی محدود است. همچنین ساختار آناتومیکی قهوه در سراسر جهان مانند ساختار اجداد آنها در جنگل‌های شبنم در فلات بوما در سودان جنوبی و ارتفاعات اتیوپی باقی مانده است.

سیستم ریشه گیاه قهوه

به طور کلی درختان قهوه دارای ریشه های زیادی هستند که در30 سانتی متر تا یک متر از سطح زمین قرار گرفته اند. قطر آن در اطراف تنه حدود یک و نیم متر است. در صورتی که درخت قهوه به رشد کاملی رسیده ریشه ها به 3 شکل خود را نشان می دهند:

1. ریشه اصلی: این ریشه معمولاً بزرگ و قوی است و از عمق 45 سانتی متری تا 1 متری در زمین فرو رفته است و به محکم ایستادن درخت کمک می‌کند. ریشه اصلی آب را از لایه‌های عمیق زمین جذب می­کند و هر چه لایه خاک ضخیم‌تر و متخلخل‌تر باشد ریشه‌ها عمیق‌تر می‌شوند.
2. ریشه‌های استوانه‌ای: معمولاً 4 تا 8 ریشه دارند که می‌توانند تا عمق 3 متر نفوذ کنند و در همه جهات منشعب شوند. وظیفه اصلی این ریشه‌ها جذب آب برای تغذیه گیاهان است. مشابه ریشه‌های اصلی هر چه خاک متخلخل‌تر باشد این ریشه‌ها بیشتر در عمق خاک نفوذ می کنند.
3. ریشه‌های افقی: این ریشه ها از ریشه‌های استوانه‌ای شکل رشد می‌کنند و در جهات مختلف به خاک نفوذ می‌کنند. برخی از ریشه‌های افقی به موازات زمین رشد می‌کنند. در قسمت بالای ریشه، مکنده‌های متراکم رشد می کنند که وظیفه اصلی آنها جذب مواد مغذی برای تغذیه گیاه است.

عواملی مانند خواص فیزیکی خاک، محتوای هوموس، رطوبت خاک، pH، محتوای مواد مغذی معدنی، دما، تکنیک‌های کشاورزی و … به طرز قابل توجهی بر شکل‌گیری و گسترش ریشه‌ها تأثیر می‌گذارد.

سیستم ساقه‌ها و شاخه‌های گیاه قهوه

قهوه بسته به گونه و شرایط زندگی آن، گیاهی چند ساله و کوچک چوبی به ارتفاع 4 تا 10 متر است. درخت در دو بعد عمودی و افقی، دو شکل دارد. شاخه‌هایی که فقط به صورت عمودی رشد می‌کنند، شاخه‌های ارتوتروپیک هستند که از ساقه اصلی و برآمدگی‌هایی که از ساقه اصلی بیرون می‌آیند، تشکیل شده‌اند. بقیه، شاخه‌هایی هستند که فقط به صورت افقی رشد می‌کنند که شاخه‌های پلاژیوتروپیک نامیده می‌شوند. این شاخه‌ها از شاخه‌های افقی که از ساقه اصلی رشد می‌کنند و سایر شاخه‌های فرعی که قادر به بارآوری هستند، تشکیل شده‌اند.

شاخه‌های پلاژیوتروپیک به دو دسته تقسیم می‌شود:

1. شاخه‌های پایه (شاخه‌های سطح 1): این شاخه‌های افقی مستقیماً از تنه اصلی رشد می‌کنند. به این شاخه‌های افقی شاخه‌های برهنه یا شاخه‌های سطح 1 می‌گویند. هیچ‌گاه شاخه‌های درجه 1 افتاده یا قطع نمی‌شوند. چراکه در این صورت ممکن است یک شاخه سطح 1 دیگر ایجاد شود.
2. شاخه‌های ثانویه (سطح 2، 3…): در هر محور برگ از شاخه‌های سطح 1، می‌تواند به شاخه‌های سطح 2 تبدیل شود یا در صورت وجود شرایط مناسب مانند آب و هوای خشک، دمای پایین، به شاخه‌های سطح 2 تبدیل به جوانه‌های گل شود. در شاخه‌های ثانویه، بسیاری از شاخه‌های غیرفعال مشابه می‌توانند به شاخه‌های سوم تبدیل شوند. شاخه‌های افقی می‌تواند دوباره رشد کنند، بنابراین در صورت زیاد بودن می‌توان جهت شکل‌دهی به درخت آن را هرس کرد.

شاخه‌های عمودی، شاخه‌هایی هستند که از جوانه‌های خفته در بغل برگ در ساقه اصلی به وجود می‌آیند. شاخه‌هایی که بیش از حد رشد کرده باشند، ویژگی‌های رشد عمودی، رشد سریع و مصرف زیاد مواد مغذی اما عدم باردهی دارند. هنگام شکل دادن و ایجاد یک تاج برای درختان قهوه، شاخه‌های اضافی باید به طور منظم و سریع هرس شوند تا از هدر رفتن مواد مغذی جلوگیری شود.

برگ‌های گیاه قهوه

برگ‌های قهوه بیضی شکل و سبز تیره هستند که به طور متقارن روی شاخه‌ها رشد می‌کنند. برگ‌ها معمولاً به صورت جفت در امتداد شاخه‌های مستقیم قرار دارند. درختان در پایان فصل خشک و همزمان با دوره برداشت، خزان می‌کنند. برگ‌های گیاه قهوه به فشار باد واکنش خوبی نشان نمی‌دهند. بادهای شدید می‌تواند سطح برگ را کاهش دهد و طول میانگره شاخه‌ها را کوتاه کند. برگ‌های بالغ معمولاً حدود 8-15 سانتی متر طول و 4-6 سانتی متر عرض دارند.

میوه قهوه

گل‌های قهوه سفید هستند که شامل پنج پرچم نر و ماده می‌شود. تخمدان شامل دو تخمک است. اگر در زمان مناسب بارور شود، دو دانه قهوه تولید می‌کند. گل‌های قهوه صبح زود شکوفا می‌شوند و در طول روز شکوفا هستند. در بعدازظهر همان روز، بساک پس از لقاح، قهوه‌ای می‌شود. دو روز بعد قسمت‌هایی از گل پژمرده می‌شود و می‌افتد و فقط تخمدان رشد می‌کنند. گل سفید قهوه وزن سبکی دارد و به راحتی توسط باد جابه‌جا می‌شود. گرده افشانی باد برای قهوه ضروری است. با این حال، چون گل‌های قهوه عطر جذابی برای حشرات دارند، حشرات نقش بیشتری در فرآیند گرده افشانی گل‌های قهوه نقش دارند.

معمولاً بوته‌های قهوه از سال دوم تا سوم شروع به گلدهی می‌کنند. جوانه‌های گل در بغل برگ شاخه‌های افقی رشد می‌کنند و به ندرت در شاخه‌های بالایی رشد می‌کنند.

شکوفایی قهوه دو مرحله دارد:

1. مرحله تغییر گل
2. رشد جوانه‌های گل که در زمان شکوفایی گل رخ می‌دهد.

در هر یک از این مراحل، عوامل داخلی و خارجی زیادی تأثیرگذار هستند. در پایان برداشت، فرآیند تمایز برای تشکیل جوانه‌های گل وجود دارد. در صورت آبیاری کامل، جوانه‌های گل در نهایت به رشد خود ادامه می‌دهند. سپس، بعد از 5-7 روز، گل شکوفا می‌شود. اگر گل قبلاً به طور کامل رشد نکرده باشد، این زمان می‌تواند طولانی‌تر شود.

دانه قهوه

دانه قهوه، berry  نامیده می‌شود اما یک میوه آلویی است که معمولاً همانند آجیل‌ها به عنوان دانه‌های گوشتی شناخته می‌شوند.

اگر یک دانه قهوه رسیده را بین انگشتان خود فشار دهید، لایه بیرونی ( exocarp) و لایه خارجی دوم ( mesocarp) به راحتی از لایه داخلی جدا می‌شود. لایه داخلی (Endocarp) یک پوسته سخت است که حاوی دانه قهوه است. این لایه معمولاً موسیلاژ است که به طور محکم به پوسته چسبیده است. مخاط از بافت‌های غنی از قند و پکتین تشکیل شده است اما به طرز جالبی فاقد کافئین و تانن است. لایه بیرونی مزودرم است که معمولاً به عنوان «پالپ» شناخته می‌شود، که به پوست چسبیده و اغلب در طول بودادن جدا می‌شود یا گاهی اوقات برای تهیه کاسکرا دوباره بوداده می‌شود.

دانه‌های قهوه فشرده شده نیستند. بنابراین، بذرها باید در اسرع وقت پس از رسیدن میوه کاشته شوند. در این مرحله احتمال جوانه‌زنی، بالای 90 درصد است. مدت زمان جوانه‌زنی پس از دو ماه برای قهوه با وانیل و شش ماه برای قهوه با چای در دمای اتاق است. اگر می‌خواهید بذرها را انبار کنید، باید به آرامی در دمای پایین (زیر 40 درجه سانتیگراد) خشک شوند تا رطوبت آن به 12-13٪ کاهش یابد. بذرهای خشک انبار شده در دمای 10 درجه سانتیگراد احتمال جوانه‌زنی بالایی را برای چندین ماه خواهند داشت. بررسی‌ها نشان داده است که دانه‌های قهوه با رطوبت 10 تا 11 درصد که در دمای 15 درجه سانتیگراد انبار شده‌اند را می‌توان برای نزدیک به دو سال نگهداری کرد.

دانه پی بری: نوعی دانه قهوه

یک دانه قهوه معمولاً دو هسته دارد، اما در برخی موارد فقط یک دانه دارد؛ این دانه‌ها بزرگ‌تر و گردتر از دانه‌های معمولی هستند که به Peaberry معروف هستند. البته این مورد گاهی اوقات یک عیب محسوب می‌شود، چراکه طعم خاصی ندارد. به دلیل شکل گرد دانه به عملیات برداشت به سهولت انجام می شود و برشته کاری دانه ها نیز راحت تر است. در برخی موارد Peaberries می‌تواند تا 40٪ از محصول را تشکیل دهد. بوته‌های دارای پی بری معمولاً از مزرعه حذف می‌شوند، زیرا به ازای هر 1 درصد از پی بری در یک محصول، عملکرد مزرعه 0.75 درصد کاهش می یابد.

مطالعه‌ای روی آبیاری قطره‌ای گیاهان قهوه نشان داد که در سال اول کشت، گیاهانی که آبیاری نمی‌شدند دارای درصد بسیار بالایی از Peaberry  بودند. این میزان حدود 21 درصد از کل محصول را شامل می‌شد.

تشکیل میوه یا دانه پی بری تا حدی به عوامل محیطی نامطلوب، عمدتاً در هنگام گلدهی و باردهی مرتبط است. بنابراین مدیریت صحیح آبیاری در این دوره‌ها شرایط بهتری را برای تشکیل دانه‌های قهوه ایجاد کرد و در نتیجه میزان بروز پی بری را کاهش می‌دهد. تحقیقات نشان داده است که دمای هوا نزدیک به 24 درجه سانتیگراد (1 درجه بالاتر از حد بالایی که برای قهوه عربیکا بهینه در نظر گرفته می‌شود) میزان میوه Peaberry  را افزایش می‌دهد.

مراحل رشد میوه قهوه

در فیزیولوژی رشد و تولید قهوه (اکوفیزیولوژی رشد و تولید قهوه) که در مجله برزیلی Biology منتشر شده است، پنج مرحله از فرآیند رشد میوه قهوه به شرح زیر آمده است:

• مرحله اول: این مرحله مربوط به شش هفته اول پس از گلدهی است. اگرچه رشد در این مرحله زیاد نیست، اما میوه‌ها به دلیل سرعت تنفس بالایی که دارند، غیرفعال در نظر گرفته نمی‌شوند. رشد پوشش و دانه‌ها عمدتاً از طریق تقسیم سلولی به جای گسترش سلول اتفاق می‌افتد.
• مرحله دوم: افزایش وزن سریع، حدود 10 هفته آینده ادامه دارد. از هفته 6 تا هفته 17 رشد، اندازه و وزن میوه‌ها به سرعت افزایش می‌یابد. این مرحله حداکثر اندازه دانه قهوه را تعیین می‌کند. گسترش سلولی در پایان این دوره صورت می‌گیرد.
• مرحله سوم: نگهداری و تاخیر رشد، حدود دو هفته طول می‌کشد. میوه در این دوره انتقال کوتاه به اندازه نهایی خود می‌رسد اما میوه هنوز کوچک است.
• فاز پر شدن آندوسپرم: ماده خشک از حدود 17 تا 28 هفته پر می‌شود. در این دوره تغییر کمی در وزن اتفاق می‌افتد، زیرا ماده خشک عمدتاً در هسته (دانه) رسوب می‌کند. رسیدن دانه‌های قهوه زمانی کامل می‌شود که حداکثر مقدار ماده خشک و حداکثر ظرفیت جوانه‌زنی به طور همزمان اتفاق بیافتد.
• مرحله بلوغ: در مرحله نهایی رشد، بیشترین تغییرات در پوسته بیرونی رخ می‌دهد، در اندازه و حجم (تازه و خشک) افزایش می‌یابد، رنگدانه جمع می‌شود و رنگ قرمز یا زرد ایجاد می‌کند. فرآیند رسیدن می‌تواند حدود 10 هفته، از هفته 24 تا 34 از زمان گلدهی، ادامه یابد.