Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của luận án Chi Nghệ (Curcuma), thuộc họ gừng Zingiberaceae và là một trong những loại dược liệu quan trọng. Sahoo et al. (2017) cho rằng các giống nghệ được công bố hiện nay chủ yếu dựa vào các đặc điểm hình thái và sinh hoá. Đa số các giống nghệ đều giống nhau, không có sự khác biệt rõ về hình thái của thân, lá, hoa và củ nên rất dễ gây nhầm lẫn cho các nhà nghiên cứu và người sử dụng.
Trong điều kiện môi trường khác nhau, chất lượng nghệ cũng khác nhau. Sự kết hợp giữa kỹ thuật phân tử hiện đại với chỉ tiêu sinh hóa đã giúp cho công tác chọn và phát triển giống dựa vào đặc điểm hình thái đạt hiệu quả cao hơn. Hiện nay, trên thế giới đã ứng dụng dấu chỉ thị phân tử để đánh giá đa dạng di truyền trên nghệ, trong đó, dấu chỉ thị phân tử RAPD (Syamkumar, 2008; Jan et al., 2011; Khan et al., 2013; Phurailatpam et al., 2013; Mohanty et al., 2014) và ISSR (Syamkumar, 2008; Taheri et al., 2012) được sử dụng phổ biến do kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện. Theo nghiên cứu của Akamine et al.
(2007), Niranjan and Prakash (2008), Yue et al. (2010), Hu et al. (2015) và Panahi et al. (2015), các tác giả cho rằng curcumin - thành phần chính trong củ nghệ - có nhiều hoạt tính sinh học như khả năng chống oxy hóa, chống đột biến, chống ung thư, kháng viêm, kháng khuẩn, kháng nấm, kháng ký sinh trùng và có khả năng giải độc.
Tuy nhiên, hàm lượng curcumin trong nghệ rất thấp (dao động trong khoảng 1-6%) (Aggarwal et al., 2006 và Niranjan et al. Ishimine et al. (2003 và 2004); Hossain et al. (2005a và 2005b); Hossain and Ishimine (2005); Hossain and Ishimine (2007) cho rằng có nhiều yếu tố quyết định đến sự sinh trưởng, hàm lượng, năng suất curcumin trên nghệ, trong đó, giống giữ vai trò quan trọng nhất (Singh et al.
Ngoài dinh dưỡng NPK, việc bổ sung các nguyên tố vi lượng như sắt, kẽm và boron cũng rất cần thiết, góp phần gia tăng hàm lượng, năng suất curcumin trong nghệ (Velmurugan et al. Khi bổ sung phenylalanine, một tiền chất trong con đường sinh tổng hợp curcumin, có thể làm tăng hàm lượng curcumin trong nghệ (Kita et al. Sự chuyển 1 đổi phenylalanine thành cinnamic acid chủ yếu diễn ra trong lá và qua con đường này có thể dẫn đến sự tổng hợp curcumin trong củ nghệ (Neema, 2005). Bên cạnh phenylalanine, salicylic acid cũng đóng vai trò quan trọng trong sự tích lũy các chất biến dưỡng thứ cấp và hoạt hóa phenylalanine ammonia lyase, enzyme đầu tiên của chuỗi sinh tổng hợp curcumin (Janas et al., 2002; Solecka and Kacperska, 2003; Zhao et al., 2005; Kita et al.
Tại Việt Nam, Jana et al. (2015) cho rằng có khoảng 27 loài nghệ phân bố rải rác từ Bắc vào Nam, đây là nguồn vật liệu di truyền rất quý trong công tác chọn tạo giống mới. Tuy nhiên, hiện nay, các nghiên cứu về nghệ chỉ tập trung vào đặc điểm hình thái và hoạt tính sinh học, chưa có nhiều nghiên cứu về giống cũng như dinh dưỡng. Do đó, việc tìm ra giống nghệ có hàm lượng, năng suất curcumin cao dựa vào đặc điểm hình thái, dấu phân tử và sinh hoá; đồng thời tìm ra hóa chất thích hợp ảnh hưởng đến sinh trưởng, hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ là rất cần thiết.2 Mục tiêu của luận án Tìm ra giống nghệ có hàm lượng, năng suất curcumin cao dựa vào đặc điểm hình thái, dấu phân tử và sinh hóa.
Tìm ra hoá chất xử lý ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tượng nghiên cứu: 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội được thu thập ở Việt Nam (32 mẫu), Indonesia (1 mẫu), Australia (1 mẫu). Phạm vi nghiên cứu chính: + Nghiên cứu 34 giống nghệ được trồng tại quận Bình Thủy - thành phố Cần Thơ từ năm 2014-2015, dựa vào đặc điểm hình thái, dấu phân tử và sinh hoá nhằm tìm ra giống nghệ có hàm lượng, năng suất curcumin cao. + Nghiên cứu được thực hiện tại huyện Phong Điền thành phố Cần Thơ từ 2015-2016, trên phạm vi các hoá chất xử lý là phenylalanine, salicylic acid, sắt sunfate, kẽm sunfate và Borax; có liên quan đến sự sinh tổng hợp curcumin trong nghệ. Nghiên cứu ảnh hưởng của các hoá chất trên đến giống nghệ C.34 thuộc loài Curcuma xanthorrhiza được thực hiện tại quận Bình Thủy thành phố 2 Cần Thơ từ 2017-2018, nhằm tìm ra hoá chất xử lý ảnh hưởng đến sinh trưởng, hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ.4 Nội dung của luận án * Nội dung 1: Đánh giá giống nghệ có hàm lượng và năng suất curcumin cao.
+ Thu thập 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội + Đánh giá sự đa dạng của 34 mẫu giống nghệ dựa vào đặc điểm hình thái + Đánh giá sự đa dạng của 34 mẫu giống nghệ dựa vào dấu phân tử RAPD và ISSR. + Đánh giá sự đa dạng của 34 mẫu giống nghệ dựa vào các chỉ tiêu sinh hóa * Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của hoá chất xử lý đến sinh trưởng, hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ. + Ảnh hưởng của thời điểm và nồng độ xử lý phenylalanine + Ảnh hưởng của thời điểm và nồng độ xử lý salicylic acid + Ảnh hưởng của thời điểm và mức độ xử lý sắt sulfate + Ảnh hưởng của thời điểm và mức độ xử lý kẽm sulfate + Ảnh hưởng của thời điểm và mức độ xử lý Borax + Đánh giá hiệu quả loại hoá chất xử lý đến sinh trưởng, hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ.5 Những đóng góp mới của luận án Luận án đã tìm ra được giống nghệ C.34 có hàm lượng và năng suất curcumin trên khối lượng chất khô cao nhất (12,4%; 11,6 g).34 có gân lá màu xanh; thịt củ màu vàng cam/vàng cam đậm, mùi nghệ, hơi đắng và ít the; lá bắc phía trên màu xanh nhạt/hồng nhạt/trắng; thuộc loài Curcuma xanthorrhiza. Luận án đã xác định giống C.34, khi phun phân bón qua lá ở thời điểm 120 ngày sau trồng, các chỉ tiêu tăng trưởng đều cao hơn so với đối chứng không phun.
Phun Phe 100 ppm hoặc FeSO4 0,5% có khối lượng củ khô (lần lượt gấp 1,80; 1,79 lần); hàm lượng curcumin (đều gấp 1,39 lần); năng suất curcumin trên khối lượng củ khô (lần lượt gấp 2,27; 2,39 lần) so với đối chứng.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Về khoa học: Trên cơ sở của nghiên cứu về đánh giá giống và các thí nghiệm xử lý hóa chất nhằm gia tăng sự sinh trưởng, năng suất và hàm lượng curcumin trong nghệ cho thấy: (1) Kết hợp khảo sát đặc điểm hình thái, dấu phân tử và phân tích sinh hóa giúp cho việc chọn giống nghệ đạt kết quả tốt hơn; (2) Bên cạnh giống, con đường sinh tổng hợp curcumin còn chịu sự tác động của các chất dinh dưỡng (FeSO4) và amino acid (phenylalanine) được bổ sung từ bên ngoài; (3) Kết quả nghiên cứu của luận án có thể bổ sung vào giáo trình giảng dạy cây dược liệu và tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo. Về thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng hiệu quả trong sản xuất, làm cơ sở định hướng, quy hoạch ổn định và phát triển bền vững các vùng trồng nghệ trọng điểm trong nước. 4 Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 SƠ LƯỢC VỀ NGHỆ 2.1 Nguồn gốc và phân bố Chi Nghệ (Curcuma - C.) là một chi lớn trong họ Gừng (Zingiberaceae); có khoảng 120 loài phân bố ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới châu Á, đặc biệt là ở Nam và Đông Nam Á (Nguyễn Quốc Bình, 2011; trích dẫn bởi Nguyễn Quốc Bình và Nguyễn Phương Hạnh, 2015). Chi Nghệ rất đa dạng, phong phú; có nguồn gốc từ Ấn Độ, Myanmar, Thái Lan; sau đó lan rộng đến Hàn Quốc, Trung Quốc, Australia và Nam Thái Bình Dương.
Chi Nghệ cũng phân bố nhiều ở Campuchia, Indonesia, Malaysia, Lào, Madagascar và Philippines. Nhiều loài trong chi Nghệ có giá trị kinh tế cao được trồng ở Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Thái Lan cũng như các khu vực nhiệt đới của Châu Phi, Châu Mỹ và Châu Úc (Babu et al. Ở Trung Quốc, chi Curcuma rất đa dạng và có khoảng 12 loài, bao gồm C. kwangsiensis (Zhang et al.
Loài nghệ phổ biến hiện nay là C. longa, có nguồn gốc từ Đông Nam Á; trong đó, Ấn Độ là nước sản xuất và xuất khẩu nghệ lớn nhất trên thế giới. Ngoài ra, các loài khác cũng được sử dụng nhiều trong y học, công nghệ mỹ phẩm (C. aromatica), y học cổ truyền (C.
caesia), hoa viên cây cảnh (C. roscoeana), thực phẩm (C. amada) và sản xuất tinh bột (C. Bên cạnh đó, các loài C.
petiolata cũng có giá trị kinh tế cao (Shiva et al., 2003; Sasikumar, 2005; Skornickova et al., 2007 và Babu et al. Ở Việt Nam, hiện nay có tới 27 loài nghệ (Jana et al., 2015), phân bố rải rác từ Bắc vào Nam. Đặc điểm đặc trưng của chi Nghệ là cây thân thảo, cao từ 0,5-2 m, củ thường phân nhánh và có mùi thơm. Lá nghệ có phiến hình mũi mác hay elip; cuống lá thường dài; lưỡi ngắn.
Cụm hoa mọc từ thân rễ hay giữa các bẹ lá và thường xuất hiện sau, đôi khi cùng hay trước khi có lá. Các lá bắc dính với nhau nhiều hay ít ở phía dưới và làm thành dạng túi, phần trên xòe ra, mỗi lá bắc chứa một cụm nhỏ (Cincinus) có 2-7 hoa, các lá bắc phía trên có màu sắc khác nhau (Nguyễn Quốc Bình và Nguyễn Phương Hạnh, 2015).2 Phân loại và đặc điểm chi Curcuma 2.1 Phân loại Yadav and Tarun (2017) cho rằng hệ thống phân loại chi Curcuma được trình bày như sau: Giới (Kingdom) Plantae Ngành (Division) Magnoliophyta Lớp (Class) Monocotyledons Bộ (Order) Zingiberales Họ (Family) Zingiberaceae Chi (Genus) Curcuma Seema (2015) đã mô tả phân loại chi Curcuma được thu thập từ các khu vực địa lý khác nhau ở Ấn Độ. Các loài được lựa chọn và kiểm tra từ các nghiên cứu thực nghiệm khác nhau bao gồm C. Các tính trạng phân loại chi Curcuma đã được xác định bằng cách so sánh với các mẫu tiêu bản tại phòng thí nghiệm Viện nghiên cứu và Vườn thực vật học Nhiệt đới Jawaharlal Nehru (JNTBGRI).
Syamkumar (2008) đã nghiên cứu các đặc tính hình thái bên trên và bên dưới mặt đất của các loài như kiểu cây, cách mọc lá, màu vỏ thân, màu sắc gân giữa lá, hình dạng củ, màu củ chính,… 2.2 Đặc điểm thực vật Nghệ là một loại thực vật thân thảo lâu năm, cao 60-90 cm, cuống lá ngắn (Lal, 2012). Nghệ thuộc nhóm một lá mầm, các lá mọc xen kẽ và xếp thành hai hàng, lá có dạng hình thuôn hoặc elip, thu hẹp ở chóp lá.