Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ sinh học của nghiên cứu sinh Hoàng Danh Trung, chuyên ngành Thực vật học (mã số: 62.11), được thực hiện tại Trường Đại học Vinh dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Phạm Hồng Ban và PGS. Trần Minh Hợi, hoàn thành năm 2018 với đề tài: "Nghiên cứu đa dạng loài và thành phần hóa học tinh dầu của một số loài trong các chi: Hồng bì (Clausena), Ba chạc (Euodia), Cơm rượu (Glycosmis), Muồng truổng (Zanthoxylum) thuộc họ Cam (Rutaceae) ở Nghệ An".
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Hệ thực vật Việt Nam có nguồn tài nguyên thực vật cho tinh dầu đa dạng, với khoảng 657 loài thuộc 357 chi và 114 họ (chiếm 6,3% tổng số loài; 15,8% tổng số chi và 37,8% số họ thực vật bậc cao có mạch). Trong đó, họ Cam (Rutaceae) là một trong những họ thực vật có giá trị kinh tế và dược liệu quan trọng, khi hầu hết các chi, loài và các bộ phận cơ quan sinh dưỡng cũng như sinh sản đều có khả năng tích lũy tinh dầu.
Tỉnh Nghệ An có diện tích tự nhiên 16.487,29 km² (với diện tích tự nhiên toàn tỉnh theo thống kê trong văn bản là 16.648.729 ha), địa hình chuyển tiếp từ miền núi cao, trung du đến đồng bằng ven biển, sở hữu Khu Dự trữ Sinh quyển Miền Tây Nghệ An có tính đa dạng sinh học cao. Tại khu vực này, 4 chi gồm Hồng bì (Clausena), Ba chạc (Euodia), Cơm rượu (Glycosmis) và Muồng truổng (Zanthoxylum) có sự hiện diện của nhiều loài được người dân sử dụng trong y học dân gian, làm gia vị và cây ăn được. Tuy nhiên, trước thời điểm thực hiện luận án, các nghiên cứu về 4 chi này tại Nghệ An chỉ nằm rải rác trong các đợt điều tra đa dạng thực vật tổng quát tại một số khu vực như Vườn Quốc gia Pù Mát, Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Huống hay Pù Hoạt, chưa có công trình nào đánh giá toàn diện, có hệ thống về thành phần loài, phân bố, đặc điểm nhận dạng sinh học, cũng như phân tích chuyên sâu về hàm lượng, thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu từ các bộ phận khác nhau. Việc thực hiện luận án nhằm giải quyết khoảng trống khoa học này, cung cấp cơ sở dữ liệu cho công tác bảo tồn, khai thác hợp lý nguồn tài nguyên thực vật tại địa phương.
Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá tính đa dạng về thành phần loài, thành phần hóa học tinh dầu của một số loài thuộc các chi Hồng bì (Clausena), Ba chạc (Euodia), Cơm rượu (Glycosmis), Muồng truổng (Zanthoxylum) nhằm cung cấp dữ liệu khoa học về nguồn tài nguyên thành phần loài và tinh dầu của các chi nghiên cứu tại Nghệ An.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận án được xác định gồm 3 phần chính:
- Đánh giá tính đa dạng thành phần loài, phân bố và giá trị sử dụng của các loài thuộc 4 chi nghiên cứu ở Nghệ An.
- Mô tả đặc điểm nhận dạng hình thái, sinh học, sinh thái và xây dựng bản đồ phân bố của các loài thuộc 4 chi tại khu vực nghiên cứu.
- Xác định hàm lượng, thành phần hóa học tinh dầu ở các bộ phận khác nhau và thử nghiệm hoạt tính sinh học (kháng vi sinh vật kiểm định, độc tế bào ung thư, chống oxy hóa) của một số loài phân bố ở Nghệ An.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các loài thực vật thuộc 4 chi Hồng bì (Clausena), Ba chạc (Euodia), Cơm rượu (Glycosmis), Muồng truổng (Zanthoxylum) thuộc họ Cam (Rutaceae) và tinh dầu chiết xuất từ các bộ phận (lá, cành, vỏ thân, rễ, quả) của các loài này.
- Phạm vi không gian: Địa bàn tỉnh Nghệ An, tập trung tại các sinh cảnh rừng tự nhiên thuộc Vườn Quốc gia Pù Mát; các Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Huống, Pù Hoạt; khu vực núi đá vôi huyện Quỳnh Lưu; dãy núi cao Pu Xai Lai Leng (Kỳ Sơn), cùng các lâm phận thuộc các huyện Tương Dương, Con Cuông, Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Anh Sơn, Thanh Chương.
- Phạm vi dữ liệu: Luận án tiến hành thu thập, phân tích và xử lý 455 mẫu tiêu bản thực vật thực địa; phân tích thành phần hóa học tinh dầu của 15 loài và thử nghiệm hoạt tính sinh học trên tinh dầu loài Ba chạc (Euodia lepta).
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Họ Cam (Rutaceae) được Carl Linnaeus mô tả từ năm 1753 với 7 chi và 19 loài. Antoine Laurent de Jussieu chính thức thiết lập tên họ là Rutaceae với chi chuẩn là Ruta L. Cuối thế kỷ 19, Adolf Engler đã xây dựng hệ thống phân loại toàn diện cho họ Cam dựa trên các đặc điểm hình thái cơ quan sinh dưỡng, cơ quan sinh sản, giải phẫu tuyến tiết nhựa, số lượng nhiễm sắc thể và phân bố địa lý; chia họ Rutaceae thành 6 phân họ, 10 tông, 25 phân tông với khoảng 150 chi và gần 1.600 loài. Hệ thống của Engler được kế thừa và hoàn thiện bởi W. Reece (1967) và Armen Takhtajan (1987, 1997), trong đó Takhtajan chia Rutaceae thành 7 phân họ.
Nhiều công trình thực vật chí khu vực đã khảo sát chuyên sâu họ Rutaceae: J. D. Hooker (1875) trong Flora of British India mô tả 23 chi, 78 loài chia thành 4 tông; B. C. Stone (1972) trong Flora of Malaya thiết lập khóa định loại các taxon theo hệ thống của Reece; C. E. Chang và cs (1993) trong Flora of Taiwan mô tả 13 chi và 31 loài.
Về hóa học tinh dầu và hoạt tính sinh học của 4 chi:
- Chi Euodia: Brophy và cộng sự công bố thành phần sesquiterpen với spathulenol là chất chính trong E. hylandii (12-20%) và E. pubifolia (18,3%); Yang K. và cs (2014) xác định tinh dầu lá E. calcicola chứa $\beta$-pinen (44,0%), $\beta$-phellandren (21,0%) và E. trichotoma chứa D-limonen (69,6%); Cai G. X. và cs (2012) khảo sát E. rutaecarpa và E. rutaecarpa var. officinalis giàu $\beta$-myrcen (44,4%), $\beta$-pinen (39,9%) có hoạt tính diệt sâu mọt Sitophilus zeamais; Liaw C. C. và cs ghi nhận tinh dầu rễ E. lepta có khả năng kháng côn trùng.
- Chi Glycosmis: Anandhan V. và cs (2014) xác định tinh dầu lá G. pentaphylla chứa non-1-en (18,9%), benzaldehyd oxim (15,7%); Guo S. S. và cs (2017) phân tích G. lucida với elixen (19,8%), anethol (12,1%), spathulenol (10,7%).
- Chi Zanthoxylum: Tiwary M. và cs (2008) xác định lá Z. acanthopodium chứa linalool (14,3%); Sanjib và cs (2009) khảo sát quả Z. nitidum tại Ấn Độ thấy linalool (23,3%), limonen (12,9%) và lá chứa limonen (33,1%); S. Chen và cs (1990) cùng D. Zhang và cs (2012) chứng minh tinh dầu Z. avicennae kháng 8 loài vi nấm và ức chế dòng tế bào ung thư K-562 ở nồng độ $1,76\ \mu\text{g/mL}$; ngoài ra có các nghiên cứu của Eiter L. C. và cs (2010) trên Z. clava-herculis, Boehme A. K. và cs (2008) trên Z. rhoifolium và Z. setulosum, Simionatto E. và cs (2005) trên Z. hyemale.
- Chi Clausena: Yaouba A. và cs (2011) xác định C. anisata ở Cameroon chứa E-ocimenon (15,1%), Z-ocimenon (11,5%); Marimuthu G. (2010) tìm thấy $\beta$-pinen (32,8%), sabinen (28,3%) trong C. anisata; Shen và cs (2012) nghiên cứu các bộ phận của C. lansium ghi nhận $\beta$-santalol và sabinen; Senthilkumar và cs ghi nhận hoạt tính kháng nấm của C. pentaphylla.
Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và Nghệ An
Tại Việt Nam, nghiên cứu họ Rutaceae khởi đầu từ J. Loureiro (1790) với 6 chi và 12 loài, tiếp đến A. Guillaumin trong Flore Générale de l'Indo-Chine ghi nhận 18 chi và 53 loài ở Việt Nam. Các công trình phân loại sau này gồm Lê Khả Kế và cs (1970) với 12 chi và 31 loài; Nguyễn Tiến Bân (1997) với khóa định loại 28 chi; Phạm Hoàng Hộ (2000, 2003) mô tả 22 chi và 117 loài; Trần Kim Liên (2003) thống kê 27 chi, 128 loài; Bùi Thu Hà (2012) công bố 107 loài, 1 phân loài, 3 thứ thuộc 26 chi (trong đó Clausena có 10 loài, Euodia có 6 loài, Glycosmis có 19 loài, Zanthoxylum có 10 loài). Về giá trị sử dụng, Trần Đình Lý (1993) thống kê 35 loài có ích, Võ Văn Chi (2012) nêu 61 loài làm thuốc, Đỗ Tất Lợi (1999) ghi nhận chi tiết công dụng các loài Sưng, Sẻn hôi, Đắng cay, Bưởi bung.
Về tinh dầu họ Cam tại Việt Nam, các tác giả Trần Minh Hợi (2005), Ngô Xuân Lương (2005), Đỗ Ngọc Đài (2012), Trần Huy Thái (2001, 2004, 2014), Lê Văn Hạc (2007), Nguyễn Duy Thuần (2008) đã phân tích thành phần của Euodia sutchuenensis, Zanthoxylum alatum, Z. avicennae, Z. nitidum, Z. rhetsoides, Z. scabrum, Z. rhetsa, Clausena indica, C. anisum-olens, Glycosmis pentaphylla. Tại Nghệ An, các công bố của Nguyễn Anh Dũng (2009), Trần Đình Thắng (2005, 2006), Nguyễn Xuân Dũng đã bước đầu phân tích tinh dầu của Euodia calophylla, E. trichotoma, E. lepta, Clausena excavata, C. lansium.
Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn
Các công trình trước đây tại Nghệ An chỉ dừng lại ở các báo cáo phân bố cục bộ hoặc khảo sát hóa học trên một vài mẫu đơn lẻ. Chưa có công trình nào tổng điều tra có hệ thống trên toàn tỉnh để xác định đầy đủ danh mục thành phần loài, tọa độ phân bố, sinh học - sinh thái của 4 chi Clausena, Euodia, Glycosmis, Zanthoxylum; đồng thời thiếu vắng dữ liệu phân tích sắc ký định lượng, định tính tinh dầu ở tất cả các cơ quan sinh dưỡng và sinh sản của 15 loài và các đánh giá về hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, độc tế bào ung thư và chống oxy hóa.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khái niệm
- Khái niệm cây tinh dầu và tinh dầu: Cây tinh dầu là những loài thực vật sở hữu các cấu trúc chuyên biệt (túi tiết, ống tiết, tế bào tiết hoặc lông tiết) làm nhiệm vụ sinh tổng hợp, bài tiết và tích lũy tinh dầu. Tinh dầu là hỗn hợp các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, có mùi đặc trưng, khối lượng riêng phần lớn nhỏ hơn nước ($d < 1$), không tan hoặc ít tan trong nước, tan tốt trong dung môi hữu cơ và có hoạt tính quang học. Về mặt hóa học, tinh dầu gồm 4 nhóm hợp chất chính:
- Hợp chất mạch hở (aliphatic): hydrocarbon, alcohol, aldehyd, ceton, este aliphatic.
- Terpen và các dẫn xuất oxy hóa: monoterpen ($C_{10}H_{16}$ mạch hở, 1 vòng, 2 vòng) và sesquiterpen ($C_{15}H_{24}$ gồm acyclic, monocyclic, bicyclic).
- Dẫn xuất của benzen (hợp chất thơm có nhân phenylpropanoid).
- Các hợp chất chứa nitơ hoặc lưu huỳnh với hàm lượng vết ($< 0,1%$).
- Quy luật phân bố cây tinh dầu: Tuân theo hai nguyên tắc: nguyên tắc phổ biến (tính quy luật ở cấp độ họ/chi, ví dụ hầu hết các loài thuộc họ Rutaceae đều chứa tinh dầu) và nguyên tắc ngẫu nhiên (sự xuất hiện của tinh dầu hoặc cấu tử đặc thù mang tính đặc trưng cho từng cá thể hoặc loài nhất định).
Phương pháp nghiên cứu thực vật
- Điều tra thực địa và thu mẫu: Thực hiện theo phương pháp tuyến của Nguyễn Nghĩa Thìn (2007) và Klein R. (1989), phủ khắp các dạng sinh cảnh rừng tự nhiên tại Nghệ An. Mỗi vị trí thu 2-3 tiêu bản có kích thước chuẩn $29\ \text{cm} \times 41\ \text{cm}$, ghi nhận đặc điểm thực địa (nhựa mủ, màu sắc hoa quả, mùi lá). Mẫu được sấy khô, khử trùng bằng dung dịch cồn chứa 3-5% $\text{HgCl}_2$, đính bìa kích thước $30\ \text{cm} \times 42\ \text{cm}$ kèm nhãn etyket, lưu trữ tại Phòng tiêu bản Thực vật - Viện Sư phạm Tự nhiên, Trường Đại học Vinh.
- Định loại: Sử dụng phương pháp so sánh hình thái học đối chiếu với các mẫu chuẩn tại Phòng Tiêu bản Thực vật Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật (HN), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN (UHN) và các tài liệu chuyên khảo: Cây cỏ Việt Nam (Phạm Hoàng Hộ, 2000), Nghiên cứu phân loại họ Cam (Rutaceae Juss.) ở Việt Nam (Bùi Thu Hà, 2012), Tên cây rừng Việt Nam (2000).
- Xây dựng bản đồ phân bố: Ghi nhận tọa độ GPS tại các điểm thu mẫu thực địa, xử lý và thiết lập bản đồ phân bố không gian cho 31 loài bằng phần mềm chuyên dụng MapInfo 10.0.
- Xác định giá trị sử dụng: Phương pháp phỏng vấn dân tộc thực vật học đối với người dân bản địa kết hợp tra cứu các tài liệu cây thuốc của Võ Văn Chi (2012), Đỗ Tất Lợi (1999), Đỗ Huy Bích và cs (2004).
Phương pháp nghiên cứu hóa học tinh dầu
-
Thu nhận và định lượng tinh dầu: Mẫu thực vật tươi (0,5 - 3 kg lá, cành, vỏ thân, rễ, hoa, quả) được thu hái trong điều kiện khô ráo. Chưng cất lôi cuốn hơi nước bằng bình cầu có bộ phận ngưng tụ và ống buret chia độ theo Phương pháp I quy định trong Dược điển Việt Nam IV (2009). Hàm lượng tinh dầu được tính theo khối lượng tươi ($H_{lt}%$) và khối lượng khô tuyệt đối ($H_{lk}%$):
$$H_{lt}% = \frac{M \times 0{,}9}{W_t} \times 100$$
$$H_{lk}% = \frac{H_{lt}% \times 100}{100 \times (1 - a) - H_{lt}%} = \frac{H_{lt}% \times 100}{\frac{W_k}{W_t} \times 100 - H_{lt}%}$$
(Trong đó: $M$ là thể tích tinh dầu thu được (mL); $W_t$ là khối lượng tươi (g); $W_k$ là khối lượng khô sau sấy $105^\circ\text{C}$ (g); $0{,}9$ là tỷ trọng quy ước của tinh dầu nhẹ hơn nước; $a$ là tỷ lệ mất nước).
-
Phân tích sắc ký khí (GC) và sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS):
- Mẫu phân tích: 1,5 mg tinh dầu làm khô bằng $\text{Na}_2\text{SO}_4$ khan, hòa tan trong 1 mL hexan tinh khiết.
- Thiết bị GC: Agilent Technologies HP 6890N Plus, đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID), cột mao quản HP-5MS ($30\ \text{m} \times 0{,}25\ \text{mm}$, độ dày màng pha tĩnh $0{,}25\ \mu\text{m}$). Khí mang Helium. Nhiệt độ buồng tiêm mẫu $250^\circ\text{C}$, nhiệt độ đầu dò $260^\circ\text{C}$. Chương trình nhiệt độ: giữ $60^\circ\text{C}$ trong 2 phút, tăng nhiệt $4^\circ\text{C/phút}$ đến $220^\circ\text{C}$, giữ đẳng nhiệt tại $220^\circ\text{C}$ trong 10 phút.
- Thiết bị GC/MS: Hệ thống Agilent Technologies HP 6890N ghép nối khối phổ HP 5973 MSD, điều kiện cột và dòng khí tương tự GC.
- Định danh thành phần: So sánh chỉ số lưu giữ thực nghiệm (Retention Index - RI) tính toán dựa trên dãy đồng đẳng $n$-ankan với các chỉ số RI chuẩn trong ngân hàng dữ liệu NIST 08, Wiley 9th Version và tài liệu chuyên khảo của Adams (1995), Joulain & Koenig (1998). Hàm lượng phần trăm cấu tử tính trực tiếp từ diện tích pic trên sắc ký đồ GC-FID không hiệu chỉnh.
Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học
- Kháng vi sinh vật kiểm định:
- Vi khuẩn Gram dương: Bacillus subtilis (ATCC 6633), Staphylococcus aureus (ATCC 13709), Lactobacillus fermentum (VTCC Lp B14).
- Vi khuẩn Gram âm: Escherichia coli (ATCC 25922), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 15442), Salmonella enterica (VTCC B650).
- Nấm men: Candida albicans (ATCC 10231).
- Quy trình: Thử định tính sơ bộ bằng kỹ thuật khuếch tán giếng thạch/đĩa giấy lọc; thử định lượng nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) theo phương pháp Vanden Berghe và Vlietinck (1991) trên phiến vi lượng 96 giếng. Kháng sinh đối chứng dương gồm Ampicillin, Tetracycline và Nystatin. Mẫu được xác định dương tính khi $\text{MIC} \le 50\ \mu\text{g/mL}$.
- Gây độc và ức chế tế bào ung thư (MTT assay):
- Dựa trên phản ứng khử muối Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide (MTT màu vàng) bởi enzym khử của ty thể tế bào sống tạo thành tinh thể formazan màu tím. Tế bào được nuôi cấy mật độ $1{,}5 \times 10^5\ \text{tế bào/giếng}$ trên phiến 96 giếng (Corning/Costar), ủ ở $37^\circ\text{C}$ với 5% $\text{CO}_2$. Đo độ hấp thụ quang học tại bước sóng 570 nm (và 540, 720 nm) bằng máy đọc Tecan Infinite F50.
- Chất chuẩn đối chứng dương: Ellipticine.
- Tính tỷ lệ tế bào sống sót ($\text{CS}%$) và nồng độ ức chế 50% sự phát triển tế bào ($\text{IC}_{50}$) bằng mô hình toán hồi quy phi tuyến $\frac{1}{y} = a + b \ln X$ trên phần mềm TableCurve AISN Software.
- Hoạt tính chống oxy hóa trên hệ gốc tự do DPPH:
- Đánh giá khả năng dập tắt gốc tự do 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH). Dung dịch mẫu thử hòa trong DMSO kết hợp với DPPH pha trong ethanol 96%, đo độ suy giảm hấp thụ ở bước sóng $\lambda = 515\ \text{nm}$ trên máy ELISA.
- Tính toán độ dập tắt gốc tự do ($\text{SC}%$) và xác định chỉ số trung hòa 50% gốc tự do ($\text{SC}_{50}$, đơn vị $\mu\text{g/mL}$) qua phần mềm TableCurve AISN Software (Jandel Scientific).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương này tổng thuật toàn diện cơ sở lý luận và các công trình nghiên cứu về phân loại học, hóa học tinh dầu và hoạt tính sinh học của họ Cam (Rutaceae) cùng 4 chi trọng tâm (Clausena, Euodia, Glycosmis, Zanthoxylum) trên bình diện quốc tế và trong nước. Đồng thời, chương 1 trình bày khái quát về điều kiện tự nhiên, địa hình bị chia cắt mạnh (gồm 3 vùng sinh thái: vùng núi chiếm 83% diện tích, vùng trung du và vùng đồng bằng), khí hậu nhiệt đới gió mùa phân hóa 2 mùa mưa - khô, mạng lưới thủy văn sông Lam (sông Cả), các nhóm thổ nhưỡng (đất Feralit đỏ vàng, feralit mùn trên núi) và đặc trưng kinh tế - xã hội của tỉnh Nghệ An gắn với Khu Dự trữ Sinh quyển Miền Tây Nghệ An.
Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 mô tả chi tiết đối tượng là 31 loài thực vật thuộc 4 chi họ Cam và tinh dầu của chúng tại Nghệ An; chuẩn hóa toàn bộ quy trình thu thập và xử lý 455 mẫu tiêu bản thực địa; quy trình định danh hình thái thực vật học; ứng dụng phần mềm MapInfo 10.0 xây dựng bản đồ phân bố; phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước định lượng tinh dầu theo Dược điển Việt Nam IV; hệ thống phân tích sắc ký khí GC-FID và GC/MS với thư viện dữ liệu phổ chuẩn; các quy trình thực nghiệm sinh học in vitro gồm thử nghiệm MIC trên 7 chủng vi sinh vật kiểm định, thử nghiệm MTT đánh giá độc tính tế bào ung thư (sử dụng đối chứng chuẩn Ellipticine) và thử nghiệm dập tắt gốc tự do DPPH xác định $\text{SC}_{50}$.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 là phần thực nghiệm trọng tâm của luận án, trình bày toàn bộ kết quả đạt được về đa dạng phân loại học thực vật, phân bố, giá trị sử dụng và thành phần hóa học tinh dầu của 4 chi nghiên cứu tại Nghệ An:
1. Đa dạng thành phần loài và so sánh với hệ thực vật Việt Nam
Từ 455 mẫu tiêu bản thu thập được tại các sinh cảnh rừng tự nhiên Nghệ An, tác giả đã định danh được 31 loài thuộc 4 chi của họ Cam. So sánh với hệ thống phân loại họ Cam Việt Nam (theo Bùi Thu Hà, 2012), tỷ lệ loài của 4 chi tại Nghệ An chiếm tỷ trọng rất cao trong hệ thực vật quốc gia:
| TT |
Chi thực vật |
Số loài tại Nghệ An |
Số loài tại Việt Nam |
Tỷ lệ % đại diện |
| 1 |
Ba chạc (Euodia) |
5 |
6 |
83,33% |
| 2 |
Hồng bì (Clausena) |
8 |
10 |
80,00% |
| 3 |
Cơm rượu (Glycosmis) |
10 |
19 |
52,63% |
| 4 |
Muồng truổng (Zanthoxylum) |
8 |
10 |
80,00% |
| Tổng |
4 chi nghiên cứu |
31 |
45 |
68,89% |
2. Danh lục, dạng sống và giá trị sử dụng của 31 loài tại Nghệ An
Dưới đây là bảng tổng hợp danh lục 31 loài thực vật thuộc 4 chi họ Cam được xác định tại Nghệ An cùng dạng sống và nhóm giá trị sử dụng:
| TT |
Tên khoa học |
Tên tiếng Việt |
Dạng thân |
Giá trị sử dụng |
| 1 |
Clausena anisata (Willd.) Hook. f. |
Hồng bì rừng |
GON |
THU, CTD, ĂNĐ |
| 2 |
Clausena dimidiana Tanaka |
Hồng bì dại |
GON |
THU, CTD |
| 3 |
Clausena engleri Tanaka |
Hồng bì engler |
GON |
CTD |
| 4 |
Clausena excavata Burm. f. |
Hồng bì dại |
GON |
THU, CTD |
| 5 |
Clausena harmandiana (Pierre) Pierre ex Guillaum. |
Giối harmand |
BUI |
CTD |
| 6 |
Clausena indica (Dalz.) Oliv. |
Mắc mật |
BUI |
THU, CTD |
| 7 |
Clausena lansium (Lour.) Skeels |
Hồng bì |
GON |
THU, CTD, ĂNĐ |
| 8 |
Clausena lenis Drake |
Giổi nhẵn |
GON |
THU, CTD |
| 9 |
Euodia callophylla Guillaum. |
Dấu dầu lá hẹp |
GON |
CTD |
| 10 |
Euodia lepta (Spreng.) Merr. |
Ba chạc |
GON |
THU, CTD |
| 11 |
Euodia oreophila Guillaum. |
Dấu dầu háo ẩm |
GON |
THU, CTD |
| 12 |
Euodia pasteuriana A. Chev. ex Guillaum. |
Dầu dấu lá đơn |
GON |
CTD |
| 13 |
Euodia simplicifolia Ridl. |
Dấu dầu lá đơn |
BUI |
THU, CTD |
| 14 |
Glycosmis crassifolia Ridl. |
Cơm rượu lá mập |
BUI |
CTD |
| 15 |
Glycosmis craibii Tanaka |
Cơm rượu crai |
BUI |
CTD |
| 16 |
Glycosmis gracilis B. C. Stone |
Cơm rượu mảnh |
GON |
CTD |
| 17 |
Glycosmis lanceolata (Blume) Spreng. ex Teijsm. & Binn. |
Cơm rượu lá thuôn |
GON |
CTD |
| 18 |
Glycosmis mauritiana (Lam.) Tanaka |
Cơm nguội đá |
BUI |
CTD |
| 19 |
Glycosmis nana Tanaka |
Cơm rượu lùn |
BUI |
CTD |
| 20 |
Glycosmis ovoidea Pierre |
Cơm rượu tròn |
GON |
CTD |
| 21 |
Glycosmis parviflora (Sims.) Little |
Cơm rượu lá hoa nhỏ |
GON |
THU, CTD, ĂNĐ |
| 22 |
Glycosmis pentaphylla (Retz.) Correa |
Cơm rượu (Bưởi bung) |
BUI |
THU, CTD |
| 23 |
Glycosmis petelotii Guillaum. |
Cơm rượu petelot |
BUI |
CTD |
| 24 |
Zanthoxylum acanthopodium DC. |
Sẻn |
GON |
THU, CTD, CGV |
| 25 |
Zanthoxylum armatum DC. |
Sẻn gai (Đắng cay) |
GON |
THU, CTD |
| 26 |
Zanthoxylum avicennae (Lamk.) DC. |
Muồng truổng |
GON |
THU, CTD |
| 27 |
Zanthoxylum laetum Drake |
Hoàng mộc sai |
GLT |
CTD |
| 28 |
Zanthoxylum myriacanthum Wall. |
Hoàng mộc nhiều gai |
GOL |
THU, CTD, CGV |
| 29 |
Zanthoxylum nitidum (Lamk.) DC. |
Sưng (Hạt sẻn) |
GLT |
THU, CTD, CGV |
| 30 |
Zanthoxylum ovalifolium Wight |
Hoàng mộc phi |
GLT |
CGV, CTD |
| 31 |
Zanthoxylum rhetsa (Roxb.) DC. |
Sẻn hôi |
GOL |
THU, CTD, CGV |
(Ghi chú: GON: Gỗ nhỏ; GOL: Gỗ lớn; BUI: Cây bụi; GLT: Dây leo gỗ hoặc bụi trườn. THU: Cây làm thuốc; CTD: Cây cho tinh dầu; ĂNĐ: Cây ăn được; CGV: Cây làm gia vị).
Về cấu trúc dạng thân, nhóm cây gỗ nhỏ chiếm ưu thế lớn nhất với 18 loài, tiếp theo là nhóm cây bụi với 7 loài, nhóm dây leo gỗ có 4 loài và nhóm cây gỗ lớn có 2 loài. Về giá trị sử dụng, 100% loài (31/31 loài) đều là cây chứa tinh dầu (CTD), 18 loài được sử dụng làm thuốc trong y học dân gian (THU), 6 loài làm gia vị (CGV) và 3 loài có quả hoặc bộ phận ăn được (ĂNĐ).
3. Bổ sung vùng phân bố mới và mô tả đặc điểm sinh học
Luận án ghi nhận và bổ sung mới vùng phân bố tại Nghệ An cho 8 loài:
- Clausena dimidiana
- Clausena lenis
- Euodia oreophila
- Glycosmis ovoidea
- Glycosmis nana
- Zanthoxylum armatum
- Zanthoxylum rhetsa
- Zanthoxylum ovalifolium
Tác giả đã lập bản đồ phân bố chi tiết bằng phần mềm MapInfo 10.0 và mô tả đặc điểm hình thái, sinh thái học, mùa hoa quả, tọa độ phân bố cho toàn bộ 31 loài tại Nghệ An.
4. Nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu của 15 loài
Luận án tiến hành chiết tách và phân tích thành phần hóa học tinh dầu từ các bộ phận (lá, thân, cành, vỏ thân, rễ, quả) của 15 loài thuộc 4 chi. Các bảng số liệu sắc ký GC/MS phản ánh các cấu tử đặc trưng:
- Chi Clausena: Phân tích tinh dầu các loài C. anisata, C. dimidiana, C. indica, C. excavata, C. engleri. Đáng chú ý, tinh dầu lá loài Mắc mật (C. indica) và Hồng bì dại (C. excavata) được so sánh với các mẫu thu thập tại các vùng địa lý khác nhau trong nước và quốc tế.
- Chi Euodia: Phân tích tinh dầu các loài Dấu dầu lá hẹp (E. calophylla), Ba chạc (E. lepta), Dấu dầu lá đơn (E. simplicifolia).
- Chi Glycosmis: Khảo sát tinh dầu loài Cơm rượu lá mập (G. crassifolia), Cơm nguội đá (G. mauritiana).
- Chi Zanthoxylum: Khảo sát tinh dầu các loài Muồng truổng (Z. avicennae), Hoàng mộc sai (Z. laetum), Hoàng mộc nhiều gai (Z. myriacanthum), Sưng (Z. nitidum), Hoàng mộc phi (Z. ovalifolium), Sẻn hôi (Z. rhetsa).
- Luận án lần đầu tiên công bố dữ liệu thành phần hóa học tinh dầu của 06 loài thực vật gồm: Glycosmis crassifolia, Glycosmis mauritiana, Euodia simplicifolia, Zanthoxylum ovalifolium, Zanthoxylum laetum, Clausena engleri.
5. Thử nghiệm hoạt tính sinh học tinh dầu loài Ba chạc (Euodia lepta)
- Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định: Tinh dầu tách chiết từ lá và quả loài Ba chạc (Euodia lepta) được thử nghiệm và cho thấy khả năng ức chế đối với các chủng vi khuẩn Gram dương (B. subtilis, S. aureus, L. fermentum), vi khuẩn Gram âm (E. coli, P. aeruginosa, S. enterica) và nấm men (Candida albicans).
- Hoạt tính độc tế bào và ức chế tế bào ung thư: Thử nghiệm MTT xác định được giá trị sống sót của tế bào ($\text{CS}%$) và nồng độ ức chế 50% ($\text{IC}_{50}$) của tinh dầu Ba chạc khi so sánh với đối chứng dương Ellipticine.
- Hoạt tính chống oxy hóa: Thử nghiệm trên hệ gốc tự do DPPH xác định khả năng trung hòa gốc tự do ($\text{SC}%$) và chỉ số $\text{SC}_{50}$ của tinh dầu Ba chạc.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học lý luận
- Tính hệ thống về khu hệ thực vật: Lần đầu tiên cung cấp dẫn liệu khoa học đầy đủ, chi tiết và có hệ thống về 31 loài thuộc 4 chi Hồng bì (Clausena), Ba chạc (Euodia), Cơm rượu (Glycosmis), Muồng truổng (Zanthoxylum) thuộc họ Cam (Rutaceae) phân bố tại tỉnh Nghệ An.
- Bổ sung phân bố địa lý: Bổ sung chính thức vùng phân bố mới cho 8 loài thực vật trong hệ thực vật Nghệ An (Clausena dimidiana, Clausena lenis, Euodia oreophila, Glycosmis ovoidea, Glycosmis nana, Zanthoxylum armatum, Zanthoxylum rhetsa, Zanthoxylum ovalifolium); đồng thời ứng dụng công nghệ GIS (MapInfo 10.0) xây dựng bản đồ phân bố không gian cho toàn bộ 31 loài.
- Phát hiện mới về hóa học tinh dầu: Cung cấp dữ liệu định lượng hàm lượng và định danh thành phần hóa học tinh dầu ở các bộ phận khác nhau (lá, thân, vỏ, rễ, quả) của 15 loài; trong đó lần đầu tiên trên thế giới và Việt Nam công bố dữ liệu phân tích thành phần hóa học tinh dầu của 06 loài: Glycosmis crassifolia, Glycosmis mauritiana, Euodia simplicifolia, Zanthoxylum ovalifolium, Zanthoxylum laetum và Clausena engleri.
- Cơ sở dữ liệu hoạt tính sinh học: Bổ sung các thông số định lượng thực nghiệm về hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định, hoạt tính ức chế tế bào ung thư và hoạt tính chống oxy hóa dập tắt gốc tự do DPPH của tinh dầu loài Ba chạc (Euodia lepta).
Đóng góp thực tiễn và giải pháp đề xuất
- Cung cấp cơ sở khoa học để các cơ quan quản lý rừng đặc dụng (Vườn Quốc gia Pù Mát, Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Huống, Pù Hoạt) xây dựng kế hoạch quản lý, bảo vệ và bảo tồn nguồn gen thực vật chứa tinh dầu quý.
- Cung cấp định hướng khai thác hợp lý nguồn tài nguyên cây tinh dầu có giá trị dược liệu và gia vị (như các loài Mắc mật, Ba chạc, Sưng, Sẻn hôi, Muồng truổng) phục vụ phát triển kinh tế - xã hội địa phương.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài
- Nghiên cứu tập trung vào 4 chi đại diện (Clausena, Euodia, Glycosmis, Zanthoxylum) trong phạm vi địa giới tỉnh Nghệ An, chưa bao quát toàn bộ các chi khác của họ Cam (Rutaceae) hiện diện trong vùng.
- Phần thử nghiệm hoạt tính sinh học (kháng vi sinh vật, độc tế bào ung thư, chống oxy hóa DPPH) chỉ mới tập trung thực hiện trên tinh dầu của loài Ba chạc (Euodia lepta); 14 loài cây tinh dầu còn lại chưa được đánh giá hoạt tính sinh học thực nghiệm trong khuôn khổ luận án.
- Các thử nghiệm sinh học mới dừng lại ở mức độ sàng lọc in vitro, chưa tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu trên mô hình động vật in vivo hoặc tách chiết các hợp chất tinh khiết để thử nghiệm cơ chế tác động.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Tiếp tục mở rộng nghiên cứu thành phần hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học của tinh dầu từ 14 loài còn lại, đặc biệt là 6 loài thực vật lần đầu tiên được phát hiện và công bố dữ liệu tinh dầu.
- Nghiên cứu nhân giống, kỹ thuật gây trồng và các giải pháp bảo tồn nguyên vị (in situ) cũng như chuyển vị (ex situ) đối với các loài có giá trị kinh tế, dược liệu cao trong 4 chi tại khu vực miền Tây Nghệ An.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo khoa học hữu ích cho nhiều nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên và giảng viên chuyên ngành Thực vật học, Phân loại học thực vật, Sinh thái học: Tham khảo khóa phân loại, đặc điểm hình thái chi tiết, mẫu tiêu bản thực vật và bản đồ phân bố 31 loài họ Rutaceae.
- Nhà nghiên cứu Dược liệu học, Hóa học các hợp chất thiên nhiên: Khai thác kho dữ liệu sắc ký GC/MS, tỷ lệ hàm lượng tinh dầu theo từng bộ phận giải phẫu và các chỉ số hoạt tính sinh học để định hướng nghiên cứu chiết xuất hoạt chất mới hoặc phát triển sản phẩm dược - mỹ phẩm.
- Cán bộ quản lý lâm nghiệp, kiểm lâm và các Ban quản lý rừng đặc dụng (VQG Pù Mát, BTTN Pù Huống, Pù Hoạt): Sử dụng danh lục loài và tọa độ bản đồ GIS để lập kế hoạch tuần tra, kiểm kê đa dạng sinh học và bảo tồn nguồn gen thực vật nguy cấp.
- Cán bộ quy hoạch phát triển nông - lâm nghiệp địa phương: Tham khảo nhóm cây có giá trị gia vị và tinh dầu để xây dựng mô hình trồng trọt lâm sản ngoài gỗ, nâng cao sinh kế cho cộng đồng vùng đệm.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án đã xác định được bao nhiêu loài thuộc 4 chi họ Cam tại Nghệ An và tỷ lệ so với cả nước là bao nhiêu?
Luận án đã xác định được 31 loài thuộc 4 chi Hồng bì (Clausena - 8 loài), Ba chạc (Euodia - 5 loài), Cơm rượu (Glycosmis - 10 loài) và Muồng truổng (Zanthoxylum - 8 loài) tại Nghệ An, chiếm tỷ lệ 68,89% tổng số loài của 4 chi này hiện biết tại Việt Nam (31/45 loài).
2. Những loài nào lần đầu tiên được luận án ghi nhận bổ sung vùng phân bố cho hệ thực vật tỉnh Nghệ An?
Luận án đã bổ sung vùng phân bố mới cho 8 loài thực vật gồm: Clausena dimidiana, Clausena lenis, Euodia oreophila, Glycosmis ovoidea, Glycosmis nana, Zanthoxylum armatum, Zanthoxylum rhetsa và Zanthoxylum ovalifolium.
3. Luận án lần đầu tiên công bố dẫn liệu thành phần hóa học tinh dầu cho những loài nào?
Luận án lần đầu tiên cung cấp dữ liệu phân tích hóa học tinh dầu cho 06 loài: Glycosmis crassifolia, Glycosmis mauritiana, Euodia simplicifolia, Zanthoxylum ovalifolium, Zanthoxylum laetum và Clausena engleri.
4. Tinh dầu của loài cây nào được đưa vào thử nghiệm hoạt tính sinh học và bao gồm những thử nghiệm cụ thể nào?
Tinh dầu của loài Ba chạc (Euodia lepta) đã được đưa vào thử nghiệm sinh học, bao gồm: thử nghiệm kháng vi sinh vật kiểm định (3 chủng vi khuẩn Gram dương, 3 chủng vi khuẩn Gram âm và 1 chủng nấm men), thử nghiệm gây độc và ức chế tế bào ung thư bằng phương pháp MTT (đối chứng chuẩn Ellipticine) và thử nghiệm chống oxy hóa bẫy gốc tự do DPPH xác định $\text{SC}_{50}$.
5. Luận án đã sử dụng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng nào trong quá trình thực hiện?
Quá trình nghiên cứu sử dụng hệ thống sắc ký khí Agilent Technologies HP 6890N Plus với đầu dò FID, hệ thống sắc ký khí khối phổ GC/MS Agilent Technologies HP 6890N / HP 5973 MSD, máy đo quang phổ Tecan Infinite F50; phần mềm MapInfo 10.0 để lập bản đồ phân bố và phần mềm TableCurve AISN Software (Jandel Scientific) để tính toán các thông số $\text{IC}{50}$ và $\text{SC}{50}$.
Kết luận
Luận án của nghiên cứu sinh Hoàng Danh Trung đã cung cấp một công trình nghiên cứu hệ thống, toàn diện về mặt thực vật học và hóa học tinh dầu của 31 loài thuộc 4 chi Hồng bì (Clausena), Ba chạc (Euodia), Cơm rượu (Glycosmis) và Muồng truổng (Zanthoxylum) thuộc họ Cam (Rutaceae) tại Nghệ An. Công trình đã ghi nhận bổ sung vùng phân bố cho 8 loài, lập bản đồ phân bố bằng công nghệ GIS, đồng thời phân tích thành phần hóa học tinh dầu của 15 loài với 6 loài lần đầu tiên được công bố dữ liệu tinh dầu. Các dẫn liệu thực nghiệm về hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, độc tế bào ung thư và chống oxy hóa của tinh dầu loài Ba chạc (Euodia lepta) tạo cơ sở khoa học quan trọng cho công tác bảo tồn đa dạng sinh học và định hướng ứng dụng nguồn tài nguyên thực vật chứa tinh dầu tại tỉnh Nghệ An.
