Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Họ Cà phê (Rubiaceae) là một trong những họ thực vật có hoa lớn trên thế giới với ước tính khoảng 13.143 loài thuộc 611 chi, đứng thứ ba sau họ Cúc (Asteraceae với hơn 23.000 loài) và họ Đậu (Fabaceae với hơn 18.000 loài). Trong đó, chi Lấu (Psychotria L.) là chi có số lượng loài phong phú nhất trong họ Cà phê, phân bố chủ yếu ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới thuộc châu Á, châu Phi và châu Mỹ.

Tại Việt Nam, các công trình của Phạm Hoàng Hộ ghi nhận khoảng 30 loài và 1 thứ; Nguyễn Tiến Bân ghi nhận 26 loài và 1 thứ; sau khi kết hợp nghiên cứu đồng danh của Davis (2001) đối với Psychotria rubra và Psychotria reevessii, danh lục còn 25 loài và 1 thứ; đến năm 2023, việc phát hiện loài Psychotria ngotphamii tại Vườn Quốc gia Bidoup – Núi Bà đã nâng tổng số lên 26 loài và 1 thứ. Về giá trị sử dụng, theo Võ Văn Chi có 9 loài thuộc chi Lấu được dùng làm dược liệu trong y học cổ truyền.

Vườn Quốc gia (VQG) Phú Quốc thuộc tỉnh Kiên Giang có diện tích tự nhiên 31.422 ha, nằm ở khu vực Tây Nam Việt Nam, sở hữu hệ thực vật đa dạng với 1.397 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 531 chi, 137 họ thuộc 6 ngành thực vật. Các nghiên cứu trước đây của Đặng Minh Quân (2012) và Đặng Văn Sơn (2015) ghi nhận tổng cộng 9 loài thuộc chi Lấu tại VQG Phú Quốc. Tuy nhiên, các công trình này mới dừng lại ở mức độ điều tra danh lục và thống kê sự hiện diện. Dữ liệu chi tiết về đặc điểm hình thái, cấu tạo giải phẫu hiển vi của các loài chi Lấu tại khu vực hải đảo này chưa được nghiên cứu hệ thống.

Từ thực tiễn trên, khóa luận "Nghiên cứu đặc điểm hình thái và giải phẫu một số loài thuộc chi Lấu (Psychotria L.) phân bố tại Vườn Quốc gia Phú Quốc" được thực hiện nhằm cung cấp dẫn liệu khoa học về thực vật học, phục vụ công tác giám định loài, hỗ trợ định hướng khai thác dược liệu và bảo tồn đa dạng sinh học.

Mục tiêu nghiên cứu:

  • Phân tích và xác định đặc điểm hình thái cấu tạo và giải phẫu của các loài thực vật thuộc chi Lấu (Psychotria L.) mọc tự nhiên tại VQG Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các loài thuộc chi Lấu (Psychotria L.) thu thập tại các tuyến sinh cảnh khảo sát ở VQG Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang.
  • Phạm vi nội dung: Đặc điểm hình thái cơ quan sinh dưỡng (thân, lá, lá kèm), cơ quan sinh sản (cụm hoa, hoa, quả, hạt); cấu tạo giải phẫu vi phẫu của cuống lá, gân chính, phiến lá, thân sơ cấp và thân thứ cấp.
  • Phạm vi không gian: Các tuyến khảo sát gồm Quanh VQG, Rạch Tràm, Gành Dầu – Hàm Rồng và Núi Chúa thuộc VQG Phú Quốc.
  • Phạm vi thời gian: Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 10/2023 đến tháng 04/2024 (thời gian thu mẫu thực địa từ ngày 29/10/2023 đến ngày 02/11/2023).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân loại

  • Khung phân loại học: Luận văn áp dụng hệ thống phân loại của Takhtajan (2009) và hệ thống APG IV (2016), xếp chi Lấu (Psychotria L.) thuộc phân lớp Hoa môi (Lamiidae), bộ Long đởm (Gentianales), họ Cà phê (Rubiaceae).
  • Tài liệu định danh và giải phẫu tham chiếu: Flore Générale de L’Indo-Chine (Pitard, 1924), Cây cỏ Việt Nam (Phạm Hoàng Hộ, 2000), Flora of China (Chen Tao & Charlotte M. Taylor, 2011), Từ điển cây thuốc Việt Nam (Võ Văn Chi, 2018), cùng hệ thống thuật ngữ hình thái - giải phẫu theo các giáo trình của Hoàng Thị Sản (2014) và Nguyễn Bá (2008).

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp thực địa và thu mẫu:

    • Tiến hành khảo sát theo 4 tuyến sinh cảnh: Tuyến quanh VQG (N 10°19'51'', E 103°58'42''), tuyến Rạch Tràm (N 10°24'9'', E 103°59'44''), tuyến Gành Dầu – Hàm Rồng (N 10°21'17'', E 103°56'25'' và N 10°23'13'', E 103°56'37''), tuyến Núi Chúa (N 10°22'44'', E 104°2'20'').
    • Thu mẫu lá bánh tẻ (vị trí lá thứ 2, thứ 3 tính từ ngọn), thân sơ cấp (lóng thứ 1–2), thân thứ cấp (lóng thứ 3–4), cành mang hoa và quả.
    • Dung cỡ mẫu: 15 mẫu lặp lại đối với mỗi cơ quan cấu trúc ở từng loài ($n = 15$).

  2. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm:

    • Mẫu tiêu bản: Sấy khô ép báo xen kẽ bìa carton trong tủ sấy chuyên dụng để làm tiêu bản khô đối chiếu.
    • Mẫu giải phẫu: Bảo quản tươi trong dung dịch Formol 5%.
    • Đếm mật độ khí khổng: Tách lớp biểu bì mặt trên và mặt dưới của 15 lá bánh tẻ, quan sát và đếm số lượng khí khổng trên diện tích vi trường $1\text{ mm}^2$ ở vật kính $10\times$.
    • Kỹ thuật cắt và nhuộm vi phẫu: Cắt lát mỏng bằng dao lam thủ công qua các vị trí: cuống lá (đoạn 1/3 giữa đến đáy), gân chính và phiến lá (đoạn 1/3 đáy phiến), thân sơ cấp và thân thứ cấp. Áp dụng phương pháp nhuộm kép của Trần Công Khánh (1981): tẩy nội chất bằng dung dịch Javel (15–20 phút) $\rightarrow$ trung hòa bằng acid acetic 1% (1–2 phút) $\rightarrow$ nhuộm mô mềm bằng Carmin-phèn 4% (10 phút) $\rightarrow$ nhuộm mô hóa gỗ bằng Xanh methylen 3% (30 giây) $\rightarrow$ gắn mẫu bằng glyceryl.
    • Quan sát và đo đạc hiển vi: Sử dụng kính hiển vi quang học Olympus kết nối camera Eakins và phần mềm S-EYE để đo chiều dày các lớp mô và đường kính bó mạch.
    • Xử lý số liệu: Phân tích thống kê mô tả trên Microsoft Excel 2016, tính giá trị trung bình (Average), độ lệch chuẩn (STDEV) và tỷ lệ phần trăm các lớp mô.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 1 tổng hợp các đặc điểm tự nhiên của VQG Phú Quốc về vị trí địa lý, địa hình đồi núi thấp dần từ Bắc xuống Nam (đỉnh Núi Chúa 603 m), nền địa chất sa thạch phong hóa tạo đất feralit vàng xám, nâu đỏ, khí hậu nhiệt đới gió mùa có lượng mưa lớn (~3.000 mm/năm). Hệ thực vật VQG có 1.397 loài thực vật bậc cao có mạch.

Về mặt học thuật, chương này điểm luận chi tiết lịch sử phân loại chi Psychotria:

  • Linnaeus (1759) lập chi dựa trên mẫu chuẩn Psychotria asiatica L.
  • Jussieu (1789) xếp vào họ Rubiaceae.
  • Petit (1966) và Steyermark (1972) chia thành 3 phân chi: Psychotria, Heteropsychotria và Tetramerae (hiện nay phân chi Heteropsychotria đã được chuyển sang chi Palicourea dựa trên phân tích DNA).
  • Tổng hợp các công trình giải phẫu quốc tế của Moraes và cs. (2011), Marques và cs. (2015), Oliveira và cs. (2020), Santos và cs. (2023) về cấu trúc khí khổng song bào (paracytic), lục mô dị diện và bó dẫn hình cung.
  • Tổng quan các nghiên cứu trong nước của Pitard (1924), Phạm Hoàng Hộ (2000), Nguyễn Tiến Bân (2005), Bùi Mỹ Linh & Trần Thị Thúy Quỳnh (2013), Vũ Thị Diệp (2016), Trần Phi Hùng (2019), Nguyễn Quốc Bảo và cs. (2023).
  • Tổng hợp thành phần hóa học ghi nhận các nhóm hợp chất: saponin, flavonoid, tanin, polyphenol, alkaloid và phytosterol ($\beta$-sitosterol, campesterol).

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết kế hoạch thực địa 6 ngày (29/10/2023 – 02/11/2023) tại 4 điểm khảo sát quanh VQG Phú Quốc. Mô tả quy trình chuẩn bị hóa chất, các bước xử lý mẫu tiêu bản thực vật học, kỹ thuật giải phẫu vi phẫu thực vật theo phương pháp nhuộm kép Carmin - Xanh methylen, các vị trí giải phẫu chuẩn hóa trên cơ quan thân và lá, cùng phương pháp đo đạc quang học bằng phần mềm S-EYE với độ lặp lại $n = 15$.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Khảo sát thực địa tại VQG Phú Quốc đã thu thập và xác định được 3 loài và 1 thứ thuộc chi Psychotria:

  1. Lấu tuyến (Psychotria adenophylla Wall.)
  2. Lấu đỏ (Psychotria asiatica L.)
  3. Lấu bò (Psychotria serpens L.)
  4. Lấu leo (Psychotria sarmentosa var. membranacea)

1. Đặc điểm hình thái và giải phẫu loài Lấu tuyến (Psychotria adenophylla Wall.)

  • Hình thái: Cây bụi thân gỗ, cành non nhẵn. Lá mọc đối chữ thập, phiến hình elip hoặc elip bầu dục, kích thước 13–15 $\times$ 4,5–5 cm, có 9–15 cặp gân phụ, mặt dưới có hốc "domatia" (tuyến lá chứa vi sinh vật hoặc kiến cộng sinh). Lá kèm nguyên, không chẻ đôi, dài 6–8 mm, sớm rụng để lại sẹo nâu đỏ. Hoa mẫu 5, màu trắng, tràng hình cốc dài ~2 mm uốn cong khi nở; nhị 5 chèn ở họng tràng; bầu dưới 2 ô, mỗi ô 1 noãn đính gốc. Quả hạch hình elip, kích thước 5–7 $\times$ 4–6 mm, khi chín màu đen; hạt 4–5 $\times$ 3 mm, phẳng mặt bụng, lồi mặt lưng.
  • Giải phẫu cuống lá và gân chính: Cuống lá có tiết diện gần tròn với 2 cánh nhỏ ở mặt trên, độ dày tổng thể 1.519,55 µm. Bó dẫn trung tâm hình cung chữ V thuộc kiểu chồng chất hở (gỗ ở trên, libe ở dưới), có vòng bao bó dẫn dày 11,48 µm chưa hóa cương mô. Gân chính có biểu bì phủ cutin răng cưa, vòng bao bó mạch đã hóa cương mô dày 12,47 µm.
  • Giải phẫu phiến lá: Phiến lá cấu tạo dị diện. Biểu bì trên dày 35,71 µm, biểu bì dưới dày 30,03 µm. Lục mô giậu gồm 1 lớp tế bào hình chữ nhật thuôn dài, dày 56,99 µm (chiếm 26,07% bề dày phiến). Lục mô khuyết dày 96,46 µm (chiếm 43,94%). Khí khổng chỉ có ở mặt dưới lá, thuộc kiểu song bào (paracytic), mật độ trung bình đạt 66 khí khổng/$\text{mm}^2$.
  • Giải phẫu thân: Thân sơ cấp có bán kính 974,94 µm (bảng đo bán kính đạt 1.000,97 µm), có nội bì mang đai Caspari rõ (dày 23,33 µm), xuất hiện nhiều tinh thể calci oxalat hình kim hoặc bó kim trong mô mềm và mô tủy. Thân thứ cấp có bán kính 1.401,08 µm, tầng phát sinh trụ bì hóa cương mô (dày 20,31 µm), libe II dày 34,29 µm và gỗ II liên tục dày 306,85 µm.

2. Đặc điểm hình thái và giải phẫu loài Lấu đỏ (Psychotria asiatica L.)

  • Hình thái: Cây bụi hoặc gỗ nhỏ cao 0,5–4 m, thân non có lông tơ mịn. Lá mọc đối chữ thập, phiến hình elip thuôn dài, kích thước 10–23 $\times$ 2–7 cm, gân phụ 9–11 cặp, có hốc "domatia" mang lông mịn ở nách gân. Cuống lá dài 0,7–5 cm có lông tơ. Lá kèm hình tam giác/hình lưỡi, nguyên, kích thước 5 $\times$ 4 mm. Cụm hoa xim ngù ở đầu cành; đài và tràng 5 mảnh có lông tơ, ống tràng dài 2–3 mm; vòi nhụy dài 3–4 mm. Quả hạch hình bầu dục, kích thước 5–8 $\times$ 4–6 mm, khi chín có màu đỏ đặc trưng; hạt có 3–5 rãnh nông ở mặt lưng.
  • Giải phẫu cuống lá và gân chính: Cuống lá có tiết diện hình tròn, biểu bì có nhiều lông che chở đơn bào li ti. Nhu mô trên dày 506,48 µm (chiếm 26,98%), mô dày trên 402,41 µm (21,42%), mô dày dưới 340,75 µm (18,17%), nhu mô dưới 398,00 µm (21,23%). Gỗ xếp thành dãy gồm 7–8 mạch, dày 121,06 µm; libe dày 41,55 µm. Gân chính có tổng độ dày 1.364,43 µm, đặc trưng bởi sự hiện diện của 1–2 lớp mô giậu trong gân chính (dày 64,08 µm).
  • Giải phẫu phiến lá: Cấu tạo dị thể với độ dày phiến lá trung bình 285,65 µm. Biểu bì trên dày 61,29 µm (chiếm 21,45%), mô giậu dày 55,48 µm (19,42%), biểu bì dưới dày 44,15 µm. Khí khổng kiểu song bào phân bố ở mặt dưới với mật độ trung bình 99 khí khổng/$\text{mm}^2$.

Bảng tổng hợp so sánh các chỉ tiêu vi phẫu giữa Lấu tuyến và Lấu đỏ:

Cơ quan / Chỉ tiêu vi phẫu Lấu tuyến (P. adenophylla) Lấu đỏ (P. asiatica)
Lông che chở trên biểu bì Nhẵn, không có lông Có nhiều lông đơn bào li ti
Mật độ khí khổng mặt dưới $66 \text{ khí khổng/mm}^2$ $99 \text{ khí khổng/mm}^2$
Độ dày biểu bì trên phiến lá $35,71 \pm 3,66\ \mu\text{m}$ $61,29 \pm 5,21\ \mu\text{m}$
Độ dày lớp lục mô giậu $56,99 \pm 5,32\ \mu\text{m}$ $55,48 \pm 3,84\ \mu\text{m}$
Độ dày biểu bì dưới phiến lá $30,03 \pm 1,71\ \mu\text{m}$ $44,15 \pm 2,98\ \mu\text{m}$
Tổng độ dày gân chính $1.008,12\ \mu\text{m}$ $1.364,43 \pm 60,19\ \mu\text{m}$
Mô giậu trong gân chính Không có Có 1–2 lớp ($64,08 \pm 3,58\ \mu\text{m}$)
Màu sắc quả khi chín Màu đen Màu đỏ

3. Dẫn liệu về Lấu bò (P. serpens) và Lấu leo (P. sarmentosa var. membranacea)

Khóa luận ghi nhận dạng sống đặc thù của 2 taxon này là dây leo mọc bò, bám trên vách đá hoặc thân cây gỗ nhờ hệ rễ bất định, phân biệt rõ với dạng thân gỗ bụi đứng của P. adenophylla và P. asiatica. Các cấu trúc vi phẫu cuống lá, gân chính, phiến lá và thân sơ cấp/thứ cấp của hai dạng sống này cũng đã được lát cắt, đo đạc và lập bảng tỷ lệ các lớp mô tương ứng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  1. Kết quả thực địa: Thu thập, định danh và mô tả chi tiết 3 loài và 1 thứ thuộc chi Psychotria tại các tuyến sinh cảnh VQG Phú Quốc (P. adenophylla, P. asiatica, P. serpens, P. sarmentosa var. membranacea).
  2. Dẫn liệu định lượng vi phẫu: Xác lập bộ số liệu định lượng chi tiết ($n=15$) về kích thước và tỷ lệ phần trăm các lớp mô:
    • Xác định kiểu sắp xếp bó dẫn hình cung chữ V chồng chất hở là đặc trưng chung của chi.
    • Xác định kiểu khí khổng song bào (paracytic) định vị chuyên biệt ở mặt dưới phiến lá, với mật độ định lượng 66 khí khổng/$\text{mm}^2$ ở P. adenophylla và 99 khí khổng/$\text{mm}^2$ ở P. asiatica.
    • Ghi nhận sự phân bố của tinh thể calci oxalat hình kim và bó kim trong mô mềm vỏ và mô tủy thân cây.
  3. Phát hiện sai khác cấu trúc phục vụ giám định:
    • P. asiatica có biểu bì phủ lông đơn bào và gân chính có mô giậu xâm nhập ($64,08\ \mu\text{m}$), quả chín màu đỏ.
    • P. adenophylla nhẵn hoàn toàn, vòng bao bó mạch gân chính hóa cương mô ($12,47\ \mu\text{m}$), quả chín màu đen.

Đóng góp khoa học

  • Đây là công trình đầu tiên nghiên cứu giải phẫu hiển vi kết hợp mô tả hình thái chi tiết các loài thuộc chi Lấu (Psychotria L.) phân bố tại khu vực VQG Phú Quốc.
  • Cung cấp bộ ảnh tiêu bản giải phẫu thực vật, số liệu kích thước mô học chuẩn xác, làm cơ sở khoa học hỗ trợ công tác phân loại học thực vật, giám định dược liệu dạng bột hoặc dạng cắt lát đối với các loài cây thuốc thuộc chi Lấu tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do thời gian khảo sát thực địa ngắn (6 ngày thu mẫu) và điều kiện thời tiết theo mùa, nghiên cứu mới chỉ thu thập và phân tích sâu được 4 trên tổng số 9 taxon thuộc chi Lấu đã từng được ghi nhận danh lục tại VQG Phú Quốc.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    1. Mở rộng thời gian và tuyến điều tra nhằm thu thập đầy đủ 5 loài còn lại trong danh lục VQG Phú Quốc (P. cephalophora, P. silvestris, P. cambodiana,...).
    2. Kết hợp phân tích sinh học phân tử (giải trình tự các đoạn gen chỉ thị DNA barcode như rbcL, matK, ITS) kết hợp với hình thái giải phẫu để làm rõ mối quan hệ phát sinh loài.
    3. Mở rộng nghiên cứu định tính và định lượng hoạt chất hóa thực vật (alkaloid, polyphenol, flavonoid) trên các mẫu thu hái tại đảo Phú Quốc nhằm đánh giá tiềm năng dược liệu.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên các ngành Sư phạm Sinh học, Sinh học, Dược học, Lâm nghiệp.
    • Cán bộ nghiên cứu tại các Viện sinh thái, Vườn quốc gia, Khu bảo tồn thiên nhiên.
  • Nội dung tham khảo giá trị:
    • Quy trình thực nghiệm nhuộm kép vi phẫu thực vật bằng phương pháp Carmin - Xanh methylen của Trần Công Khánh.
    • Phương pháp xử lý đo đạc hình thái hiển vi bằng phần mềm S-EYE kết hợp máy ảnh quang học.
    • Khóa mô tả hình thái và bảng số liệu giải phẫu đối chiếu giữa các loài trong họ Cà phê (Rubiaceae).

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận đã thu thập và nghiên cứu vi phẫu chi tiết bao nhiêu loài/thứ thuộc chi Lấu tại VQG Phú Quốc?

Khóa luận đã thu thập, mô tả hình thái và giải phẫu vi phẫu chi tiết 3 loài và 1 thứ (tổng cộng 4 taxon), gồm: Lấu tuyến (Psychotria adenophylla Wall.), Lấu đỏ (Psychotria asiatica L.), Lấu bò (Psychotria serpens L.) và Lấu leo (Psychotria sarmentosa var. membranacea).

2. Làm thế nào để phân biệt Lấu tuyến và Lấu đỏ qua đặc điểm quả và mật độ khí khổng?

Dựa trên số liệu thực nghiệm của tác giả:

  • Lấu tuyến (P. adenophylla): Quả hạch khi chín có màu đen, kích thước 5–7 $\times$ 4–6 mm; khí khổng mặt dưới lá có mật độ trung bình là 66 khí khổng/$\text{mm}^2$.
  • Lấu đỏ (P. asiatica): Quả hạch khi chín có màu đỏ, kích thước 5–8 $\times$ 4–6 mm; khí khổng mặt dưới lá có mật độ trung bình là 99 khí khổng/$\text{mm}^2$.

3. Cấu tạo bó mạch dẫn ở cuống lá và gân chính của các loài chi Lấu trong nghiên cứu có đặc điểm gì chung?

Bó dẫn ở cuống lá và gân chính của các loài nghiên cứu đều có dạng hình vòng cung hoặc hình chữ V thuộc kiểu bó mạch chồng chất hở (gỗ xếp ở trên hướng về mặt bụng, libe xếp ở dưới hướng về mặt lưng), bên ngoài được bao bọc bởi 1–2 lớp tế bào bao bó mạch (chưa hóa cương mô hoặc đã hóa cương mô tùy vị trí và loài).

4. Kỹ thuật nhuộm vi phẫu nào đã được tác giả sử dụng trong phòng thí nghiệm?

Tác giả áp dụng quy trình nhuộm kép vi phẫu thực vật của Trần Công Khánh (1981): tẩy trắng tế bào bằng nước Javel (15–20 phút), trung hòa bằng acid acetic 1% (1–2 phút), nhuộm đỏ vách tế bào cellulose bằng dung dịch Carmin-phèn 4% (10 phút) và nhuộm xanh vách tế bào hóa gỗ/hóa bần bằng dung dịch Xanh methylen 3% (30 giây), sau đó quan sát trong giọt glyceryl.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Ngọc Minh Trung đã hoàn thành việc khảo sát, thu thập và phân tích có hệ thống các đặc tính thực vật học của 4 taxon thuộc chi Lấu (Psychotria L.) tại VQG Phú Quốc. Bằng phương pháp mô tả hình thái kết hợp kỹ thuật nhuộm kép vi phẫu hiển vi ($n=15$), tác giả đã thiết lập bộ dữ liệu giải phẫu định lượng chính xác cho các cơ quan lá và thân sơ cấp/thứ cấp. Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu vi học quan trọng, góp phần hoàn thiện tư liệu đa dạng sinh học thực vật đảo Phú Quốc và hỗ trợ công tác kiểm nghiệm, giám định hình thái dược liệu thực vật họ Cà phê.