ĐẶT VẤN ĐỀ Địa y là loài thực vật bậc thấp, là kết quả cộng sinh giữa tảo lục và/hoặc vi khuẩn lam với nấm. Phần lớn các hợp chất chuyển hóa thứ cấp trong địa y thuộc nhóm hợp chất dibenzofuran, depside, depsidone, depsone, lactone, quinone, và một trong số chúng đã được chứng minh có những hoạt tính sinh học hấp dẫn như kháng khuẩn, kháng nấm, kháng oxy hóa, kháng virus, kháng ung thư, bảo vệ địa y khỏi tác hại của tia UV [6], [9], [21], [23], [26]. Parmotrema tinctorum là địa y được tìm thấy nhiều ở tỉnh Lâm Đồng, loài này chứa đa dạng các hợp chất đặc trưng của địa y như lecanoric acid, isolecanoric acid, orsellinic acid, salazinic acid, stictic acid, lobaric acid, lecanoric acid, gyrophoric acid, usnic acid, evemic acid [4-8]. Việt Nam với khí hậu nhiệt đới gió mùa, lượng mưa lớn, độ ẩm cao, là điều kiện thuận lợi cho các thảm địa y phát triển (hiện nay với hơn 1000 loài được công bố) [3], [30].
Tuy nhiên ở Việt Nam việc nghiên cứu về thành phần loài và hóa thực vật của địa y vẫn còn rất hạn chế. Kế thừa những nghiên cứu về địa y trong và ngoài nước cùng với mong muốn khảo sát thành phần hóa học của địa y, nhằm nâng cao giá trị sử dụng địa y của Việt Nam chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu một số thành phần hóa học trong cao chiết aceton của địa y Parmotrema tinctorum thu hái tại Thành phố Đà Lạt, Tỉnh Lâm Đồng”. Mục tiêu của đề tài: Phân lập và xác định cấu trúc của một số hợp chất tinh khiết từ địa y P. tinctorum mọc phổ biến ở Lâm Đồng.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về địa y 1. Khái niệm Địa y là một dạng sinh vật tạo nên từ sự cộng sinh giữa nấm (mycobiont) và một loài sinh vật khác có khả năng quang hợp (photobiont hay phycobiont) thường là tảo hoặc vi khuẩn lam, đôi khi địa y còn là sự cộng sinh của cả ba loài trên [30]. Thành phần cấu tạo của địa y bao gồm: - Nấm: chủ yếu là nấm túi, đôi khi là nấm đảm có chức năng bảo vệ, vận chuyển, cung cấp nước và muối khoáng cho tảo.
- Tảo (thường là tảo lục hoặc tảo lam) có chức năng tổng hợp chất hữu cơ cho cả hệ cộng sinh sử dụng. Tảo có thể phân bố đồng đều hoặc ở một phía của địa y. - Vi khuẩn (nếu có) có chức năng cố định nitrogen trong không khí cho tảo. Về mặt cấu tạo, tản của địa y gồm các sợi nấm kết bện thành mô giả bao lấy tảo ở phía trong.
Ngoài ra, bề mặt địa y có thể thấy các mầm phấn (cơ quan sinh dưỡng) và thể quả của nấm, nổi cao hơn, bên trong chứa bào tử túi. Phân loại hình dạng Dựa vào hình thái bên ngoài địa y được chia làm ba dạng phổ biến: địa y dạng khảm, địa y dạng phiến và địa y dạng sợi [16]. - Dạng khảm (hình 1.1a): Bề mặt của địa y khảm cực kì mỏng và bám chặt vào bề mặt chủ bằng những sợi nấm có lõi. - Dạng phiến (hình 1.1b): Địa y dạng phiến có hình dạng như tờ giấy mỏng.
Bề mặt trên và dưới khác biệt nhau rõ rệt, bám lỏng lẻo trên bề mặt chủ bằng các rễ giả nên rất dễ bóc tách ra khỏi bề mặt chủ. - Dạng sợi (hình 1.1c): Địa y dạng sợi có hình thức giống như bụi cây nhỏ, đứng trên bề mặt chủ và xõa xuống. Các hình dạng tiêu biểu của địa y trong tự nhiên 1. Phân bố Địa y phân bố trải dài đa dạng khắp các loại địa hình, chúng có thể tồn tại ở một số môi trường khắc nghiệt như đài nguyên, bắc cực, sa mạc, bờ đá.
Chúng thường tập trung nhiều và phong phú trên các lá và cành cây tại rừng mưa và rừng gỗ, trên đá, cả trên tường gạch và đất. Ngoài ra có thể tìm được địa y ở nóc của nhiều tòa nhà cao tầng [31]. Trong tự nhiên, địa y phát triển rất chậm. Sự tăng trưởng của chúng được tính bằng milimet mỗi năm.
Tốc độ phát triển của địa y được Hale (1973) đã công bố rằng hầu hết các loài địa y dạng phiến phát triển 0,5–4 mm / năm, các loài địa y dạng sợi 1,5–5 mm / năm và các loài địa y dạng khảm thì 0,5–2 mm / năm [19]. Phần lớn các loài địa y vùng ôn đới, cận nhiệt và nhiệt đới tăng trưởng vài milimet tới vài centimet trong một năm và phát triển mạnh nhất ở vùng khí hậu ẩm ven biển và rừng mưa Bắc Mỹ. Ở vùng rất lạnh và rất nóng, địa y phải mất hàng thế kỷ để đạt được kích thước lớn. Địa y có thể tồn tại và phát triển ở độ cao đa dạng từ mực nước biển đến cả các núi cao, trong nhiều điều kiện môi trường khắc nghiệt và có thể phát triển trên hầu hết mọi bề mặt mà chúng có thể bám được.
Địa y mọc rất nhiều trên vỏ cây, lá, rêu, trên các địa y khác trong rừng mưa và các rừng ôn đới. 12 Chúng mọc trên đá, tường, mái nhà, trên bề mặt và trong đất và khi chúng chết đi, phần xác còn lại sẽ như một phần của lớp vỏ đất sinh học, là nguồn dinh dưỡng cho diễn thế sinh thái diễn ra tiếp theo. Người ta ước tính rằng 6 % bề mặt đất liền của Trái đất được bao phủ bởi địa y. Có khoảng 20,000 loài địa y đã được biết đến [32].
Thành phần hóa học Các con đường chuyển hóa của địa y trong tự nhiên Địa y là loài thực vật bậc thấp, là kết quả cộng sinh giữa tảo lục và/hoặc vi khuẩn lam với nấm. Thông qua quá trình quang hợp tảo lục/vi khuẩn lam cung cấp cho nấm các carbohydrate còn nấm giúp hấp thụ nước, muối khoáng từ môi trường xung quanh, chuyển hóa thành các chất biến dưỡng và là khung sườn bảo vệ địa y. Tảo lục thường cung cấp carbohydrate dưới dạng các polyol như ribitol, erythritol, sorbitol trong khi đó vi khuẩn lam cung cấp phần lớn là glucose. Bên cạnh đó, vi khuẩn lam còn có khả năng hấp thu nitrogen từ khí quyển và chuyển hóa cho phần nấm nên các địa y là sự cộng sinh giữa nấm và vi khuẩn lam thường có hàm lượng các hợp chất chứa nitrogen cao hơn hẳn so với các các địa y là sự cộng sinh giữa nấm và tảo lục (hình 1.
Chu trình chuyển hóa của địa y trong tự nhiên [30] 13 Lĩnh vực nghiên cứu các thành phần hóa học của địa y được công bố lần đầu tiên bởi Zopf vào đầu thế kỉ XIX. Cấu trúc của hầu hết các chất địa y vẫn chưa được biết đến khi Asahina và Shibata tiến hành nghiên cứu vào đầu thế kỉ XX. Sự phát triển của SKLM và HPLC trong những năm 1960, cùng với các phương pháp quang phổ hiện đại đã tạo tiền đề cho việc cô lập và xác định nhiều chất hóa học mới trong địa y [10]. Cho đến nay có hơn 1000 hợp chất chuyển hóa thứ cấp được cô lập từ 18000 loài địa y và còn rất nhiều hợp chất vẫn chưa được công bố [27].
Hầu hết các chất chuyển hóa thứ cấp trong địa y là các hợp chất depside, depsidone, depsone, dibenzofuran, lactone, quinone, và các dẫn xuất pulvinic acid. Các thành phần trong địa y được tổng hợp chủ yếu thông qua ba con đường chuyển hóa (hình 1. Con đường acetyl-polymalonyl: đây là con đường tổng hợp các chất phổ biến trong địa y (anthraquinone, xanthone, usnic acid, depsidone, depside…) và khoảng 80% các chất chuyển hóa thứ cấp được tổng hợp thông qua con đường này. Con đường mevalonic acid: sản xuất khoảng 17% tổng số các hợp chất bao gồm steroid và triterpene.
Con đường shikimic acid: phần rất nhỏ của các chất chuyển hóa thứ cấp được tổng hợp bằng con đường này bao gồm terphenyl quinone và dẫn xuất của pulvinic acid. Con đường tổng hợp chất hóa học trong địa y [30] 14 Phân loại các hợp chất hóa học [10] Nhóm hợp chất đơn vòng monocyclic: bao gồm các hợp chất đơn vòng thơm thường có gốc chứa methyl hoặc phổ biến là OH phenol, ví dụ như các hợp chất orcinol (3), orsellinic acid (4), methyl orsellinate (5), ethyl orsellinate (6), n-butyl orsellinate (7), methyl β-orsellinate (8), methyl haematommate (9), ethyl chlorohaematommate (10)… Nhóm depsidone: depsidone có thêm liên kết ether so với depside chỉ có liên kết ester, tạo thành cấu trúc vòng cứng nhắc. Các depsidone đều dựa trên cấu trúc vòng 11H – dibenzo-[b,e][1,4]dioxepin -11-one. Một số chất hóa học tiêu biểu cho nhóm depsidone như: protocetraric acid (21), 9’- methylprotocetraric acid (22), malonprotocetraric acid (23), α-alectoronic acid (24), α-collatolic acid (25), 2”’-o-methyl-α-alectoronic acid (26), 2”’-o-ethyl- α-alectoronic acid (27), dehydroalectoronic acid (28), dehydrocollatolic acid (29), parmosidone A (30), parmosidone B (31), parmosidone C (32)… Nhóm depside: depside là nhóm hợp chất tạo thành do sự ngưng tụ của hai hoặc nhiều hydroxybenzoic acid, trong đó nhóm carboxyl của phân tử thứ nhất ester hóa với nhóm hydroxyl phenol của phân tử thứ hai.
Nhóm depside bao gồm nhiều hợp chất như: atranotrin (11), chloroatranorin (12), gyrophoric acid (13), lecanoric acid (14), isolecanoric acid (15)… Nhóm dibenzofuran và dẫn xuất của chúng: trong nhóm này, tiêu biểu nhất là (+) acid usnic (40) là hợp chất thể hiện hoạt tính kháng sinh có tiềm lực nhất trong các hợp chất từ địa y, có tác dụng trên rất nhiều chủng vi khuẩn, ngoài ra còn kháng ung thư, kháng sinh, có tác dụng hạ sốt và giảm đau. Ngoài ra còn có các hợp chất khác như ascomatic acid, alectosarmentin, didymic acid, 3-O-demethylschizopeltic acid… Nhóm quinone bao gồm nhiều hợp chất như: biphenylquinone, terphenylquinone, phenanthrenequinone, perylenequinone, anthraquinone, 15 naphthoquinone và dẫn xuất. Hợp chất chứa nhân anthraquinone hiện diện nổi bật trong thực vật bậc cao và nấm nhưng cũng là thành phần quan trọng trong địa y, ví dụ như skyrin (42). Các hợp chất anthraquinone là tác nhân kháng virus, kể cả HIV, đặc biệt là hypericin, napthoquinone là nhóm hợp chất có nguồn gốc từ naphthalene, đáng chú ý có naphthazarin.
Ngoài ra hợp chất lichexanthone (41) thuộc nhóm xanthone cũng đã được phát hiện trong địa y (hình 1. Công dụng của địa y Trong y học: địa y có thể chữa bệnh khó tiêu, viêm phế quản, nấm, và nhiều rối loạn về máu và tim. Lobaria pulmonaria chữa các bệnh về phổi, Parmelia sulcata chữa các bệnh về sọ não. Ahmadjian và Nilsson công bố địa y Cetraria islandica bán rộng rãi trong các tiệm bào chế thuốc ở Thụy Điển và dùng để điều trị bệnh đái tháo đường, bệnh phổi và bệnh viêm mũi [33].
Ngoài ra địa y Peltigera canina được sử dụng ở Ấn Độ như một dược phẩm làm giảm đau [19]. Tác động đến môi trường: Địa y thực hiện nhiều chức năng hữu ích trong môi trường. Chúng chứa vi khuẩn lam và có thể cố định nitrogen trong đất.