Luận án Tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu đa dạng các loài thực vật có tinh dầu ở Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:189

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Sinh học "Nghiên cứu đa dạng các loài thực vật có tinh dầu ở Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An" trình bày các nội dung chính sau: Điều tra, thu thập mẫu thực vật, xác định tên khoa học và lập danh lục các loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt; Đánh giá được tính đa dạng về thành phần loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt; Thử hoạt tính kháng VSV kiểm định và kháng ấu trùng muỗi của một số loài đƣợc phân tích thành phần hóa học tinh dầu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu đa dạng các loài thực vật có tinh dầu ở Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG CÁC LOÀI THỰC VẬT CÓ TINH DẦU Ở KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN PÙ HOẠT, TỈNH NGHỆ AN LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC HÀ NỘI - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG CÁC LOÀI THỰC VẬT CÓ TINH DẦU Ở KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN PÙ HOẠT, TỈNH NGHỆ AN Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 9.42.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. ĐỖ NGỌC ĐÀI 2. PGS. TS. TRẦN MINH HỢI HÀ NỘI - 2022
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, rõ ràng và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án NCS Nguyễn Thành Chung
LỜI CẢM ƠN Luận án đƣợc hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Đỗ Ngọc Đài - Trƣờng Đại học Kinh tế Nghệ An và PGS. TS. Trần Minh Hợi - Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam là những ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Thị Hƣơng - trƣờng Đại học Vinh; TS. Lý Ngọc Sâm - Viện Sinh học Nhiệt đới; TS. Bùi Hồng Quang - Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật; TS. Nguyễn Huy Hùng - Trƣờng Đại học Duy Tân; TS. Isiaka A. Ogunwande (Nigieria), GS. William (Mỹ) đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện Luận án. Tác giả xin cảm ơn đề tài: “Nghiên cứu một số đặc điểm và hoạt tính sinh học của họ Cúc (Asteraceae) ở khu vực Bắc Trung Bộ”; mã số: 106.03.2019.315 đã hỗ trợ một số nội dung nghiên cứu. Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban quản lý Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt; các Trạm quản lý bảo vệ rừng: Na Chạng, Đồng Văn 1, Đồng Văn 2, Thông Thụ 1, Thông Thụ 2, Nậm Giải, Hạnh Dịch, Châu Thôn và Tri Lễ đã giúp đỡ trong quá trình điều tra thực địa. Tôi xin cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, các sở ban ngành: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Sở Tài chính đã giúp đỡ về vật chất trong quá trình nghiên cứu thực địa; các bạn đồng nghiệp, gia đình và ngƣời thân đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Nghệ An, ngày tháng 7 năm 2022 Tác giả NCS Nguyễn Thành Chung
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.................................................................................2 4. Bố cục của luận án ..................................................................................................3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Vai trò và ứng dụng của tinh dầu .........................................................................4 1.2. Tinh dầu, đặc tính và giá trị của tinh dầu .............................................................5 1.3. Tình hình nghiên cứu tinh dầu và hoạt tinh sinh học của tinh dầu trên thế giới ..7 1.3.1. Họ Na (Annonaceae) .........................................................................................7 1.3.2. Họ Cúc (Asteraceae) .........................................................................................8 1.3.3. Họ Long não (Lauraceae) ...............................................................................11 1.3.4. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae) ..........................................................................11 1.3.5. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae) .......................................................................12 1.3.6. Họ Gừng (Zingiberaceae) ...............................................................................14 1.4. Nghiên cứu về các loài thực vật có mạch và thực vật có tinh dầu ở Việt Nam .14 1.4.1. Họ Na (Annonaceae) .......................................................................................17 1.4.2. Họ Cúc (Asteraceae) .......................................................................................18 1.4.3. Họ Long não (Lauraceae) ...............................................................................19 1.4.4. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae) .......................................................................19 1.4.5. Họ Gừng (Zingiberaceae) ...............................................................................20 1.5. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của Khu BTTN Pù Hoạt ............................22 1.5.1 Điều kiện tự nhiên Khu BTTN Pù Hoạt ...........................................................22 1.5.1.1. Vị trí địa lý ...................................................................................................22 1.5.1.2. Địa hình, địa thế ...........................................................................................22 1.5.1.3. Địa chất, đất đai ...........................................................................................23 1.6.1.4. Khí hậu, thuỷ văn .........................................................................................24 1.5.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................25 1.5.2.1. Dân số, dân tộc, lao động và sự phân bố dân cư .........................................25 1.5.2.2. Đời sống kinh tế - xã hội ..............................................................................27
1.5.3. Khu hệ thực vật ở Khu BTTN Pù Hoạt ...........................................................28 CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................29 2.2. Thời gian nghiên cứu .........................................................................................29 2.3. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................29 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................29 2.4.1. Phương pháp kế thừa tài liệu ..........................................................................29 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu điều tra thực địa ....................................................29 2.4.3. Xác định điểm và tuyến nghiên cứu ................................................................30 2.4.4. Phương pháp thu mẫu và xử lý sơ bộ mẫu ngoài thực địa .............................31 2.4.5. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm.......................31 2.4.6. Phương pháp đánh giá tính đa dạng của thực vật có tinh dầu .......................32 2.4.7. Nghiên cứu tách chiết và phân tích thành phần hoá học của tinh dầu ...........33 2.4.7.1. Thu thập mẫu và chưng cất tinh dầu............................................................33 2.4.7.2. Phương pháp định lượng tinh dầu ...............................................................33 2.4.7.3. Phương pháp phân tích thành phần hoá học tinh dầu .................................34 2.4.7.4. Phương pháp đánh giá tinh dầu...................................................................34 2.4.7.5. Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng VSV kiểm định ..............................34 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đa dạng các loài thực vật có tinh dầu ở Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt .................38 3.1.1. Đa dạng về bậc ngành.....................................................................................38 3.1.2. Đa dạng về bậc họ...........................................................................................40 3.1.3. Đa dạng về bậc chi ..........................................................................................41 3.1.4. So sánh thành phần loài cây tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt với VQG Pù Mát và Việt Nam ...............................................................................................................42 3.1.5. Các loài thực vật bổ sung cho hệ thực vật Việt Nam ......................................44 3.1.5.1. Lãnh công quảng tây (Fissistigma kwangsiensis Tsiang & P. T. Li) ...................44 3.1.5.2. Gừng lá bắc cong (Zingiber recurvatum S. Q. Tong & Y. M. Xia) ....................46 3.1.5.3. Ngải tiên (Hedychium villosum var. tenuiflorum Wall. ex Baker.) ..............49 3.1.6. Đa dạng về dạng thân .....................................................................................51
3.1.7. Đa dạng về giá trị sử dụng ..............................................................................52 3.1.8. Đa dạng về giá trị bảo tồn ..............................................................................56 3.1.9. Đặc điểm nhận dạng các loài thực vật được nghiên cứu thành phần hoá học tinh dầu ......................................................................................................................59 3.1.9.1. Họ Na (Annonaceae) ....................................................................................59 3.1.9.2. Họ Cúc (Asteraceae) ....................................................................................59 3.1.9.3. Họ Long não (Lauraceae) ............................................................................61 3.1.9.4. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae) .......................................................................68 3.1.9.5. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae) ....................................................................69 3.1.9.6. Họ Gừng (Zingiberaceae) ............................................................................71 3.2. Hàm lƣợng, thành phần hóa học tinh dầu và hoạt tính sinh học của một số loài cây có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An ..............................................76 3.2.1. Hàm lượng tinh dầu của một số loài thực vật ở Khu BTTN Pù Hoạt .....................76 3.2.2. Thành phần hóa học tinh dầu của một số loài thực vật ở Khu BTTN Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An ..............................................................................................................79 3.2.2.1. Họ Na (Annnaceae) ......................................................................................79 3.2.2.2. Họ Cúc (Asteraceae) ....................................................................................81 3.2.2.3. Họ Long não (Lauraceae) ............................................................................82 3.2.2.4. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae) .......................................................................87 3.2.2.5. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae) ....................................................................88 3.2.2.6. Họ Gừng (Zingiberaceae) ............................................................................91 3.3. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định và kháng ấu trùng muỗi của một số loài thực vật chứa tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt...........................................................94 3.3.1. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định.............................................................94 3.3.1.1. Họ Na (Annonaceae) ....................................................................................94 3.3.1.2. Họ Cúc (Asteraceae) ....................................................................................95 3.3.1.3. Họ Long não (Lauraceae) ............................................................................96 3.3.1.4. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae) .......................................................................98 3.3.1.5. Họ Gừng (Zingiberaceae) ............................................................................99 3.3.2. Hoạt tính kháng ấu trùng muỗi của một số mẫu tinh dầu ở Khu Bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt .........................................................................................................100 3.3.2.1. Họ Long não (Lauraceae) ..........................................................................100
3.3.2.2. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae) .....................................................................103 3.3.2.3. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae) ..................................................................104 3.3.2.4. Họ Gừng (Zingiberaceae) ..........................................................................104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận ...............................................................................................................107 2. Kiến nghị .............................................................................................................108 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN.........................................................109 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ......................................................................................................110 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................112 PHỤ LỤC 1: THÀNH PHẦN LOÀI THỰC VẬT CÓ TINH DẦU Ở KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN PÙ HOẠT, NGHỆ AN .........................................................126 PHỤ LỤC 2: BẢNG PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HOÁ HỌC TINH DẦU CỦA MỘT SỐ LOÀI THUỘC MỘT SỐ HỌ THỰC VẬT Ở KHU BTTN PÙ HOẠT ...144 PHỤ LỤC 3: HÌNH ẢNH ĐIỀU TRA THỰC ĐỊA VÀ MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT CÓ TINH DẦU Ở KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN PÙ HOẠT .................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PHỤ LỤC 4: SẮC KÝ ĐỒ CỦA CÁC LOÀI ĐƢỢC PHÂN TÍCH TINH DẦU ............................................................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Tuyến điều tra nghiên cứu các loài thực vật có tinh dầu Khu BTTN Pù Hoạt……………………………………………………………………………..……….…...30 Bảng 3.1. Phân bố cây tinh dầu trong các ngành của Hệ Thực vật Khu BTTN Pù Hoạt………………………………...…………………...……………………………………38 Bảng 3.2. 10 họ có số lƣợng loài nhiều nhất có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt………………………………………………………………………..…………………40 Bảng 3.3. 10 chi có số lƣợng loài cho tinh dầu nhiều nhất ở Khu BTTN Pù Hoạt………………………………………………………………………..…………………41 Bảng 3.4. So sánh số lƣợng loài cho tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt với số lƣợng loài cho tinh dầu của VQG Pù Mát…………………...……………………….…………42 Bảng 3.5. So sánh số lƣợng loài cây cho tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt so với cây tinh dầu của Việt Nam………………………………………………………………43 Bảng 3.6. Dạng thân của các loài cây có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt…………51 Bảng 3.7. Giá trị sử sụng của các loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt………………………………………………………………………………………..…53 Bảng 3.8. Thống kê các loài thực vật có tinh dầu đang bị đe dọa ở Khu BTTN Pù Hoạt………………………………………………………………………………………..…56 Bảng 3.9. Phân bố của các loài thực vật có tinh dầu nguy cấp ở Khu BTTN Pù Hoạt………………………………………………………………………………………..…58 Bảng 3.10. Hàm lƣợng các mẫu đƣợc chƣng cất tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt……………………………………………………………………………………..……77 Bảng 3.11. Một số thành phần chính trong tinh dầu của một số loài thuộc họ Na (Annonaceae) ở Khu BTTN Pù Hoạt………………………………………………….…81 Bảng 3.12. Một số thành phần chính trong tinh dầu của một số loài thuộc họ Cúc (Asteraceae) ở Khu BTTN Pù Hoạt……………………………………………...………82 Bảng 3.13. Một số thành phần chính trong tinh dầu của một số loài thuộc họ Long não (Lauraceae) ở Khu BTTN Pù Hoạt…………………………………………….……87 Bảng 3.14. Một số thành phần chính trong tinh dầu của một số loài thuộc họ họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae) ở Khu BTTN Pù Hoạt…………………………………...……91 Bảng 3.15. Một số thành phần chính trong tinh dầu của một số loài thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) ở Khu BTTN Pù Hoạt……………………………………………….…94 Bảng 3.16. Hoạt tính kháng Vi sinh vật kiểm định của tinh dầu một số loài trong họ Na (Annonaceae) ……………………………………………………..……………………95
Bảng 3.17. Hoạt tính kháng Vi sinh vật kiểm định của tinh dầu một số loài trong họ Cúc (Asteraceae) ………………………………………………………………………..…96 Bảng 3.18. Hoạt tính kháng Vi sinh vật kiểm định của tinh dầu một số loài trong họ Long não (Lauraceae) ………………………………………………………….…………97 Bảng 3.19. Hoạt tính kháng Vi sinh vật kiểm định của tinh dầu một số loài trong họ Ngọc Lan (Magnoliaceae) …………………………………………………………..……99 Bảng 3.20. Hoạt tính kháng Vi sinh vật kiểm định của tinh dầu một số loài trong họ Gừng (Zingiberaceae) ……………………………………………………………...……100 Bảng 3.21. Hoạt tính diệt ấu trùng muỗi của tinh dầu một số loài trong họ Long Não (Lauraceae) ……………………………………………………………………………….101 Bảng 3.22. Hoạt tính diệt ấu trùng muỗi của tinh dầu loài Hoa trứng gà (Magnolia coco) …………………………………………………………………………………….…103 Bảng 3.23. Hoạt tính diệt ấu trùng muỗi của tinh dầu một số loài thuộc họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae) ……………………………………………………………...………104 Bảng 3.24. Hoạt tính diệt ấu trùng muỗi của tinh dầu của một số loài trong họ Gừng (Zingiberaceae)…………………………………………….……………………..105
DANH MỤC CÁC HÌNH, ẢNH Hình 2.1. Sơ đồ các tuyến điều tra các loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt, tỉnh nghệ An…………………………………………………………………………37 Hình 3.1. Phân bố cây tinh dầu trong các ngành của Hệ Thực vật Khu BTTN Pù Hoạt…………………………………………………………………………………..………39 Hình 3.2. Phân bố các loài cây có tinh dầu trong ngành Ngọc lan (Magnoliophyta) ……………………………………………………………………………………………...…40 Hình 3.3. So sánh các loài cây có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt với VQG Pù Mát……………………………………………………………………………………………42 Hình 3.4. Tỷ lệ % cây tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt so với cây tinh dầu của Việt Nam……………………………………………………………………………………..……43 Hình 3.5. Dạng thân của các loài cây có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt………………………………………………………………………………………..…52 Hình 3.6. Giá trị sử dụng của các loài cây có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt……………………………………………………………………………………..……56 Ảnh 3.1. Fissistigma kwangsiense Tsiang & P. T. Li………………………….………45 Ảnh 3.2. Zingiber recurvatum S. Q. Tong & Y. M. Xia. ………………………………48 Ảnh 3.3. Hedychium villosum var. tenuifolium…………………………………………50
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BTTN: Khu Bảo tồn Thiên nhiên VQG: Vƣờn quốc gia HLTD: Hàm lƣợng tinh dầu Cs.: Cộng sự GC-FID: Sắc ký khí-Detetor FID GC-MS: Sắc ký khí-khối phổ IC50: Nồng độ ức chế 50% LC50: Nồng độ gây chết 50% LC90: Nồng độ gây chết 90% MIC: Nồng độ ức chế tối thiểu RI: Chỉ số lƣu giữ TT: Thứ tự VSV: Vi sinh vật MNC: Mẫu nghiên cứu
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Xã hội ngày càng phát triển nhu cầu tìm hiểu và sử dụng các hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên ngày càng lớn. Trong số các nhóm cây tài nguyên thực vật thì nhóm cây chứa tinh dầu chiếm vị trí quan trọng. Các loài thực vật có tinh dầu là nguồn nguyên liệu rất cần thiết đối với nhiều ngành công nghiệp chế biến (dƣợc phẩm, thực phẩm, hóa mỹ phẩm,…), cũng nhƣ với các nhu cầu sử dụng hàng ngày trong cuộc sống của con ngƣời (làm gia vị, làm thuốc, sát trùng, làm cảnh, cải tạo môi trƣờng,…) [1]. Bản chất hóa học cùng các đặc tính đa dạng, các giá trị ứng dụng của tinh dầu có mối quan hệ khá chặt chẽ với các taxon thực vật (họ, chi, loài, thứ,…) cũng nhƣ các yếu tố sinh thái (khí hậu, đất đai…) và điều kiện thu hái, chế biến…Các taxon thực vật khác nhau thƣờng có khả năng sinh tổng hợp khác nhau và tích lũy những nhóm các hợp chất tinh dầu có các thành phần hóa học khác nhau, với các đặc tính và các công dụng khác nhau. Nghiên cứu các cây tinh dầu gắn liền với tính đa dạng của chúng là các cơ sở khoa học rất cần thiết đối với nhiệm vụ bảo tồn, khai thác, sử dụng và phát triển bền vững nguồn tài nguyên thực vật có tinh dầu. Nhu cầu về tinh dầu thực vật đối với kinh tế, xã hội… ở nƣớc ta cũng nhƣ trên thế giới ngày càng tăng, càng đa dạng cả về khối lƣợng và chất lƣợng. Theo các nhà khoa học thì Hệ Thực vật Việt Nam hiện biết khoảng 12.000 loài thực vật có mạch, trong đó đã thống kê đƣợc khoảng 650 loài thực vật có tinh dầu [2]. Đây là nguồn tài nguyên thực vật có tiềm năng rất lớn đối với kinh tế và xã hội. Những năm gần đây đã có một số công trình lớn điều tra, khảo sát nguồn thực vật có tinh dầu ở các vùng khác nhau nhƣ vùng Bắc Trung Bộ và Đông Bắc Việt Nam. Hàng trăm loài có tinh dầu, trong đó có nhiều loài cho tinh dầu quý, có giá trị có thể khai thác và phát triển. Hầu hết các loài cây chứa tinh dầu nằm trong 2 ngành Thông (Pinophyta) và ngành Ngọc lan (Magnoliophyta). Các họ có nhiều loài cây chứa tinh dầu gồm: Cúc (Asteraceae), Cam (Rutaceae), Na (Annonaceae), Long não (Lauraceae), Bạc hà (Lamiaceae), Hoa tán (Apiaceae), Hoa hồng (Rosaceae), Dầu (Dipterocarpaceae), Nhài (Oleaceae), Thông (Pinaceae), Hoàng đàn (Cupressaceae),... [3].
2 Nhƣ vậy, nhóm cây tinh dầu của Hệ Thực vật Việt Nam có số lƣợng lớn và phân bố rộng trong nhiều họ. Đây là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, nhất là các hợp chất hóa học, nhằm phát huy thế mạnh để bảo vệ nguồn gen cũng nhƣ các hợp chất hóa học. Nhiều loài cây tinh dầu ở Việt Nam có thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau nhƣ: vừa có khả năng cung cấp tinh dầu vừa có khả năng sử dụng vào mục đích kinh tế. Khu BTTN Pù Hoạt là một trong những khối núi lớn của Việt Nam với độ cao 2.457 m, nằm trong phạm vi 9 xã: Tri Lễ, Tiền Phong, Thông Thụ, Hạnh Dịch, Nậm Giải, Đồng Văn, Nậm Nhóng, Cắm Muộn và Châu Thôn huyện Quế Phong, ở phía Tây Bắc tỉnh Nghệ An, có tọa độ địa lý từ 19o27'46” đến 19o59'55” độ vĩ Bắc, 104o37'46’’ đến 105o11'11” độ kinh Đông. Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt với tổng diện tích là 90.741 ha [4], [5]. Đến nay, chƣa có công trình nào nghiên cứu về các loài thực vật có tinh dầu một cách đầy đủ và hệ thống tại khu vực này. Chính vì vậy, nghiên cứu sinh thực hiện đề tài luận án “Nghiên cứu đa dạng các loài thực vật có tinh dầu ở Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Điều tra, thu thập mẫu thực vật, xác định tên khoa học và lập danh lục các loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt. - Đánh giá đƣợc tính đa dạng về thành phần loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt. - Thử hoạt tính kháng VSV kiểm định và kháng ấu trùng muỗi của một số loài đƣợc phân tích thành phần hóa học tinh dầu. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học Đã lập đƣợc danh lục các loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An và ghi nhận 3 loài bổ sung cho Hệ Thực vật Việt Nam. Chƣng cất, xác định hàm lƣợng, thành phần hóa học tinh dầu của 34 mẫu thuộc 25 loài trong 6 họ thực vật. Trong đó 15 loài lần đầu tiên đƣợc nghiên cứu thành phần hoá học tinh dầu. Đánh giá đƣợc hoạt tính kháng VSV kiểm định của 23 mẫu tinh dầu và hoạt tính kháng ấu trùng muỗi của 18 mẫu thuộc 17 loài của 6 họ thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt. - Ý nghĩa thực tiễn
3 Trên cơ sở những luận cứ khoa học thu đƣợc, kết quả nghiên cứu của luận án giúp Ban quản lý Khu BTTN Pù Hoạt định hƣớng chiến lƣợc bảo tồn, phát triển và khai thác các loài cây tinh dầu có giá trị kinh tế để mang lại thu nhập cho ngƣời dân vùng đệm. 4. Bố cục của luận án Luận án gồm 110 trang, 25 bảng, 7 hình, 3 ảnh đƣợc cấu trúc thành các phần chính nhƣ sau: Mở đầu (03 trang); Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu (25 trang); Chƣơng 2: Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu (09 trang); Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận (68 trang); Kết luận và kiến nghị (02 trang); Những đóng góp mới của luận án (01 trang); Danh mục công trình công bố liên quan đến luận án (02 trang); Tài liệu tham khảo; Phụ lục 1, 2, 3, 4.
4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Vai trò và ứng dụng của tinh dầu Tinh dầu đã đƣợc con ngƣời sử dụng từ khá sớm trong các hoạt động thƣờng ngày của đời sống nhƣ dùng các loài thực vật để xông giải cảm, đốt thân cây, gốc cây để đuổi muỗi, làm hƣơng, hay lấy tinh dầu để ƣớp xác vua chúa. Ngày nay, tinh dầu đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ dƣợc phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm, … [1]. Đối với lĩnh vực dƣợc phẩm: Tinh dầu có khả năng sát trùng và kháng khuẩn mạnh. Từ ngàn xƣa, nhân dân ta đã biết dùng các loài thực vật có tinh dầu để giải cảm, làm thuốc chữa các bệnh về đƣờng hô hấp, thời tiết, tiêu hóa, đau bụng, nôn mửa, cảm lạnh...Ngoài ra tinh dầu còn đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến các sản phẩm diệt côn trùng, tẩy uế môi trƣờng. Nhiều đơn chất tách ra từ tinh dầu là nguyên liệu ban đầu để chuyển hóa, tổng hợp hàng loạt các hợp chất khác, ví dụ từ citronella chuyển hóa thành ionon, từ eugenol thành vanilin... Việc tách chiết các đơn chất có trong tinh dầu đồng thời với công nghệ chuyển hóa, tổng hợp để thành các chất mới và việc điều chế, phối hƣơng trong công nghệ chất thơm đã nâng cao giá trị và khả năng ứng dụng rộng rãi của tinh dầu [3]. Trong lĩnh vực y học: Tinh dầu của nhiều loài có tác dụng rõ rệt lên hệ tuần hoàn, hô hấp và thần kinh. Hiện nay trong một số xí nghiệp (Mỹ, Nga), ngƣời ta đã thử nghiệm thành công việc phun một lƣợng nhỏ tinh dầu vào không khí làm tăng năng suất lao động, chống mệt mỏi và giảm tối thiểu các lỗi kỹ thuật trong dây chuyền sản xuất. Trong lĩnh vực mỹ phẩm: Tinh dầu là nguyên liệu không thể thiếu, đó là nguồn nguyên liệu để chế biến và sản xuất các loại hƣơng liệu cho công nghiệp nƣớc hoa, kem đánh răng, xà phòng thơm, son môi, các loại kem dƣỡng da, kem chống nẻ... [3]. Trong công nghệ chế biến thực phẩm (sản xuất bánh kẹo, đồ hộp, đồ uống, ...) tinh dầu cũng là nguyên liệu không thể thiếu, tinh dầu tạo hƣơng vị cho đồ ăn, thức uống thêm hấp dẫn.
5 Nhiều nghiên cứu, thử nghiệm đã cho thấy, tinh dầu có tác dụng sinh lý rõ rệt đối với cơ thể; gây ảnh hƣởng đến hoạt động của hệ tuần hoàn, hệ thần kinh và hệ hô hấp của con ngƣời. Hƣơng thơm từ tinh dầu tác động vào khứu giác đã tạo ra các phức trên những hệ tiếp nhận đặc biệt, tạo nên các xung thần kinh; vì vậy ta có thể cảm nhận đƣợc các mùi khác nhau [3]. 1.2. Tinh dầu, đặc tính và giá trị của tinh dầu Tinh dầu là một hỗn hợp của những hợp chất hữu cơ có cấu tạo phân tử phức tạp và khác nhau về cả đặc tính lý học cũng nhƣ hoá học. Căn cứ vào cấu tạo phân tử và tầm quan trọng của chúng đã đƣợc sắp xếp vào 4 nhóm chủ yếu sau [6]. - Các hợp chất aliphatic (các alcohol béo): Là những chất hữu cơ acyclic, chuỗi nguyên tử carbon của các hợp chất này có thể là mạch thẳng, mạch nhánh, liên kết giữa các phân tử carbon có thể no hay không no...Các hydrocarbon aliphatic thƣờng có mặt nhiều trong hoa quả, song không tạo nên mùi vị nhiều của hoa quả. Các aliphatic alcohol có mùi thơm nhẹ, còn aliphatic aldehyt là tạo nên mùi thơm đặc trƣng của tinh dầu, chúng đƣợc sử dụng nhiều trong công nghệ hƣơng liệu và nƣớc hoa. Các aliphatic ceton, gặp nhiều trong tự nhiên, chúng đƣợc sử dụng nhiều trong công nghệ thực phầm. Bên cạnh đó, còn có các aliphatic este cũng đƣợc sử dụng nhiều trong công nghệ thực phầm. - Các terpen và dẫn xuất của chúng: Đây là nhóm lớn, thƣờng gặp trong các loài thực vật. Các tecpen đƣợc cấu tạo bởi isopren (C5H8)n; với n = 2 gọi là monotecpen, với n=3 là sesquitecpen...Isopren là một trong những thành phần cơ bản góp phần tạo nên các crotenoit, steroit và cao su tự nhiên. Các hydrocacbon tecpen ít tạo nên mùi thơm của tinh dầu, mà mùi thơm của tinh dầu chủ yêu là các dẫn xuất oxy hóa của chúng. Các monoterpen có thể không vòng (acyclic) nhƣ geraniol, 1 vòng (monocyclic), 2 vòng (bicyclic), 3 vòng (tricyclic). Các monoterpene acyclic thƣờng có liên kết không bền, do chúng có cấu trúc không bão hòa. Các monoterpene cyclic thƣờng gặp trong thành phần tinh dầu của nhiều loài thực vật và chiếm tỉ lệ đáng kể. Mặc dù các hợp chất này ít tạo mùi thơm, song chúng lại là những nguyên liệu khởi đầu cho quá trình sinh tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học để
6 tạo thành những hƣơng liệu có giá trị trong thực phẩm và mỹ phẩm nhƣ α-terpinene, limonene, .. Trong số các terpene bicyclic thì α-pinene, β-pinene là những hợp chất gặp nhiều trong thành phần tinh dầu của các loài thực vật. Đây là những hợp chất có giá trị cao trong công nghệ hƣơng liệu.. Trong tinh dầu các loài thực vật, cùng với monoterpen thì các sesquiterpen là những hợp chất gặp phổ biến. Trong đó các hợp chất sesquiterpene tạo nên mùi thơm đặc trƣng của tinh dầu. Tuy nhiên, các hợp chất này có nhiệt độ sôi cao (thƣờng trên 200oC) do đó thƣờng không thu đƣợc hoặc thu đƣợc với một lƣợng rất ít nếu sử dụng các thiết bị lôi cuốn hơi nƣớc ở điều kiện bình thƣờng. Trong tinh dầu, các hydrocacbon terpene ít tạo mùi thơm của tinh dầu so với các dẫn xuất oxy hóa chúng. Các alcohol, aldehyt, ether, ceton và este là các nhóm chức quan trọng của các thành phần chứa oxy. - Các dẫn xuất benzene: Đây là nhóm hợp chất khá đa dạng và đƣợc dùng nhiều trong công nghệ thực phẩm và hóa mỹ phẩm. Các dẫn xuất của benzen hoặc các benzoid là những hợp chất có chứa 1 vòng benzene. Các este của các alcohol thơm và các axít aliphatic có mùi thơm đặc trƣng nên đƣợc dùng nhiều trong công nghệ thực phẩm và mỹ phẩm. - Các thành phần khác: là một vài hợp chất chứa nitrogen, các hợp chất này thƣờng có hàm lƣợng rất nhỏ (thƣờng ≤ 0,1%), nhƣng lại có các tính chất rất đặc trƣng. Vì vậy, chúng có tác dụng nâng cao hƣơng vị hấp dẫn của nhiều loại tinh dầu ngay cả ở dạng thô. Mặc dù các hợp chất tinh dầu rất phức tạp, đa dạng nhƣng nhìn chung, tinh dầu đều có chung các đặc điểm: + Tinh dầu là những hợp chất lỏng, dễ bay hơi . + Có thể nhẹ hơn nƣớc hay nặng hơn nƣớc. + Không tan hoặc rất ít tan trong nƣớc, nhƣng tan trong các dung môi hữu cơ. + Thƣờng có mùi thơm. + Có phản ứng acid hạt trung tính. Cuối những năm 1970 của thế kỷ XX, sản xuất tinh dầu Việt Nam rất phát triển, nhiều loài tinh dầu nhƣ hồi, húng quế, hƣơng nhu trắng, màng tang, xá xị,…
7 đƣợc xuất khẩu đi châu Âu, đặc biệt phục vụ ngành công nghiệp thực phẩm, hƣơng liệu. Một số tinh dầu quan trọng của Việt Nam là: Tinh dầu hồi “Star anise essential oil”, tinh dầu quế “Cassia bark essential oil”, tinh dầu bạc hà “Cornmint essential oil”, tinh dầu sả “Citronella essential oil”, tinh dầu hƣơng nhu trắng “Eugenol essential oil”, húng quế “Basil essential oil”, tinh dầu tràm “Cajeput essential oil”, tinh dầu xá xị “Sassafras essential oil”, tinh dầu trầm hƣơng “Agarwood essential oil”, tinh dầu màng tang “Litsea cubeba essential oil”, tinh dầu hoàng đàn “Cupressus essential oil”, tinh dầu hƣơng lau “Vetiver essential oil”,… Đây là những loại tinh dầu có giá trị thƣơng mại lớn, có ý nghĩa trong đời sống con ngƣời và đƣợc nhiều nƣớc có ngành công nghiệp dƣợc phẩm và hƣơng liệu quan tâm. 1.3. Tình hình nghiên cứu tinh dầu và hoạt tinh sinh học của tinh dầu trên thế giới Đến nay, có trên 3.000 loài thuộc 120 họ thực vật có mạch chứa tinh dầu đã đƣợc biết. Nhu cầu về tinh dầu trong các ngành công nghiệp dƣợc phẩm, thực phẩm, hoá mỹ phẩm và trong cuộc sống hàng ngày đã tăng lên nhanh chóng. Trong những năm 60 của thế kỷ trƣớc, khối lƣợng tinh dầu đƣợc sản xuất và chế biến trên toàn thế giới chỉ khoảng 25.000 - 35.000 tấn/năm, nhƣng đến năm 1985 - 1995 chỉ riêng những loại tinh dầu quan trọng buôn bán trên thị trƣờng thế giới đã đạt 50.000 - 60.000 tấn/năm và hiện nay đã lên tới 80.000 tấn/năm. Trung Quốc là nƣớc sản xuất tinh dầu lớn nhất đạt 20.000 tấn/năm, tiếp đến là Hoa Kỳ và những nƣớc thuộc khối thị trƣờng chung Châu Âu. Các nƣớc công nghiệp nhƣ Anh, Đức, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Pháp,… thƣờng nhập tinh dầu thô và tái xuất các sản phẩm hƣơng liệu đã qua chế biến. Giá mua bán tinh dầu trên thị trƣờng thế giới phụ thuộc vào chất lƣợng, mức độ sản xuất, nhu cầu sử dụng [3], [7-10]. Việc điều tra nghiên cứu về nguồn thực vật có tinh dầu trên thế giới và trong khu vực diễn ra khá mạnh mẽ. Trên cơ sở những nghiên cứu này, nhiều loài thực vật đã đƣợc phát triển tạo nguồn nguyên liệu hàng hoá hoặc giúp cho việc hoá tổng hợp các hợp chất tự nhiên. 1.3.1. Họ Na (Annonaceae) Họ Na (Annonaceae) đã có nhiều công trình nghiên cứu về thành phần hoá học và hoạt tính sinh học từ tinh dầu. Chi Uvaria có các loài đƣợc nghiên cứu:
8 Uvaria chamae, Uvaria rufa, Uvaria concava, Uvaria ovata, Uvaria tortilis, Uvaria scheffleri. Trong tinh dầu rễ của loài Uvaria chamae ở Nigieria đƣợc đặc trƣng bởi -cadinene, thymoquinoldimetyl ete và benzyl benzoate [11]. Tinh dầu lá của loài Uvaria rufa phân bố ở Úc có các thành phần chủ yếu là bicyclogermacrene (9,4%), -humulene (50,0%), -caryophyllene (3,8%), germacrene D (1,6%) và spathulenol (2,8%) [12]; tinh dầu lá của loài Uvaria concava đƣợc đặc trƣng bởi spathulenol (32,0%) [12]. Khi nghiên cứu tinh dầu 3 loài thuộc chi Uvaria ở Ivory Coast, Muriel K. A. và cs. (2011) cho thấy ở tinh dầu vỏ rễ loài Uvaria ovata chủ yếu là camphene (10,2%), -pinene (10,1%), epi--cadinol (13,2%) và intermedeol (9,7%); tinh dầu trong cành đƣợc đặc trƣng bởi epi--cadinol (27,3%), intermedeol (11,9%) và benzyl benzoate (13,4%); thành phần chính ở tinh dầu lá là -caryophyllene (15,6%), germacrene D (24,2%) và benzyl benzoate (18,3%). Loài Uvaria anonoides với thành phần chính tinh dầu là 2,5-dimethoxy-p-cymene (15,5%), bicyclogermacren (21,3%) và benzyl benzoat (8,7%). Đối với loài Uvaria tortilis thì trong tinh dầu cành chủ yếu là -terpinen (31,7%), -caryophyllen (23,9%) và germacren D (15,8%) [13]. Gần đây, ở tinh dầu lá của loài U. chamae đƣợc công bố với các thành phần chính của tinh dầu là β-caryophyllene (35,9%) và germacrene D (10,7%) [14]. Loài Uvaria scheffleri phân bố ở Châu Phi đƣợc xác định có khả năng diệt ấu trùng cũng nhƣ độc tính tế bào [15]. 1.3.2. Họ Cúc (Asteraceae) Họ Cúc là một họ có nhiều chi với nhiều loài chứa tinh dầu. Các nghiên cứu về tinh dầu họ này tập trung vào các chi Ageratum, Artemisia, Blumea, Chromolena, Wedelia, Xanthium,… Robert Vera [16], khi nghiên cứu thành phần hóa học của tinh dầu loài Ageratum conyzoides ở Réunion cho biết thành phần hóa học tinh dầu gồm 2 hợp chất chính là 7‐methoxy‐2,2‐dimethylchromen và β‐ caryophyllene, một số lƣợng lớn terpenoide và một số hợp chất chromene. Nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu và hoạt tính chống oxy hóa, hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu loài Artemisia annua tại Trung Quốc ở bốn giai đoạn sinh trƣởng khác nhau cho thấy tinh dầu ở giai đoạn nở hoa tăng 0,8% và kết quả cho biết tổng hàm lƣợng các hợp chất hydrocacbon giảm, trong khi tổng các hợp chất oxygen tăng đáng kể từ giai đoạn trƣớc nở hoa đến hoa tàn. Hoạt tính chống oxy hóa của tinh dầu khi hoa nở rộ và hoa tàn mạnh hơn 2 giai đoạn trƣớc nở hoa và bắt đầu nở hoa.