Luận văn Thạc sĩ Quản lý tài nguyên rừng: Nghiên cứu thành phần loài và xác định hàm lượng chất 20- Hydroxyecdysone (20E) của các loài cây thuộc họ Cúc (Asteraceae) tại VQG Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc

Chia sẻ: Tomcangnuongphomai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

45
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định được thành phần loài cây thuộc họ Cúc tại khu vực nghiên cứu. Xác định được hàm lượng hợp chất 20-Hydroxyecdysone (20E) có trong các loài cây họ Cúc tại khu vực nghiên cứu. Đề xuất biện pháp bảo tồn và kỹ thuật gây trồng một số loài thực vật họ Cúc tại khu vực nghiên cứu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Quản lý tài nguyên rừng: Nghiên cứu thành phần loài và xác định hàm lượng chất 20- Hydroxyecdysone (20E) của các loài cây thuộc họ Cúc (Asteraceae) tại VQG Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐẶNG NGỌC HUYỀN NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN LOÀI VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CHẤT 20-HYDROXYECDYSONE (20E) CỦA CÁC LOÀI CÂY THUỘC HỌ CÚC (ASTERACEAE) TẠI VQG TAM ĐẢO, TỈNH VĨNH PHÚC CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG MÃ NGÀNH: 8620211 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHÙNG THỊ TUYẾN Hà Nội, 2019
i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học. Hà Nội, ngày..…tháng….năm 2019 Ngƣời cam đoan Đặng Ngọc Huyền
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn chỉ bảo tận tình của giáo viên hƣớng dẫn TS. Phùng Thị Tuyến. Xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô. Tôi xin đƣợc cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, quý báu trong quá trình phân tích mẫu của TS. Lê Xuân Đắc và TS. Vũ Thị Loan (Cán bộ nghiên cứu Trung tâm nhiệt đới Việt - Nga). Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Sau đại học, các thầy cô giáo Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, các cán bộ Vƣờn Quốc gia Tam Đảo, cùng gia đình, bạn bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. Tôi xin trân trọng cảm ơn. Hà Nội, ngày..…tháng….năm 2019 Tác giả Đặng Ngọc Huyền
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..........................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ ...................................................................vi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................4 1.1. Tổng quan về họ Cúc (Asteraceae) ......................................................... 4 1.2. Nghiên cứu về thành phần loài và dạng sống ......................................... 6 1.3. Đa dạng cấu trúc và chức năng của ecdysteroid ở thực vật .................... 8 1.4. Phân bố PEs trong thực vật ................................................................... 10 1.5. Các tác dụng sinh học của PEs thực vật ............................................... 11 1.6. Đa dạng các loài thực vật có chứa PEs trên thế giới ............................ 15 1.7. Nghiên cứu về PEs ở Việt Nam ............................................................. 16 Chƣơng 2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......19 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 19 2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 19 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 20 2.3.1. Phương pháp kế thừa .............................................................. 20 2.3.2. Phương pháp điều tra thực địa ............................................... 20 2.3.3. Phương pháp thu và xử lý mẫu ............................................. 20 2.3.4. Phương pháp giám định mẫu thực vật ................................. 21 2.3.5. Định lượng hợp chất 20E bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp. ...................................................................................................... 21 2.3.6. Phương pháp đánh giá đa dạng thành phần loài ................... 22 2.3.7. Phương pháp bảo tồn và kỹ thuật gây trồng một số loài họ Cúc ........................................................................................................... 23
iv 2.4. Xử lý số liệu .......................................................................................... 23 Chƣơng 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHÊN CỨU ..........................................................................................................................24 3.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................. 24 3.1.1. Vị trí địa lý .............................................................................. 24 3.1.2. Lịch sử hình thành và quá trình phát triển ............................. 24 3.1.3. Địa hình, khí hậu và thủy văn ................................................. 27 3.2. Tài nguyên thiên nhiên.......................................................................... 31 3.3. Kinh tế - xã hội...................................................................................... 33 Chƣơng 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................36 4.1. Đa dạng về thành phần loài họ Cúc ...................................................... 36 4.1.1. Đa dạng thành phần loài trong họ ....................................... 36 4.1.2. Đánh giá sự phân bố loài trong chi ........................................ 39 4.1.3. Đa dạng về dạng sống ............................................................ 41 4.1.4. Đa dạng về giá trị sử dụng ..................................................... 42 4.1.5. Phân bố các loài theo sinh cảnh ............................................. 43 4.1.6. Các loài mới phân bố tại VQG Tam Đảo ............................... 45 4.2. Hàm lƣợng 20E trong các loài cây họ Cúc tại khu vực nghiên cứu ..... 48 4.3. Đề xuất biện pháp bảo tồn và kỹ thuật gây trồng một số loài thực vật họ Cúc tại khu vực nghiên cứu ......................................................................... 54 4.3.1. Dương kỳ thảo (Achillea millefolium) .................................... 55 4.3.2. Mần tưới (Eupatorium fortunei) ............................................. 56 KẾT LUẬN ..............................................................................................................60 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................61 PHỤ LỤC
v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nguyên nghĩa 1 20E 20-hydroxyecdysone 2 AND Cây làm thực phẩm 3 CAN Cây làm cảnh 4 Ch Cây chồi sát đất 5 ECs Ecdysteroids 6 Hm Cây chồi nửa ẩn 7 Hp Cây chồi trên đất thân thảo High-performance liquid 8 HPLC chromatography - Sắc ký lỏng cao áp 9 KH Cây không xác đinh công dụng Lethal dose 50% - liều gây chết 10 LD50 trung bình 11 Lp Cây dây leo 12 Na Cây chồi trên lùn 13 PEs Phytoecdysteroids 14 SB Spectrum Biology – Phổ dạng sống 15 Th Cây một năm 16 THU Cây làm thuốc 17 VQG Vƣờn quốc gia 18 VU Vulnerable - sẽ nguy cấp
vi DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ Bảng 1.1. Đa dạng sinh học các họ/loài thực vật chứa PEs trên thế giới ....... 15 Bảng 1.2. Một số họ thực vật có nhiều loài nhất chứa PEs trên thế giới ........ 15 Bảng 4.1. Thành phần loài trong họ Cúc (Asteraceae) ở xã Đại Đình VQG Tam Đảo36 Bảng 4.2. Tỷ lệ các nhóm dạng sống cơ bản của họ Cúc ............................... 41 Bảng 4.3. Hàm lƣợng 20E của các loài thuộc họ Cúc tại khu vực nghiên cứu ........... 48 Biểu đồ 4.1. Giá trị sử dụng của các loài thuộc họ Cúc .................................. 42 Biểu đồ 4.2. Hàm lƣợng 20E trong các bộ phận của phận của ba loài Bát tầy, Cúc chuồn và Dạ hƣơng ngƣu......................................................................... 53
1 MỞ ĐẦU Thực vật là nguồn cung cấp phong phú các hợp chất tự nhiên thƣờng đƣợc sử dụng làm dƣợc phẩm hoặc phụ gia thực phẩm có giá trị trong đời sống con ngƣời. Các hợp chất tự nhiên trong thực vật là các sản phẩm trao đổi thứ cấp, thƣờng đƣợc tạo ra với một lƣợng rất nhỏ trong cây và còn nhiều chức năng sinh lý chƣa đƣợc con ngƣời hiểu biết đầy đủ. Các hợp chất thứ cấp là sản phẩm của các quá trình sinh lý, sinh hóa trong thực vật, tham gia vào quá trình sinh trƣởng phát triển của thực vật hoặc phản ứng của thực vật với môi trƣờng, bảo vệ chống lại vi sinh vật và động vật có hại. Những nghiên cứu về các hợp chất thứ cấp có nguồn gốc thực vật đã phát triển mạnh từ những năm 1950, trong số các nhóm hợp chất tự nhiên từ thực vật đƣợc chú ý nhất là nhóm ecdysteroids đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học (Dinan, 2001). Ecdysteroids (ECs) là các hormone steroid đầu tiên đƣợc tìm thấy trong giới động vật, đây là loại hormone đóng vai trò quan trọng tham gia vào quá trình lột xác và biến thái ở côn trùng (Butenandt, 1954). Ở thực vật, ECs đƣợc phát hiện từ năm 1960 cũng có cấu trúc tƣơng tự nhƣ ECs ở động vật. Ecdysteroids đƣợc xác định trong khoảng 6% các loài thực vật và đƣợc gọi là phytoecdysteroids (PEs) để phân biệt chúng với ECs có nguồn gốc từ động vật. PEs là một nhóm các hợp chất hóa học đƣợc thực vật tổng hợp để chống lại sự tấn công của côn trùng. Trong nhóm các hợp chất PEs thì hợp chất 20 - hydroxyecdysone (20E) đƣợc nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến (Dinan, 2001; Dinan, 2005). Các sản phẩm thƣơng mại có chứa PEs đƣợc sử dụng cho các vận động viên để bổ sung vào chế độ ăn uống làm tăng sức mạnh và khối lƣợng cơ bắp, tăng sức đề kháng, giảm mệt mỏi và để dễ dàng phục hồi. Một số nghiên cứu đã công bố những tác dụng dƣợc lý của ECs ở động vật có vú, hầu hết trong
2 số chúng có lợi cho cơ thể (Lafont, 2003). Các PEs có thể đƣợc sử dụng trong các loại hoá chất nông nghiệp, công nghệ sinh học, y học và dƣợc phẩm. Những nghiên cứu ở thực vật cho thấy PEs tham gia các quá trình sinh hóa và sinh lý của cây trồng, có thể ảnh hƣởng đến quả trình phát sinh hình thái thực vật, nhƣ là một hợp chất hoạt động sinh lý tham gia vào kéo dài coleoptile, kích hoạt α-amylase, làm chậm quá trình vàng lá (Golovatskaya, 2004; Tarkowska, 2016). Giá trị của các hoạt chất sinh học từ thực vật của Việt Nam đang còn nhiều điều bí ẩn và đầy tiềm năng, trong đó có các hoạt chất thuộc nhóm PEs. Vì vậy, cần thiết có những nghiên cứu có hệ thống và chuyên sâu về các loài thực vật có chứa ecdysteroid, quy trình công nghệ tách chiết, thử nghiệm và ứng dụng tạo ra các sản phẩm sử dụng trong nông nghiệp, công nghệ sinh học, mỹ phẩm, y dƣợc, phục vụ sức khỏe cộng đồng. Họ Cúc (Asteraceae) là một trong những họ đa dạng và phong phú vào bậc nhất của ngành Ngọc lan (Magnoliophyta) (Takhtajan, 1966, Nguyễn Tiến Bân, 2000). Theo dữ liệu của Vƣờn thực vật hoàng gia Kew đƣợc APG II trích dẫn, họ Cúc có 1.620 chi và 23.600 loài và nhƣ thế thì nó lại là họ đa dạng nhất trên thế giới. Các chi có số loài lớn nhất là Senecio (1.500 loài), Vernonia (1.000 loài), Cousinia (600 loài), Centaurea (600 loài). Ở Việt Nam, theo Lê Kim Biên (2007) thì họ Cúc có 126 chi với 374 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới và ôn đới ẩm. Nhiều loài trong họ này rất có ý nghĩa đối với đời sống của nhân dân, đặc biệt giá trị về mặt y học và thực phẩm, nhƣ Ngải cứu (Artemisia vulgaris L.), Cải cúc (Chrysanthemum coronarium L.), Đơn buốt (Bidens pilosa L.)… Họ Cúc là một trong những họ có nhiều giá trị sử dụng và gần gũi với đời sống con ngƣời, vì thế các loài trong họ này đã và đang là đối tƣợng đƣợc các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu.
3 Xã Đại Đình nằm trong khu vực vùng đệm của VQG Tam Đảo thuộc địa bàn hành chính huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc. Hiện tại, những nghiên cứu tập trung vào hoạt chất 20-Hydroxyecdysone (20E) ở các loài họ Cúc (Asteraceae) tại khu vực này còn rất hạn chế. Vì vậy, cần có những nghiên cứu sàng lọc, xác định những loài có hàm luợng cao (20E) và giá trị phục vụ chế biến dƣợc phẩm và thực phẩm. Xuất phát từ những lý do trên, luận văn “Nghiên cứu thành phần loài và xác định hàm lượng chất 20- Hydroxyecdysone (20E) của các loài cây thuộc họ Cúc (Asteraceae) tại VQG Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc” đƣợc thực hiện.
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về họ Cúc (Asteraceae) Họ Cúc (Asteraceae Durmort. 1822 hoặc Compositae Gisek.1792) là một trong những họ lớn nhất thuộc ngành Ngọc Lan - Magnoliophyta hay ngành thực vật hạt kín - Angiospermae (Takhtajan, 1966), trên thế giới đã điều tra đƣợc khoảng 23.000 loài thuộc 1.550 chi thực vật thuộc họ này (Takhtajan, 1997), chúng phân bố rộng rãi từ vùng ven biển cho đến các vùng núi cao tới hơn 3.000m so với mực nƣớc biển. Wagenitz (1976) và Carlquist (1976) đã công bố các kết quả nghiên cứu về hình thái học của các tông trong họ Cúc và đi đến kết luận họ Cúc gồm có 2 phân họ: Cichorioideae và Asteroideae. Tuy nhiên sự sắp xếp các tông trong mỗi phân họ theo 2 tác giả trên lại có sự bất đồng. Theo Wagneitz, phân họ Cichorioideae chứa tông Lactuceae, còn phân họ Asteroideae bao gồm các tông còn lại. Nhƣng Carlquist lại cho rằng phân họ Cichorioideae bao gồm các tông Arctoteae, Vernonieae, Cardueae, Mutisieae, Cichorieae hay (Lactuceae) và Eupatorieae; còn phân họ Asteroideae bao gồm những tông Astereae, Inuleae, Heliantheae (bao gồm Helenieae), Anthemideae, Senecioneae và Calenduleae (dẫn theo Bruce và Tod, 2001). Năm 2008, nhóm nghiên cứu của Rahman và các cộng sự đã xác định đƣợc 36 loài thuộc 29 chi của họ Cúc phân bố ở Rajshahi, Bangladesh (dẫn theo Nguyễn Thị Quý, 1999). Vinod và Vineet (2010) đã xác định đƣợc 85 loài cây dƣợc liệu và hƣơng liệu thuộc 54 chi của họ Cúc phân bố ở Uttarakhand, Ấn Độ (Vinod, 2010). Những nghiên cứu về hệ thực vật Bắc Mỹ công bố năm 2006, đã thống kê đƣợc có 418 chi và 2413 loài thực vật họ Cúc (Flora of North America, 2003).
5 Trong tập 20 – 21 của bộ sách Thực vật chí Trung Quốc, Zhu và cộng sự (2011) đã thống kê đƣợc ở Trung Quốc có 2.336 loài thực vật họ Cúc phân bố trong 15 tông và 248 chi. Công trình nghiên cứu phân loại họ Cúc đầu tiên ở Việt Nam là của tác giả ngƣời Pháp Gagnepain (1924), ông đã dựa vào các loại hoa trong cụm hoa hình đầu và đặc điểm của bộ nhị để phân chia họ Cúc ở Việt Nam thành 7 nhóm lớn gồm 78 chi. Trong cuốn “Cây cỏ Việt Nam” của Phạm Hoàng Hộ (2000) tập 3 đã mô tả đƣợc 335 loài họ Cúc thuộc 98 chi khác nhau (Phạm Hoàng Hộ,1999 – 2000). Lê Kim Biên (2007) trong cuốn “Thực vật chí Việt Nam – Tập 7” đã mô tả đƣợc 374 loài thuộc 126 chi, 12 tông họ Cúc dựa trên hệ thống phân loại của Bremer (1994). Tác giả đã mô tả chi tiết, vẽ hình và đƣa ra khóa định loại chi tiết cho họ này. Đây là cuốn tài liệu chuyên khảo sâu dành cho những ngƣời nghiên cứu về họ Cúc. Ở Việt Nam, từ khoảng thế kỷ XV đến đầu thế kỷ XVI, các loài Cúc làm cảnh đã đƣợc đƣa vào trồng ở nƣớc ta với mục đích tạo cảnh quan, sau này cây Cúc đƣợc trồng nhƣ một loại cây thƣơng mại. Năm 2005, Nguyễn Văn Kết và cộng sự đã tiến hành khảo sát và nhận thấy trên địa bàn Đà Lạt có khoảng trên 72 giống Cúc cắt cành đƣợc nhập nội. Phùng Văn Phê và Nguyễn Trung Thành (2009) đã nghiên cứu trên địa bàn rừng đặc dụng ở Yên Tử, Quảng Ninh và xác định đƣợc có 9 loài dƣợc liệu thuộc 7 chi của họ Cúc phân bố ở đây. Tại Thừa Thiên Huế, Nguyễn Nghĩa Thìn và cộng sự (2003) đã nghiên cứu và công bố danh lục hệ Nấm và thực vật tại VQG Bạch Mã thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế, theo đó có 28 loài thực vật họ Cúc đƣợc xác định phân bố trong 22 chi, trong đó có 15 loài cây thuốc. Theo Lại Hữu Hoàn và Nguyễn Văn Tám - Phân viện Điều tra Quy hoạch rừng Trung Trung Bộ (2011) đã xác
6 định đƣợc 28 loài thực vật họ Cúc phân bố trên địa bàn VQG Bạch Mã, Khu bảo tồn thiên nhiên Phong Điền và Vùng hành lang xanh thuộc dự án Hành Lang xanh. 1.2. Nghiên cứu về thành phần loài và dạng sống Nghiên cứu về thành phần loài Mỗi vùng sinh thái sẽ hình thành thảm thực vật đặc trƣng, sự khác biệt của thảm này so với thảm khác biểu thị bởi thành phần loài, thành phần dạng sống, cấu trúc và động thái của nó. Vì vậy, việc nghiên cứu thành phần loài, thành phần dạng sống là chỉ tiêu quan trọng trong phân loại loại hình thảm thực vật (Hoàng Thị Thanh Thủy, 2009) Nghiên cứu dạng sống Dạng sống của thực vật là sự biểu hiện về hình thái, cấu trúc cơ thể thực vật thích nghi với điều kiện sống. Nó liên quan chặt chẽ với các nhân tố sinh thái của mỗi vùng, nên đã đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu từ rất sớm. Patsoxki (1915) chia thảm thực vật thành 6 nhóm: thực vật thƣờng xanh; thực vật rụng lá vào thời kỳ bất lợi trong năm; thực vật tàn lụi phần trên mặt đất trong thời kỳ bất lợi; thực vật tàn lụi vào thời kỳ bất lợi; thực vật có thời kỳ sinh trƣởng và phát triển ngắn, thực vật có thời kỳ sinh trƣởng và phát triển lâu năm. Vƣxôxki (1915) chia thực vật thảo nguyên làm 2 lớp: lớp cây nhiều năm và lớp cây hàng năm (dẫn theo Hoàng Thị Thanh Thủy, 2009). Cho đến nay, khi phân tích bản chất sinh thái của mỗi hệ thực vật, nhất là hệ thực vật của các vùng ôn đới, ngƣời ta vẫn dùng hệ thống của Raunkiaer (1934) để sắp xếp các loài của hệ thực vật nghiên cứu vào một trong các dạng sống đó. Cơ sở phân chia dạng sống của ông là sự khác nhau về khả năng thích nghi của thực vật qua thời gian bất lợi trong năm. Từ tổ hợp các dấu hiệu thích nghi, Raunkiaer chỉ chọn một dấu hiệu là vị trí của chồi nằm ở đâu trên mặt đất trong suốt thời gian bất lợi trong năm. Áp dụng thang phân loại của Raunkiaer (1934). Thang phân loại này
7 gồm 5 nhóm dạng sống cơ bản: 1. Cây có chồi trên đất (Phanerophytes) - Ph 2. Cây chồi sát đất (Chamaephytes) - Ch 3. Cây chồi nửa ẩn (Hemicryptophytes) - Hm 4. Cây chồi ẩn (Crytophytes) - Cr 5. Cây một năm (Therophytes) - Th Trong đó cây chồi trên đất (Ph) đƣợc chia thành 9 dạng nhỏ: 6. Cây đó cây chồi t30m (Megaphanerophytes) - Mg 7. Cây lớn có chồi trên đất cao 8 - 30m (Mesophanerophytes) - Me 8. Cây nhỏ có chồi trên đất 2 - 8m (Microphanerophytes) - Mi 9. Cây có chồi trên đất lùn dƣới 2m (Nanophanrophytes) - Na 10. Cây có chồi trên đất leo cuốn (Lianas phanerophytes) - Lp 11. Cây có chồi trên đất sống nhờ và sống bám (Epiphytes phanerophytes) - Ep 12. Cây có chồi trên đất thân thảo (Herb phanerophytes) - Hp 13. Cây có chồi trên đất mọng nƣớc (Succelent phanerophytes) - Suc 14. Cây có chồi trên đất ký sinh và bán ký sinh (Parasites phanerophytes) -Pp 15. Để thuận tiện trong việc so sánh phổ dạng sống giữa các hệ thực vật với nhau, Raunkiaer (1934) đã tính toán với hơn 1.000 cây ở các vùng khác nhau trên thế giới và đƣa ra phổ dạng sống có tiêu chuẩn sau: SB (Spectrum biology) = 46 Ph + 9Ch + 26 He + 8 Cr + 15 Th Hệ thống phân chia dạng sống của Raunkiaer có ý nghĩa quan trọng, đảm bảo tính khoa học, dễ áp dụng. Phân chia dạng sống của Raunkiaer dựa trên những đặc điểm cơ bản của thực vật, nghĩa là dựa trên đặc điểm cấu tạo, phƣơng thức sống của thực vật, đó là kết quả tác động tổng hợp của các yếu
8 tố môi trƣờng tạo nên và liên quan đến những đặc điểm này có hình dạng bên ngoài của thực vật, đặc điểm qua đông, sinh sản… Nhìn chung, những nghiên cứu về thành phần loài của các tác giả trên thế giới và ở Việt Nam đều tập trung nghiên cứu, đánh giá thành phần loài ở một vùng và khu vực cụ thể, phản ánh hệ thực vật đặc trƣng trong mối tƣơng quan với điều kiện địa hình và khí hậu. Tuy vậy, số lƣợng các công trình nghiên cứu còn chƣa nhiều, cần có những nghiên cứu cụ thể hơn, rộng rãi hơn nhằm mục đích có thể đánh giá chính xác thành phần loài thực vật đặc trƣng của một khu vực hoặc một quốc gia. Về thành phần dạng sống: khi nghiên cứu hệ thực vật ở một khu vực cụ thể, các tác giả đều phân chia và sắp xếp các loài thực vật thành các nhóm dựa vào các tiêu chuẩn cụ thể tùy tác giả. 1.3. Đa dạng cấu trúc và chức năng của ecdysteroid ở thực vật Cho đến nay, đã xác định đƣợc hơn 503 hợp chất có chứa ECs. Trong nhóm các hợp chất ECs thì hợp chất 20E đƣợc nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến. ECs ở thực vật là những hợp chất polyhydroxylate tự nhiên có bốn vòng skeleton đƣợc bao quanh thƣờng là 27 hoặc 28-29 nguyên tử cacbon. ECs đƣợc xác định có mặt ở khoảng 6% các loài thực vật và đƣợc gọi là phytoecdysteroids (PEs). PEs là một nhóm các hợp chất hóa học đƣợc thực vật tổng hợp để chống lại sự tấn công của côn trùng. PEs đƣợc xếp vào loại triterpenoids, nhóm các hợp chất bao gồm saponin triterpene, phytosterol, và phytoecdysteroids. Sự tổng hợp PEs từ axit mevalonic trong quá trình chuyển hóa mevalonate của tế bào thực vật sử dụng acetyl-CoA là một tiền chất (Dinan, 2001).
9 Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của 20 – Hydroxyecdysone (20E) Các nhà khoa học đƣa ra giả thuyết ECs có thể tham gia hơn 1.000 cơ chế hoạt động sinh lý của cơ thể sinh vật xảy ra trong tự nhiên. Nhiều thực vật có khả năng sản sinh PEs khi bị tấn công của động vật hoặc khi bị ảnh hƣởng bởi các điều kiện môi trƣờng bất lợi (Lafont & Dinan, 2003; Lafont, 2017). Các PEs ở thực vật lần đầu tiên đƣợc tìm thấy trong lá cây Podocarpus nakai bởi nhà nghiên cứu ngƣời Nhật trong chuyến khảo sát về thực vật dân tộc ở Đài Loan vào năm 1966 (Ramazanov, 2005). Ngƣời dân địa phƣơng sử dụng lá cây này nhƣ là một loại thuốc chữa khối u. Những nghiên cứu trƣớc kia chỉ phát hiện ecdysteroids chủ yếu ở dƣơng xỉ và cây hạt trần, theo công bố năm 2003 những kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng PEs cũng rất phổ biến ở các loài thực vật có hoa (Filippova, 2003). Một trong những nghiên cứu quy mô lớn đầu tiên về sàng lọc hệ thực vật nhằm phát hiện PEs đƣợc thực hiện bởi các nhà khoa học Nhật Bản, bao gồm 1056 loài thuộc 186 họ, 738 chi đã đƣợc phân tích và chỉ có 54 loài (khoảng 5,1% tổng số loài) phát hiện thấy hoạt tính của PEs. Các nhà khoa học Anh đã chọn ngẫu nhiên 2200 loài và tỷ lệ phát hiện PEs là 6% (Lafont, 1997). Trong cây Lậu lô (Leuzea carthamoi), có nhiều dạng PEs đã đƣợc nghiên cứu và tách chiết làm sản phẩm thƣơng mại, hơn 20 loại PEs đã tách chiết đƣợc từ loài này (Budesinsky, 2008).
10 Mặc dù các hợp chất PEs ở thực vật khá đa dạng, nhƣng cho đến nay thì chức năng chính xác của PEs trong chu trình sống của thực vật vẫn chƣa đƣợc hiêu rõ. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chứng minh rằng PEs trong thực vật có 3 chức năng cơ bản: Các hợp chất horrmon thực vật (Dinan, 2001); Các hợp chất bảo vệ sự tấn công của côn trùng (Lafont, 1997); Cung cấp phytosterols polyhydroxylated cần thiết cho sự sinh trƣởng và phát triển tế bào thực vật (Machackova, 1995). Nhiều nghiên cứu đã chứng minh PEs ảnh hƣởng đến sự biệt hóa của phôi soma trong nuôi cấy mô của cỏ linh lăng (Medicago sativa), PEs là các hợp chất có hoạt tính sinh học ảnh hƣởng đên các quá trình phát sinh hình thái và sinh lý trong thực vật nhƣ tăng độ dài cổ bông ở lúa, kích hoạt α-amylase, làm chậm sự rụng lá (Dinan, 2001; Machackova, 1995; Slama, 1995). 1.4. Phân bố PEs trong thực vật PEs đã đƣợc phát hiện trong hơn 100 họ thực vật trên cạn từ dƣơng xỉ, cây hạt trần và cây hạt kín. Trong các loài thực vật hạt kín, PEs có thê tìm thấy ở cả cây một và hai lá mầm. Sự tồn tại của PEs khoảng 6% trong số các loài thực vật đã đƣợc kiểm tra, với hàm lƣợng PEs trung bình khoảng 0,1% chất khô. Một số loài có hàm lƣợng PEs khá cao đã đƣợc tìm thấy ở loài Diploclisia glaucescens (3,2% chất khô của vỏ cây) (Bandara, 1989; Dinan, 2001). Các hợp chất chứa PEs đã đƣợc xác định ở nhiều loài thực vật thế giới: Pfaffia glomerata, Pfaffia paniculata, Pfaffla stenophylla, Pfaffia iresinoides, Polypodium aureum, Polypodium lepidopteris, Polypodium vulgare... Trong số các loài cây trồng, nhiều loài có chứa PEs và đƣợc sử dụng khá phổ biến nhƣ Spinacia oleracea, Chenopodium quinoa... (Grebenok, 1994; Lafont, 2017). Các loài thực vật đều có khả năng di truyền sự sinh tổng hợp PEs cho thế
11 hệ sau, nhƣng sự tích trữ PEs trong các mô, cơ quan của chúng bị hạn chế ở hầu hết các loài. PEs thƣờng phát hiện ở những mô mới xuất hiện (lá non) và các cơ quan sinh sản (hoa, hạt phấn, hạt) ở cây trồng hàng năm, nhƣng ít gặp hơn trong thân và rễ. Điều này có nghĩa là nồng độ PEs cao đƣợc tìm thấy trong những bộ phận quan trọng trong quá trình sinh trƣởng và phát triển, hoặc các cơ quan và mô cần thiết để duy trì cho các thế hệ tiếp theo của thực vật (Dinan, 2001, Dinan, 2009). So sánh sự phân bố của PEs trong cây hàng năm và cây lâu năm, cho thấy với cây hàng năm PEs phân bố nhiều trong thân cây non và ở trong hạt. Trong khi đó ở nhiều cây lâu năm (nhƣ các loài thảo mộc ở Siberia Leuzea carthamoides, Serratula xeranthemoides...) thì phân bố của PEs cao nhất vào đầu mùa xuân, nhƣng mùa thu PEs đƣợc chuyển từ các chồi đến rễ (Grebenok, 1994). Kết quả nghiên cứu của Timofeev (2009) trong suốt 16 năm đối với 2 loài cây lâu năm là Leuzea carthamoides và Serratula coronata ở Bắc Âu, cho thấy nồng độ PEs trong các chồi ở mức thấp từ 0,06% đến 0,11 % ở giai đoạn đầu (năm thứ nhất và năm thứ 2), nồng độ các PEs tăng lên theo thời gian và tƣơng đối ổn định khi đến giai đoạn trƣởng thành từ năm thứ 7 đến năm thứ 12 đạt 0,33% đến 0,44%, nhƣng đến giai đoạn già nồng độ PEs lại giảm dần xuống mức tƣơng đƣơng giai đoạn đầu (0,39 - 0,35 - 0,19% trong năm thứ 14, 15 và 16). Các kết quả nghiên cứu cho thấy, nồng độ của PEs có sự khác nhau giữa các bộ phận của cây, mùa vụ trong năm và các giai đoạn sinh trƣởng phát triển của thực vật (Tarkowska, 2016). 1.5. Các tác dụng sinh học của PEs thực vật PEs đƣợc tạo ra ở nhiều loài thực vật khác nhau. Gần đây, ngày càng có nhiều nghiên cứu tập trung vào những ảnh hƣởng của PEs đối với động vật có xƣơng sống và con ngƣời. Phạm vi ảnh hƣởng của các hợp chất PEs có thể rất rộng, các nghiên cứu đã cho thấy PEs có nhiều tác động tích cực ở động vật
12 có vú. Mặc dù vậy, các tác dụng dƣợc lý vẫn cần những nghiên cứu chuyên sâu hơn, đặc biệt các sản phẩm chứa PEs đƣợc sử dụng cho con ngƣời (Isaac, 2009). Các nghiên cứu thử nghiệm đầu tiên về ảnh hƣởng của PEs đƣợc thực hiện trên chuột vào những năm 1960. Kết quả đánh giá về dƣợc lý ban đầu cho thấy PEs ít độc đối với động có vú (LD50-liều lƣợng gây chết trung bình khoảng 6 g/kg thể trọng), đồng thời PEs còn kích thích sự tổng hợp protein trong các polysome ở gan chuột thí nghiệm với 20E hoặc một số PEs khác (Gao, 2008; Lafont, 2009; Slama,1995). Hiện nay, sự hiểu biết của con ngƣời về các tác dụng dƣợc lý của PEs vẫn còn chƣa thực sự rõ ràng. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu đã chứng minh PEs có nhiều tác dụng có lợi nhƣ: kháng khuẩn, tăng cƣờng tính thích ứng, an thần, tăng cƣờng đông hóa, bảo vệ gan, tăng cƣờng miễn dịch, chữa lành vết thƣơng trên da, thậm chí chữa ung thƣ (Lafont, 2003). Những tác dụng tích cực của PEs đã tạo ra một thị trƣờng buôn bán tiêu thụ và khó đƣợc kiểm soát của các chế phẩm có chứa PEs sử dụng cho các vận động viên thể thao, thể hình và động vật nuôi. PEs có thể đƣợc bổ sung vào các loại thực phẩm để tăng cƣờng chống oxy hóa cũng nhƣ phân hủy các gốc tự do gây độc đối với cơ thể (Lafont, 2003). Nguồn cung cấp PEs tự nhiên rất phong phú, có thể thu từ các loài thực vật rất phổ biến nhƣ các loài thuộc chi Achyranthes và Cyathula (họ rau dền - Amaranthaceae), đây là những thực vật thƣờng đƣợc sử dụng trong các bài thuốc dân tộc. Ngoài ra còn có nhiều cây trồng khác nhƣ rau bina, củ cải đƣờng có chứa các hợp chất PEs khá cao và có các tác dụng tốt đối với sức khỏe con ngƣời (Dinan, 2009). Tăng cường thích ứng Các PEs có khả năng tăng cƣờng chống oxy hóa và chuyển hóa lipid gây ảnh hƣởng đến các quá trình sinh học khác trong tế bào. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính chất khử và chống oxy hóa phụ thuộc vào hoạt lực của hợp
13 chất PEs đƣợc sử dụng ban đầu. Nghiên cứu cho thấy 20E chiết xuất từ Ajuga reptans tham gia điều hòa quá trình khử lipid trong các hệ thống sinh học phức hợp, A. reptans là một cây thuốc quan trọng đƣợc sử dụng nhiều để tăng cƣờng tính thích ứng, chống đau tim và chữa lành vết thƣơng nhờ có hàm lƣợng PEs khá cao. Hoạt chất 20E đƣợc tách chiết từ A. reptans là thành phần của một số chế phẩm có tác dụng làm tăng tính thích ứng và chống trầm cảm đã đƣợc sử dụng để tăng cƣờng trí lực và thể lực (Ramazanov, 2005). Sử dụng 20E có thể giảm căng thẳng, giảm mệt mỏi cũng nhƣ tăng sức đề kháng. Các chế phẩm có chứa PEs từ thực vật đã đƣợc sử dụng ở Trung Quốc và các nƣớc châu Á khác nhƣ một loại thuốc bổ, đào thải ure và tăng cƣờng sinh lực từ thời cổ đại. Các loài thực vật chứa PEs cũng đƣợc sử dụng ở Trung Âu từ lâu, nhƣ loài Leuzea carthammoides có thể cải thiện sự thèm ăn, có tác dụng tốt cho tiêu hóa và tăng cƣờng sức khỏe. Phân tích cho thấy L. carthammoides có hàm lƣợng PEs khá cao, trong đó chủ yếu là 20E và có thể đã đƣợc sử dụng là một thành phần của các chế phẩm tăng cƣờng tính thích ứng và chống trầm cảm. Nghiên cứu tác dụng của dịch chiết từ L. carthammoides đã đƣợc thử nghiệm trên chuột, cho thấy có tác dụng chống loạn nhịp tim. Một công bố khác cũng chỉ ra rằng 20E có thể ngăn ngừa nhồi máu cơ tim ở ngƣời (Bathori, 2008; Dinan, 2009; Lafont, 2009; Ramazanov, 2005). Tăng cường đồng hóa trong cơ thể Các dạng PEs nhƣ 20E, cyascerone, turkestcrone, viticosterone E có tác dụng tăng cƣờng đồng hóa ở động vật có vú và con ngƣời. Nghiên cứu cho thấy sử dụng PEs có tác dụng làm gia tăng, thể lực và độ bền trong các hoạt động thể chất, ở động vật, PE có liên quan đến sự tổng hợp protein, làm tăng khối lƣợng cơ trong một thời gian ngắn. Một số nhà khoa học đã chứng minh hiệu quả của 20E đối với sự phát triển cơ, giảm lƣợng mỡ trong cợ thể, tăng hiệu suất hoạt động của phổi, giảm sự mệt mỏi và tăng cƣờng sự bền bỉ cho