Luận văn Thạc sĩ Sinh học thực nghiệm: Nghiên cứu sử dụng chỉ thị ITS để đánh giá quan hệ di truyền và nhận dạng một số mẫu giống cây Óc chó thu thập tại các tỉnh miền núi phía Bắc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu xác định được quan hệ di truyền, mức độ đa dạng của cây Óc chó thu thập tại các tỉnh miền núi phía Bắc; xác định được các đặc trưng trình tự ITS của một số mẫu cây Óc chó phục vụ công tác tuyển chọn và lai tạo giống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học thực nghiệm: Nghiên cứu sử dụng chỉ thị ITS để đánh giá quan hệ di truyền và nhận dạng một số mẫu giống cây Óc chó thu thập tại các tỉnh miền núi phía Bắc

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Thị Thu Thủy NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHỈ THỊ ITS ĐỂ ĐÁNH GIÁ QUAN HỆ DI TRUYỀN VÀ NHẬN DẠNG MỘT SỐ MẪU GIỐNG CÂY ÓC CHÓ THU THẬP TẠI CÁC TỈNH MIỀN NÚI PHÍA BẮC LUẬ N VĂ N THẠ C SĨ SINH HỌC THỰC NGHIỆM Hà Nội – 2019
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Thị Thu Thủy NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHỈ THỊ ITS ĐỂ ĐÁNH GIÁ QUAN HỆ DI TRUYỀN VÀ NHẬN DẠNG MỘT SỐ MẪU GIỐNG CÂY ÓC CHÓ THU THẬP TẠI CÁC TỈNH MIỀN NÚI PHÍA BẮC Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số : 8420114 LUẬ N VĂ N THẠ C SĨ SINH HỌC THỰC NGHIỆM NGƯỜI HƯỚNG DẪ N KHOA HỌC Hướng dẫn 1: PGS.TS. Khuất Hữu Trung Hướng dẫn 2: PGS.TS. Đồng Văn Quyền Hà Nội - 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Khuất Hữu Trung và PGS.TS. Đồng Văn Quyền. Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận văn là trung thực. Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước đó. Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Hà Nội, tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy
LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Di truyền Nông nghiêp, các thầy giáo, cô giáo đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và hoàn thành khóa học này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Khuất Hữu Trung – Phó viện trưởng – Viện Di truyền Nông nghiệp và PGS.TS Đồng Văn Quyền – Phó viện trưởng – Viện Công nghệ Sinh học, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin được cảm ơn tập thể cán bộ Bộ môn Kĩ thuật Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp luôn động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất - trang thiết bị để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Luận văn được sử dụng một phần số liệu và kết quả thuộc đề tài: “Khai thác và Phát triển nguồn gen cây Óc chó (Juglans regia Linn) tại Lai Châu và một số tỉnh miền núi phía Bắc”, mã số NVQG-2016/15 do TS. Nguyễn Toàn Thắng làm chủ nhiệm. Tôi xin chân thành cám ơn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những người đã luôn bên cạnh, động viên, góp ý cho tôi trong suốt quá trình học tập. Hà Nội, tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AFLP Amplified Fragments Length Polymorphism cDNA Complementary deoxyribonucleic acid CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide DNA Deoxyribonucleic acid dNTPs Deoxynucleoside triphosphates DMSO Dimethyl sulfoxide (CH3 ) 2 SO EDTA Ethylendiamin Tetraacetic Acid EtBr Ethidium Bromide ISSR Inter simple sequence repeat ITS Internal Transcribed Spacer PCR Phản ứng nhân theo chuỗi RAPD Random Amplified Polymorphic DNA rDNA Ribosomal deoxyribonucleic acid RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism RNA Ribonucleic acid SSR Simple sequence repeats SCAR Sequence Characterised Amplification Regions
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ vùng ITS của các gen rDNA vùng nhân và vị trí của các mồi ITS........................................................................................................... 20 Hình 3.1:DNA tổng số của 26 mẫu Óc chó ................................................ 29 Hình 3.2: Phổ điện di sản phẩm PCR với cặp mồi ITS1/ITS8 trên 26 mẫu Óc chó (M1KB: Marker ladder 1Kb; H2O: Đ/c âm) ........................................ 30 Hình 3.3: Một đoạn giản đồ có các đỉnh với 4 màu sắc khác nhau tương ứng với 4 loại nucleotid của mẫu Óc chó HG02, HG05 và HG18 ...................... 32 Hình 3.4: Kết quả gióng hàng, gióng cột 26 trình tự ITS1-5,8SrRNA-ITS2 của 26 mẫu Óc chó và mẫu tham chiếu AF399876.1 .................................. 42 Hình 3.5: Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa 26 mẫu nghiên cứu và mẫu tham chiếu AF399876.1..................................................................... 46
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các hợp chất của cây Óc chó Anh (Juglans regia) ........................ 9 Bảng 2. 1: Danh sách 26 mẫu Óc chó ........................................................ 23 Bảng 2. 2: Danh sách các mồi ITS (White và cộng sự, 1990) ...................... 25 Bảng 2. 3: Thành phần phản ứng PCR ....................................................... 26 Bảng 2. 4: Chu trình phản ứng PCR........................................................... 27 Bảng 3. 1: Độ dài các trình tự thuộc 26 mẫu Óc chó nghiên cứu và mẫu tham chiếu AF399876.1 .................................................................................... 33 Bảng 3. 2: Thành phần bốn loại nucleotide của 26 mẫu nghiên cứu và mẫu tham chiếu AF399876.1 ............................................................................ 34 Bảng 3. 3: Hệ số tương đồng di truyền giữa 26 mẫu nghiên cứu và mẫu tham chiếu AF399876.1 vào trình tự vùng ITS1-5,8SrRNA-ITS2 ....................... 44
1 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG MỤC LỤC ................................................................................................ 1 MỞ ĐẦU................................................................................................... 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................... 6 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÂY ÓC CHÓ ...................................................... 6 1.1.1. Nguồn gốc và phạm vi phân bố của cây Óc chó........................... 6 1.1.2. Đặc điểm thực vật học và thành phần hóa học trong hạt của cây óc chó ..................................................................................................... 8 1.1.3. Đặc điểm sinh thái và phạm vi phân bố ..................................... 11 1.1.4. Giá trị sử dụng và giá trị kinh tế . .............................................. 13 1.2. TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ PHÂN LOẠI THỰC VẬT ......................................................................................... 14 1.2.1. Các phương pháp phân loại dựa trên đặc điểm hình thái ............ 14 1.2.2. Các phương pháp dựa trên chỉ thị phân tử ................................. 15 1.2.2.1. Các Marker phân tử dựa trên DNA..................................... 15 1.2.2.2. Sử dụng các trình tự DNA bảo tồn cao trong phân tích quan hệ phát sinh ở thực vật ....................................................................... 17 1.3. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐA DẠNG DI TRUYỀN ÓC CHÓ .......... 21 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............ 23 2.1. VẬT LIỆU..................................................................................... 23 2.2. HÓA CHẤT................................................................................... 25 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................... 25 2.3.1. Tách chiết DNA tổng số ........................................................... 25
2 2.3.2. Thành phần của 1 phản ứng PCR .............................................. 26 2.3.3. Chương trình chạy PCR ........................................................... 26 2.3.4. Phương pháp điện di trên agarose ............................................. 27 2.3.5. Phương pháp thôi gel theo kit Qiagen ....................................... 27 2.3.6. Giải trình tự ............................................................................. 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 29 3.1. KẾT QUẢ TÁCH CHIẾT DNA...................................................... 29 3.2. KẾT QỦA PCR VÀ TINH SẠCH CÁC SẢN PHẨM KHUẾCH ĐẠI .. 30 3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT VÙNG TRÌNH TỰ ITS1-5,8SrRNA-ITS2 Ở CÁC MẪU NGHIÊN CỨU................................................................... 30 3.4. KẾT QỦA SO SÁNH TRÌNH TỰ NUCLEOTIDE VÙNG ITS1 5,8SrRNA - ITS2 CỦA CÁC MẪU NGHIÊN CỨU......................... 36 3.5. KẾT QUẢ XÂY DỰNG CÂY QUAN HỆ PHÁT SINH GIỮA 26 MẪU NGHIÊN CỨU...................................................................................... 43 3.6. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MARKER PHÂN TỬ PHÂN BIỆT 26 MẪU ÓC CHÓ NGHIÊN CỨU ...................................................................... 49 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................... 55 4.1. KẾT LUẬN ................................................................................... 55 4.2. KIẾN NGHỊ................................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 56 PHỤ LỤC: TRÌNH TỰ 26 MẪU ÓC CHÓ NGHIÊN CỨU................... 62
3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cây Óc chó có tên khoa học là Juglans regia Linn, phân bố rộng rãi trên khắp thế giới, được trồng thương mại khắp miền Nam châu Âu, Bắc Phi, Mỹ, Tây Nam Mỹ và Đông Á như một cây cho nhiên liệu điezen sinh học. Trên thế giới, ngành sản xuất hạt Óc chó có doanh thu ước tính gần 10 tỷ USD trong năm 2011 (tính theo số lượng của FAO với giá là 4 USD/kg). Hoa Kỳ là nước xuất khẩu lớn nhất thế giới trong khi Trung Quốc nổi lên là một nước quan trọng về cả sản xuất và tiêu dùng. Tính từ năm 2000, tổng sản lượng hạt óc chó toàn cầu đã tăng đều đặn về khối lượng. Tới năm 2010, sản lượng đạt 2,55 (triệu tấn), gần gấp đôi 1,29 (triệu tấn) sản lượng năm 2000. Tại Việt Nam, năm 2011 có 22.000 tấn hạt óc chó được tiêu thụ và chủ yếu từ nhập khẩu.[1] Cây Óc chó được ưa chuộng bởi nó đem giá trị thương mại, thẩm mỹ và quan trọng hơn hết là nó đem lại giá trị dinh dưỡng cho con người. Quả óc chó và các sản phẩm từ óc chó có tính phổ biến cao như một siêu thực phẩm có lợi cho sức khỏe vì chúng chứa chất chống oxy hóa, hàm lượng chất béo, protein, vitamin và khoáng chất cao. Quả óc chó có tác dụng giảm nguy cơ tim mạch, bệnh tim mạch vành, điều trị đái tháo đường tuýp II, phòng ngừa và điều trị một số bệnh ung thư, và giảm các triệu chứng do rối loạn thần kinh và tuổi tác. Ngoài ra, cây Óc cho tăng cường sự phát triển trí thông minh của não bộ, phòng và hỗ trợ bệnh ung thư, phòng chống loãng xương, giảm stress, giảm mất ngủ, tăng cường chất lượng tinh trùng, ổn định đường huyết, giảm cholesterol trong máu. Các bộ phận của cây đều được sử dụng như một vị thuốc trong y học cổ truyền, điển hình như lá được sử dụng để điều trị đau thấp khớp, sốt, tiểu đường, bệnh ngoài da và hoa được sử dụng để điều trị đau thấp khớp và sốt rét. Gỗ của một số loài óc chó được đánh giá cao về màu sắc, độ cứng và độ bền cao nên được sử dụng làm đồ nội thất, sàn nhà và nhiều vật dụng đặc biệt khác như súng săn ... Việc nghiên cứu, phát triển và trồng cây Óc chó không chỉ cải tạo môi
4 trường mà còn đem lại giá trị kinh tế cho vùng cao, cây Óc chó có thể được khuyến khích trồng xen trong các hệ thống nông lâm kết hợp để giải quyết những thách thức của du canh và độc canh cây lương thực ngắn ngày tại miền núi phía Bắc. Vì vậy, để góp phần nghiên cứu bảo tồn và phát triển cây óc chó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng chỉ thị ITS để đánh giá quan hệ di truyền và nhận dạng một số m ẫu giống cây Óc chó thu thập tại các tỉnh miền núi phía Bắc”. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là 26 mẫu giống cây Óc chó được thu thập tại các tỉnh miền núi phía Bắc: huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang; huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai; huyện Sỉn Hồ và huyện Phong Thổ tỉnh Lai Châu do Viện Nghiên cứu Lâm sinh cung cấp. - Thời gian thu mẫu: tháng 8/2018 - Thời gian nghiên cứu: từ tháng 9/2018 đến tháng 2/2019. - Địa điểm nghiên cứu: thực hiện các thí nghiệm phân tử tại Bộ môn Kỹ thuật di truyền, Viện Di truyền Nông nghiệp. 3. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Hiểu biết về đa dạng di truyền ở mức độ phân tử của các mẫu cây Óc chó thu được, là cơ sở để phân loại, tuyển chọn những nguồn gen ưu tú phục vụ cho công tác chọn và lai tạo giống mới. Các marker phân tử nhận biết chính xác một số nguồn gen Óc chó quý được sử dụng để xác định tính đúng giống phục vụ công tác nhân giống và kiểm soát cây con giống ở giai đoạn sớm. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài góp phần thu thập các nguồn gen Óc chó thu thập tại các tỉnh miền núi phía Bắc. Kết quả đề tài góp phần bảo tồn và sử dụng hợp lí nguồn gen Óc chó của Việt Nam, phục vụ cho công tác chọn tạo giống mới, chuẩn hóa nguồn
5 cây giống góp phần nâng cao thương hiệu cho sản phẩm Óc chó của Việt Nam ở khu vực và trên thế giới. Kết quả của luận văn là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy. 4. Mục đích nghiên cứu Xác định được quan hệ di truyền, mức độ đa dạng của cây Óc chó thu thập tại các tỉnh miền núi phía Bắc. Xác định được các đặc trưng trình tự ITS của một số mẫu cây Óc chó phục vụ công tác tuyển chọn và lai tạo giống.
6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÂY ÓC CHÓ 1.1.1. Nguồn gốc và phạm vi phân bố của cây Óc chó Cây óc chó có tên khoa học là Juglans regia, tên tiếng anh là Walnut, tên Latinh là Gallica. Đây là một loài cây có giá trị cao về chất lượng gỗ và hạt. Bộ : Fagales (Bộ Cử ) Họ : Juglandaceae (Họ Óc chó, Họ Hồ Đào ) Chi : Juglans ( Óc chó hay Hồ đào, Hạch đào) Loài : J.regia Cây óc chó thuộc chi Juglans, là loài phân bố lớn nhất và rộng rãi nhất trong tám chi thuộc họ Juglandaceae. Chi Juglans bao gồm khoảng 21 loài phân bố ở châu Á, Nam Âu, Bắc Mỹ, Trung Mỹ, Tây Nam Mỹ và Tây Ấn (Manning, 1978[2]; Stanford và cộng sự, 2000 [3]). Loài Juglans có dạng lưỡng bội, với dạng karyotype 2n = 2x = 32 (Woodworth,1930[4]; Komanich, I. G., 1982 [5]). Óc chó là một trong những loài sản xuất hạt được trồng lâu đời nhất trong lịch sử loài người và được trồng ở hầu hết các phần ôn đới của bán cầu bắc. Có rất nhiều nghiên cứu khác nhau về nguồn gốc của cây Óc chó, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng óc chó có nguồn gốc từ Hy Lạp và bán đảo Balkan (Polunin, 1977 [6]). Vào thế kỷ thứ IV trước công nguyên, Óc chó có nguồn gốc từ Iran và vùng Trung Á đã được gây trồng tại Nam Tư và Hy Lạp. Những giống đầu tiên này đã được lai tạo thành các giống tốt hơn và kể từ đó nó được gây trồng rộng rãi trên khắp châu Âu và Bắc Phi. Sau đó vào thời kỳ Trung cổ những giống này lại được mang về trồng tại Thổ Nhĩ Kỳ. Một số nguồn gen óc chó được cho là du nhập và gây trồng tại Trung Quốc cách đây 2000 năm và hiện nay tại một số vùng nó được xem như là phân bố tự nhiên tại đây. Bên cạnh đó Óc chó được cho là du nhập và gây trồng tại châu Mỹ vào thế kỷ 17. Những nước gây trồng phổ biến Óc chó hiện nay bao gồm Pháp,
7 Serbia, Hy lạp, Rumani, Hungari, Trung Quốc, Mỹ, Chi Lê, New Zealand và miền Đông Nam châu Úc. Như vậy, hiện nay Óc chó đã được gây trồng từ 30° - 50° vùng Bắc bán cầu và 30° - 40° vùng Nam bán cầu bao gồm rất nhiều giống khác nhau cho hạt to và vỏ hạt mỏng, chịu được các điều kiện khắc nghiệt, thích nghi với điều kiện tự nhiên, đất đai thổ nhưỡng tại các khu vực gây trồng. Cây Óc chó có hai loài phổ biến nhất chi đó là óc chó Ba Tư (Juglans regia) và óc chó Đen (Juglans nigra). Óc chó Ba Tư hay còn gọi là óc chó Anh Quốc là loài nổi tiếng và được biết đến nhiều. Loài này có nguồn gốc từ vùng Balkan ở Đông Nam Châu Âu, Tây Nam và Trung Á đến dãy Himalaya và Tây Nam Trung Quốc và được mở rộng sang Hoa Kỳ bởi những người định cư Anh. Ngoài ra, Óc chó Anh Quốc cũng được tìm thấy rải rác ở khắp Châu Âu và Châu Á, chúng được trồng rộng rãi để sản xuất các loại hạt có chất lượng tốt. Óc chó Đen là một loài phổ biến ở miền đông Bắc Mỹ và cũng được trồng rộng rãi ở một số nơi khác. Cả hai đều là cây rụng lá (lá rụng khi ngủ đông) và sống hơn một thế kỷ và được trồng trên toàn thế giới để lấy hạt và gỗ chất lượng cao, được sử dụng rộng rãi trong nội thất, nội thất xe hơi, cửa ra vào và ngành công nghiệp súng. Tuy nhiên, chúng ta có thể nói rằng quả óc chó Anh được trồng nhiều hơn cho các loại hạt và cho gỗ ít hơn. Mặc dù hạt óc chó Đen có thể ăn được, nhưng hạt nhân nhỏ và vỏ cứng vì thế chúng không được trồng để sản xuất hạt. Vì vậy, trồng cây Óc chó đen để lấy gỗ rất phổ biến ở Mỹ và các nước khác và được coi là một lựa chọn đầu tư sẽ mang lại lợi nhuận lớn trong dài hạn (hai hoặc ba thập kỷ sau khi trồng cây). Óc chó Đen cho gỗ tốt màu tối và cứng nên loài này được đánh giá cao về khả năng đem lại giá trị kinh tế. Óc chó Anh và óc chó Đen đều đem lại giá trị thương mại; óc chó Anh cho gỗ và các loại hạt, óc chó Đen cho gỗ. Óc chó đen có thể đạt chiều cao 100-120 feet (30-37 mét), trong khi Óc chó Anh trung bình đạt chiều cao 80 feet (25 mét) khi trưởng thành. Cây Óc chó đen và Óc chó Anh đều sản sinh các hóa chất độc hại cho nhiều loại cây (cà chua, khoai tây, cỏ linh lăng, quả việt quất, táo và nhiều loại khác).
8 Mặc dù cây Óc chó (Carya tongkinensis) không có nguồn gốc từ Việt Nam nhưng theo ông Vũ Văn Dũng, một chuyên gia trong thụ mọc học, chúng có thể được tái sinh tự nhiên tại các khu vực miền núi phía Bắc của Việt Nam như Cao Bằng, Sa Pa (Lào Cai) và Hà Giang. Điều này được cho thấy quả óc chó tại Việt Nam là thuộc giống tương tự như óc chó Anh phát triển trong khu vực Himalaya và Tây Nam của Trung Quốc. 1.1.2. Đặc điểm thực vật học và thành phần hóa học trong hạt của cây óc chó Cây Óc chó thuộc dạng cây lớn, cây trưởng thành có thể đạt độ cao 25–35m, bán kính thân cây có thể lên đến 2m, thân cây mập, ngắn nhưng tán cây thì rất rộng để giành được lợi thế cạnh tranh về ánh sáng trong các khu rừng. Cây trưởng thành đặc trưng có thân dài, thường không có nhánh thấp. Vỏ cây óc chó có màu nâu xanh và mịn khi cây còn non, trở nên xám và xuất hiện vết nứt khi cây già đi. Cây óc chó có rễ to và sâu tạo ra chất gọi là juglones ngăn chặn sự phát triển của các cây khác ở gần. Tùy thuộc vào vĩ độ, hoa óc chó thường bắt đầu xuất hiện vào khoảng giữa tháng 4 cho đến đầu tháng 6. Sự ra hoa và ra lá xảy ra gần như cùng lúc và luôn đủ sớm để tránh thiệt hại bởi sương giá cuối mùa xuân. Lá óc chó to hình lông chim dài tới 40cm, kép lông sẻ, thường có từ 7 đến 9 lá chét, không cuống, hình trứng thuôn hoặc tròn dẹt một phía, khi vò ra có mùi hăng đặc biệt. Hoa đơn tính, màu lục nhạt, hoa đực xếp thành đuôi sóc thõng xuống, hoa cái xếp 2 đến 5 cái ở cuối các nhánh. Hoa đực phát triển từ các chồi không lá từ năm trước, chúng có chiều dài khoảng 10 cm (3,9 inch) và có nhiều hoa nhỏ. Hoa cái xuất hiện trong một cụm ở đỉnh của các chồi lá vào năm sau. Quả chín ăn được vào tháng 9 hoặc tháng 10 cùng năm và giảm ngay sau khi lá rụng. Quả của cây óc chó có hình tròn, khi chín sẽ tự động khô lại và nứt ra để lộ hạt bên trong, mỗi quả óc chó chỉ cho 1 hạt duy nhất. Quả hạch to có vỏ ngoài màu lục và nạc, dễ hoá đen khi chà xát, vỏ quả bên trong hay vỏ của hạch rất cứng, có 2 van bao lấy hạt với 2 lá mầm to, chia thuỳ và nhăn nheo như nếp của óc động vật.
9 Tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau như vị trí địa lý, nhiệt độ, thời gian và các yếu tố khác, mỗi cây Óc chó có thành phần hóa học khác nhau ở các quốc gia khác nhau. Ngày nay, các bộ phận khác nhau của cây Óc chó như lá, vỏ cây và trái cây đều được sử dụng trên thế giới. Các nhà nghiên cứu cho rằng các hợp chất hóa học được tìm thấy trong quả óc chó là khác nhau ở các vùng khí hậu khác nhau. Các hợp chất hóa học của các phần khác nhau của quả óc chó được thể hiện trong Bảng 1.1 . Bảng 1.1: Các hợp chất của cây Óc chó Anh (Juglans regia) Bộ phận Hợp chất Lá Phenolic acids, tannins, esential faty acids, ascorbic acid, flavonoids, caffeic acid, paracomaric acid, juglone. Vỏ xanh của quả Emulsion, glucose, organic materials such as citric acid, malic acid, phosphate và calcium oxalate. Quả Óc chó Fatty acids, tocopherols, phytosterols, total phenolic (tannin). Zahoo báo cáo rằng 17 hợp chất đã được xác định trong lá óc chó; 9 trong số đó là epicatechin, syringetin-o-hexoside, myricetin-3-o-glucoside, myricetin-3-o-pantocid, aesculetin, taxifolin-pantocid, quercetin glucuronide, kaempferol loại cây này có chứa axit phenolic, tannin, axit béo thiết yếu (axit linoleic là axit béo chính), axit ascobic, flavonoid, axit caffeic và axit paracomaric. Các flavonoid quan trọng nhất trong lá óc chó bao gồm các dẫn xuất quercetin galactoside và quercetin pantocid, quercetin arabinoside, quercetin xyloside và quercetin rhamnoside. Ngoài ra, Shah và các cộng sự cũng sàng lọc phytochemical của chiết xuất lá thô có sự hiện diện của carbohydrate, glycoside tim, phenolics, flavonoid, alkaloids, protein, steroid và tannin. Amaral và cộng sự đã nghiên cứu có các hợp chất phenolic bao gồm axit 3- và 5-caffeoylquinic, axit 3- và 5-p-
10 coumaroylquinic, quercetin 3-galactoside, dẫn xuất quercetin 3-pantocide, quercetin 3-arabinoside, quercetin-quercetin và quercetin 3-rhamonocide trong lá óc chó. Quercetin 3-galactoside là thành phần chính trong số các hợp chất được đề cập. Ngoài ra, đã có nghiên cứu cho rằng lá của cây Óc chó có chứa dẫn xuất naphthalene, đặc biệt là 5- hydroxy-1-4- naphthoquinone. Juglone (5-hydroxy-1, 4-naphthoquinone) là một hợp chất naphthoquinone được tìm thấy trong lá tươi và vỏ xanh của quả óc chó. Juglone là thành phần rõ ràng nhất trong các cơ quan khác nhau của cây Óc chó, với trọng lượng phân tử là 174,16 và công thức C10 H5 O2 -(OH), tiền chất là một glycoside được tìm thấy như một hợp chất trong các bộ phận trên không của cây, đặc biệt là lá, sau đó được chuyển thành juglone thông qua quá trình thủy phân. Juglone là một chất kiềm được hòa tan nhẹ trong nước nóng và vừa phải trong rượu; do đó, nó có thể là một trong những hợp chất hiệu quả trong lá óc chó vì các chất khác trong lá của quả óc chó thường tan trong nước hoặc tan trong chất béo. Vỏ xanh của quả óc chó có nhũ tương, glucose và các vật liệu hữu cơ như axit citric, axit malic, phốt phát và canxi oxalate. Hợp chất Juglone và phenolic là những hợp chất quan trọng nhất được tìm thấy trong lá và vỏ xanh của quả óc chó. Juglone, là một hợp chất độc hại, chỉ được tìm thấy trong quả óc chó tươi và xanh. Vỏ xanh quả óc chó có sản phẩm phụ với ít công dụng. Quả óc chó có chứa các thành phần hóa học đa dạng, bao gồm diarylheptanoids, quinones, polyphenol, flavon và terpenes. Các diarylheptanoids và quinones có hoạt tính chống ung thư đáng chú ý, cung cấp các hợp chất chì mới để điều chế các thuốc chống ung thư. Các hoạt động giảm đau, chống oxy hóa, kháng khuẩn và chống ung thư mạnh của các loại cây này là đáng kể. Hơn thế nữa là quả óc chó chứa hàm lượng dinh dưỡng cao như Omega-3, protein quả óc chó chứa 24% protein, 12% –16% carbohydrate, 1,5% –2,0% cellulose, và 1,7% –2,0% khoáng chất, chất xơ, Photpho, Kali, Magie, Canxi, Sắt và Các Vitamin, đặc biệt là hàm lượng Omega-3 cao gấp 5 lần cá hồi.
11 1.1.3. Đặc điểm sinh thái và phạm vi phân bố Cây óc cho phù hợp trồng ở độ cao từ 1,000 đến 2,000m so với mực nước biển. Cây óc chó là một loại cây rất kén đất và yêu cầu điều kiện khí hậu phải phù hợp. Cây óc chó phát triển tốt nhất ở những vùng có khí hậu ôn hòa, không quá nóng và điều kiện thổ nhưỡng phải tốt, gần nguồn nước để đảm bảo cho ra chất lượng hạt đồng đều cả về kích thước lẫn dinh dưỡng. - Khí hậu, nhiệt độ: Cây Óc chó thích hướng về ánh nắng mặt trời, khí hậu ấm áp, có thể chịu nhiệt độ thấp trong thời gian ngắn. Nhiệt độ sinh trưởng thích hợp là 20 – 30 o C. Trong mùa sinh trưởng cần phải cung cấp nhiệt độ ấm áp cho cây với ít nhất 6 tháng có nhiệt độ trung bình hơn 10 o C. Cây Óc chó rất nhạy cảm với thời tiết quá nóng và quá lạnh vào mùa hè và mùa đông. Óc chó rất nhạy cảm với mùa đông và sương giá của mùa xuân. Cành non và hoa dễ dàng bị hư hại do sương giá mùa xuân ở nhiệt độ 1o C; sương giá trong mùa thu có thể ảnh hưởng đến các chồi chưa phát triển. Tuy nhiên, trong thời kì ngủ đông, cây Óc chó có thể chịu được thời tiết lạnh -11o C. - Đất đai, thổ nhưỡng: Óc chó đòi hỏi đất sâu và phong phú (Jacamon, 1987[7]), và để phát triển tốt, loài này phải được trồng trong đất sâu hơn 80-100 cm (Becquey,1997 [8]). Các loại đất tốt nhất cho Óc chó canh tác là loams (đất sét> 25%, phù sa 30- 50% và cát 30-50 %). Hàm lượng đất sét lý tưởng nhất phải nhỏ hơn 35% và lưu lượng mưa càng nhiều, lượng đất sét càng ít dung nạp (Giannini và Mercurrio, 1997 [9]). Ở miền trung nước Ý sự gia tăng diện tích cơ bản tốt nhất cho các loài đã được tìm thấy trong đất có hàm lượng sét nằm trong khoảng từ 15 đến 25% (Fratteggiani và cộng sự, 1996 [10]). Óc chó không thích đất ngập nước, đất nông và đất có canxi tự do (Boudru,1989[11]). Giá trị pH đất lý tưởng nằm trong khoảng từ 6,5 đến 7,5 (Becquey, 1997[8]) hoặc theo các tác giả khác trong khoảng từ 6 đến 7.5 (Giannini và Mercurrio, 1997[9]). Để tránh nhiễm clo , Becquey (1997) khuyên trồng cây Óc chó trên đất bề mặt có độ pH cao (8.0-8.5). Vị trí nên tránh là đất cát nhẹ và đất nặng (Klemp , 1979 [12]), đất than bùn. - Nước: Yêu cầu lượng mưa trung bình trong năm khoảng 700-
12 800mm/năm và được phân phối đều trong cả năm (Becquey, 1997 [8] ; Bergougnoux and Grospierre, 1981 [13] ). Tuy nhiên, cây vẫn có thể chịu được một khoảng thời gian hạn hán với lượng mưa tối thiểu là 100-150mm trong thời gian phát triển của cây (Giannini and Mercurio, 1997 [9]). - Ánh sáng: Óc chó là một loài cây ưa sáng. Ánh sáng là yếu tố cần thiết cho sự phát triển của cây. Chỉ có ở dạng cây con và trong đất giàu nitơ, cây chịu được bóng râm. Cây non có thể sinh trưởng trong một thời gian ngắn ở điều kiện thiếu ánh sáng, nhưng nếu kéo dài khi cây trưởng thành sẽ xuất hiện các biến dạng không mong muốn. Khi cây trưởng thành cần điều kiện ánh sáng đầy đủ để tránh phát triển thân cây quanh co, dẫn đầu đến sự phát triển của gỗ căng hoặc giảm thân cây (Winter, 1982[14] ). Với những điều kiện trên, tại Việt Nam, cây óc chó chỉ có thể trồng và phát triển tốt nhất ở một số vùng núi sát biên giới phía Bắc như Sa Pa (Lào Cai), Phó Bảng, Đồng Văn (Hà Giang), Cao Bằng. Hiện nhiều dự án nghiên cứu trồng thử nghiệm cây Óc chó cũng chủ yếu được tiến hành ở vùng này. Trong cuốn “Cẩm nang ngành Lâm nghiệp, chương Lâm sản ngoài gỗ” của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thì cây Óc chó mọc ở độ cao từ 500 - 800 m, có phân bố rải rác từ Thanh Hoá đến Lai Châu, Hà Giang, Lào Cai. Lê Sỹ Doanh và Trần Quang Bảo (2012) [15] khi nghiên cứu kỹ thuật trồng cây Óc chó thấy loài này có thể trồng được ở Lào Cai (Sa Pa), Hà Giang (Phó Bảng, Đồng Văn) và Cao Bằng. Nghiên cứu đặc điểm sinh thái cây Óc chó Viện Điều tra Quy hoạch rừng và Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam cho thấy loài cây này ít khi mọc thuần loài, mà thường mọc hỗn giao, rải rác trong rừng lá rộng thường xanh hay nửa rụng lá trên đất ẩm, tầng dầy, màu mỡ và thoát nước tốt với một số loài như Sấu (Dracontomelum duperreanum), Sâng (Pometia pinnata),.... Theo Lê Mộng Chân (2000)[16], họ óc chó ở Việt Nam có 5 chi và 8 - 9 loài. Trong đó loài óc chó có tên khoa học là Juglans regia có đặc điểm nhận biết: Lõi cành xếp ngang. Lá kép lông chim lẻ, mép lá nguyên. Quả hạch, không cánh.
13 Khi nghiên cứu về các loài cây lâm sản ngoài gỗ có giá trị trong tài liệu “Cẩm nang ngành Lâm nghiệp, chương Lâm sản ngoài gỗ” năm 2006 thì cây óc chó lại có tên gọi khác là Carya annamocarya. [1] Theo Hoàng Thị Lụa và cộng sự (2014) khi nghiên cứu về thị trường phát triển cây Óc chó tại vùng Tây Bắc Việt Nam. Tác giả đưa ra tên gọi khác cho loài óc chó là Carya tonkinensis. Như vậy, có thể thấy tên khoa học cho loài Óc chó ở Việt Nam chưa được thống nhất giữa các tài liệu. Một số tài liệu vẫn còn nhầm lẫn tên khoa học của cây Óc chó với các loài khác cùng họ Hồ đào (Juglandaceae). Do đó, cần có nghiên cứu làm sáng tỏ tên khoa học của loài Óc chó tại Việt Nam để tránh nhầm lẫn. 1.1.4. Giá trị sử dụng và giá trị kinh tế . Cây Óc chó là một loại cây quan trọng vì mọi bộ phận của cây đều có lợi ích vì vậy óc chó có vị trí đặc biệt trong nền kinh tế xã hội. Quả Óc chó rất giàu chất béo, protein, khoáng chất, vitamin và một lượng đáng kể các chất xơ. Dầu của hạt óc chó chứa các axit béo chính, như axit oleic, axit linoleic và axit linolenic, được sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm công nghiệp vì nó chứa các đặc tính giữ ẩm và chống oxy hóa. Nồng độ omega-3-fatty acids trong quả óc chó có nhiều lợi ích sức khỏe tiềm năng từ bảo vệ tim mạch đến việc thúc đẩy chức năng nhận thức tốt hơn, lợi ích chống viêm, hữu ích trong hen suyễn, viêm khớp dạng thấp và bệnh viêm ngoài da như eczema và bệnh vẩy nến. Quả óc chó còn được sử dụng để điều trị ho, bệnh dạ dày và ung thư ở châu Á và các nước châu Âu. Cây Óc chó là một cái cây thân gỗ thuộc bộ dẻ và gỗ của cây Óc chó được dùng đa dạng để chế tác những sản phẩm nội thất. Hiện thị trường hiện giờ rất chuộng những sản phẩm được tạo ra trong khoảng gỗ óc chó như giường, tủ, ghế và các nội thất gỗ óc chó khác nữa. Hiện các sản phẩm nội thất được tạo ra từ cây Óc chó với giá khá cao so với các sản phẩm gỗ khác. Điều đó mang lại nguồn thu mang giá trị kinh tế cao cho người trồng cây Óc chó cuối mỗi quá trình thu hoạch. Chưa kể là nhiều năm cho thu hoạch trái đem đến nguồn thu đều đặn