Nghiên cứu xác định tên khoa học, quy trình nhân giống in vitro và hoạt tính sinh học của tinh dầu cây gừng bản địa ở bắc kạn (gừng đá)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

VŨ XUÂN DƢƠNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TÊN KHOA HỌC, QUY TRÌNH
NHÂN GỐNG IN VITRO VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
TINH DẦU CÂY GỪNG BẢN ĐỊA Ở BẮC KẠN (GỪNG ĐÁ)

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

VŨ XUÂN DƢƠNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TÊN KHOA HỌC, QUY TRÌNH
NHÂN GỐNG IN VITRO VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
TINH DẦU CÂY GỪNG BẢN ĐỊA Ở BẮC KẠN (GỪNG ĐÁ)
Chuyên ngành : Công nghệ sinh học
Mã số
: 9.42.02.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Đặng Trọng Lƣơng
2. TS. Đỗ Tuấn Khiêm

HÀ NỘI - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam Ďoan Ďây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện.
Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa Ďược ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả

Vũ Xuân Dƣơng

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám Ďốc Viện Khoa học
nông nghiệp Việt Nam, các thầy cô giáo và Ban Ďào tạo sau Ďại học Ďã tạo
Ďiều kiện giúp Ďỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thiện luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Phó Giáo sư, Tiến
sĩ Đặng Trọng Lương và Tiến sĩ Đỗ Tuấn Khiêm Ďã tận tình hướng dẫn, Ďộng
viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao Ďổi và Ďịnh hướng cho tôi trong quá
trình thực hiện luận án.
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể cán bộ, nghiên cứu

viên Bộ môn Kĩ thuật di truyền - Viện Di truyền nông nghiệp; Bảo tàng thiên
nhiên Việt Nam; Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên; Viện Công nghệ sinh
học – Viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam; Phòng thí nghiệm trọng
Ďiểm về bảo tồn và sử dụng tài nguyên thực vật, Phòng thí nghiệm trọng
Ďiểm thực vật số tỉnh Quảng Đông, Vườn thực vật Nam Trung Quốc, Viện
Hàn lâm khoa học Trung Quốc, Quảng Châu, Trung Quốc; Trung tâm Công
nghệ sinh học – Trường Đại học Hùng Vương, Ďã tạo Ďiều kiện và giúp Ďỡ
tôi tiến hành nghiên cứu cũng như chia sẻ những kinh nghiệm Ďể hoàn thành
bản luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia Ďình, bạn bè, Ďồng nghiệp
của tôi Ďã Ďộng viên và truyền nhiệt huyết Ďể tôi hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2019
Nghiên cứu sinh

Vũ Xuân Dƣơng

ii


MỤC LỤC
Lời cam Ďoan.....................................................................................................i
Lời cảm ơn........................................................................................................ii
Danh mục chữ viết tắt...................................................................................... vi
Danh mục bảng.............................................................................................. viii
Danh mục hình..................................................................................................x
MỞ ĐẦU..........................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của Ďề tài............................................................................... 1
2. Mục tiêu của luận án..................................................................................... 2
3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của Ďề tài........................................ 3

4. Những Ďóng góp mới của luận án................................................................ 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.......................................................4
1.1. Khái quát chung về họ Gừng (Zingiberaceae Lindl.)...........................4
1.1.1. Vị trí phân loại.................................................................................... 4
1.1.2. Đặc Ďiểm hình thái của cây Họ Gừng................................................4
1.2. Giới thiệu về cây gừng Bắc Kạn............................................................11
1.3. Tình hình nghiên cứu đa dạng sinh học và phân loại cây họ Gừng...13
1.3.1. Trên thế giới......................................................................................13
1.3.2. Ở Việt Nam....................................................................................... 15
1.4. Nghiên cứu về phân loại thực vật dựa trên trình tự gen....................17
1.4.1. Giới thiệu về vùng ITS-rDNA (Internal transcribed spacer)............17
1.4.2. Giới thiệu về vùng matK (maturaseK)..............................................18
1.4.3. Một số nghiên cứu phân loại thực vật dựa trên trình tự gen.............18
1.5. Tình hình nghiên cứu nhân giống in vitro cây họ Gừng.....................25
1.5.1. Trên thế giới...................................................................................... 25
1.5.2. Ở Việt Nam....................................................................................... 29
1.6. Một số nghiên cứu về tinh dầu cây họ Gừng....................................... 33

iii


1.6.1. Trên thế giới......................................................................................33
1.6.2. Ở Việt Nam....................................................................................... 34
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
................................................................................................................................. 36

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................36
2.2. Vật liệu nghiên cứu.................................................................................36
2.3. Nội dung nghiên cứu.............................................................................. 37
2.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................38

2.4.1. Phương pháp phân loại dựa vào Ďặc Ďiểm hình thái.......................38
2.4.2. Phương pháp phân loại thực vật dựa trên trình tự gen......................38
2.4.3. Phương pháp nuôi cấy mô.................................................................43
2.4.4. Đặc Ďiểm sinh trưởng phát triển cây có nguồn gốc in vitro.............49
2.4.5. Phương pháp phân tích sinh hóa....................................................... 50
2.4.6. Phương pháp phân tích hoạt tính kháng vi sinh vật..........................52
2.5. Địa điểm và thời gian nghiên cứu......................................................... 54
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN...................55
3.1. Vị trí phân loại cây gừng Bắc Kạn........................................................55
3.1.1. Đặc Ďiểm sinh học của cây gừng Bắc Kạn.......................................55
3.1.2. Phân loại dựa vào Ďặc Ďiểm hình thái..............................................57
3.1.3. Phân loại gừng Bắc Kạn dựa trên trình tự gen ITS và gen matK.....62
3.2. Nhân giống gừng Bắc Kạn bằng công nghệ nuôi cấy lớp mỏng.........72
3.2.1. Tạo mẫu sạch in vitro........................................................................72
3.2.2. Tạo callus từ lát cắt chồi................................................................... 75
3.2.3. Tái sinh chồi từ callus.......................................................................76
3.2.4. Nhân chồi in vitro............................................................................. 78
3.2.5. Tái sinh rễ tạo cây hoàn chỉnh in vitro..............................................83
3.2.6. Giai Ďoạn ra ngôi..............................................................................86
3.2.7. Quy trình nhân nhanh gừng Bắc Kạn bằng kỹ thuật nuôi cấy lớp mỏng
........................................................................................................................ 94


iv


3.3. Đặc điểm nông sinh học cây gừng Bắc Kạn nuôi cấy mô...................98
3.3.1. Động thái tăng trưởng chiều cao cây................................................ 98
3.3.2. Động thái ra lá.................................................................................100
3.3.3. Động thái Ďẻ nhánh........................................................................ 101

3.3.4. Một số yếu tố cấu thành năng suất giống gừng Bắc Kạn nuôi cấy mô
...................................................................................................................102
3.4. Thành phần hóa học tinh dầu cây gừng Bắc Kạn............................. 106
3.4.1. Kết quả tách chiết tinh dầu..............................................................106
3.4.2. Thành phần hóa học tinh dầu.......................................................... 107
3.5. Khả năng kháng vi sinh vật của tinh dầu chiết xuất từ cây gừng
Bắc Kạn........................................................................................................111
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ......................................................................... 115
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN..117

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................118
PHỤ LỤC..................................................................................................... 133

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
2,4D

2,4-Dichlorophenoxyacetic acid

ABI

Applied biosystems incorporated

AFLP

Amplified fragment length polymorphism

BAP

6-Benzylaminopurin

BLAST

Basic local alignment search tool

bp

Base pair

cpDNA

Chloroplast DNA

CTAB

Cetyltrimethyl ammoium bromide

CT

Công thức

DNA

Deoxyribonucleic acid

DNAse

Deoxyribonuclease

dNTP

Deoxyribounucleotide triphosphate

ddNTP

Dideoxyribonucleotide triphosphate

ĐHST

Điều hòa sinh trưởng

EDTA

Ethylenediamine tetraacetate

GC-MS

Gas chromatography mass spectometry

(Phương pháp sắc ký ghép khối phổ)
GĐ

Gừng Ďá

IAA

Indole-3-acetic acid

IBA

Indole butyric acid

ITS

Internal transcribed spacer

Kin

Kinetin

matK

Maturase K

ML

Maximum Likehood

MS

Murashige and Skoog (Môi trường MS, 1962)
vi


µM

Micromol (nồng Ďộ phần triệu mol/l)

NAA

1-Naphthaleneacetic acid (Axit 1-Naphthaleneaxetic)

NCBI

National center for biotechnology information

Nu

Nucleotide

ND

Nước dừa

ORF

Open reading frame (khung Ďọc mở)

PCR

Polymerase chain reaction

RAPD

Random amplified polymorphic DNA

rbcL

Ribulose-bisphosphate carboxylase

RFLP

Restriction fragment length polymorphism

RNA

Riboucleic acid

RNAse

Ribonuclease

SSR

Simple Sequence Repeates

Taq

Thermus aquaticus

TBE

Tris/Borate/EDTA

TDZ

Thidiazuzon

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1.

Danh sách mẫu gừng Bắc Kạn sử dụng trong nghiên cứu..........36

Bảng 2.2.

Hóa chất sử dụng cho tách DNA tổng số....................................39

Bảng 2.3.

Trình tự các mồi ITS và matK.................................................... 40

Bảng 2.4.

Các thành phần có trong phản ứng khuếch Ďại vùng ITS và matK
41

Bảng 2.5.

Chu kì nhiệt khuếch Ďại vùng ITS và matK...............................41

Bảng 3.1.

Một số tính trạng Ďặc trưng của gừng Bắc Kạn.........................55

Bảng 3.2.

So sánh hình thái loài Alpinia coriandriodora và A.
bambusifolia

Bảng 3.3.

61

Kết quả Ďo quang phổ DNA tổng số bằng máy NanoDrop
Lite Spectrophotometer 62

Bảng 3.4.

Mức Ďộ tương Ďồng giữa trình tự gen ITS của mẫu gừng Bắc
Kạn (mẫu GD01LT) và một số loài trong chi Alpinia

65

Bảng 3.5.

Hiệu quả khử trùng của các công thức sử dụng NaOCl 2,5%....73

Bảng 3.6.

Ảnh hưởng của tổ hợp TDZ và 2,4D Ďến khả năng tái sinh tạo

callus của lát cắt chồi (sau 8 tuần nuôi cấy). 75
Bảng 3.7.

Ảnh hưởng của tổ hợp chất Ďiều hòa sinh trưởng BAP và

Vitamin B1 Ďến khả năng tái sinh chồi từ callus (sau 8 tuần
nuôi cấy)

Bảng 3.8.

Ảnh hưởng của tổ hợp BAP và Kinetin Ďến khả năng nhân
nhanh chồi gừng Bắc Kạn (sau 4 tuần nuôi cấy)

Bảng 3.9.

77
79

Ảnh hưởng của hàm lượng nước dừa Ďến hiệu quả nhân chồi
(sau 4 tuần nuôi cấy)

81

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của môi trường MS và α-NAA Ďến khả năng tái
sinh rễ và tạo cây hoàn chỉnh (sau 6 tuần nuôi cấy) 83
Bảng 3.11. Sinh trưởng và phát triển của cây con (sau 30 ngày ra ngôi)
trên các công thức giá thể
viii

86


Bảng 3.12. Hàm lượng nước và hàm lượng chất khô trong mô thân, lá
cây gừng Bắc Kạn thời kì ra ngôi

89

Bảng 3.13. Động thái tăng trưởng chiều cao cây gừng Bắc Kạn nuôi cấy mô .. 99
Bảng 3.14. Động thái ra lá của cây..............................................................100
Bảng 3.15. Động thái Ďẻ nhánh của cây gừng Bắc Kạn nuôi cấy mô........102
Bảng 3.16. Một số yếu tố cấu thành năng suất giống gừng Bắc Kạn..........103
Bảng 3.17. Lượng tinh dầu thu Ďược từ cây nuôi cấy mô 01 năm tuổi......106
Bảng 3.18. Thành phần hóa học của tinh dầu các mẫu nghiên cứu.............108
Bảng 3.19. Hàm lượng các chất chính có trong tinh dầu các mẫu nghiên cứu .. 110
Bảng 3.20. Khả năng kháng nấm, kháng khuẩn của tinh dầu gừng Bắc
Kạn nguồn gốc nuôi cấy mô.....................................................112

ix


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.

Đặc Ďiểm hình thái cây Riềng (Alpinia officinarum)...................7

Hình 1.2.

Đặc Ďiểm hình thái cây Gừng (Zingiber officinarum)..................9

Hình 1.3.

Cây gừng Bắc Kạn trong Ďiều kiện tự nhiên..............................11

Hình 1.4.

Sơ Ďồ vùng rDNA- ITS..............................................................17

Hình 1.5.

Cây phát sinh chi Alpinia Ďược dựng bằng phương pháp ML
từ khối dữ liệu kết hợp của matK và ITS.

Hình 2.1.

22

Chồi mới tái sinh từ cây mẹ khỏe mạnh, sạch bệnh Ďược sử
dụng làm vật liệu ban Ďầu

37

Hình 2.2.

Sơ Ďồ chưng cất thu tinh dầu......................................................51

Hình 3.1.

Đặc Ďiểm hình thái loài gừng Bắc Kạn (Gừng Ďá)....................56

Hình 3.2.

Đặc Ďiểm phân loại loài gừng Bắc Kạn Alpinia coriandriodora .. 58

Hình 3.3.

Bản Ďồ phân bố loài Alpinia coriandriodora D.Fang................59

Hình 3.4.

Tiêu bản loài A. bambusifolia và A. coriandriodora..................61

Hình 3.5.

Sản phẩm PCR với cặp mồi matK-F/R và ITS-F/R....................63

Hình 3.6.

Kết quả alignment gen ITS......................................................... 64

Hình 3.7.

Sơ Ďồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa loài A.
coriandriodora và các loài trong chi Alpinia dựa trên khối dữ
liệu kết hợp của vùng gen ITS. 67

Hình 3.8.

Kết quả alignment gen matK...................................................... 68

Hình 3.9.

Sơ Ďồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa loài A.
coriandriodora và các loài trong chi Alpinia dựa trên khối dữ
liệu kết hợp của vùng gen matK.

70

Hình 3.10. Sơ Ďồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa loài A.
coriandriodora và các loài trong chi Alpinia dựa trên khối dữ
liệu kết hợp của matK và ITS (A), và vị trí phát sinh loài của
Alpinia coriandriodora trong chi Alpinia (B) 71
x


Hình 3.11. Callus hình thành từ lát cắt chồi non trên môi trường MS có
bổ sung 0,5mg/l TDZ và 1mg/l 2,4D (A), 3mg/l 2,4D (B),
4mg/l 2,4D (C), sau 8 tuần nuôi cấy...........................................76
Hình 3.12. Chồi tái sinh từ callus của gừng Bắc Kạn sau 8 tuần nuôi cấy .. 77
Hình 3.13. Hình thái chồi trên môi trường khác nhau sau 4 tuần nuôi cấy .. 82
Hình 3.14. Hình thái rễ trên các môi trường thí nghiệm sau 6 tuần nuôi cấy .. 84
Hình 3.15. Hình thái cây hoàn chỉnh sau 6 tuần nuôi cấy.............................85
Hình 3.16. Hình thái chồi gừng Bắc Kạn nuôi cấy mô giai Ďoạn sau 30
ngày ra ngôi tại Phú Thọ.............................................................88
Hình 3.17. Hàm lượng sắc tố quang hợp trong mô lá cây gừng Bắc Kạn
thời kì ra ngôi..............................................................................91
Hình 3.18. Huỳnh quang diệp lục lá cây gừng Bắc Kạn thời kì ra ngôi ex vitro
92

Hình 3.19. Hoạt Ďộ catalase cây gừng Bắc Kạn thời kì ra ngôi...................94
Hình 3.20. Quy trình nhân giống loài gừng Bắc Kạn (A. coriandriodora)
bằng kỹ thuật nuôi cấy lớp mỏng................................................95
Hình 3.21. Mô hình trồng gừng nuôi cấy mô (01 năm tuổi) tại Tp. Việt Trì,
tỉnh Phú Thọ..............................................................................104
Hình 3.22. Mô hình trồng gừng nuôi cấy mô (02 năm tuổi) tại Tp. Việt Trì,
tỉnh Phú Thọ..............................................................................105

xi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Họ Gừng (Zingiberaceae) là một họ thảo mộc sống lâu năm, bao gồm
45 chi và khoảng trên 1300 loài, phân bố ở các vùng nhiệt Ďới. Ở Việt Nam,
họ Gừng có khảng 21 chi với trên 100 loài [6]. Trong số các nguồn gen gừng
thu thập từ mọi miền trên toàn quốc, một số nguồn gen có giá trị dinh dưỡng
cao, thích nghi tốt, có tiềm năng phát triển mở rộng sản xuất.
Cây gừng bản Ďịa ở Bắc Kạn (Gừng Ďá) Ďược xếp vào nhóm cây quý
hiếm cần Ďược bảo tồn theo Quyết Ďịnh số 80/2005/QĐ-BNN ngày 05/12/2005
của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Gừng Ďá là loài bản Ďịa mang
tính chất Ďặc sản của tỉnh Bắc Kạn, chúng Ďược phân bố nhiều ở các xã Liêm
Thủy, Xuân Dương thuộc huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn. Gừng Ďá Ďược Ďồng bào
dân tộc (Tày, Nùng, Dao...) trồng từ lâu Ďời trên các nương rẫy, rừng núi Ďất Ďá
xen kẽ v.v. Dưới tác Ďộng của các yếu tố tự nhiên (thổ nhưỡng, thời tiết, khí
hậu...) của Ďịa phương nên Gừng Ďá có hương vị Ďặc biệt. Ruột củ màu vàng,
có mùi thơm Ďặc trưng, khi giã củ vắt lấy nước làm phụ gia bảo quản thực phẩm
Ďược tươi lâu, Ďặc biệt là trong việc chế biến lạp xường, một món ăn truyền
thống và là Ďặc sản của vùng Bắc Kạn. Ngoài ra, Gừng Ďá còn Ďược người dân
Ďịa phương sử dụng như là một loại dược liệu rất quý. Trong những năm gần
Ďây, nhu cầu sử dụng Gừng Ďá của người dân Ďịa phương và du khách khi Ďến
Bắc Kạn tăng cao, Ďặc biệt vào các dịp lễ tết, giá thành thường dao Ďộng từ 600
nghìn Ďến một triệu Ďồng/ 1kg tươi. Điều này dẫn Ďến việc khai thác ngày càng
cạn kiệt nguồn gen Gừng Ďá mọc tự nhiên.

Mặc dù hiệu quả kinh tế cao, nhưng hiện nay Gừng Ďá Ďược trồng chủ
yếu theo kinh nghiệm, diện tích manh mún, nhỏ lẻ nên sản phẩm chưa mang

tính hàng hóa, chưa có lượng giống Ďủ lớn Ďể phát triển thành vùng trồng tập

1


trung. Việc nhân và giữ giống vẫn theo kinh nghiệm của người dân, do vậy củ
giống không Ďảm bảo về chất lượng, nhiễm bệnh nhiều và dần thoái hóa.
Hơn nữa, hiện nay tên khoa học của loài này chưa Ďược xác Ďịnh cụ thể.
Do Ďặc Ďiểm hình thái của cây có nhiều Ďặc Ďiểm giống với cây gừng thường
(Zingiber officinarum Roscoe) nên hiện Ďược xếp vào chi Gừng (Zingiber), tên
khoa học trong Quyết Ďịnh số 80/2005/QĐ-BNN là “Zingiber sp.”. Vì vậy, việc
Ďịnh danh chính xác tên khoa học, vị trí phân loại của nguồn gen gừng Bắc Kạn
là cần thiết nhằm tạo cơ sở cho việc bảo tồn và phát triển nguồn gen thực vật quý
này. Đồng thời, việc áp dụng công nghệ nuôi cấy mô tế bào trong nhân giống cây
gừng Bắc Kạn có thể tạo ra số lượng cây giống lớn, chất lượng Ďồng Ďều, sạch
bệnh, và là tiền Ďề Ďể phát triển cây gừng Bắc Kạn theo hướng hàng hóa Ďặc
sản vùng miền, mang lại lợi ích kinh tế thực sự và lâu bền cho người dân nhằm
phát triển kinh tế vùng, kinh tế Ďịa phương.
Xuất phát từ lý luận và thực tiễn nêu trên, nhằm tạo cơ sở dữ liệu về Ďặc
Ďiểm sinh học phục vụ cho công tác Ďịnh danh, bước Ďầu xác Ďịnh thành phần
hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu thu Ďược từ cây gừng bản Ďịa ở Bắc
Kạn, Ďồng thời xây dựng quy trình nhân nhanh từ lát cắt chồi, áp dụng vào việc
tạo nguồn giống sạch bệnh cung cấp cho người dân, chúng tôi lựa chọn Ďề tài:

“Nghiên cứu xác định tên khoa học, quy trình nhân giống in vitro và hoạt
tính sinh học của tinh dầu cây gừng bản địa ở Bắc Kạn (Gừng đá) ”.
2. Mục tiêu của luận án
Xác Ďịnh tên khoa học loài gừng bản Ďịa ở Bắc Kạn, xây dựng quy
trình nhân giống bằng công nghệ nuôi cấy mô từ lát cắt chồi, bước Ďầu xác
Ďịnh thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu thu Ďược từ cây

có nguồn gốc tự nhiên và cây nuôi cấy mô, góp phần bảo tồn và phát triển
nguồn gen gừng bản Ďịa Bắc Kạn.

2


3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Cung cấp các dẫn liệu khoa học về Ďặc Ďiểm hình thái, tên khoa học,
thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu thu Ďược từ cây gừng
Bắc Kạn có nguồn gốc tự nhiên và cây nuôi cấy mô;
Cung cấp dẫn liệu khoa học về khả năng nhân giống bằng công nghệ
nuôi cấy mô từ lát cắt chồi loài gừng Bắc Kạn, là cơ sở Ďể bảo tồn và khai
thác nguồn gen có giá trị.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của Ďề tài góp phần làm sáng tỏ vị trí phân loại của cây gừng
Bắc Kạn từ Ďó mở ra các hướng cho các nghiên cứu tiếp theo;
Quy trình nhân giống bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào Ďược áp
dụng vào thực tiễn tạo ra số lượng lớn cây giống Ďồng Ďều, sạch bệnh, tạo
Ďiều kiện thuận lợi cho việc mở rộng quy mô phát triển loài gừng Bắc Kạn.
4. Những đóng góp mới của luận án
Luận án là công trình Ďầu tiên nghiên cứu một cách bài bản, có hệ thống
về tên khoa học và vị trí phân loại loài gừng bản Ďịa ở Bắc Kạn dựa vào Ďặc
Ďiểm hình thái và trình tự Ďoạn gen Ďặc trưng ITS (Internal Transcribed Spacer)
và gen matK (gen mã hóa cho maturaseK). Xây dựng Ďược quy trình nhân giống
nguồn gen gừng Bắc Kạn bằng kỹ thuật nuôi cấy lớp mỏng, góp phần tạo ra số
lượng lớn cây giống Ďồng Ďều, sạch bệnh. Kết quả luận án Ďã bước Ďầu xác
Ďịnh Ďược thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu thu Ďược từ
cây gừng Bắc Kạn có nguồn gốc tự nhiên và cây nuôi cấy mô.

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Khái quát chung về họ Gừng (Zingiberaceae Lindl.)
1.1.1. Vị trí phân loại
Theo hệ thống phân loại của J. Kress et al, 2002 [78] và Nguyễn Quốc
Bình, 2011 [6], vị trí phân loại cây họ Gừng (Zingiberaceae) trong giới thực
vật như sau:
Giới

Thực vật (Plante)

Ngành

Ngọc lan (Magnoliophyta)

Lớp

Loa kèn (Liliopsida)

Phân lớp
Bộ

Loa kèn (Liliidae)
Gừng (Zingiberales)

Họ

Gừng (Zingiberaceae)

Hiện nay trên thế giới họ Gừng (Zingiberaceae) có 45 chi, 1300 loài,
phân bố ở vùng nhiệt Ďới. Tại Việt Nam hiện có 21 chi với trên 100 loài
(Trung tâm dữ liệu thực vật Việt Nam, 2017).
1.1.2. Đặc điểm hình thái của cây Họ Gừng
1.1.2.1. Đặc điểm chung cây Họ Gừng
Theo Nguyễn Quốc Bình (2011), cây Họ Gừng (Zingiberaceae Lindl.)
có một số Ďặc Ďiểm chung như sau: [6].
Dạng sống: Họ Gừng (Zingiberaceae) gồm những cây thân thảo sống
nhiều năm. Mọc nơi Ďất ẩm, nơi sáng, dưới tán rừng hay vách Ďá ẩm, hiếm
khi phụ sinh (Cautleya gracilis, Hedychium poilanii). Thân cây do các bẹ lá
ôm chặt lấy nhau tạo thành thân giả. Thân giả to, cao 1-3-4(-5) m hay mảnh,
cao dưới 1m hoặc rất ngắn hay không có do các bẹ lá rời Ďến gốc
4


(Distichochlamys, Kaempferia…), thân giả không phân nhánh. Rễ nhỏ, hình
sợi, Ďôi khi Ďầu rễ phình to lên thành dạng củ (Curcuma, Kaempferia,
Stahlianthus…). Cây thường có mùi thơm, Ďôi khi có mùi hắc như một số
loài trong chi Zingiber, Alpinia, ...
Lá: Lá của các loài cây thuộc họ Gừng là lá Ďơn, mọc cách, xếp thành hai
hàng, thường hướng lên trên. Kích thước và hình dạng lá biến Ďổi, Ďôi khi phiến
lá tiêu giảm thành bẹ lá dạng vảy. Lá gồm các phần: bẹ lá, cuống lá, lưỡi lá,
phiến lá: Bẹ lá mở Ďến gốc và ôm chặt lấy nhau thành thân giả (hay còn gọi là
thân khí sinh). Cuống lá là phần giữa bẹ lá và phiến lá, có tiết diện ngang hình
lòng máng nông hoặc sâu. Lá không cuống hay có cuống ngắn Ďến dài (từ 0,20,3 mm Ďến 15-20 cm, Ďôi khi Ďến 25 cm). Lưỡi lá là phần từ bẹ lá kéo dài lên.
Lưỡi dày hay mỏng dạng màng, phía Ďầu nguyên, cụt ngang hay xẻ thành 2
thùy; Ďầu lưỡi hay Ďầu các thùy lưỡi nhọn hay tù; lưỡi dài 1-2 mm hay tới vài
cm. Phiến lá hình trứng, hình bầu dục, hình bầu dục dài, hình mũi mác, ít khi gần

tròn (Kaempferia elegans); gốc nhọn, hình nêm hay gần tròn; Ďầu thường nhọn,
Ďôi khi thót nhỏ thành dạng Ďuôi, hiếm khi tròn.

Lá bắc, lá bắc con
- Lá bắc: Lá bắc hình trứng, hình trứng rộng, hình mũi mác, bao lấy lá
bắc con và hoa, Ďôi khi bao lấy truyền thể (bulbil) (Globba). Các lá bắc dính
với nhau ở nửa phía dưới làm thành dạng túi (Curcuma), hay dạng chuông
(Stahlianthus) hoặc xếp lợp lên nhau (Hedychium, Zingiber,...). Đặc biệt trong
chi Curcuma, các lá bắc bất thụ (không chứa hoa) ở phía dưới hay phía trên
của cụm hoa, thường có màu sắc khác với lá bắc hữu thụ. Ở một số loài 1-2 lá
bắc dưới cùng của cụm hoa phát triển rất to bao lấy cả cụm hoa khi non gọi là
lá bắc tổng bao (nhưng sớm rụng) (Alpinia).
-

Lá bắc con: Đính giữa gốc lá bắc và bầu, bao lấy hoa. Lá bắc con mở

Ďến gốc hay dạng ống. Đôi khi lá bắc con không có hoặc sớm rụng.
5


Cụm hoa: Cụm hoa dạng chùy, dạng chùm hay dạng bông, mọc ở các
vị trí khác nhau: Cụm hoa mọc trên ngọn thân có lá gặp ở các chi như Alpinia,
Hedychium,....Cụm hoa mọc từ thân rễ sát mặt Ďất, riêng với thân có lá gặp ở
các chi như Amomum, Hornstedtia, Curcuma, Zingiber,....Cụm hoa mọc giữa
các bẹ lá ở các chi Boesenbergia, Curcuma, Distichochlamys,....Đôi khi trong
cùng một chi, cụm hoa mọc ở trên ngọn thân có lá và cả từ thân rễ (Zingiber),
hay từ giữa các bẹ lá và từ thân rễ (Curcuma). Một số ít loài có cụm hoa xuất
hiện trước lá hay xuất hiện Ďồng thời với chồi lá non (Curcuma). Cuống cụm
hoa mọc từ thân rễ ở một số chi Ďược bao phủ bởi các bẹ lá dạng vảy lợp lên
nhau nhiều hay ít, hay không lợp lên nhau (Amomum, Zingiber,...)

Quả: Quả nang chẻ ô; Ďôi khi quả mọng, quả nạc; quả có lông hay
không; quả có nhiều dạng khác nhau:
+ Hình tròn hay bầu dục, Ďường kính từ 0,3-0,4 cm Ďến 2-3 (4) cm,
hiếm khi quả hình bầu dục có ngấn giữa (Alpinia galanga); hình thoi (Alpinia
oxymitra) hay hình trứng hẹp (Amomum mengtzense).
+ Có gờ nổi hay có cánh dạng quả khế theo chiều dọc (Alpinia,
Elettari, Elettariopsis, Amomum).
+ Trơn hay có lông, có gai mềm, gai phân nhánh hay không (Alpinia,
Amomum)
Hạt: Hình bầu dục, gần tròn hay có góc cạnh; màu Ďỏ, màu Ďen, nâu
hay màu xám; có áo hạt mềm màu Ďen, trắng, hay Ďôi khi có màu Ďỏ; áo hạt
rách không Ďều.
1.1.2.2. Đặc điểm chi Riềng – Alpinia Roxb.
Chi Riềng - Alpinia Roxb. là một chi lớn thuộc họ Gừng (Zingiberaceae),
trên thế giới có khoảng 300 loài, phân bố ở vùng nhiệt Ďới và cận nhiệt Ďới châu
Á, một số ít ở Ôxtrâylia và quần Ďảo Thái Bình Dương [8].
Ở

Việt Nam chi Riềng hiện có 33 loài [8, 18].
6


Hình 1.1: Đặc Ďiểm hình thái cây
Riềng (Alpinia officinarum)
(Nguồn ảnh: itmonline.org và
)

Đặc điểm hình thái: Cây thảo cao 1-3 (4) m, thân rễ bò, dày. Lá nhiều,
phiến lá hình bầu dục dài hay dạng mác, có cuống hay không. Cụm hoa dạng
chùm hay bông, trên ngọn thân có lá, hoa Ďính thưa hay dày, cụm hoa khi non

thường Ďược bao bởi 1-3 lá bắc (thường gọi là lá bắc tổng bao - nhưng sớm
rụng). Các lá bắc (nếu có) mở Ďến gốc, bao một hoa hay vài hoa trong một
cụm nhỏ (cincinnus); các lá bắc con dạng ống hay mở Ďến gốc, Ďôi khi
không có. Đài hoa có phần dưới dạng ống, trên xẻ 1 bên hay chia 3 thùy nhỏ
dạng răng. Tràng có phần dưới dạng ống, trên xẻ thành 3 thùy, thùy lưng
thường to hơn hai thùy bên, Ďầu có dạng mũ nông hay sâu. Cánh môi to, có
màu sặc sỡ, thường to rộng hơn các thùy tràng, phía Ďầu xẻ thành 2-3 thùy
hay nguyên. Nhị có chỉ nhị dạng bản, ngắn hoặc dài; bao phấn 2 ô, phần phụ
trung Ďới kéo dài lên phía trên thành mào hay không. Nhị lép bên 2, tiêu giảm
thành dạng dùi, dạng răng hay tiêu giảm hoàn toàn. Bầu hình cầu hay gần
hình cầu. Vòi nhụy mảnh, núm nhụy thường loe hình phễu, Ďôi khi có dạng
chùy. Vòi nhụy lép ngắn, dạng bản hay dùi. Quả nang, hình cầu hay hình bầu
dục, hiếm khi hình thoi (A. oxyphylla), tự mở hoặc mở không Ďều. Hạt nhiều,
thường có góc cạnh, có áo hạt [8].

7


Sinh học và sinh thái: Phần lớn các loài trong chi này ưa bóng, ưa ẩm,
mọc dưới tán rừng, dưới bóng các cây khác, nhưng có số ít loài vẫn phát triển
tốt ở nơi ít bóng như ven Ďường lớn hay ở trảng cỏ (A.malaccensis, A.
hainanensis, A. gagnepainii).
Giá trị sử dụng chi Riềng: Nhiều loài trong chi Riềng Ďược sử dụng làm
thuốc, làm gia vị hoặc tinh dầu chiết xuất ở các loài Ďược ứng dụng trong các
lĩnh vực y học, dược phẩm, công nghiệp thực phẩm…Rễ của các loài Alpinia
officinale, Alpinia galanga, Alpinia conchigera, Alpinia zerumbet…Ďược sử
dụng làm gia vị trong các món ăn truyền thống của nhiều dân tộc. Tinh dầu Ďược
chiết xuất từ các loài này có tác dụng kích thích tiêu hóa, làm cho các món ăn có
hương vị hấp dẫn, ngon miệng, Ďồng thời có khả năng tiêu diệt hoặc kìm hãm sự
hoạt Ďộng của các vi sinh vật có hại. Trong các bài thuốc của người Trung Quốc

và một số nước Đông Dương, thân rễ của nhiều loài trong chi Riềng (Alpinia)
Ďược dùng làm thuốc chữa các bệnh khó tiêu, co giật, long Ďờm, viêm phổi,
chữa các vết thương, vết loét…[16, 25].

1.1.2.3. Đặc điểm chi Gừng – Zingiber
Chi Gừng – Zingiber thuộc họ Gừng (Zingiberaceae), trên thế giới có
khoảng 150 loài, phân bố chủ yếu ở các vùng nhiệt Ďới và cận nhiệt Ďới. Ở
Châu Á có khoảng 45 loài, trong Ďó Việt Nam có 11 loài [6].
Đặc điểm hình thái: Cây thân thảo cao Ďến 2-3m. Thân giả mọc thẳng
Ďứng, thân rễ phân nhánh, có củ. Lá mọc thành 2 dãy song song, gốc lá phồng
lên hình nêm. Cụm hoa hình nón hẹp, mọc từ thân rễ sát mặt Ďất hay trên ngọn
thân có lá. Đài dính nhau hình ống, chia thùy về một phía, trên chia 3 răng.
Tràng hoa hình ống, mỏng, tràng giữa màu trắng hay màu kem, thường lớn hơn
hai thùy bên. Các nhị lép ở bên gắn với cánh môi tạo thành cánh môi
3

thùy, thùy giữa rộng Ďầu hay chẻ ở Ďỉnh. Chỉ nhị ngắn, Ďược bao bọc bởi

phần phụ dài của vòi nhụy. Bầu 3 ô, mỗi ô nhiều noãn. Đính noãn trung trụ.
8


Vòi nhụy mảnh, kéo dài phía sau bao phấn, Ďầu nhụy không mở rộng. Quả
nang chẻ ô hay nứt hỗn hợp. Hạt màu Ďen, Ďược bao bọc bởi áo hạt, áo hạt
màu trắng, mép xẻ thùy bất thường. Đặc Ďiểm dễ nhận biết nhất là 2 mép
phần tiếp nối giữa cuống lá và bẹ lá giống như khuỷu (Ďầu gối); phần phụ của
trung Ďới kéo dài và cong ở Ďầu, bao lấy vòi nhụy [6].

Hình 1.2: Đặc Ďiểm
hình thái cây Gừng

(Zingiber officinarum)
(Nguồn ảnh: )

Sinh học và sinh thái: Các loài thuộc chi Gừng Ďược trồng nhiều ở các
nước trong vùng nhiệt Ďới, từ Đông Á Ďến Đông Nam Á và Nam Á. Trung
Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản là những nước trồng nhiều gừng nhất thế giới. Ở Việt
Nam, cây Ďược trồng ở nhiều Ďịa phương, từ miền núi Ďến Ďồng bằng và hải
Ďảo. Gừng trồng sau một năm nếu không thu hoạch sẽ có hiện tượng tàn lụi
(phần trên mặt Ďất) qua Ďông. Thời gian sinh trưởng mạnh của cây thường
vào mùa hè – thu khi thời tiết nóng và ẩm [9].
Giá trị sử dụng chi Gừng (Zingiber): Theo y học cổ truyền, gừng tươi
Ďược gọi là sinh khương, gừng khô gọi là can khương. Sinh khương có vị cay,
tính hơi ôn tác Ďộng vào ba kinh phế, tỳ và vị. Có tác dụng phát biểu tán hàn, ôn

9


trung, làm hết nôn, tiêu Ďờm, hành thủy giải Ďộc. Dùng chữa ngoại cảm, biểu
chứng, bụng Ďầy trướng, nôn mửa, giải Ďộc bán hạ nam tinh, cua cá, Ďờm ẩm
sinh ho. Can khương vị cay, tính ôn. Bào khương (can khương bào chế rồi) vị
cay Ďắng tính Ďại nhiệt. Tác dụng vào sáu kinh tâm, phế, tỳ, vị, thận và Ďại
tràng. Có tác dụng ôn trung tán hàn, hồi dương thông mạch, dùng chữa thổ tả,
bụng Ďau, chân tay lạnh, mạch nhỏ, hàn ẩm, xuyễn, phong hàn thấp tỳ [23].

Trong nhân dân, gừng gió là một vị thuốc giúp tiêu hóa, dùng trong
những trường hợp kém ăn, ăn uống không tiêu, nôn mửa, tiêu chảy, cảm mạo,
phong hàn làm thuốc ra mồ hôi, chữa ho mất tiếng. Gừng tươi (sinh khương)
dùng với liều 3-6 g dưới dạng thuốc sắc hay thuốc pha hoặc rượu gừng (mỗi
ngày 2-5 ml). Gừng khô (can khương) dùng khi bị lạnh mà Ďau bụng, tiêu
chảy, mệt lả, nôn mửa [23].

Tại một số nước trên thế giới, như Trung Quốc gừng Ďược dùng làm
thuốc chống Ďộc, an thần, chống viêm, kích thích ăn ngon miệng và làm dễ
tiêu. Được chỉ Ďịnh trong bệnh tả (phối hợp với nhiều dược liệu khác), thấp
khớp mạn tính, nhức Ďầu kiểu Ďau dây thần kinh và co cứng, hen phế quản,
buồn nôn, nôn, viêm phế quản. Tại Ấn Độ, gừng Ďược dùng rộng rãi Ďể làm
gia vị, sản xuất oleoresin và cất tinh dầu gừng. Gừng bảo quản Ďể giữ lâu là
gừng tươi gọt vỏ, ngâm trong sirô hay mật ong, hoặc chế biến thành mứt
gừng, hay thành Ďồ uống. Gừng Ďược xếp vào những thuốc chống trầm cảm
và là một thành phần của một số chế phẩm chống tác dụng của thuốc ngủ.
Trong thú y, gừng Ďược dùng làm thuốc kích thích và gây trung tiện trong
bệnh khó tiêu do mất trương thực của ngựa và trâu bò. Gừng còn là một
nguyên liệu mới Ďể chiết xuất enzym thủy phân protein, ngoài Ďu Ďủ. Gừng
có trong thành phần một bài thuốc cổ truyền Ayurveda dùng rộng rãi ở Nepal
Ďể chữa các chứng bệnh cúm, cảm lạnh, kém ăn, khó tiêu, tiêu chảy, viêm
khớp và Ďể làm thuốc giảm tiết acid dịch vị, chống co thắt, làm hồi tỉnh. Ở
10


Indonesia người dân dùng gừng Ďể chữa Ďau bụng, ho và dùng làm thuốc bôi
ngoài da cho phụ nữ và trẻ em. Ở Bungari, gừng Ďược dùng dạng chè thuốc
Ďể chữa cảm lạnh, sổ mũi, ho, sốt, viêm họng [9, 25].
1.2. Giới thiệu về cây gừng Bắc Kạn
Cây Gừng Ďá ở tỉnh Bắc Kạn là một trong những nguồn gen có giá trị
dinh dưỡng cao, thích nghi tốt và là giống bản Ďịa mang tính chất Ďặc sản của
Ďịa phương, có thể phát triển và mở rộng sản xuất. Cây Gừng Ďá Ďược xếp
vào nhóm giống cây thực phẩm quý hiếm cần Ďược bảo tồn theo Quyết Ďịnh
số 80/2005/QĐ-BNN ngày 05 tháng 12 năm 2005 của Bộ Nông nghiệp và
Phát triển Nông thôn.

Hình 1.3. Cây gừng Bắc Kạn trong Ďiều kiện tự nhiên

(Ảnh chụp tại xã Liêm Thủy – Huyện Na Rì – Tỉnh Bắc Kạn, tháng 8/2016)
Qua kết quả Ďiều tra khảo sát cũng như kinh nghiệm của những hộ dân
Ďược Ďiều tra trên Ďịa bàn tỉnh Bắc Kạn cho thấy, cây Gừng Ďá Ďược phân bố
chủ yếu tại 2 xã: Liêm Thủy và Xuân Dương, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn. Huyện
2

Na Rì có tổng diện tích: 864,5 km , trong Ďó diện tích rừng và Ďất lâm nghiệp
là 74.760,6 ha (hơn 14.000 ha rừng núi Ďá). Đặc biệt huyện có 2.730
11