Đánh giá giống và xử lý hóa chất nâng cao năng suất và hàm lượng curcumin trong nghệ Curcuma spp.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

BÙI THỊ CẨM HƯỜNG

ĐÁNH GIÁ GIỐNG VÀ XỬ LÝ HÓA CHẤT
NÂNG CAO NĂNG SUẤT
VÀ HÀM LƯỢNG CURCUMIN
TRONG NGHỆ CURCUMA SPP.

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG
MÃ NGÀNH 9 62 01 10

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS. TS. LÊ VĨNH THÚC
TS. LƯU THÁI DANH

CẦN THƠ - 2019
1


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan cơng trình “Đánh giá giống và xử lý hóa chất nâng cao năng
suất và hàm lượng curcumin trong nghệ (Curcuma spp.)” là cơng trình nghiên
cứu khoa học của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình luận án nào
trước đây.

Cán bộ hướng dẫn

Cần Thơ, ngày 04 tháng 12 năm 2019
Nghiên cứu sinh

PGS. TS. Lê Vĩnh Thúc TS. Lưu Thái Danh Bùi Thị Cẩm Hường


CẢM TẠ
Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến!
GS. Nguyễn Bảo Vệ đã định hướng, truyền đạt kiến thức và cho rất nhiều
lời khun bổ ích trong suốt q trình học tập, làm việc và nghiên cứu.
PGS.TS. Lê Vĩnh Thúc và TS. Lưu Thái Danh đã tận tình hướng dẫn các
nội dung, phương pháp nghiên cứu cũng như giúp đỡ trong việc thực hiện và
hoàn thành luận án này.
Xin chân thành cảm ơn!
Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ; Ban chủ nhiệm Khoa Nông
nghiệp và Khoa Sau đại học;
Ban chủ nhiệm Bộ môn Khoa học Cây trồng;
Ban giám đốc khu Funny land - Phong Điền - Cần Thơ;
Quý Thầy, Cô, anh chị và các bạn đồng nghiệp Bộ môn Khoa học Cây
trồng, Di truyền Giống Nông nghiệp và Khoa học Đất và Bảo vệ thực vật.
Đã tạo điều kiện cho tôi công tác, học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng ghi nhớ!
Tất cả những chân tình, sự giúp đỡ của thầy Trần Vũ Phến, thầy Nguyễn
Lộc Hiền, anh Huỳnh Kỳ cùng các em học viên cao học Huỳnh Đại Lộc,
Nguyễn Phong Nhã, Văn Quốc Giang; của bè bạn, các em sinh viên khóa 37,
38, 39, 40, 41 mà tơi không thể liệt kê ra hết trong trang cảm tạ này.
Xin cảm ơn sự chia sẻ và động viên của người thân u trong gia đình, đã

góp phần khơng nhỏ vào sự thành công của luận án.


TĨM TẮT
Luận án “Đánh giá giống và xử lý hóa chất nâng cao năng suất và hàm
lượng curcumin trong nghệ (Curcuma spp.)” được thực hiện nhằm mục tiêu:
(1) Tìm ra giống nghệ có năng suất và hàm lượng curcumin cao trên cơ sở đặc
điểm hình thái, dấu phân tử và sinh hóa; (2) Tìm ra hố chất xử lý thích hợp
cho sự sinh trưởng, gia tăng hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ. Thí
nghiệm được thực hiện từ năm 2014-2018 tại thành phố Cần Thơ. Nội dung
nghiên cứu chính gồm có: (1) Đánh giá giống nghệ có hàm lượng và năng suất
curcumin cao. Ba mươi bốn mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội (32 mẫu
Việt Nam
+ 1 mẫu Indonesia + 1 mẫu Australia) được phân tích tính đa dạng dựa vào đặc
điểm hình thái (thân, lá, hoa và củ); dấu phân tử (sử dụng 10 đoạn mồi RAPD,
10 mồi ISSR và kết hợp giữa RAPD + ISSR); chỉ tiêu sinh hố (khối lượng củ
tươi, khơ, hàm lượng và năng suất curcumin); (2) Ảnh hưởng của hoá chất xử
lý đến sự sinh trưởng, hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ. Có 6 thí
nghiệm được thực hiện: (a) Phun phenylalanin (4 thời điểm và 4 nồng độ); (b)
Phun salicylic acid (4 thời điểm và 4 nồng độ); (c) Phun và bón sắt sulfate
(FeSO4) (3 thời điểm và 6 mức độ); (d) Phun và bón kẽm sulfate (ZnSO4) (3
thời điểm và 6 mức độ); (e) Phun và bón Borax (3 thời điểm và 6 mức độ); (f)
Đánh giá hiệu quả của các loại hoá chất xử lý.
Kết quả cho thấy: (1) Phân tích mối quan hệ di truyền dựa vào các đặc
điểm hình thái đã chia 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội thành 3
nhóm chính với hệ số tương đồng trung bình là 0,68. Nhóm I gồm 5 mẫu
giống thuộc lồi C. zedoaria; nhóm II gồm 5 mẫu giống, thuộc lồi C.
aeruginosa; nhóm III gồm 24 mẫu giống, thuộc 3 loài C. xanthorrhiza, C.
longa. và C. mangga. Chọn ra mẫu giống nghệ C.34, nguồn gốc địa phương
(An Giang) có hàm lượng và năng suất curcumin/khối lượng củ khơ cao nhất

(12,2%; 11,6 g). Mẫu giống
C.34 có gân lá màu xanh; thịt củ màu vàng cam/vàng cam đậm, mùi nghệ, hơi
đắng và ít the; lá bắc phía trên màu xanh nhạt/hồng nhạt/trắng; thuộc lồi
Curcuma xanthorrhiza. Hai mơ hình hồi quy sử dụng khối lượng củ tươi đã dự
đoán được khối lượng củ khô/bụi; và sử dụng hàm lượng curcumin đã dự đốn
năng suất curcumin/khối lượng củ khơ. Dựa vào các đặc điểm hình thái có thể
giải thích được sự biến động về hàm lượng cũng như năng suất curcumin/khối
lượng củ khô của 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội. Phân tích mối
quan hệ di truyền dựa vào dấu phân tử RAPD, ISSR và sự kết hợp giữa RAPD
+ ISSR đều đã chia 34 mẫu giống nghệ thành 4 nhóm chính, với hệ số tương


đồng trung bình đều là 0,71. Phân nhóm dựa vào đặc điểm hình thái so với dấu


chỉ thị phân tử RAPD kết quả khá giống nhau (23/34 mẫu giống), so với ISSR
(17/34 mẫu giống) và so với sự kết hợp giữa RAPD + ISSR (18/34 mẫu
giống).
(2) Phun một trong các chất như: Phe, SA 100 ppm; FeSO4, ZnSO4, Borax
0,5% ở thời điểm 120 ngày sau trồng (NST) giống nghệ C.34 đều có số
chồi/bụi, số lá/chồi, số lá/bụi, chiều cao cây, chiều dài lá, chiều rộng lá, hàm
lượng và năng suất curcumin cao hơn so với đối chứng. Điều này cũng đã thể
hiện qua hàm lượng enzyme phenylalanine ammonia lyase (PAL - enzyme đầu
tiên trong con đường sinh tổng hợp curcumin) tăng ở thời điểm 150 NST. Nhất
là khi nghệ được phun Phe 100 ppm hoặc FeSO4 0,5% có khối lượng củ khơ
cao hơn đối chứng 1,80 và 1,78 lần; hàm lượng curcumin đều cao hơn 1,39
lần; năng suất curcumin cao hơn 2,50 và 2,48 lần.
Từ khoá: Chi nghệ, curcumin, dấu phân tử, phenylalanine, vi lượng…

ABSTRACT
The dissertation, "Varieties evaluation and chemicals treatment to
improve yield and content of curcumin in (Curcuma spp.)", was conducted to
(1) identify varieties of with high yield and curcumin content based on its
morphology, molecular and biochemical markers; (2) find appropriate treated
chemicals for growth, curcumin content and yield of rhizome. The experiment
has been carried out from 2014 to 2018 in Cantho city. The major contents of
the research are: (1) Evaluating varieties turmeric which has high curcumin
content and yield of rhizome. 34 samples of local and imported turmeric
(including 32 Vietnamese samples, one Indonesian sample, and one Australian
sample) were extensively analyzed based on their morphological
characteristics (such as a trunk, a leaf, a flower, and a rhizome); their
molecular markers (using 10 RAPD primers, 10 ISSR primers, and the
combination of RAPD and ISSR primers); and their biochemical indicators
(like a weight of fresh, dry rhizome, curcumin content and yield); (2)
Analyzing the effect of chemicals treatment on growth, content and yield of
curcumin in rhizome. Six experiments were conducted: (a) Spraying
phenylalanine (Phe) (at 4 stages and 4 concentrations);
(b) Spraying salicylic acid (SA) (at 4 stages and 4 concentrations); (c)
Spraying and fertilizing iron sulfate (FeSO4) (at 3 stages and 6 levels); (d)
Spraying and fertilizing zinc sulfate (ZnSO4) (at 3 stages and 6 levels); (e)
Spraying and fertilizing Borax (at 3 stages and 6 levels); (f) Evaluating the
effect of treated chemicals.
The results showed that: (1) C.34 variety, which is local turmeric (An
Giang), has the highest curcumin content and yield per weight of dry rhizome
(12.4% and 11.6 g respectively). The analysis of RAPD, ISSR, and
combination between RAPD and ISSR showed high polymorphic band rates
(90.7, 97.1 and 93.9, respectively), and divided 34 turmeric into four groups
with an average similarity coefficient of 0.71. The C.34 variety has a close
genetic relationship with other 9 varieties (based on RAPD), with other 16

varieties (based on ISSR), and with other 14 varieties (based on the
combination between RAPD and ISSR). The content and yield of curcumin on
weight of the dry rhizome was related to morphological characteristics. Thus,
it is identified that C.34 variety is Curcuma xanthorrhiza with green leaf veins;
orange-yellow or dark orange- yellow in colour of rhizome; with the smell of
turmeric, a bit bitter and little mentholated taste; and upper light green bracts;


(2) The C.34 variety has number


of tillers per clump, number of leaves in main tiller, number of leaves per
clump, height of pseudostem, leaf length, leaf breadth, curcumin content and
yield of rhizome than those of the control treatment when spraying one of the
following substances such as Phe, SA 100 ppm, FeSO4, ZnSO4, Borax 0.5%
at 120 days after plant. This result has also proved by the content of
phenylalanine ammonia lyase (PAL - the first enzyme through the pathway of
biosynthesis of curcumin) which increased at 150 days after plant. Especially,
a turmeric which is sprayed with 100 ppm of Phe, 0.5% of FeSO4 has 1.80
and 1.78 times higher weight of the dry rhizome than that of the control
treatment. Similarly, the curcumin content is also 1.39 times, and the curcumin
yield is 2.50 and 2.48 times respectively.
Keywords: Curcuma, curcumin content, micronutrients, molecular
markers, phenylalanine…


MỤC LỤC
Nội dung
Trang phụ bìa
Lời cam đoan

Cảm tạ
Tóm tắt
Abstract
Mục lục
Danh sách ký hiệu, chữ viết tắt
Danh sách bảng
Danh sách hình
Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1
Tính cấp thiết của luận án
1.2
Mục tiêu của luận án
1.3
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
1.4
Nội dung của luận án
1.5
Những đóng góp mới của luận án
1.6
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1
Sơ lược về nghệ
2.1.1
Nguồn gốc và phân bố
2.1.2
Phân loại và đặc điểm chi Curcuma
2.1.3
Chỉ thị di truyền
2.2

Ảnh hưởng của một số hóa chất đến sinh tổng hợp
curcumin trong nghệ
2.2.1
Cơ chế sinh tổng hợp curcumin
2.2.2
Ảnh hưởng của các nguyên tố đa lượng
2.2.3
Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng
2.2.4
Ảnh hưởng của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1
Phương tiện nghiên cứu
3.1.1
Thời gian và địa điểm nghiên cứu
3.1.2
Vật liệu và phương tiện nghiên cứu
3.2
Nội dung nghiên cứu
3.3
Phương pháp nghiên cứu
3.3.1 Nội dung 1: Đánh giá 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội

Trang
i
ii
iii
iv
vi

viii
x
xi
xiv
1
1
2
2
3
3
4
5
5
5
6
11
15
15
17
22
25
33
33
33
33
34
35
35

Nội dung 2: Nghiên cứu hoá chất xử lý đến sinh trưởng,
hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ
3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1
Nội dung 1: Đánh giá 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội
4.1.1
Đặc điểm hình thái
4.1.2
Đặc điểm phân tử
4.2
Nội dung 2: Nghiên cứu hoá chất xử lý đến sinh trưởng,
hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ
4.2.1
Ảnh hưởng phenylalanine đến nghệ Curcuma
xanthorrhiza
4.2.2
Ảnh hưởng của salicylic acid đến nghệ Curcuma
xanthorrhiza
Ảnh hưởng của FeSO4 đến nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.2.3
Ảnh hưởng của ZnSO4 đến nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.2.4
4.2.5
Ảnh hưởng của Borax đến nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.2.6
Ảnh hưởng của phân bón qua lá đến nghệ Curcuma
xanthorrhiza
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

5.1
Kết luận
5.2
Đề xuất
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
3.3.2

40
45
47
47
47
74
92
92
97
101
105
110
114
125
125
126
127


DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa từ viết tắt

Borax

Disodium tetraborate decahydrate - Na2B4O7.10H2O

C.

Curcuma

CV

Coefficient of Variation (Hệ số biến động)

DNA

Deoxyribonucleic acid

FeSO4

Iron (II) sulfate heptahydrate

(FeSO4.7H2O) ISSR

Inter simple sequence repeat

MI

Marker index

NST

ngày sau trồng

PAL

Phenylalanine ammonia lysase

PCR

Polymerase chain reaction

Phe

Phenylalanine

PIC

Polymorphic Information Content

RAPD

Random amplified polymorphic DNA

Rp

Resolving power

SA

Salicylic acid

ZnSO4

Zinc sulfate heptahydrate (ZnSO4.7H2O)

CTAB

Cetyl trimethyl ammonium bromide

TE

Tris EDTA buffer

OD

Optical density

DANH SÁCH BẢNG
Bảng
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10

Nội dung
Trang
Danh sách 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội được sử
dụng trong nghiên cứu
33
Chỉ tiêu phân tích đất thí nghiệm (Bình Thủy, Cần Thơ, 20142015)
35
Danh sách 10 đoạn mồi RAPD được sử dụng trong đánh giá sự đa
dạng di truyền trên 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
39
Danh sách 10 đoạn mồi ISSR được sử dụng trong đánh giá sự đa
dạng di truyền trên 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
39
Thành phần phản ứng RAPD-PCR và ISSR-PCR
40
Chỉ tiêu phân tích đất thí nghiệm trong chậu (2015-2016)
41
Các tổ hợp nghiệm thức trong thí nghiệm 1
41
Các tổ hợp nghiệm thức trong thí nghiệm 2
42
Các tổ hợp nghiệm thức trong thí nghiệm 3
42
Các tổ hợp nghiệm thức trong thí nghiệm 4
43


3.11 Các tổ hợp nghiệm thức trong thí nghiệm 5
3.12 Chỉ tiêu phân tích đất thí nghiệm (Bình Thủy, Cần Thơ, 20172018)

4.1 Đặc điểm hình thái thân, lá, hoa của 34 mẫu giống nghệ địa
phương và nhập nội
4.2 Phân bố tỷ lệ (%) theo các đặc điểm thân, lá, hoa của 34 mẫu
giống
nghệ địa phương và nhập nội
4.3 Đặc điểm hình thái củ của 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập
nội
4.4 Phân bố tỷ lệ (%) các đặc điểm hình thái củ của 34 mẫu giống
nghệ địa phương và nhập nội
4.5 Ma trận hệ số tương đồng của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội dựa vào các đặc điểm hình thái
4.6 Các chỉ tiêu sinh trưởng của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội
4.7 Các chỉ tiêu chất lượng của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội
4.8 Tương quan giữa chỉ tiêu chất lượng với đặc điểm sinh trưởng của
34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
4.9 Mối quan hệ giữa chỉ tiêu chất lượng với đặc điểm hình thái của
34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
4.10 Mối quan hệ giữa khối lượng củ tươi (g) với các đặc điểm hình
thái của 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
4.11 Mối quan hệ giữa khối lượng củ khô (g) với các đặc điểm hình
thái của 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội

43
44
48

50
55

57
59
62
64
65
68
69
69


4.12 Mối quan hệ giữa hàm lượng curcumin trên khối lượng củ khơ (%)
với đặc điểm hình thái của 34 giống nghệ địa phương và nhập nội
4.13 Mối quan hệ giữa năng suất curcumin trên khối lượng củ khô (g)
với đặc điểm hình thái của 34 giống nghệ địa phương và nhập nội
4.14 Nồng độ DNA của 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
4.15 Các chỉ số đánh giá tính đa hình trên 10 đoạn mồi RAPD của 34
mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
4.16 Ma trận hệ số tương đồng của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội dựa trên 10 đoạn mồi RAPD
4.17 Các chỉ số đánh giá tính đa hình trên 10 đoạn mồi ISSR của 34
mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
4.18 Ma trận hệ số tương đồng của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội dựa trên 10 đoạn mồi ISSR
4.19 Sự đa hình và tỷ lệ băng đa hình dựa trên sự kết hợp giữa 10
đoạn mồi RAPD với 10 đoạn mồi ISSR của 34 mẫu giống
nghệ địa
phương và nhập nội
4.20 Ma trận hệ số tương đồng của 34 giống nghệ địa phương và nhập
nội dựa trên sự kết hợp 10 đoạn mồi RAPD với 10 đoạn mồi ISSR
4.21 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và nồng độ xử lý

phenylalanine đến nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.22 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và nồng độ xử lý
phenylalanine đến nghệ Curcuma xanthorrhiza (tiếp theo)
4.23 Các chỉ tiêu chất lượng theo thời gian và nồng độ xử lý
phenylalanine đến nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.24 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và nồng độ xử lý salicylic
acid đến nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.25 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và nồng độ xử lý salicylic
acid đến nghệ Curcuma xanthorrhiza (tiếp theo)
4.26 Các chỉ tiêu chất lượng theo thời gian và nồng độ xử lý salicylic
acid đến nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.27 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và mức độ xử lý FeSO4 đến
nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.28 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và mức độ xử lý FeSO4 đến
nghệ Curcuma xanthorrhiza (tiếp theo)
4.29 Các chỉ tiêu chất lượng theo thời gian và mức độ xử lý FeSO4 đến
nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.30 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và mức độ xử lý ZnSO4
đến nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.31 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và mức độ xử lý ZnSO4
đến nghệ Curcuma xanthorrhiza (tiếp theo)
4.32 Các chỉ tiêu chất lượng theo thời gian và mức độ xử lý ZnSO4 đến
nghệ Curcuma xanthorrhiza

70
72
75
78
81
82

87

88
90
93
94
96
97
98
99
102
103
104
106
107
108


4.33 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và mức độ xử lý Borax đến
nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.34 Các chỉ tiêu sinh trưởng theo thời gian và mức độ xử lý Borax đến
nghệ Curcuma xanthorrhiza (tiếp theo)
4.35 Các chỉ tiêu chất lượng theo thời gian và mức độ xử lý Borax đến
nghệ Curcuma xanthorrhiza
4.36 Số chồi/bụi (chồi) và số lá/chồi của nghệ C. xanthorrhiza khi phun
phân bón lá khác nhau theo thời gian sinh trưởng
4.37 Số lá/bụi và chiều cao cây nghệ C. xanthorrhiza khi phun phân
bón lá khác nhau theo thời gian sinh trưởng
4.38 Chiều dài và chiều rộng lá nghệ C. xanthorrhiza khi phun phân
bón lá khác nhau theo thời gian sinh trưởng

4.39 Khối lượng củ tươi và củ khô/ bụi; hàm lượng và năng suất
curcumin/khối lượng củ khơ của nghệ C. xanthorrhiza khi phun
phân bón lá khác nhau
4.40 Hàm lượng và năng suất curcumin/khối lượng củ khô của nghệ C.
xanthorrhiza khi phun phân bón lá khác nhau

110
111
112
114
115
116

121
122


DANH SÁCH HÌNH
Hình

Nội dung

2.1 Con đường sinh tổng hợp curcumin theo Kita et al. (2008)
2.2 Con đường sinh tổng hợp curcumin theo Katsuyama et al.
(2009a)
3.1 Tóm tắt quy trình phân tích hàm lượng curcumin tổng
4.1 Màu gân giữa lá của một số giống/loài thuộc chi Curcuma
4.2 Màu thân của một số giống/loài thuộc chi Curcuma
4.3 Màu lá bắc cụm hoa của một số giống/loài thuộc chi Curcuma
4.4 Màu thịt củ của một số giống/loài thuộc chi Curcuma

4.5 Mối quan hệ di truyền của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội dựa vào đặc điểm hình thái
4.6 Mối quan hệ giữa khối lượng củ tươi với củ khô/bụi của 34 mẫu
giống nghệ địa phương và nhập nội
4.7 Mối quan hệ giữa năng suất với hàm lượng curcumin/khối lượng
củ khô của 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
4.8 Phổ điện di DNA từ mẫu lá nghệ
4.9 Phổ điện di với các đoạn mồi (A) OPA02, (B) OPA03, (C)
OPA04, (D) OPA10 và (E) OPA13 của 34 mẫu giống nghệ địa
phương và nhập nội
4.10 Phổ điện di với các đoạn mồi (F) OPB07, (G) OPB10, (H)
OPD02, (I) OPD03 và (J) OPD07 của 34 mẫu giống nghệ địa
phương và nhập nội
4.11 Mối quan hệ di truyền của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội dựa trên 10 đoạn mồi RAPD
4.12 Phổ điện di với các đoạn mồi (A) ISSR1, (B) ISSR2, (C) ISSR5,
(D) ISSR6 và (E) ISSR7 của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội
4.13 Phổ điện di với các đoạn mồi (F) ISSR10, (G) ISSR12, (H)
ISSR14, (I) ISSR17 và (J) ISSR18 của 34 mẫu giống nghệ địa
phương và nhập nội
4.14 Mối quan hệ di truyền của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội dựa trên 10 đoạn mồi ISSR
4.15 Mối quan hệ di truyền của 34 mẫu giống nghệ địa phương và
nhập nội dựa trên sự kết hợp 10 đoạn mồi RAPD với 10 đoạn
mồi ISSR
4.16 Hàm lượng enzyme PAL trong lá nghệ C. xanthorrhiza khi phun
phân bón lá khác nhau theo thời gian sinh trưởng

Trang

16
17
37
51
52
53
54
58
66
67
74

76

77
80

83

84
86

89
117


4.17 Hàm lượng Fe tổng số trong củ nghệ C. xanthorrhiza khi phun
phân bón lá khác nhau
4.18 Hàm lượng Zn tổng số trong củ nghệ C. xanthorrhiza khi phun
phân bón lá khác nhau

4.19 Hàm lượng B tổng số trong củ nghệ C. xanthorrhiza khi phun
phân bón lá khác nhau

118
119
120


Chương 1
GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của luận án

Chi Nghệ (Curcuma), thuộc họ gừng Zingiberaceae và là một trong
những loại dược liệu quan trọng. Sahoo et al. (2017) cho rằng các giống nghệ
được công bố hiện nay chủ yếu dựa vào các đặc điểm hình thái và sinh hố.
Đa số các giống nghệ đều giống nhau, khơng có sự khác biệt rõ về hình thái
của thân, lá, hoa và củ nên rất dễ gây nhầm lẫn cho các nhà nghiên cứu và
người sử dụng. Trong điều kiện môi trường khác nhau, chất lượng nghệ cũng
khác nhau. Sự kết hợp giữa kỹ thuật phân tử hiện đại với chỉ tiêu sinh hóa đã
giúp cho cơng tác chọn và phát triển giống dựa vào đặc điểm hình thái đạt
hiệu quả cao hơn. Hiện nay, trên thế giới đã ứng dụng dấu chỉ thị phân tử để
đánh giá đa dạng di truyền trên nghệ, trong đó, dấu chỉ thị phân tử RAPD
(Syamkumar, 2008; Jan et al., 2011; Khan et al., 2013; Phurailatpam et al.,
2013; Mohanty et al., 2014) và ISSR (Syamkumar, 2008; Taheri et al., 2012)
được sử dụng phổ biến do kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện.
Theo nghiên cứu của Akamine et al. (2007), Niranjan and Prakash
(2008), Yue et al. (2010), Hu et al. (2015) và Panahi et al. (2015), các tác giả
cho rằng curcumin - thành phần chính trong củ nghệ - có nhiều hoạt tính sinh
học như khả năng chống oxy hóa, chống đột biến, chống ung thư, kháng viêm,
kháng khuẩn, kháng nấm, kháng ký sinh trùng và có khả năng giải độc. Tuy

nhiên, hàm lượng curcumin trong nghệ rất thấp (dao động trong khoảng 1-6%)
(Aggarwal et al., 2006 và Niranjan et al., 2013). Ishimine et al. (2003 và
2004); Hossain et al. (2005a và 2005b); Hossain and Ishimine (2005); Hossain
and Ishimine (2007) cho rằng có nhiều yếu tố quyết định đến sự sinh trưởng,
hàm lượng, năng suất curcumin trên nghệ, trong đó, giống giữ vai trị quan
trọng nhất (Singh et al., 2013). Ngoài dinh dưỡng NPK, việc bổ sung các
nguyên tố vi lượng như sắt, kẽm và boron cũng rất cần thiết, góp phần gia tăng
hàm lượng, năng suất curcumin trong nghệ (Velmurugan et al., 2007 và Singh,
2014). Khi bổ sung phenylalanine, một tiền chất trong con đường sinh tổng
hợp curcumin, có thể làm tăng hàm lượng curcumin trong nghệ (Kita et al.,
2008). Sự chuyển
18


đổi phenylalanine thành cinnamic acid chủ yếu diễn ra trong lá và qua con
đường này có thể dẫn đến sự tổng hợp curcumin trong củ nghệ (Neema,
2005). Bên cạnh phenylalanine, salicylic acid cũng đóng vai trị quan trọng
trong sự tích lũy các chất biến dưỡng thứ cấp và hoạt hóa phenylalanine
ammonia lyase, enzyme đầu tiên của chuỗi sinh tổng hợp curcumin (Janas et
al., 2002; Solecka and Kacperska, 2003; Zhao et al., 2005; Kita et al., 2008).
Tại Việt Nam, Jana et al. (2015) cho rằng có khoảng 27 lồi nghệ phân
bố rải rác từ Bắc vào Nam, đây là nguồn vật liệu di truyền rất quý trong công
tác chọn tạo giống mới. Tuy nhiên, hiện nay, các nghiên cứu về nghệ chỉ tập
trung vào đặc điểm hình thái và hoạt tính sinh học, chưa có nhiều nghiên cứu
về giống cũng như dinh dưỡng. Do đó, việc tìm ra giống nghệ có hàm lượng,
năng suất curcumin cao dựa vào đặc điểm hình thái, dấu phân tử và sinh hố;
đồng thời tìm ra hóa chất thích hợp ảnh hưởng đến sinh trưởng, hàm lượng và
năng suất curcumin trong nghệ là rất cần thiết.
1.2 Mục tiêu của luận án

Tìm ra giống nghệ có hàm lượng, năng suất curcumin cao dựa vào đặc
điểm hình thái, dấu phân tử và sinh hóa.
Tìm ra hố chất xử lý ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, hàm lượng và năng
suất curcumin trong nghệ.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

Đối tượng nghiên cứu: 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội được
thu thập ở Việt Nam (32 mẫu), Indonesia (1 mẫu), Australia (1 mẫu).
Phạm vi nghiên cứu chính:
+ Nghiên cứu 34 giống nghệ được trồng tại quận Bình Thủy - thành phố
Cần Thơ từ năm 2014-2015, dựa vào đặc điểm hình thái, dấu phân tử và sinh
hố nhằm tìm ra giống nghệ có hàm lượng, năng suất curcumin cao.
+ Nghiên cứu được thực hiện tại huyện Phong Điền thành phố Cần Thơ
từ 2015-2016, trên phạm vi các hoá chất xử lý là phenylalanine, salicylic acid,
sắt sunfate, kẽm sunfate và Borax; có liên quan đến sự sinh tổng hợp curcumin
trong nghệ. Nghiên cứu ảnh hưởng của các hố chất trên đến giống nghệ C.34
thuộc lồi Curcuma xanthorrhiza được thực hiện tại quận Bình Thủy thành
phố


Cần Thơ từ 2017-2018, nhằm tìm ra hố chất xử lý ảnh hưởng đến sinh trưởng,
hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ.
1.4 Nội dung của luận án

* Nội dung 1: Đánh giá giống nghệ có hàm lượng và năng suất curcumin cao.
+ Thu thập 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội
+ Đánh giá sự đa dạng của 34 mẫu giống nghệ dựa vào đặc điểm hình thái
+ Đánh giá sự đa dạng của 34 mẫu giống nghệ dựa vào dấu phân tử
RAPD và ISSR.
+ Đánh giá sự đa dạng của 34 mẫu giống nghệ dựa vào các chỉ tiêu sinh

hóa
* Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của hoá chất xử lý đến sinh trưởng, hàm
lượng và năng suất curcumin trong nghệ.
+ Ảnh hưởng của thời điểm và nồng độ xử lý phenylalanine
+ Ảnh hưởng của thời điểm và nồng độ xử lý salicylic acid
+ Ảnh hưởng của thời điểm và mức độ xử lý sắt sulfate
+ Ảnh hưởng của thời điểm và mức độ xử lý kẽm sulfate
+ Ảnh hưởng của thời điểm và mức độ xử lý Borax
+ Đánh giá hiệu quả loại hoá chất xử lý đến sinh trưởng, hàm lượng và
năng suất curcumin trong nghệ.
1.5 Những đóng góp mới của luận án

Luận án đã tìm ra được giống nghệ C.34 có hàm lượng và năng suất
curcumin trên khối lượng chất khô cao nhất (12,4%; 11,6 g). Giống C.34 có
gân lá màu xanh; thịt củ màu vàng cam/vàng cam đậm, mùi nghệ, hơi đắng và
ít the; lá bắc phía trên màu xanh nhạt/hồng nhạt/trắng; thuộc loài Curcuma
xanthorrhiza.
Luận án đã xác định giống C.34, khi phun phân bón qua lá ở thời điểm
120 ngày sau trồng, các chỉ tiêu tăng trưởng đều cao hơn so với đối chứng
không phun. Phun Phe 100 ppm hoặc FeSO4 0,5% có khối lượng củ khơ (lần
lượt gấp 1,80; 1,79 lần); hàm lượng curcumin (đều gấp 1,39 lần); năng suất
curcumin trên khối lượng củ khô (lần lượt gấp 2,27; 2,39 lần) so với đối
chứng.


1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Về khoa học: Trên cơ sở của nghiên cứu về đánh giá giống và các thí
nghiệm xử lý hóa chất nhằm gia tăng sự sinh trưởng, năng suất và hàm lượng
curcumin trong nghệ cho thấy: (1) Kết hợp khảo sát đặc điểm hình thái, dấu

phân tử và phân tích sinh hóa giúp cho việc chọn giống nghệ đạt kết quả tốt
hơn; (2) Bên cạnh giống, con đường sinh tổng hợp curcumin còn chịu sự tác
động của các chất dinh dưỡng (FeSO4) và amino acid (phenylalanine) được
bổ sung từ bên ngoài; (3) Kết quả nghiên cứu của luận án có thể bổ sung vào
giáo trình giảng dạy cây dược liệu và tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu
tiếp theo.
Về thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng hiệu quả
trong sản xuất, làm cơ sở định hướng, quy hoạch ổn định và phát triển bền
vững các vùng trồng nghệ trọng điểm trong nước.


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 SƠ LƯỢC VỀ NGHỆ
2.1.1 Nguồn gốc và phân bố

Chi Nghệ (Curcuma - C.) là một chi lớn trong họ Gừng (Zingiberaceae);
có khoảng 120 lồi phân bố ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới châu Á, đặc
biệt là ở Nam và Đông Nam Á (Nguyễn Quốc Bình, 2011; trích dẫn bởi
Nguyễn Quốc Bình và Nguyễn Phương Hạnh, 2015). Chi Nghệ rất đa dạng,
phong phú; có nguồn gốc từ Ấn Độ, Myanmar, Thái Lan; sau đó lan rộng đến
Hàn Quốc, Trung Quốc, Australia và Nam Thái Bình Dương. Chi Nghệ cũng
phân bố nhiều ở Campuchia, Indonesia, Malaysia, Lào, Madagascar và
Philippines. Nhiều lồi trong chi Nghệ có giá trị kinh tế cao được trồng ở
Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Thái Lan cũng như các khu vực nhiệt đới của
Châu Phi, Châu Mỹ và Châu Úc (Babu et al., 2012). Ở Trung Quốc, chi
Curcuma rất đa dạng và có khoảng 12 lồi, bao gồm C. longa, C. aromatica,
C. elata, C. kwangsiensis, C. nankunshanensis, C. phaeocaulis, C.
sichuanensis, C. yunnanensis, C. wenyujin, C. attenuate, C. rubescens và C.
kwangsiensis (Zhang et al., 2018).

Loài nghệ phổ biến hiện nay là C. longa, có nguồn gốc từ Đơng Nam Á;
trong đó, Ấn Độ là nước sản xuất và xuất khẩu nghệ lớn nhất trên thế giới.
Ngoài ra, các loài khác cũng được sử dụng nhiều trong y học, công nghệ mỹ
phẩm (C. aromatica), y học cổ truyền (C. kwangsiensis, C. ochrorhiza, C.
pierreana, C. zedoaria và C. caesia), hoa viên cây cảnh (C. alismatifolia, C.
elata và C. roscoeana), thực phẩm (C. amada) và sản xuất tinh bột (C.
zedoaria,
C. pseudomontana, C. montana, C. angustifolia, C. rubescens, C. haritha và
C. caulina). Bên cạnh đó, các lồi C. purpurescens, C. mangga, C. heyneana,
C. zanthorrhiza, C. phaeocaulis và C. petiolata cũng có giá trị kinh tế cao
(Shiva et al., 2003; Sasikumar, 2005; Skornickova et al., 2007 và Babu et al.,
2012).
Ở Việt Nam, hiện nay có tới 27 lồi nghệ (Jana et al., 2015), phân bố rải
rác từ Bắc vào Nam. Đặc điểm đặc trưng của chi Nghệ là cây thân thảo, cao từ
0,5-2 m, củ thường phân nhánh và có mùi thơm. Lá nghệ có phiến hình mũi
mác hay elip; cuống lá thường dài; lưỡi ngắn. Cụm hoa mọc từ thân rễ hay
giữa các bẹ lá và thường xuất hiện sau, đơi khi cùng hay trước khi có lá. Các
lá bắc dính với nhau nhiều hay ít ở phía dưới và làm thành dạng túi, phần trên
xịe ra, mỗi lá bắc chứa một cụm nhỏ (Cincinus) có 2-7 hoa, các lá bắc phía


trên có màu sắc khác nhau (Nguyễn Quốc Bình và Nguyễn Phương Hạnh,
2015).


2.1.2 Phân loại và đặc điểm chi Curcuma
2.1.2.1 Phân loại

Yadav and Tarun (2017) cho rằng hệ thống phân loại chi Curcuma được
trình bày như sau:

Giới (Kingdom)

Plantae

Ngành (Division)

Magnoliophyta

Lớp (Class)

Monocotyledons

Bộ (Order)

Zingiberales

Họ (Family)
Chi (Genus)

Zingiberaceae
Curcuma

Seema (2015) đã mô tả phân loại chi Curcuma được thu thập từ các khu
vực địa lý khác nhau ở Ấn Độ. Các loài được lựa chọn và kiểm tra từ các
nghiên cứu thực nghiệm khác nhau bao gồm C. longa, C. aeruginosa, C.
zedoaria, C. amada, C. aromatica, C. haritha, C. olignantha, C. ecalcarata,
C. ceasia và C. raktakanda. Các tính trạng phân loại chi Curcuma đã được xác
định bằng cách so sánh với các mẫu tiêu bản tại phịng thí nghiệm Viện nghiên
cứu và Vườn thực vật học Nhiệt đới Jawaharlal Nehru (JNTBGRI).
Syamkumar (2008) đã nghiên cứu các đặc tính hình thái bên trên và bên dưới

mặt đất của các loài như kiểu cây, cách mọc lá, màu vỏ thân, màu sắc gân giữa
lá, hình dạng củ, màu củ chính,…
2.1.2.2 Đặc điểm thực vật

Nghệ là một loại thực vật thân thảo lâu năm, cao 60-90 cm, cuống lá
ngắn (Lal, 2012). Nghệ thuộc nhóm một lá mầm, các lá mọc xen kẽ và xếp
thành hai hàng, lá có dạng hình thn hoặc elip, thu hẹp ở chóp lá. Lá nghệ
được chia thành bẹ lá, cuống lá và phiến lá. Phiến lá cứng ít hay nhiều gồm
một gân chính và các gân phụ, có hoặc khơng có lơng. Gân lá có hình lơng
chim, gân chính nổi rõ ở mặt dưới và các gân phụ hơi lồi ở mặt trên. Cuống lá
ngắn hoặc dài, có bẹ, trên bẹ lá có các đường gân dọc song song (Ravindran et
al., 2007). Cuống lá dài từ 50-115 cm, các phiến lá đơn thường có chiều dài từ
76-115 cm và có khi lên đến 230 cm (Grieve, 2013; trích dẫn bởi Obionwu,
2016). Ngồi ra, lá có hình trái xoan, thon nhọn ở hai đầu, hai mặt nhẵn dài 45
cm, rộng 18 cm (Đỗ Tất Lợi, 2003). Lá bắc hình trứng hay hình thn với
chóp lá dạng tù, những lá bắc phía dưới mang hoa màu xanh nhạt hoặc trắng,
lá bắc phía trên có màu hồng (Đỗ Huy Bích và ctv., 2004).
Thân giả được hình thành từ các bẹ lá và có chiều cao từ 1-2 m (Ravindran
et al., 2007). Thân rễ (củ) trưởng thành có ngấn, màu vàng nhạt đến vàng đậm


tùy theo giống và có mùi thơm (Đỗ Huy Bích và ctv., 2004). Thân củ phình to
hình elip mang nhiều rễ ngang, cong và phân nhánh khi trưởng thành
(Ravindran et al., 2007). Bên cạnh đó, cũng có một số lồi có củ màu trắng
(C. zedoaria) hay xanh ten đồng (C. aeruginosa) (Phạm Hoàng Hộ, 2003).
Hoa nghệ mọc thành cụm từ giữa các lá lên tạo thành hình nón, cuống
hoa được bao bọc bởi các bẹ lá (Nguyễn Hữu Đảng, 1997). Hoa màu vàng, có
tràng hoa, đài hoa và nhị hoa. Đài hoa ngắn, chia 3 ngăn không đều. Tràng hoa
và nhị hoa ở gốc. Tràng hoa có ống dài, chia 3 thùy trong đó thùy ở giữa dài
hơn thùy ở hai bên (Đỗ Huy Bích và ctv., 2004). Nhị hoa có bao phấn, nhị lép

dài hơn bao phấn nhưng ngắn hơn môi hoa. Môi hoa do nhị lép tạo thành, đính
trên miệng ống tràng. Nghệ ra hoa vào mùa hạ và mùa thu, sự ra hoa phụ
thuộc vào từng giống nghệ, có giống rất ít khi ra hoa, có giống lại ra hoa trong
mỗi chu kỳ sống (Võ Văn Chi, 2003). Quả nghệ mọc thành cụm trên mặt đất,
chia 3 ngăn và mở bằng van. Hạt được bao bởi một màng mỏng màu trắng (áo
hạt). Vỏ hạt màu đen, nhăn nhúm, ngoại nhũ màu trắng, nội nhũ màu trắng
ngà, phôi hình thn dài màu kem nằm giữa nội nhũ (Đỗ Huy Bích và ctv.,
2004).
2.1.2.3 Chi Curcuma L.

Chi Curcuma được xác định trong Spices Plantarum của Linneaus
(1753). Từ Curcuma có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập là Karkum, có nghĩa là màu
vàng - màu của thân rễ (củ); Curcuma là tiếng Latinh (Purseglove et al., 1981;
Sirirugsa, 1999). Chi Curcuma được mô tả trong Hortus Indicus Malabaricus
của Rheede với tên địa phương là manjella kua và tên C. longa L. và C.
demestica Val. được xem là đồng nghĩa. Gần đây, Skornickova et al. (2010) đã
nghiên cứu tài liệu và mẫu vật trước đó, cuối cùng chọn C. longa của
Linnaeus (herb. Herman 3:5, no. 7 BM). Baker (1882) đã mơ tả 27 lồi trong
The Flora of British India. Tác giả chia các chi thành ba phần: Exantha,
Mesantha, và Hitcheniopsis. Phần Exantha gồm 14 lồi trong đó có C. longa
L., C. angustifolia Roxb. (gốc Ấn Độ), C. aromatica Salisb. và C. zedoaria
Roscoe (trích dẫn bởi Babu et al., 2012). Chi Curcuma được sử dụng bởi
người dân địa phương cũng như các bộ tộc nhưng thơng tin chưa đầy đủ. Tuy
nhiên, danh tính thực sự của một số loài trong chi Curcuma thường chưa rõ do
thiếu mẫu vật chuẩn và gặp khó khăn trong việc bảo tồn. Nhìn chung, các lồi
đều khác nhau, chỉ một phần giống nhau. Các loài giống nhau được cải thiện
bởi các biến đổi tự nhiên trong quần thể. Các loài giống nhau không được cải
thiện là do hột giống hiếm, nói chung chỉ phù hợp với quần thể vơ tính. Ngồi
ra, cịn có thể lai trong hoang dại và lai tự nhiên (Babu et al., 2012). Nhiều
lồi có đặc điểm hình thái như lá, củ và hoa khá giống nhau (Nguyễn Quốc

Bình và Nguyễn Phương Hạnh, 2015).