Luận án Nghiên cứu bảo tồn một số loài cây dược liệu có nguy cơ bị đe dọa tại vườn quốc gia Hoàng Liên, tỉnh Lào Cai

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM –––––––––––––––––––––––––– NGUYỄN HOÀNG NGHIÊN CỨU BẢO TỒN MỘT SỐ LOÀI CÂY DƯỢC LIỆU CÓ NGUY CƠ BỊ ĐE DỌA TẠI VƯỜN QUỐC GIA HOÀNG LIÊN, TỈNH LÀO CAI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG THÁI NGUYÊN - 2023 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM –––––––––––––––––––––––––– NGUYỄN HOÀNG NGHIÊN CỨU BẢO TỒN MỘT SỐ LOÀI CÂY DƯỢC LIỆU CÓ NGUY CƠ BỊ ĐE DỌA TẠI VƯỜN QUỐC GIA HOÀNG LIÊN, TỈNH LÀO CAI Ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 9.44.03.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Hoàng Văn Hùng 2. PGS.TS. Trần Đăng Khánh THÁI NGUYÊN - 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Hoàng ii LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của nhiều cá nhân và cơ quan nghiên cứu trong nước. Trước hết, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Hoàng Văn Hùng, PGS.TS. Trần Đăng Khánh, với cương vị người hướng dẫn khoa học, đã giúp đỡ cho nghiên cứu sinh trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới sự động viên và giúp đỡ nhiệt tình của tập thể cán bộ, giảng viên Phân hiệu Đại học Thái Nguyên tại tỉnh Lào Cai, Khoa Môi trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Viện Di truyền Nông nghiệp trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tác giả chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của ban lãnh đạo Vườn Quốc gia Hoàng Liên, UBND thị xã Sa Pa trong việc cung cấp tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài, hợp tác trong điều tra. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, nghiên cứu sinh đã nhận được sự giúp đỡ của cán bộ, viên chức Phòng Đào tạo – Nghiên cứu khoa học và Hợp tác quốc tế - Phân hiệu Đại học Thái Nguyên tại tỉnh Lào Cai; Khoa Môi trường - Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên; Viện Di truyền Nông nghiệp – Viện khoa học nông nghiệp Việt Nam. Nhân dịp này, tác giả xin chân thành cảm ơn các cơ quan trên. Xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào tạo - Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án của mình. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2024 Tác giả luận án Nguyễn Hoàng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... vi DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... x MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 3 4. Đóng góp mới của luận án ...................................................................................... 4 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 5 1.1. Tổng quan về bảo tồn đa dạng sinh học ............................................................... 5 1.1.1. Đa dạng sinh học và bảo tồn đa dạng sinh học ................................................. 5 1.1.2. Đa dạng di truyền và đánh giá đa dạng di truyền.............................................. 6 1.1.3. Các yếu tố sinh thái, môi trường và ảnh hưởng của nó đến bảo tồn đa dạng sinh học ............................................................................................................. 14 1.2. Tài nguyên cây dược liệu ................................................................................... 17 1.2.1. Tài nguyên cây dược liệu trên thế giới............................................................ 17 1.2.2. Tài nguyên cây dược liệu ở Việt Nam ............................................................ 18 1.3. Hoạt động bảo tồn cây dược liệu trên thế giới và ở Việt Nam .......................... 19 1.3.1. Các mối đe dọa đối với tài nguyên cây dược liệu ........................................... 19 1.3.2. Quan điểm và cách tiếp cận trong bảo tồn tài nguyên cây dược liệu ............. 19 1.3.3. Hoạt động bảo tồn cây dược liệu .................................................................... 21 1.3.4. Tổng quan một số phương pháp trong nghiên cứu bảo tồn cây dược liệu ...... 27 1.4. Cách tiếp cận trong xác định loài có nguy cơ bị đe dọa .................................... 30 1.4.1. Quan điểm của IUCN ...................................................................................... 30 1.4.2. Quan điểm của Việt Nam ................................................................................ 31 1.4.3. Quan điểm dựa trên kiến thức bản địa (cộng đồng) ........................................ 32 iv 1.5. Tổng quan về khu vực nghiên cứu và các nghiên cứu về cây dược liệu tại VQG Hoàng Liên ...................................................................................................... 34 1.5.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế -xã hội khu vực nghiên cứu ................................. 34 1.5.2. Các nghiên cứu về cây dược liệu ở VQG Hoàng Liên ................................... 40 1.6. Hướng tiếp cận nghiên cứu của đề tài ................................................................ 41 1.6.1. Nhận xét rút ra từ nghiên cứu tổng quan ......................................................... 41 1.6.2. Định hướng nghiên cứu của đề tài .................................................................. 42 Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 44 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 44 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................... 44 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................... 44 2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 44 2.2.1. Đánh giá tình trạng nguy cấp của một số loài cây dược liệu tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên ................................................................................................ 44 2.2.2. Đặc điểm sinh thái tự nhiên của một số cây dược liệu có nguy cơ cần được bảo tồn .............................................................................................................. 44 2.2.3. Kết quả định danh và đánh giá đa dạng di truyền một số loài cây dược liệu có nguy cơ cần được bảo tồn .............................................................................. 44 2.2.4. Một số giải pháp bảo tồn cây dược liệu tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên ....... 45 2.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 45 2.3.1. Phương pháp điều tra, khảo sát, đánh giá về tình trạng nguy cấp của một số loài cây dược liệu tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên ............................................... 45 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm sinh thái tự nhiên của một số cây dược liệu có nguy cơ cần được bảo tồn .................................................................... 46 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu dịnh danh và đánh giá đa dạng di truyền một số loài cây dược liệu có nguy cơ cần được bảo tồn bằng chỉ thị phân tử ...................... 49 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu trong đề xuất giải pháp bảo tồn .............................. 52 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 53 3.1. Đánh giá tình trạng nguy cấp của một số loài cây dược liệu tại VQG Hoàng Liên ............................................................................................................... 53 3.1.1. Hiện trạng đa dạng sinh học và cây dược liệu tại VQG Hoàng Liên ............. 53 3.1.2. Tình hình khai thác và sử dụng cây dược liệu VQG Hoàng Liên ................... 58 v 3.1.3. Những kiến thức bản địa về đặc điểm và công dụng của một số cây dược liệu làm thuốc ở VQG Hoàng Liên ........................................................................... 59 3.1.4. Xác định một số loài cây dược liệu quý hiếm và có nguy cơ bị tuyệt chủng tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên ...................................................................... 62 3.2. Đặc điểm sinh thái tự nhiên của một số cây dược liệu có nguy cơ cần được bảo tồn ....................................................................................................................... 75 3.2.1. Đặc điểm sinh thái tự nhiên của cây Bàn tay ma (Heliciopsis lobata) ........... 75 3.2.2. Đặc điểm sinh thái tự nhiên của cây Hoàng liên chân gà (Coptis quinquesecta) ... 77 3.2.3. Đặc điểm sinh thái tự nhiên của cây Hoàng tinh hoa đỏ (Polygonatum kingianum)....................................................................................... 84 3.3. Kết quả định danh và đánh giá đa dạng di truyền một số loài cây dược liệu có nguy cơ cần được bảo tồn bằng chỉ thị phân tử.................................................... 92 3.3.1. Kết quả định danh và đánh giá đa dạng di truyền của cây Bàn tay ma dựa trên trình tự ITS ......................................................................................................... 92 3.3.2. Kết quả định danh và đánh giá đa dạng di truyền các mẫu Hoàng liên chân gà dựa trên trình tự ITS .................................................................................... 95 3.3.3. Kết quả định danh và đánh giá đa dạng di truyền các mẫu Hoàng tinh đỏ dựa trên trình tự TrnL-TrnF IGS ............................................................................. 100 3.4. Một số giải pháp bảo tồn cây dược liệu tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên ........ 106 3.4.1. Cơ sở lý luận của đề xuất giải pháp .............................................................. 106 3.4.2. Đề xuất giải pháp .......................................................................................... 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 109 1. Kết luận ............................................................................................................... 109 2. Kiến nghị ............................................................................................................. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 110 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........................................................................................ 129 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 130 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt ADN deoxyribonucleic acid Axit deoxyribonucleic BGCI Botanic Gardens Conservation International Tổ chức các Vườn thực vật quốc tế BTTN Bảo tồn thiên nhiên CR Critically Endangered Cực kỳ nguy cấp DD Data Deficient Thiếu dữ liệu ĐDSH Đa dạng sinh học EN Endangered Nguy cấp EPA United States Environmental Protection Agency Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations Tổ chức nông lương thế giới GACP-WHO Good Agricultural and Collection Practices - World Health Organization Thực hành tốt nuôi trồng và thu hái theo khuyến cáo của Tổ chức y tế thế giới ILK Indigenous and Local Knowledge Kiến thức bản địa và địa phương IPLCs Indigenous peoples and Local communities Người dân bản địa và các cộng đồng đia phương IUCN International Union for Conservation of Nature and Natural Resources Liên minh bảo tồn thiên nhiên quốc tế LC Least Concern Ít được quan tâm LR Low Risk Ít có nguy cơ MPSG Medicinal Plants Specialist Group Nhóm chuyên gia cây dược liệu NT Near Threatened Sắp bị đe dọa vii ÔTC Ô tiêu chuẩn PRA Participatory Rural Appraisal Đánh giá nông thôn có sự tham gia PRIMER Plymouth Routines in Multivariate Ecological Research Phần mềm thống kê trong nghiên cứu sinh thái đa biến RRA Rapid Rural Appraisal Đánh giá nhanh nông thôn SARC Species at Risk Committee Uỷ ban các loài có nguy cơ SSC Species Survival Commission Ủy ban cho sự sinh tồn của loài TCM Traditional Chinese Medicine Thuốc truyền thống của Trung Quốc TCN Trước công nguyên TRAFFIC Trade Records Analysis of Flora and Fauna in Commerce Mạng lưới giám sát buôn bán động vật, thực vật hoang dã UNEP United Nations Environment Programme Chương trình môi trường của Liên hợp quốc VQG Vườn Quốc gia VTV Vườn thực vật VU Vulnerable Sẽ nguy cấp WB World Bank Ngân hàng Thế giới WHO World Health Organization Tổ chức y tế thế giới WWF Wide Fund For Nature Tổ chức quỹ thiên nhiên toàn thế giới viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Hiện trạng dân số và lao động các xã thuộc VQG Hoàng Liên ............... 38 Bảng 2.1. Mô tả vị trí các ô tiêu chuẩn ..................................................................... 46 Bảng 2.2. Thành phần phản ứng PCR ....................................................................... 50 Bảng 2.3. Chu trình phản ứng PCR ........................................................................... 51 Bảng 3.1. Thống kê thành phần các loài thực vật VQG Hoàng Liên ....................... 53 Bảng 3.3. Thống kê thành phần các loài cây dược liệu VQG Hoàng Liên ............... 57 Bảng 3.4. Tần suất lấy cây dược liệu và số người/hộ đi lấy của người dân thuộc khu vực Vườn Quốc gia Hoàng Liên ..................................................... 59 Bảng 3.5. Tổng hợp các loài cây dược liệu trong khu vực VQG Hoàng Liên thường được cộng đồng sử dụng............................................................ 59 Bảng 3.6. Danh sách các loài cây dược liệu có nguy cơ tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên theo đánh giá của IUCN ..................................................... 62 Bảng 3.7. Danh sách các loài cây dược liệu tại VQG Hoàng Liên có nguy cơ theo Sách Đỏ Việt Nam 2007 ................................................................ 64 Bảng 3.8. Liệt kê các loài cây dược liệu tại VQG Hoàng Liên có nguy cơ theo khảo sát của cộng đồng .......................................................................... 66 Bảng 3.9. Kết quả đánh giá các loài cây dược liệu có nguy cơ tại VQG Hoàng Liên của cộng đồng ................................................................................ 67 Bảng 3.10. Kết quả đánh giá các loài cây dược liệu theo nhu cầu sử dụng tại VQG Hoàng Liên của cộng đồng .......................................................... 68 Bảng 3.11. Đánh giá mức độ các loài dược liệu nguy cấp dựa vào cộng đồng ........ 69 Bảng 3.12. Danh sách các loài cây dược liệu tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên ......... 71 có nguy cơ theo đánh giá của cộng đồng .................................................................. 71 Bảng 3.13. So sánh kết quả đánh giá các loài có nguy cơ dựa vào cộng đồng với đánh giá của IUCN và Sách Đỏ Việt Nam ............................................ 74 Bảng 3.14. Khoảng cách di truyền theo cặp (genetic distance pairwise) giữa Bàn tay ma và các loài tham chiếu bằng mô hình Kimura-2 parameter ................................................................................................ 94 ix Bảng 3.15. Danh sách mẫu Hoàng liên chân gà được sử dụng trong nghiên cứu .... 95 Bảng 3.16. Vị trí SNPs trong chuỗi nucleotide của các mẫu Hoàng liên chân gà .... 97 Bảng 3.17. Khoảng cách di truyền theo cặp (genetic distance pairwise) giữa các mẫu hoàng liên chân gà bằng mô hình Kimura-2 parameter ................. 98 Bảng 3.18. Danh sách mẫu Hoàng tinh hoa đỏ được sử dụng trong nghiên cứu .... 100 Bảng 3.19. Vị trí SNPs trong chuỗi nucleotide của các mẫu Hoàng tinh hoa đỏ ... 102 Bảng 3.20. Khoảng cách di truyền theo cặp (genetic distance pairwise) giữa các mẫu hoàng tinh đỏ bằng mô hình Kimura-2 parameter ....................... 103 x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Bản đồ khu vực nghiên cứu tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên ............ 34 Hình 3.1. Cây Bàn tay ma phát hiện tại khu vực nghiên cứu ............................ 76 Hình 3.2. Cây Hoàng liên chân gà ..................................................................... 78 Hình 3.3. Mối quan hệ giữa các yếu tố sinh thái môi trường với cây Hoàng liên chân gà (Sử dụng chức năng Hierarchical Cluster analysis trong phần mềm Primer v5.0) .................................................................. 79 Hình 3.4. Mối quan hệ giữa các yếu tố sinh thái môi trường với cây Hoàng liên chân gà (Sử dụng chức năng Non-metric Multi-Dimensional Scaling trong phần mềm Primer v5.0) ............................................ 80 Hình 3.5. Mối quan hệ giữa các loài với cây Hoàng liên chân gà (Sử dụng chức năng Hierarchical Cluster analysis trong phần mềm Primer v5.0) ................................................................................................ 82 Hình 3.6. Mối quan hệ giữa các loài với cây Hoàng liên chân gà (Sử dụng chức năng Non-metric Multi-Dimensional Scaling trong phần mềm Primer v5.0) .................................................................................... 83 Hình 3.7. Cây Hoàng tinh hoa đỏ tại khu vực nghiên cứu ................................ 86 Hình 3.8. Mối quan hệ giữa các yếu tố sinh thái môi trường với cây Hoàng tinh hoa đỏ (Sử dụng chức năng Hierarchical Cluster analysis trong phần mềm Primer v5.0) ..................................................................................... 87 Hình 3.9. Mối quan hệ giữa các yếu tố sinh thái môi trường với cây Hoàng tinh hoa đỏ (Sử dụng chức năng Non-metric Multi-Dimensional Scaling trong phần mềm Primer v5.0) ............................................ 87 Hình 3.10. Mối quan hệ giữa các loài với cây Hoàng tinh hoa đỏ (Sử dụng chức năng Hierarchical Cluster analysis trong phần mềm Primer v5.0) ................................................................................................ 89 Hình 3.11. Mối quan hệ giữa các loài với cây Hoàng tinh hoa đỏ (Sử dụng chức năng Non-metric Multi-Dimensional Scaling trong phần mềm Primer v5.0) .................................................................................... 90 xi Hình 3.12. Ảnh điện di các mẫu bàn tay ma trên gel agarose 1,5% với cặp mồi ITS1/ITS2 ....................................................................................... 93 Hình 3.13. Mối quan hệ di truyền giữa Bàn tay ma và các loài tham chiếu dựa trên trình tự ITS. Các số gần nút thể hiện tỷ lệ bootstrap ............... 95 Hình 3.14. Ảnh điện di mẫu hoàng liên chân gà trên gel agarose 1,5% với cặp mồi ITS1/ITS2 ................................................................................ 96 Hình 3.15. Mối quan hệ di truyền 11 mẫu Hoàng liên chân gà dựa trên trình tự ITS. Các số gần nút thể hiện tỷ lệ bootstrap ................................... 99 Hình 3.16. Ản