Nghiên cứu, đánh giá nguồn tài nguyên thực vật có tinh dầu tại vườn quốc gia Bến en, tỉnh Thanh hóa, đề xuất các biện pháp bảo tồn và khai thác hợp lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HOÀNG VĂN CHÍNH NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ NGUỒN TÀI NGUYÊN THỰC VẬT CÓ TINH DẦU Ở VƯỜN QUỐC GIA BẾN EN, TỈNH THANH HÓA, ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP BẢO TỒN VÀ KHAI THÁC HỢP LÝ LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HOÀNG VĂN CHÍNH NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ NGUỒN TÀI NGUYÊN THỰC VẬT CÓ TINH DẦU Ở VƯỜN QUỐC GIA BẾN EN, TỈNH THANH HÓA, ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP BẢO TỒN VÀ KHAI THÁC HỢP LÝ LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 9.42.01.11 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Trần Minh Hợi 2. TS. Đỗ Ngọc Đài HÀ NỘI – 2019 LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS. TS. Trần Minh Hợi - Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và TS. Đỗ Ngọc Đài - Trường Đại học Kinh tế Nghệ An là những người thầy đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Ngô Xuân Lương, TS. Đậu Bá Thìn, Trường Đại học Hồng Đức, Học viên cao học Khóa 8, 9 chuyên ngành thực vật học đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện Luận án. Tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn TS. Isiaka A. Ogunwande, trường Đại học Lagos State, Nigeria đã giúp đỡ trong việc đánh giá các số liệu về tinh dầu. TS. Nguyễn Huy Hùng, trường Đại học Duy Tân đã thử hoạt tính sinh học một số mẫu tinh dầu. Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (Nafosted) Mã số 106.03-2017.328. Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám đốc, Phòng Đào tạo Sau đại học, Học viện Khoa học và Công nghệ, Ban lãnh đạo, các thầy cô, cán bộ phòng Tài nguyên Thực vật, phòng Thực vật, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Ban Giám hiệu, BCN Khoa Khoa học Tự nhiên, Bộ môn Thực vật, trường Đại học Hồng Đức; Ban giám đốc Vườn Quốc gia Bến En; Trạm kiểm Lâm Sông Tràng, Xuân Thái, Yên Bái, Xuân Khang; các bạn đồng nghiệp, gia đình và người thân đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2019 Tác giả Hoàng Văn Chính LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi sự giúp đỡ đã có lời cám ơn! Các trích dẫn trong luận án đã chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2019 Ký tên Hoàng Văn Chính MỤC LỤC MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ....................................................................... 1 2. Mục tiêu của luận án......................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .......................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 4 1.1. Vài nét chung về tinh dầu và cây tinh dầu .................................................... 4 1.1.1. Khái niệm cây tinh dầu ............................................................................... 4 1.1.2. Tính chất và thành phần hóa học của tinh dầu ........................................... 4 1.1.3. Trạng thái tự nhiên và phân bố ................................................................... 5 1.1.4. Giá trị sử dụng, tầm quan trọng của tinh dầu và nguyên liệu chứa tinh dầu .. 6 1.2. Nghiên cứu về các loài thực vật chứa tinh dầu trên thế giới và ở Việt Nam 7 1.2.1. Nghiên cứu về các loài thực vật chứa tinh dầu trên thế giới ...................... 7 1.2.2. Nghiên cứu về các loài thực vật chứa tinh dầu ở Việt Nam .................... 11 1.2.3. Nghiên cứu cây tinh dầu ở Thanh Hóa và Vườn Quốc gia Bến En ......... 16 1.3. Nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu và hoạt tính sinh học của một số họ thực vật trên thế giới và ở Việt Nam .................................................................. 17 1.3.1. Nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu và hoạt tính sinh học của một số họ thực vật trên thế giới ...................................................................................... 17 1.3.1.1. Họ Long não (Lauraceae) ...................................................................... 17 1.3.1.2. Họ Cam (Rutaceae)................................................................................19 1.3.1.3. Họ Hồ tiêu (Piperaceae).........................................................................21 1.3.1.4. Họ Gừng (Zingiberaceae)......................................................................22 1.3.2. Nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu và hoạt tính sinh học của một số họ thực vật ở Việt Nam ...................................................................................... 24 1.3.2.1. Họ Long não (Lauraceae)......................................................................24 1.3.2.2. Họ Cam (Rutaceae)................................................................................25 1.3.2.3. Họ Hồ tiêu (Piperaceae).........................................................................27 1.3.2.4. Họ Gừng (Zingiberaceae)......................................................................28 1.4. Điều kiện tự nhiên ở Vườn Quốc gia Bến En.............................................32 1.4.1. Vị trí địa lý ...............................................................................................32 1.4.2. Địa chất và thổ nhưỡng ............................................................................ 31 1.4.3. Địa hình .................................................................................................... 31 1.4.4. Sông ngòi .................................................................................................. 31 1.4.5. Khí hậu ..................................................................................................... 32 1.4.6. Hiện trạng đất rừng ở Vườn Quốc gia Bến En........................................32 1.4.7. Điều kiện xã hội........................................................................................ 33 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................................ 34 2.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 34 2.2. Thời gian nghiên cứu ................................................................................... 34 2.3. Nội dung nghiên cứu...................................................................................34 2.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 34 2.4.1. Phương pháp kế thừa tài liệu .................................................................... 34 2.4.2. Phương pháp điều tra thực địa .................................................................. 34 2.4.3. Phương pháp thu mẫu và định loại ........................................................... 35 2.4.4. Phương pháp đánh giá tính đa dạng của hệ thực vật ................................ 36 2.4.5. Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu ........................... 37 2.4.5.1. Thu mẫu và chưng cất tinh dầu ............................................................... 37 2.4.5.2. Phương pháp định lượng tinh dầu ........................................................ 38 2.4.5.3. Phương pháp phân tích thành phần hoá học tinh dầu ............................. 38 2.4.6. Phương pháp điều tra, phỏng vấn.............................................................39 2.4.7. Phương pháp thử hoạt tính sinh học .......................................................... 39 2.4.8. Phương pháp xử lí số liệu.........................................................................40 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................... 41 3.1. Đa dạng về nguồn tài nguyên thực vật có tinh dầu ở Vườn Quốc gia Bến En, tỉnh Thanh Hóa ................................................................................................... 41 3.1.1. Đa dạng về bậc ngành .............................................................................. 41 3.1.2. Đa dạng về bậc họ .................................................................................... 43 3.1.3. Đa dạng về bậc chi ..................................................................................... 44 3.1.4. So sánh thành phần loài cây tinh dầu ở VQG Bến En với VQG Pù Mát và Việt Nam............................................................................................................. 45 3.1.5. Đa dạng về dạng thân ............................................................................... 48 3.1.6. Đa dạng về giá trị sử dụng ........................................................................ 49 3.1.7. Đa dạng về giá trị và bảo tồn .................................................................... 51 3.1.8. Một số đặc điểm của các loài thực vật ở VQG Bến En được phân tích thành phần hóa học tinh dầu...............................................................................52 3.1.8.1. Họ Long não (Lauraceae)......................................................................52 3.1.8.2. Họ Hồ tiêu (Piperaceae).........................................................................58 3.1.8.3. Họ Cam (Rutaceae)................................................................................62 3.1.8.4. Họ Gừng (Zingiberaceae)......................................................................66 3.2. Hàm lượng và thành phần hóa học tinh dầu của một số loài cây có tinh dầu ở Vườn Quốc gia Bến En, Thanh Hóa ............................................................... 76 3.2.1. Xác định hàm lượng tinh dầu của một số loài thực vật có tinh dầu ở VQG Bến En, tỉnh Thanh Hóa ..................................................................................... 76 3.2.2. Thành phần hóa học tinh dầu của một số loài thực vật ở VQG Bến En, tỉnh Thanh Hóa .......................................................................................................... 80 3.3. Kết quả thử hoạt tính kháng muỗi và kháng vi sinh vật kiểm định của loài Gừng gió (Zingiber zerumbet (L.) Smith) ........................................................ 132 3.3.1. Thử hoạt tính kháng muỗi ...................................................................... 132 3.3.2. Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ............................................ 136 3.4. Đề xuất các giải pháp bảo tồn và khai thác hợp lý nguồn tài nguyên thực vật có tinh dầu ở VQG Bến En, tỉnh Thanh Hóa ................................................... 137 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 143 1. Kết luận......................................................................................................... 143 2. Kiến nghị ...................................................................................................... 144 3. Những đóng góp mới của luận án ................................................................ 144 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................................... 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 148 PHỤ LỤC 1. ..................................................................................................... 170 DANH LỤC CÁC LOÀI CÂY CÓ TINH DẦU Ở VƯỜN QUỐC GIA BẾN EN, TỈNH THANH HÓA ........................................................................................ 170 PHỤ LỤC 2: DANH SÁCH CÁC THẦY THUỐC NAM ĐÃ ĐƯỢC PHỎNG VẤN VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÍ, KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG CÂY TINH DẦU..................................................................................................................201 PHỤ LỤC 3. HÌNH ẢNH ĐIỀU TRA THỰC ĐỊA VÀ MỘT SỐ LOÀI CÂY CÓ TINH DẦU Ở VƯỜN QUỐC GIA BẾN EN, TỈNH THANH HÓA .............. 202 PHỤ LỤC 4. SẮC KÝ ĐỒ CÁC LOÀI THỰC VẬT ĐÃ ĐƯỢC PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HÓA HỌC TINH DẦU ......................................................... 217 PHỤ LỤC 5. PHIẾU ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NGUỒN TÀI NGUYÊN THỰC VẬT CÓ TINH DẦU ........................................................234 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 3.1. Phân bố cây tinh dầu trong các ngành của hệ thực vật VQG Bến En 41 Bảng 3.2. Các họ đa dạng nhất cho tinh dầu ở VQG Bến En 43 Bảng 3.3. Các chi đa dạng nhất có tinh dầu ở VQG Bến En 44 Bảng 3.4. So sánh cây tinh dầu ở VQG Bến En với cây tinh dầu của VQG Pù Mát 45 Bảng 3.5. So sánh cây tinh dầu ở VQG Bến En so với cây tinh dầu của Việt Nam 46 Bảng 3.6. Dạng thân của các loài cây có tinh dầu ở VQG Bến En 48 Bảng 3.7. Giá trị sử dụng của các loài thực vật có tinh dầu ở Bến En 49 Bảng 3.8. Thống kê các loài thực vật có tinh dầu đang bị đe dọa ở Bến En 52 Bảng 3.9. Hàm lượng các mẫu được chưng cất tinh dầu ở Bến En 76 Bảng 3.10. Thành phần hóa học tinh dầu lá loài Re xanh phấn (Cinnamomum glaucescens) 80 Bảng 3.11. Thành phần hóa học tinh dầu loài Quế hồi (Cinnamomum verum) 82 Bảng 3.12. Thành phần hóa học tinh dầu loài Lòng trứng hoa vàng (Lindera racemosa) 84 Bảng 3.13. Thành phần hóa học tinh dầu loài Bời lời nhớt (Litsea glutinosa) 86 Bảng 3.14. Thành phần chính của tinh dầu loài Bời lời nhớt 89 Bảng 3.15. Thành phần hóa học tinh dầu loài Re trắng lá to (Phoebe tavoyana) 90 Bảng 3.16. Các thành phần chủ yếu trong tinh dầu ở các bộ phận khác nhau của một số loài thuộc họ Long não (Lauraceae) ở VQG Bến En, Thanh Hóa 93 Bảng 3.17. Thành phần hóa học tinh dầu loài Tiêu gắt (Piper acre) 94 Bảng 3.18. Thành phần hóa học tinh dầu loài Tiêu bến en (Piper minutistigmum) 97 Bảng 3.19. Thành phần hóa học lá của tinh dầu loài Tiêu lào (Piper laosanum) 100 Bảng 3.20. Thành phần hóa học tinh dầu lá loài Tiêu trên đá (Piper saxicola) 102 Bảng 3.21. Các thành phần chủ yếu trong tinh dầu ở các bộ phận khác nhau của một số loài thuộc họ Hồ tiêu (Piperaceae) ở VQG Bến En, Thanh Hóa 104 Bảng 3.22. Thành phần hóa học tinh dầu lá loài Quýt dại (Atalantia roxburghiana) 105 Bảng 3.23. Thành phần hóa học tinh dầu lá loài Bưởi bung ít gân (Macclurodendron oligophlebia) 107 Bảng 3.24. Thành phần hóa học tinh dầu lá loài Tiểu quất không cuống (Atalantia sessiliflora) 110 Bảng 3.25. Thành phần hóa học tinh dầu lá loài Dấu dầu lá chẻ ba (Tetradium trichophorum Lour.) 112 Bảng 3.26. Các thành phần chủ yếu trong tinh dầu ở các bộ phận khác nhau của một số loài thuộc họ Cam (Rutaceae) ở VQG Bến En, Thanh Hóa 114 Bảng 3.27. Thành phần hóa học tinh dầu lá loài Sẹ (Alpinia globosa) 115 Bảng 3.28. Thành phần hóa học tinh dầu loài Riềng malacca (Alpinia malaccensis) 118 Bảng 3.29. Thành phần hóa học tinh dầu loài Riềng (Alpinia napoensis) 121 Bảng 3.30. Thành phần hóa học tinh dầu loài Riềng bắc bộ (Alpinia tonkinensis) 123 Bảng 3.31. Thành phần hóa học tinh dầu loài Sa nhân (Amomum villosum) 125 Bảng 3.32. Thành phần hóa học tinh dầu loài Gừng gió (Zingiber zerumbet) 128 Bảng 3.33. Các thành phần chủ yếu trong tinh dầu ở các bộ phận khác nhau của một số loài thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) ở VQG Bến En, Thanh Hóa 131 Bảng 3.34. Kết quả thử ấu trùng muỗi Ae.albopictus ở các liều lượng và thời gian 132 Bảng 3.35. Kết quả thử với muỗi Culex quinquefasciatus ở các liều lượng và thời gian 133 Bảng 3.36. Hoạt tính kháng 2 loài muỗi của tinh dầu thân rễ loài Gừng gió 135 Bảng 3.37. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của tinh dầu thân rễ loài Gừng gió 136 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ẢNH Trang Hình 3.1. Phân bố cây tinh dầu trong các ngành của hệ thực vật VQG Bến En 42 Hình 3.2. Phân bố các loài cây có tinh dầu trong ngành Ngọc lan (Magnoliophyta) 43 Hình 3.3. So sánh phân bố các loài cây có tinh dầu ở VQG Bến En với VQG Pù Mát 46 Hình 3.4. So sánh phân bố cây tinh dầu ở VQG Bến En so với cây tinh dầu của Việt Nam 47 Hình 3.5. Dạng thân của các loài cây có tinh dầu ở VQG Bến En 48 Hình 3.6. Giá trị sử dụng của các loài cây có tinh dầu ở VQG Bến En, Thanh Hóa 50 Hình 3.7. Cinnamomum verum Presl 53 Hình 3.8. Cinnamomum glaucescens (Nees) Drury 54 Hình 3.9. Lindera racemosa Lecomte 56 Hình 3.10. Litsea glutinosa (Lour.) C. B. Robins. 57 Hình 3.11. Phoebe tavoyana (Meisn.) Hook. f. 58 Hình 3.12. Piper acre Blume 59 Hình 3.13. Piper laosanum C. DC. 61 Hình 3.14. Piper saxicola C. DC. 62 Hình 3.15. Atalantia sessiliflora Guillaum. 63 Hình 3.16. Atalantia roxburghiana Hook.f. 64 Hình 3.17. Maclurodendron oligophlebium (Merr.) Hartl. 65 Hình 3.18. Tetradium trichophorum Lour. 66 Hình 3.19. Alpinia globosa (Lour.) Horan. 68 Hình 3.20. Alpinia malaccensis (Burm. f.) Rosc. 69 Hình 3.21. Alpinia napoensis H. Dong & G. J. Xu 71 Hình 3.22. Alpinia tonkinensis Gagnep. 72 Hình 3.23. Amomum villosum Lour. 74 Hình 3.24. Zingiber zerumbet (L.) Smith 75 Ảnh 3.1. Cinnamomum verum Presl 53 Ảnh 3.2. Cinnamomum glaucescens (Nees) Drury 54 Ảnh 3.3. Lindera racemosa Lecomte 56 Ảnh 3.4. Litsea glutinosa (Lour.) C. B. Robins. 57 Ảnh 3.5. Phoebe tavoyana (Meisn.) Hook. f. 58 Ảnh 3.6. Piper acre Blume 58 Ảnh 3.7. Piper minutistigmum C. DC. 60 Ảnh 3.8. Piper laosanum C. DC. 61 Ảnh 3.9. Piper saxicola C. DC. 62 Ảnh 3.10. Atalantia sessiliflora Guillaum. 63 Ảnh 3.11. Atalantia roxburghiana Hook.f. 65 Ảnh 3.12. Maclurodendron oligophlebium (Merr.) Hartl. 65 Ảnh 3.13. Tetradium trichophorum Lour. 66 Ảnh 3.14. Alpinia globosa (Lour.) Horan. 68 Ảnh 3.15. Alpinia malaccensis (Burm. f.) Rosc. 69 Ảnh 3.16. Alpinia napoensis H. Dong & G. J. Xu 71 Ảnh 3.17. Alpinia tonkinensis Gagnep. 72 Ảnh 3.18. Amomum villosum Lour. 74 Ảnh 3.19. Zingiber zerumbet (L.) Smith 75 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ĂNĐ: Cây ăn được BUI: Cây bụi BTTN: Bảo tồn Thiên nhiên CAN: Cây làm cảnh CBQL: Cán bô ̣quản lí Cs: Cộng sự CDB: Cho dầu béo CGV: Cho gia vị CTD: Cho tinh dầu GLT: Cây leo trườn GNB: Cây gỗ nhỏ hoặc bụi GOL: Cây gỗ lớn GOT: Cây gỗ trung bình GON: Cây gỗ nhỏ LGO: Lấy gỗ MNC: Mẫu nghiên cứu THA: Cây thân thảo THU: Làm thuốc THCS: Trung học cơ sở THPT: Trung học phổ thông VQG: Vườn Quốc gia 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Nằm ở Khu vực nhiệt đới gió mùa, lại rất đa dạng về địa hình, kiểu đất, cảnh quan, có đặc trưng khí hậu khác nhau giữa các miền, đặc điểm đó là cơ sở rất thuận lợi để giới sinh vật phát triển đa dạng về thành phần loài, phong phú về số lượng. Việt Nam được xếp hạng thứ 16 trên thế giới về sự đa dạng tài nguyên sinh vật. Trong “Thực vật chí đại cương Đông Dương” và các tập bổ sung tiếp theo đã mô tả và ghi nhận Việt Nam có khoảng trên 240 họ với khoảng trên 7.000 loài thực vật bậc cao có mạch [1]. Những năm gần đây, nhiều nhà thực vật đã dự đoán con số đó có thể lên tới 15.000 loài, hiện nay đã thống kê được khoảng 13.000 loài thực vật bậc cao có mạch [2], trong đó có khoảng 660 loài thực vật (chiếm khoảng 6,3% tổng số loài đã biết) là những cây cho tinh dầu. Các loài thực vật chứa tinh dầu đã biết thuộc về 357 chi (chiếm khoảng 15,8% tổng số chi) và 114 họ thực vật có mạch (chiếm khoảng 37,8% số họ) trong Hệ Thực v