Luận án Tiến sĩ Bùi Thị Cẩm Hường: Đánh giá giống & hóa chất nâng cao năng suất curcumin nghệ

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. LÊ VĨNH THÚC TS. LƯU THÁI DANH CẦN THƠ - 2019 i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình “Đánh giá giống và xử lý hóa chất nâng cao năng suất và hàm lượng curcumin trong nghệ (Curcuma spp.)” là công 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 công trình luận án nào trước đây. Cần Thơ, ngày 04 tháng 12 năm 2019 Cán bộ hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS. Lê Vĩnh Thúc TS. Lưu Thái Danh Bùi Thị Cẩm Hường ii 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 khuyên bổ ích trong suốt quá trình học tập, làm việc và nghiên cứu. 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 tôi không thể liệt kê ra hết trong trang cảm tạ này. Xin cảm ơn sự chia sẻ và động viên của người thân yêu trong gia đình, đã góp phần không nhỏ vào sự thành công của luận án. iii TÓM 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 hoá 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 hoá (khối lượng củ tươi, khô, 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 loài C. zedoaria; nhóm II gồm 5 mẫu giống, thuộc loài C. aeruginosa; nhóm III gồm 24 mẫu giống, thuộc 3 loài C.

Chọn ra mẫu giống nghệ C.34, nguồn gốc địa phương (An Giang) có hàm lượng và năng suất curcumin/khối lượng củ khô cao nhất (12,2%; 11,6 g).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. Hai mô 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 đoán năng suất curcumin/khối lượng củ khô. 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 iv 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).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 khô 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… v 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. The analysis of RAPD, ISSR, and combination between RAPD and ISSR showed high polymorphic band rates (90.9, respectively), and divided 34 turmeric into four groups with an average similarity coefficient of 0.34 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 vi 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 1.78 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. Keywords: Curcuma, curcumin content, micronutrients, molecular markers, phenylalanine… vii MỤC LỤC Nội dung Trang Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Abstract vi Mục lục viii Danh sách ký hiệu, chữ viết tắt x Danh sách bảng xi Danh sách hình xiv Chương 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của luận án 1 1.2 Mục tiêu của luận án 2 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 2 1.4 Nội dung của luận án 3 1.5 Những đóng góp mới của luận án 3 1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 4 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5 2.1 Sơ lược về nghệ 5 2.1 Nguồn gốc và phân bố 5 2.2 Phân loại và đặc điểm chi Curcuma 6 2.3 Chỉ thị di truyền 11 2.2 Ảnh hưởng của một số hóa chất đến sinh tổng hợp curcumin trong nghệ 15 2.1 Cơ chế sinh tổng hợp curcumin 15 2.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố đa lượng 17 2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng 22 2.4 Ảnh hưởng của các chất điều hòa sinh trưởng thực vật 25 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 3.1 Phương tiện nghiên cứu 33 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 33 3.2 Vật liệu và phương tiện nghiên cứu 33 3.2 Nội dung nghiên cứu 34 3.3 Phương pháp nghiên cứu 35 3.1 Nội dung 1: Đánh giá 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội 35 viii 3.2 Nội dung 2: Nghiên cứu hoá chất xử lý đến sinh trưởng, hàm lượng và năng suất curcumin trong nghệ 40 3.3 Phương pháp xử lý số liệu 45 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 4.1 Nội dung 1: Đánh giá 34 mẫu giống nghệ địa phương và nhập nội 47 4.1 Đặc điểm hình thái 47 4.2 Đặc điểm phân tử 74 4.