Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và nhân giống in vitro một số giống sen (nelumbo nucifera gaertn ) trồng ở thừa thiên huế

Nghiên cứu tập đoàn sen ở Thừa Thiên Huế nhằmcung cấp đầy đủ các dữ liệu quản lý, dữ liệu mô tả, đánh giá đặc điểm thực vật học, đặcđiểm sinh lý, hóa sinh, năng suất và chất lượng của cá

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT HỌC,

SINH LÝ, HÓA SINH VÀ NHÂN GIỐNG IN

VITRO MỘT SỐ GIỐNG SEN (Nelumbo nucifera

Gaertn.) TRỒNG Ở THỪA THIÊN HUẾ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Huế, 2021

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT HỌC,

SINH LÝ, HÓA SINH VÀ NHÂN GIỐNG IN

VITRO MỘT SỐ GIỐNG SEN (Nelumbo nucifera

Gaertn.) TRỒNG Ở THỪA THIÊN HUẾ

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắcnhất đến PGS.TS Hoàng Thị Kim Hồng và PGS TS Võ Thị Mai Hương, nhữngngười Thầy đã tận tâm giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tôi trong suốt quátrình thực hiện luận án và cả trong cuộc sống hàng ngày

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh ThừaThiên Huế và Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF) đã hỗ trợ kinh phí cho tôithực hiện đề tài luận án

Xin được bày tỏ lòng biết ơn tới cán bộ giảng viên của Khoa Sinh học, TrườngĐại học Khoa học, Đại học Huế; Các phòng thí nghiệm của Bộ môn Sinh học Ứngdụng thuộc Khoa Sinh học, Đại học Huế; phòng thí nghiệm Phân tích, Viện Côngnghệ Sinh học, Đại học Huế; phòng thí nghiệm Thực vật học, Khoa Sinh học,Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôitrong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám đốc, Ban đào tạo Sau đại học của Đạihọc Huế, Ban chủ nhiệm Khoa Sinh học và phòng Đào tạo Sau Đại học, Trường Đạihọc Khoa học; Ban Giám hiệu; Ban chủ nhiệm, Khoa Sinh học, Trường Đại học Sưphạm, Đại học Huế đã có nhiều giúp đỡ quý báu, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôihoàn thành luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô giáo, các anh chị em đồng nghiệp,các anh chị em học viên, sinh viên đã động viên, quan tâm và giúp đỡ tôi trong suốtquá trình làm luận án Đặc biệt cảm ơn các tác giả có tên trong các bài báo khoa học

đã công bố đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình tiến hành các thí nghiệm củaluận án

Tôi xin chân thành cảm ơn đến tập thể, cá nhân, bà con nông dân tại Thànhphố Huế, các huyện Phong Điền, Hương Trà, Phú Vang, Phú Lộc, Hương Thủy -Tỉnh Thừa Thiên Huế và các anh chị tại Trung tâm bảo tồn Di tích Cố đô Huế đã

hợp tác giúp đỡ và chia sẻ thông tin, kinh nghiệm quý báu, cung cấp các mẫu giốngsen trong quá trình thực hiện đề tài.

Để có thể hoàn thành tốt luận án này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đìnhChú Hùng, Chú Đóa - những hộ dân trồng sen đã luôn sát cánh bên tôi và khôngngừng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù có rất nhiều khókhăn và trở ngại

Dù có khó khăn hay thất bại và đôi lúc nản lòng, gia đình luôn là điểm tựavững chắc giúp tôi vượt qua Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thântrong gia đình tôi đã luôn bên cạnh giúp đỡ, động viên khích lệ, tiếp thêm sức mạnh

và nghị lực để tôi hoàn thiện công trình nghiên cứu này

Xin trân trọng cảm ơn!

Nguyễn Thị Quỳnh Trang

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án: “Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh

và nhân giống in vitro một số giống sen (Nelumbo Nucifera Gaertn.) trồng ở Thừa

Thiên Huế” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS TS HoàngThị Kim Hồng và PGS TS Võ Thị Mai Hương Luận án được hỗ trợ kinh phí của đềtài khoa học cấp Tỉnh: “Nghiên cứu khai thác và phát triển nguồn gen giống sen địaphương tại Thừa Thiên Huế, mã số TTH.2017.KC.02 do PGS TS Hoàng Thị KimHồng chủ trì và Chương trình học bổng đào tạo tiến sĩ trong nước của Quỹ Đổi mớisáng tạo Vingroup (VINIF) Tôi xin cam đoan những kết quả và số liệu trong luận ánnày hoàn toàn trung thực, khách quan, nghiêm túc và chưa từng được công bố trong bất

kỳ công trình khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Thừa Thiên Huế, tháng 03 năm 2021

Tác giả

Nguyễn Thị Quỳnh Trang

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Đa hình độ dài nhân bản chọn lọc: N6-Benzyl adenin

: Benzyl amino purine: Chlorophyll

: Cộng sự: 2,2 - Diphenyl - 1 – picrylhydrazyl: Điều hòa sinh trưởng

: 1H-indole-3-acetic acid: 1H-indole-3-butyric acid: Inter-Simple Sequence Repeats - Chuỗi lặp lại đơn giản giữa: Kinetin

: Kích thích sinh trưởng: Murashige và Skoog: Nelumbo

: Nelumbo lutea : Nelumbo nucifera

: α-aphthaleneacetic aid: Naphthoxyacetic acid: Năng suất lý thuyết: Peroxynitrite: Randomly Amplified Polymorphic DNA - DNA đa hình đượcnhân bản ngẫu nhiên

: Simple Sequence Repeats - Kỹ thuật chuỗi lặp lại đơn giản: Thidiazuron

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv

MỤC LỤC v

PHỤ LỤC viii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

2.1 Mục tiêu chung 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 3

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

3.1 Ý nghĩa khoa học 3

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

4.1 Đối tượng nghiên cứu 3

4.2 Phạm vi nghiên cứu 4

5 Những đóng góp mới của đề tài 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan chung về cây sen 5

1.1.1 Nguồn gốc cây sen 5

1.1.2 Phân loại và phân bố cây sen 6

1.1.3 Đặc điểm thực vật học cơ bản của cây sen 7

1.1.4 Giá trị của cây sen 8

1.2 Tình hình nghiên cứu về cây sen trên thế giới và ở Việt Nam 13

1.2.1 Nghiên cứu về đặc điểm thực vật học, phân loại, bảo tồn và đa dạng di truyền cây sen 13

1.2.2 Nghiên cứu về sinh trưởng - phát triển của cây sen 17

1.2.3 Nghiên cứu về thành phần hóa học và vai trò dược liệu của cây sen 18

1.2.4 Nghiên cứu nhân giống cây sen 22

1.2.5 Một số nghiên cứu khác về cây sen 22

1.3 Kỹ thuật trồng và chăm sóc cây sen 23

1.3.1 Giống 23

1.3.2 Các phương pháp nhân giống cây sen 23

1.3.3 Các yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây sen 25

1.3.4 Kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc, quản lý sâu bệnh hại 27

1.4 Nuôi cấy mô tế bào thực vật 28

1.4.1 Đặc điểm chung của nhân giống in vitro 28

1.4.2 Cơ sở khoa học của nhân giống in vitro 28

1.4.3 Tầm quan trọng và ứng dụng của nuôi cấy mô và tế bào thực vật 30

1.4.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật nhân giống vô tính in vitro 30

1.4.5 Tình hình nghiên cứu nhân giống in vitro cây sen trên thế giới và Việt Nam 33

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Vật liệu nghiên cứu 35

2.2 Nội dung nghiên cứu 35

2.2.1 Điều tra tình hình sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm từ cây sen, xây dựng sơ đồ phân bố các mẫu giống sen ở Thừa Thiên Huế 35

2.2.2 Nghiên cứu đa dạng di truyền các mẫu giống sen dựa vào kiểu hình -Đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu 35

2.2.3 Nghiên cứu đặc điểm thực vật học của một số giống sen ở Thừa Thiên Huế 35

2.2.4 Nghiên cứu đặc điểm sinh lý của một số giống sen ở Thừa Thiên Huế.36 2.2.5 Nghiên cứu đặc điểm hóa sinh hạt sen của một số giống sen ở Thừa Thiên Huế 36

2.2.6 Nhân giống in vitro một số giống sen địa phương được chọn lọc 36

2.3 Phương pháp nghiên cứu 36

2.3.1 Phương pháp điều tra tình hình sản xuất, tiêu thụ các sản phẩm từ cây sen, xây dựng sơ đồ phân bố các mẫu giống sen ở Thừa Thiên Huế 36

2.3.2 Phương pháp phân tích đa dạng di truyền các mẫu giống sen dựa vào kiểu hình 37

2.3.3 Phương pháp thu thập các giống sen - tạo nguồn nguyên liệu 38

vi

2.3.5 Phương pháp nghiên cứu nhân giống in vitro một số giống sen địa phương 51

2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 52

C ƣơn 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

3.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ các giống sen ở Thừa Thiên Huế 53

3.1.1 Địa điểm trồng sen và thành phần các giống sen trồng tại Thừa Thiên Huế 53 3.1.2 Diện tích và cơ cấu các giống sen hiện trồng ở Thừa Thiên Huế 55

3.1.3 Phương thức canh tác cây sen tại các điểm điều tra 57

3.1.4 Các sản phẩm từ cây sen và giá trị kinh tế 60

3.1.5 Xây dựng sơ đồ phân bố các giống sen ở Thừa Thiên Huế 61

3.2 Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống sen dựa vào kiểu hình 63

3.3 Đánh giá một số đặc điểm thực vật học của các giống sen ở Thừa Thiên Huế 66

3.3.1 Đặc điểm hình thái của các giống sen 66

3.3.2 Cấu tạo giải phẫu rễ, thân rễ, lá của các giống sen 85

3.4 Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý của các giống sen 94

3.4.1 Thời gian sinh trưởng 94

3.4.2 Động thái tăng trưởng của lá 96

3.4.3 Động thái tăng trưởng đường kính gương sen 100

3.4.4 Khối lượng tươi, khối lượng khô, cường độ tích lũy chất khô ở lá của các giống sen qua các giai đoạn sinh trưởng 100

3.4.5 Hàm lượng chlorophyll của các giống sen 103

3.4.6 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống sen 105

3.5 Nghiên cứu một số thành phần hóa sinh trong hạt của các giống sen 108

3.5.1 Hàm lượng các thành phần dinh dưỡng 108

3.5.2 Hàm lượng một số nguyên tố khoáng 110

3.5.3 Hoạt độ enzyme catalase và Hàm lượng vitamin C 111

3.5.4 Thành phần các hoạt chất trong cao chiết hạt sen 112

3.5.5 Các chỉ tiêu liên quan đến độ bở, độ dẻo của hạt sen 116

3.5.6 Đánh giá khả năng kháng oxy hóa trong dịch chiết và cao chiết thô từ hạt sen khô 118

3.6 Bước đầu nghiên cứu nhân giống in vitro một số giống sen địa phương được chọn lọc 121

3.6.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian khử trùng 121

3.6.2 Ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái sinh chồi 123

3.6.3 Khảo sát khả năng nhân chồi 125

3.6.4 Ảnh hưởng của IBA và α-NAA đến khả năng tạo rễ 132

1 Kết luận 135

2 Đề nghị 136

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO 138

PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng trong 100 g củ sen và hạt sen 9

Bảng 2.1 Độ bền gel được phân loại theo chiều dài gel theo quy định 49

Bảng 3.1 Thành phần các giống sen tại 66 địa điểm trồng sen được điều tra ở Thừa Thiên Huế, năm 2017-2018 53

Bảng 3.2 Diện tích trồng sen của các khu vực điều tra ở Thừa Thiên Huế 55

năm 2017-2018 55

Bảng 3.3 Phương thức canh tác cây sen tại các khu vực điều tra ở Thừa Thiên Huế 58

Bảng 3.4 Giá trị kinh tế và thời gian xuất hiện sản phẩm từ sen địa phương 60

Bảng 3.5 Giá trị kinh tế và thời gian xuất hiện sản phẩm từ Sen Cao Sản 61

Bảng 3.6 Đặc điểm hình thái thân, lá, rễ của các giống sen 68

Bảng 3.7 Tính trạng số lượng về thân lá của các giống sen 70

Bảng 3.8 Tính trạng và trạng thái biểu hiện nụ hoa và hoa của các giống sen 72

Bảng 3.9 Tính trạng số lượng về cánh hoa của các giống sen 75

Bảng 3.10 Đặc điểm nhị hoa của các giống sen 76

Bảng 3.11 Tính trạng số lượng về nhị hoa và bao phấn của các giống sen 77

Bảng 3.12 Đặc điểm gương, hạt của các giống sen 78

Bảng 3.13 Tính trạng số lượng về gương và hạt của các giống sen 81

Bảng 3.14 Kích thước thành phần cấu tạo chính của rễ các giống sen 85

Bảng 3.15 Kích thước biểu bì và trụ của thân rễ các giống sen 88

Bảng 3.16 Kích thước biểu bì và mô đồng hóa của phiến lá các giống sen 90

Bảng 3.17 Số lượng khí khổng trên 1 mm2 diện tích bề mặt trên lá của các giống sen 93

Bảng 3.18 Thời gian hoàn thành giai đoạn sinh trưởng (ngày) của các giống sen 95

Bảng 3.19 Động thái tăng trưởng đường kính lá trãi (cm) của các giống sen qua các thời gian theo dõi 96

Bảng 3.20 Động thái tăng trưởng đường kính của lá dù (cm) của các giống sen qua các thời gian theo dõi 98

Bảng 3.21 Động thái tăng trưởng chiều cao cuống lá dù (cm) của các giống sen qua

các thời gian theo dõi 99

Bảng 3.22 Động thái tăng trưởng đường kính gương (cm) của các giống sen qua các thời kỳ theo dõi 100

Bảng 3.23 Khối lượng tươi, khối lượng khô, cường độ tích lũy chất khô ở lá của các giống sen qua các giai đoạn sinh trưởng 101

Bảng 3.24 Hàm lượng Chl (mg/g) của lá các giống sen qua các giai đoạn sinh trưởng 103

Bảng 3.25 Các chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất hạt của các giống sen 106

Bảng 3.26 Hàm lượng của một số thành phần dinh dưỡng cơ bản (g/100g) trong hạt sen khô 109

Bảng 3.27 Hàm lượng một số nguyên tố khoáng (mg/100g) trong hạt sen khô 110

Bảng 3.28 Hàm lượng của vitamin C và hoạt độ enzyme catalase trong 100 g hạt sen khô 112

Bảng 3.29 Thành phần các hoạt chất trong cao chiết của hạt sen các giống sen 114

Bảng 3.30 Hàm lượng amylose (g) trong 100 g hạt sen khô 116

Bảng 3.31 Đánh giá độ bền gel và độ trở hồ ở các giống sen 117

Bảng 3.32 Tỷ lệ % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH của dịch chiết hạt sen trong dung môi methanol 70% 118

Bảng 3.33 Giá trị IC50 của dịch chiết từ hạt sen trong dung môi methanol 70% 119

Bảng 3.34 Tỷ lệ % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH của cao chiết hạt sen trong dung môi methanol 70% 119

Bảng 3.35 Giá trị IC50 của cao chiết từ hạt sen trong dung môi methanol 70% 120

Bảng 3.36 Ảnh hưởng của thời gian khử trùng mẫu bằng HgCl2 0,1% 122

Bảng 3.37 Ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái sinh chồi và cụm chồi 124

Bảng 3.38 Ảnh hưởng của BAP và KIN đến khả năng nhân chồi 126

Bảng 3.39 Ảnh hưởng của BAP phối hợp α-NAA đến khả năng nhân chồi 129

Bảng 3.40 Ảnh hưởng của BAP và nước dừa đến khả năng nhân chồi 131

Bảng 3.41 Ảnh hưởng của IBA và α-NAA đến khả năng tạo rễ 133

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Gương sen chứa hạt (a) và tim sen tách ra từ hạt (b) dùng làm vật liệu cho

khởi đầu thí nghiệm nhân giống in vitro 35

Hình 2.2 Sơ đồ địa điểm thu mẫu các giống sen được lựa chọn 39

Hình 3.1 Các giống sen ở Thừa Thiên Huế (theo đặc điểm hình thái hoa đặc trưng và xuất xứ) 54

Hình 3.2 Diện tích trồng sen tại 66 điểm ở Thừa Thiên Huế năm 2017-2018 56

Hình 3.3 Diện tích trồng các giống sen địa phương và Sen Cao Sản ở Thừa Thiên Huế 57

Hình 3.4 Tỷ lệ (%) diện tích các loại địa hình trồng sen tại 66 địa điểm điều tra ở Thừa thiên Huế năm 2017-2018 59

Hình 3.5 Loại hình trồng sen 60

Hình 3.6 Các sản phẩm từ cây sen 61

Hình 3.7 Sơ đồ phân bố 66 mẫu giống sen ở Thừa Thiên Huế năm 2017-2018 62

Hình 3.8 Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền của 66 mẫu giống sen dựa vào kiểu hình với 17 tính trạng hình thái 64

Hình 3.9 Hình dạng lá của các giống sen ở Thừa Thiên Huế 69

Hình 3.10 Gai trên cuống lá một số giống sen 70

Hình 3.11 Hình dạng và màu sắc nụ hoa của một số giống sen 73

Hình 3.12 Một số hình ảnh về kiểu hoa, màu sắc hoa, hình dạng cánh hoa của các giống sen 74

Hình 3.13 Nhị hoa bình thường của một số giống sen 76

Hình 3.14 Bề mặt gương sen, vị trí đính hạt và cách sắp xếp hạt trên gương sen 79

Hình 3.15 Hình dạng hạt sen của một số giống sen 80

Hình 3.16 Màu sắc bên trong vỏ hạt sen của một số giống sen 80

Hình 3.17 Đặc điểm hình thái của giống Sen Cao Sản 82

Hình 3.18 Đặc điểm hình thái giống Sen Hồng Phú Mộng 83

Hình 3.19 Đặc đểm hình thái giống Sen Hồng Gia Long 83

Hình 3.20 Đặc điểm hình thái giống Sen Đỏ Ợt 84

Hình 3.21 Đặc điểm hình thái giống Sen Trắng Trẹt Lõm 84

Hình 3.22 Đặc điểm hình thái giống Sen Trắng Trẹt Lồi 85

Hình 3.23 Cấu tạo giải phẫu rễ của 6 giống sen nghiên cứu 86

Hình 3.24 Cấu tạo giải phẫu hệ mạch dẫn của rễ 6 giống sen nghiên cứu 87

Hình 3.25 Cấu tạo giải phẩu thân rễ của một số giống sen nghiên cứu 89

Hình 3.26 Cấu tạo giải phẫu phiến lá của 6 giống sen nghiên cứu 91

Hình 3.27 Cấu tạo giải phẫu cuống lá của 6 giống sen nghiên cứu 92

Hình 3.28 Tinh thể calcium oxalate trong cuống lá Sen Hồng Phú Mộng (a), Sen Đỏ Ợt (b) và các tế bào gai ở Sen Hồng Phú Mộng (c) 92

Hình 3.29 Đặc điểm giải phẫu bề mặt trên lá dù (a), lá trãi (b), hình ảnh khí khổng ở trạng thái mở (c) và bề mặt dưới lá sen (d) 93

Hình 3.30 Sơ đồ chung về quá trình sinh trưởng của các giống sen trồng ở Thừa Thiên Huế 96

Hình 3.31 Mẫu sau khi khử trùng được cấy lên môi trường MS để theo dõi tỷ lệ mẫu nhiễm, tỷ lệ mẫu chết và tỷ lệ mẫu sống sót 123

Hình 3.32 Mẫu giống Sen Trắng Trẹt Lõm nuôi cấy tái sinh chồi in vitro trên các môi trường MS cơ bản bổ sung BAP ở các nồng độ khác nhau ở 5 tuần sau cấy 124

Hình 3.33 Mẫu giống Sen Đỏ Ợt nuôi cấy tái sinh chồi in vitro trên các môi trường MS cơ bản bổ sung BAP ở các nồng độ khác nhau ở 5 tuần sau cấy .125

Hình 3.34 Cụm chồi hình thành trên môi trường MS bổ sung 1,0 mg/L (a) và 0,5 mg/L BAP (b) sau 5 tuần nuôi cấy 128

Hình 3.35 Hình ảnh cụm chồi giống Sen Trắng Trẹt Lõm sinh trưởng trên môi trường MS bổ sung phối hợp BAP và α-NAA sau 5 tuần nuôi cấy 130

Hình 3.36 Hình ảnh cụm chồi giống Sen Đỏ Ợt sinh trưởng trên môi trường MS bổ sung phối hợp BAP (0,5; 1,5 mg/L) và α-NAA (0,1 mg/L) sau 5 tuần nuôi cấy 130

Hình 3.37 Hình ảnh cụm chồi giống Sen Trắng Trẹt Lõm sinh trưởng trên môi trường 1,0 mg/L BAP bổ sung nước dừa ở các nồng độ khác nhau sau 5 tuần nuôi cấy: a 5%; b 10%; c 15%; d 20% 132

Hình 3.38 Hình ảnh cụm chồi giống Sen Đỏ Ợt sinh trưởng trên môi trường 0,5

mg/L BAP bổ sung nước dừa ở các nồng độ khác nhau sau 5 tuần nuôicấy: 132

Hình 3.39 Mẫu nuôi cấy tạo rễ giống Sen Trắng Trẹt Lõm trên môi trường MS có

bổ sung 1,0 mg/L IBA và 0,5 mg/L α-NAA sau 5 tuần nuôi cấy 133

Hình 3.40 Mẫu nuôi cấy tạo rễ giống Sen Đỏ Ợt trên môi trường MS có bổ 0,5

mg/L α-NAA 134

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) là loại cây thủy sinh được con người

trồng và sử dụng từ rất lâu đời trên thế giới [57] Ở nước ta sen được trồng phổ biến

ở nhiều làng quê Việt Nam trong các ao, hồ, đồng ruộng, thậm chí có thể sinhtrưởng, phát triển tốt ngay cả trong điều kiện đất trũng, nước ngập sâu mà các cây trồngkhác không thể tồn tại được Trong văn hóa Việt Nam, sen không chỉ là loài hoa đẹp màcòn là biểu tượng văn hóa trong tâm thức người Việt, là biểu tượng của nhân cách ngườiViệt Đây cũng là loài hoa hội tụ đủ trong mình những ý nghĩa nhân sinh cao quý, ýnghĩa triết học, ý nghĩa âm dương ngũ hành và sự vươn dậy mạnh mẽ như dân tộc ViệtNam Chính vì thế, hoa sen đang được Bộ Văn hóa, thể thao và du lịch xem xét để côngnhận là Quốc hoa Việt Nam [13]

Cây sen có nhiều giá trị quan trọng và được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khácnhau trong cuộc sống của con người như làm cảnh, làm thực phẩm và làm thuốc [112].Điều đặc biệt là hầu như tất cả các bộ phận của cây sen đều có giá trị sử dụng Từ phiến

lá, cuống lá, nụ, hoa, hạt đến ngó sen, củ sen đều có thể dùng để chế biến các món ăn,thức uống ngon và bổ dưỡng Hạt sen và củ sen là những thực phẩm quý, giàu dinhdưỡng, chứa nhiều nguyên tố vi lượng, các vitamin, chất xơ… giúp tăng cường sứckhỏe cho con người Dịch chiết các bộ phận khác nhau của cây sen có giá trị quan trọngtrong việc chống oxy hóa, chống ung thư, chống virus, chống béo phì, trầm cảm, tiêuchảy, tim mạch, tăng huyết áp và mất ngủ [57], [69] Riêng hoa sen còn được sử dụngtrong nhiều lễ hội ở các nước châu Á, là biểu tượng của sự tinh khiết, thiêng liêng vàbất tử của nhiều nền văn hóa trong nhiều thế kỷ [89]

Năm 2011, theo thống kê sơ bộ toàn tỉnh Thừa Thiên Huế có diện tích trên

200 ha được đưa vào trồng sen Đa số các giống sen đều cho vẻ đẹp quyến rũ vàhương vị rất đặc biệt mà các giống sen ở nơi khác không có được, kể cả sen Hà Nộihay Đồng Tháp [120] Có nhiều giống sen được trồng ở Thừa Thiên Huế như sentrắng và sen hồng Trong đó, sen trắng là giống sen địa phương cổ - một loại sen có

ý nghĩa sâu sắc gắn liền với hệ thống ao hồ các khu Di tích Huế [18] Đặc biệt,Thừa Thiên Huế - một trong những trung tâm phật giáo lớn của Việt Nam với hàngtrăm ngôi chùa cổ kính trầm mặc - giá trị cây sen không chỉ dừng lại ở ý

nghĩa vật chất mà còn nhiều ý nghĩa về mặt tinh thần Bên cạnh đó, chúng còn tạonên vẻ đẹp, hài hòa, mềm mại, vẻ duyên dáng đặc biệt cho các công trình kiến trúctruyền thống của Thừa Thiên Huế.

Tuy nhiên, hiện nay các giống sen có các đặc tính quý đang suy giảm mộtcách nghiêm trọng và đứng trước nguy cơ mất dần theo thời gian Hiện trạng trên donhiều nguyên nhân như tác động của thời tiết khắc nghiệt, ô nhiễm môi trường nướccùng với phương thức tự để giống, lối canh tác theo kinh nghiệm dân gian, tự phátcủa người dân Đồng thời, những năm gần đây, người trồng sen ở Thừa Thiên Huếchủ yếu trồng các giống Sen Cao Sản chuyên cho hạt có năng suất cao, các giốngsen địa phương ít được chú ý khai thác Trong thực tế, tại các hồ trồng sen các giốngsen được trồng lẫn với nhau Hiện tượng này dẫn đến tình trạng nhầm lẫn và đánhđồng giữa các giống sen

Ở Thừa Thiên Huế việc nghiên cứu về cây sen chưa nhiều, chủ yếu tập trungvào các lĩnh vực thực phẩm và dược liệu dùng làm thuốc, thực phẩm chức năng thôngthường Công tác thu thập, bảo tồn, đánh giá tập đoàn sen dựa vào sự phân bố, đặc điểmsinh học đặc trưng của giống và nhân giống cây sen bằng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bàovẫn chưa được quan tâm đúng mức Nghiên cứu tập đoàn sen ở Thừa Thiên Huế nhằmcung cấp đầy đủ các dữ liệu quản lý, dữ liệu mô tả, đánh giá đặc điểm thực vật học, đặcđiểm sinh lý, hóa sinh, năng suất và chất lượng của các giống sen là việc làm tất yếu, cấpbách phục vụ công tác bảo tồn và khai thác tài nguyên hoa sen trong nền kinh tế hiệnnay

Xuất phát từ những cơ sở trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu đặc

điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và nhân giống in vitro một số giống sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) trồng ở Thừa Thiên Huế” Nghiên cứu này nhằm

cung cấp cơ sở dữ liệu về đặc điểm sinh học của các giống sen và nhân giống in vitro một số giống sen có giá trị, làm cơ sở cho việc khai thác, bảo tồn và phát triển

cây sen ở Thừa Thiên Huế

- Đánh giá được đặc điểm thực vật học (bao gồm cả hình thái bên trong và bên ngoài) của các giống sen phục vụ cho công tác nhận diện và phân biệt các giống sen.

- Cung cấp được các cơ sở dữ liệu về đặc điểm sinh lý (đặc điểm sinh trưởng,phát triển, năng suất) và hóa sinh của một số giống sen chính ở Thừa Thiên Huế

- Nghiên cứu nhân giống in vitro một số giống sen địa phương - Làm cơ sở

cho việc bảo tồn cây sen ở Thừa Thiên Huế

3.1 Ý n ĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp dẫn liệu khoa học mới có tính hệthống và có giá trị về mức độ đa dạng di truyền hình thái, đặc điểm thực vật học,sinh lý, hóa sinh của các giống sen trồng chính tại Thừa Thiên Huế

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác nghiên cứu, đào tạo, bảo tồn

và phát triển nguồn gen cây sen ở Thừa Thiên Huế nói riêng và ở Việt Nam nói chung

3.2 Ý n ĩa t ực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đem ra những gợi ý cho các nhà chọn tạogiống cây sen cần dựa vào như là một công cụ để phân biệt, nhận diện và đánh giácác giống sen bao gồm đặc điểm hình thái và đặc điểm sinh lý, đặc điểm hóa sinh

Đề tài đã giới thiệu cho sản xuất 6 giống sen với 5 giống sen địa phương và 1giống sen nhập Trong đó có 2 giống sen địa phương triển vọng cần bảo tồn, khaithác và phát triển là giống Sen Trắng Trẹt Lõm và giống Sen Đỏ Ợt

Đề tài đã giới thiệu các kết quả nghiên cứu bước đầu trong nhân giống in vitro

cây sen - Đây là một hướng nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng trong nhân giống thựcvật, nhằm góp phần vào công tác bảo tồn các giống sen quý ở Thừa Thiên Huế

Các giống sen (Nelumbo nucifera Gaertn (N nucifera Gaertn.)) hiện đang

được trồng ở tỉnh Thừa Thiên Huế

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Điều tra tình hình sản xuất và tiêu thụ cây sen, xây dựng sơ đồ phân bố vàđánh giá đa dạng di truyền dựa vào kiểu hình của các mẫu giống sen trồng ở ThừaThiên Huế Các nội dung nghiên cứu này được tiến hành tại Thành phố Huế và một

số huyện của Thừa Thiên Huế: Phong Điền, Hương Trà, Phú Lộc, Phú Vang,Hương Thủy

Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa sinh và xác định các giống

sen địa phương triển vọng Từ đó, nghiên cứu nhân giống in vitro một số giống sen

được chọn lọc nhằm cung cấp cơ sở cho việc bảo tồn nguồn gen cây sen ở ThừaThiên Huế Các nghiên cứu này được thực hiện tại đồng ruộng và các phòng thínghiệm Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế và Viện Công nghệsinh học, Đại học Huế

Thời gian thực hiện luận án từ tháng 05/2017 đến tháng 05/2020

Đề tài đã xác định được tập đoàn 66 mẫu giống sen thuộc 6 giống sen chính hiệnđang được trồng ở Thừa Thiên Huế (gồm 1 giống sen nhập và 5 giống sen địa phương)với đầy đủ dữ liệu về phân bố, dữ liệu mô tả là nguồn vật liệu di truyền quý phục vụcông tác bảo tồn và khai thác sử dụng nguồn gen cây sen ở Thừa Thiên Huế

Đề tài đã đánh giá được đa dạng di truyền dựa vào một số kiểu hình của 66mẫu giống sen Từ đó, cung cấp cơ sở khoa học đáng tin cậy cho việc xác định cácgiống sen trồng chính ở Thừa Thiên Huế

Đề tài đã đánh giá được đầy đủ các đặc điểm thực vật học, sinh lý và hóasinh của 6 giống sen chính tại Thừa Thiên Huế như đặc điểm hình thái, đặc điểmgiải phẫu; đặc điểm sinh trưởng và phát triển; năng suất và chất lượng hạt Nhữngkết quả nghiên cứu này đã bổ sung các dẫn liệu khoa học mới, có giá trị phục vụ chocông tác bảo tồn và khai thác hợp lý nguồn gen cây sen ở Thừa Thiên Huế

Đề tài đã giới thiệu được 2 giống sen địa phương với nhiều đặc tính quý về màusắc hoa, năng suất, chất lượng hạt, có tiềm năng trong sản xuất và lợi thế thị trường làgiống Sen Trắng Trẹt Lõm và giống sen Đỏ Ợt để bảo tồn, khai thác và phát triển

Đề tài đã bước đầu nghiên cứu thành công việc nhân giống in vitro hai giống

sen quý là Sen Trắng Trẹt Lõm và Sen Đỏ Ợt từ tim sen Kết quả này góp phần bảotồn và phục tráng các giống sen quý đang bị thoái hóa tại Thừa Thiên Huế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÂY SEN

1.1.1 Nguồn gốc cây sen

Cây sen (N nucifera Gaertn.) là loại cây thủy sinh đa niên có nguồn gốc từ

các nước châu Á nhiệt đới, xuất phát từ Ấn Độ, sau đó được đưa đến Trung Quốc,Nhật Bản, vùng Bắc châu Úc và nhiều nước khác [24], [100], [106] Ngày nay, câysen được trồng phổ biến tại Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc… [72], [94] Đồng thời,các sản phẩm từ cây sen cũng được tiêu thụ mạnh khắp châu Á [22]

Cây sen là một trong những loại cây xuất hiện sớm nhất [33], được trồngcách đây 2000 năm bởi người Ai Cập cổ đại qua việc trồng hoa sen trắng (lily nước)trong ao và đầm lầy [37], [94] Đầu tiên, hoa sen được biết đến bởi hóa thạch đã tồntại trong khoảng 65,5 triệu năm đến 145,5 triệu năm tại thời điểm Trái Đất lạnh vàkhô dần Về sau, cây sen được tìm thấy ngày càng nhiều từ Iran ở phía Tây sangNhật Bản ở phía Đông và ở Kashmir, Ấn Độ, Queensland, Úc về phía Bắc và phíaNam [54]

Năm 1972, các nhà khảo cổ của Trung Quốc đã tìm thấy hóa thạch của hạtsen 5.000 tuổi ở tỉnh Vân Nam Năm 1973, hạt sen 7.000 tuổi khác được tìm thấy ởtỉnh Chekiang Một lượng lớn hạt sen được tìm thấy ở tỉnh Shan-tung, Liaoning vàngoại thành phía Tây Bắc Kinh trong suốt giai đoạn 1923-1951 có niên đại trên

1.000 năm Shen Miller và cs (1995) phát hiện hạt sen N nucifera Gaertn với 1228

tuổi trong các hồ cổ đại của tỉnh Putatien, Liaoning vẫn còn khả năng nẩy mầm, một

kỷ lục về sức sống bền lâu nhất được ghi nhận từ trước tới nay [54] Hạt sen tìmthấy ở Đông Bắc Trung Quốc nằm trong vùng nhiệt độ thấp được phủ một lớp bùn,hạt vẫn duy trì được sức sống sau hơn 600 năm [107]

Các nhà khảo cổ Nhật Bản cũng tìm thấy những hạt sen đã bị đốt cháy trong

hồ cổ sâu 6 m tại Chiba có niên đại 1.200 năm Điều này khiến người ta tin rằngmột số giống sen có nguồn gốc từ Nhật Bản nhưng các giống sen lấy củ thì xuấtphát từ Trung Quốc Nhiều giống sen của Trung Quốc khi du nhập sang Nhật Bảnmột thời gian thì mang tên Nhật như Taihakubasu, Benitenjo, Kunshikobasu,Sakurabasu và Tenjinkubasu [72] Ngày nay, các quẩn thể sen dạng hoang dại vẫnđược tìm thấy dễ dàng tại các nước châu Á và châu Mỹ [22]

1.1.2 Phân loại và phân bố cây sen

Theo Takhtajan, Hooker, Heywood thì bộ Sen (Nelumbonales) chỉ có 1 họ Sen

(Nelumbonaceace) với chi Sen (Nelumbo) và có 2 loài gần nhau là N lutea Willd và N nucifera Gaertn [54], [97] Hai loài sen này khác biệt nhau bởi một số đặc điểm hình

thái như kích cỡ cây, hình dạng lá, hình dạng và màu sắc cánh hoa [57]

Loài N nucifera Gaertn phân bố ở châu Á và châu Đại Dương, từ Nga đến

Úc Bởi vì nó được trồng rộng khắp ở Trung Quốc, nên Trung Quốc trở thành nơi

phân bố tự nhiên của loài N nucifera N nucifera có nhiều tên gọi khác nhau Bên

cạnh tên sen, sen thiêng nó còn được gọi là sen Đông Ấn Độ, sen Ai Cập, sen Ấn

Độ, hoa sen Phương Đông, Lily nước Có khoảng 60 tên gọi khác nhau dành cho

loài này ở Trung Quốc [97] Loài N nucifera có hoa màu hồng, đỏ hay trắng, thân

dày, cao và nhiều gai, củ phát triển ở đáy ruộng hoặc ao, lá gần tròn có đường kínhlớn Cây non có khả năng thích nghi trong nước sâu rất nhanh Một chu kỳ sống củacây sen thường chưa tới 12 tháng, thông thường cây sen cần phải mất từ 4-6 tháng

để hình thành lá, nụ, hoa, hạt, củ, trưởng thành trước khi bước sang giai đoạn ngừngsinh trưởng của cây và được trồng làm sen cảnh, sen lấy củ và sen lấy hạt [107]

Loài N lutea Willd phân bố ở Bắc và Nam Mỹ, mở rộng ra phía Nam

Columbia [97] Loài này có hoa màu vàng, còn gọi là sen Mỹ hay sen vàng [77],[85] Loài N lutea Willd hình thành ở tầng nước nông rồi phát triển ra vùng nước

sâu hơn, mực nước thích hợp từ 0,6-2,0 m Thời gian nở hoa từ tháng 6-9, hoa có đườngkính từ 7,6-20,0 cm, kéo dài 3-4 ngày Ở châu Mỹ, môi trường sống của cây sen trong tự

nhiên đã và đang bị phá hủy nên những quần thể sen của loài N lutea

Willd đã giảm đáng kể về diện tích, chúng đã được đưa vào danh sách loài có nguy

cơ tuyệt chủng ở New Jersey, Pennsylvania và bị đe dọa ở Michigan, Delawar [85]

Ngoài hai loài nói trên, các loại sen khác ngày nay đều là những loài sen laighép nhân tạo Theo kết quả nghiên cứu của Orozco-obando (2009), hầu hết các

giống sen được lai tạo ra giữa loài N lutea với N nucifera là các giống sen được

trồng để làm cảnh [77]

Ngoài ra, tùy vào mục đích sử dụng của từng giống sen, các nhà khoa họcTrung Quốc đã phân loại cây sen thành 3 nhóm: nhóm sen lấy củ, nhóm sen lấy hạt,nhóm sen lấy hoa [22]

Theo Phạm Hoàng Hộ, Hoàng Thị Sản, Đặng Thị Sy, Võ Văn Chi, TrầnHợp, Lê Khả Kế và Vũ Văn Chuyên thì ở Việt Nam cây sen chỉ có một chi Sen với

một loài là N nucifera Gaernt [2].

Ở Việt Nam, cây sen được phân bố rộng suốt từ Bắc vào Nam như Bắc Ninh,Bắc Giang, Hà Nội, Thanh Hóa, Nghệ An, Thừa Thiên Huế và khu vực Đồng bằng sôngCửu Long (như Đồng Tháp, An Giang, Sóc Trăng, Long An…) Trước đây, cây sen chủyếu mọc hoang dại ở điều kiện tự nhiên, nhưng hiện nay nhiều nơi sen là cây trồng manglại nhiều giá trị về mặt vật chất và tinh thần [13]

1.1.3 Đặc điểm thực vật học cơ bản của cây sen

Cây sen thuộc họ Nelumbonaceae, lớp hai lá mầm, số nhiễm sắc thể 2n=16

[79]. Cây sen gồm thân rễ, lá, hoa, gương và hạt [8], [94]

Rễ: mỗi đốt của than rễ sen có khoảng 20-50 rễ Khi còn non, rễ thường cómàu trắng kem và có một ít lông hút Khi trưởng thành rễ có chiều dài 15 cm vàchuyển sang màu nâu [72], [73]

Thân rễ (còn gọi là củ): Thân rễ sen có hình dạng giống như cái xúc xích, cómàu trắng kem xen lẫn màu nâu Thân rễ được hình thành từ một đoạn rễ, thường có3-4 lóng, dài 60-90 cm, lóng cuối có đường kính 4-6 cm, dài 10-15 cm Lóng thứhai to nhất, đường kính 5-10 cm, dài 10-12 cm Lóng thứ nhất ngắn khoảng 5-10 cm

và mang thân mới Cấu tạo của thân rễ thường xốp để không khí thông suốt chiềudài của củ sen [22], [72]

Lá: lá sen thường lớn, hơi tròn có đường kính 20-100 cm màu xanh xám,xanh đậm Gân lá xuất phát từ tâm nơi cuống lá tỏa đều ra mép lá Lá đầu tiên nảymầm từ hạt có màu xanh hơi ửng đỏ, nhỏ yếu ớt và phiến lá cuốn vào trong (lá bút),sau đó lá này bung ra trong nước (lá trãi) Lá thứ hai nổi trên mặt nước nhưng thânvẫn yếu, những lá tiếp theo vươn khỏi mặt nước (lá dù) Dưới kính hiển vi điện tửquan sát thấy trên bề mặt lá sen có cấu trúc đặc biệt đẩy nước và đẩy bụi làm cho lásen luôn luôn sạch sẽ [22] Người ta đã có những ứng dụng dựa trên đặc điểm cấutrúc của bề mặt lá sen trong thực tiễn được gọi lá “Hiệu ứng lá sen” Hiệu ứng nàyđược ứng dụng trong chế tạo vật liệu tự làm sạch và không dính nước thường đểngoài trời [22]

Cuống lá: còn được gọi là cọng sen thường xốp, đường kính và chiều cao thayđổi tùy tuổi cây Khi còn non, cuống lá nhỏ, mềm và xốp và khi lớn thì cứng lại và có

nhiều gai Những giống sen có cọng láng thường không thích hợp để cho củ Ngoài

ra, phần non nhất của cọng lá sen mới mọc, lá vẫn còn cuốn lại thành một vòng,nằm sát gốc của cây sen còn được gọi là ngó sen Ngó sen có màu trắng sữa, xốp,giòn, bên trong có nhiều ống dọc nhỏ, nhựa dính sờ vào cảm giác mát lạnh [22]

Hoa: mầm hoa vươn ra vào mùa xuân, đối xứng hoàn toàn và có đường kính8-20 cm Hoa thường có 4-6 đài hoa màu xanh hay đỏ Cánh hoa có màu biến thiên

từ trắng, tím, cam, đỏ; cánh hoa hình elip, mỗi bông có khoảng 12-20 cánh hoa,càng vào phía trong kích thước cánh hoa càng nhỏ dần và sắp xếp theo đường xoắn

ốc hay xếp tỏa tròn Có những giống cánh mang 2 màu, trắng với hồng hoặc hồngvới tím Bên trong cánh hoa có nhiều nhị màu vàng, có hơn 200 nhị Mỗi nhị hoa có

2 bao phấn hai ô, nứt theo một kẻ dọc Trung đới mọc dài ra thành một phần phụmàu trắng gọi là gạo sen có hương thơm; bộ nhụy gồm nhiều lá noãn rời nằm xếp vòngtrên một đế hoa hình nón ngược gọi là gương sen [39], [72]

Gương sen: Gương sen được đính vào phần cuối cùng của cuống hoa nằmphía trong cánh sen Gương sen có những lỗ nhỏ chứa các lá noãn Mỗi lá noãn có1-2 noãn nhưng sau chỉ có 1 noãn phát triển thành quả - chính là hạt sen [22]

Hạt sen: Hạt sen nằm hoàn toàn bên trong gương sen [85] Hạt sen trưởngthành có dạng quả bế với núm nhọn, phần trước mỏng và cứng, có màu lục, phầngiữa chứa tinh bột màu trắng ngà và trong cùng là tâm (tim) sen, hạt sen lép chỉchứa nước và không khí, chính hai yếu tố này quyết định đến sức sống của hạt sen[90] Khi còn non và trưởng thành vỏ hạt sen có màu xanh, khi già vỏ hạt chuyểnmàu nâu rồi sang màu đen, vỏ hạt khô cứng lại gọi là sen lão Hạt sen có hình ô vanhoặc hình cầu, có chiều dài từ 1,2-1,8 cm, đường kính khoảng 0,8-1,4 cm và trọnglượng khoảng 1,1-1,4 g [113] Tâm sen chứa 2 chồi mầm màu xanh do có chứachlorophyll, giúp cây có thể quang hợp ngay khi vừa mới nảy mầm [22]

1.1.4 Giá trị của cây sen

1.1.4.1 Giá trị dinh dưỡng

Các bộ phận của cây sen như hạt, ngó, củ được sử dụng nhiều trong lĩnh vựcthực phẩm do chứa nhiều chất dinh dưỡng bổ ích, chúng bao gồm protein, lipid,glucid, các chất khoáng (Ca, Fe, P, Na, K, Mg, Zn), tro, cellulose, vitamin (B1, B2,C) và nhiều amino acid không thay thế, rất cần thiết cho con người [79],

[86]. Hạt sen có hàm lượng glucid, protein khá cao, ít chất béo, hàm lượng Ca caocần thiết cho phát triển xương, giúp lưu thông máu và chất dịch trong cơ thể [22] Giá trịdinh dưỡng của củ sen và hạt sen được trình bày ở bảng 1.1 [72].

Bản 1.1 Giá trị dinh dưỡng trong 100 g củ sen và hạt sen Thành phần

Theo danh y Lê Hữu Trác, nhờ hấp thụ được thanh khí và hương thơm của đấttrời nên toàn bộ các bộ phận của cây sen đều được sử dụng làm các bài thuốc cổtruyền rất hiệu nghiệm [80]

Lá sen có tính hàn, lợi tiểu và cầm máu Lá được sử dụng để điều trị các bệnhnhư tiêu chảy, say nắng, sốt cao, trĩ, tiểu gắt và bệnh phong Lá sen được sử dụng

phổ biến ở Nhật Bản và Trung Quốc để thanh nhiệt trong mùa nắng và chống béophì [22] Trong giảm cân, qua thí nghiệm trên chuột cho thấy nước trích từ lá senhạn chế hấp thu chất dinh dưỡng, nhất là chất béo và carbohydrate, kích thích biếndưỡng chất béo, tăng cường tiêu thụ [76] Ở Hàn Quốc còn dùng lá sen và hoa sen

để sản xuất rượu chứa các hoạt chất chống oxy hóa, làm giảm stress, chống nguy cơmắc bệnh mãn tính [53] Trong lá sen còn chứa hợp chất nuciferin có tác dụng giảithắt co cơ trơn, ức chế thần kinh trung ương, chống viêm, giảm đau, chống ho,kháng serotonin và có hoạt tính phong bế thụ thể adrenergic Ngoài ra, nuciferin cótác dụng tăng cường quá trình ức chế các tế bào thần kinh vùng vỏ não cảm giác[16], [17] Những năm gần đây, các chất chống oxy hóa, chống virus [50], chốngbéo phì [76], chống các bệnh về tim mạch, hạ đường huyết [69] và hoạt độnglipolytic [75] của lá sen đã được báo cáo và thu hút ngày càng nhiều sự quan tâm.Nhiều báo cáo cũng chỉ ra trong lá sen rất giàu flavonoid và alkaloid, một số chúng

đã được phân lập [50], [68], [75] Đến nay, 10 flavonoid đã được phân lập từ lá sen[75]. Flavonoid, là một loại hợp chất phenolic, đã thu hút sự chú ý rộng rãi vì hoạtđộng chống oxy hóa mạnh mẽ và khả năng làm giảm sự hình thành các gốc tự do của nó[119]

Hoa sen được nấu uống điều trị các bệnh về tim mạch, co thắt vùng bụng vàcầm máu do trong hoa có chứa các hợp chất alkaloid Cuống hoa được dùng trongcác bệnh viêm loét dạ dày, rối loạn kinh nguyệt [53] Nhị hoa giúp củng cố chứcnăng của thận và đặc biệt hữu ích trong điều trị các rối loạn tình dục nam và nữ Tại

Ấn Độ, mật của những con ong hút mật hoa sen được coi là một loại thuốc bổ đểđiều trị các rối loạn về mắt [22], [53] Các nghiên cứu về các hoạt tính sinh học củahoa sen cũng đã chỉ ra hoa sen có tác dụng trong việc hạ đường huyết [ 69] Trongdịch chiết cánh hoa, nhị hoa với ether và nước cất cho thấy sự có mặt của flavonoidgồm các chất quercetin, luteo, iso-quercetin và glucoluteolin có hoạt tính chống oxyhóa mạnh mẽ [48] Các glycoside nelumboroside A, nelumboroside B, isorhamnetin

glycoside và isorhamnetin rutinoside được phân lập từ nhị hoa sen N nucifera cho

thấy hoạt động chống oxy hóa mạnh mẽ trong

các xét nghiệm với DPPH và ONOO- [45], [46] Yunyupju, một loại rượu đượclàm từ hoa và lá sen, đã được báo cáo là có hoạt động chống oxy hóa, với giá trị

IC50 là 1,07 ± 0,04 μg g [53]

Hạt sen có chứa nhiều dược chất thuộc nhóm alkaloid (lotusine,demethylcoclaurine, isoliensinine, neferine, nornuciferin, pronuciferine,methylcorypalline, norarmepavine, neferine) và flavonoid Hạt có tác dụng giảm huyết

áp nhờ chất neferine, liensinine và benzylissoquinoline dimer; hạ nhịp tim với dượcchất methylcorypalline, giảm cholesterol trong máu cắt cơn nôn hay làm dịu phản ứng

co giật của hệ thống tiêu hóa và tử cung do có demethylcoclaurin Trong hạt sen chứachất procyanidin là chất chống oxy hóa mạnh, kích thích hoạt tính của enzymelipooxygenase là enzyme phân hủy mô mỡ trong cơ thể, làm chậm tiến trình lão hóa vàngăn ngừa ung thư [33] Hàm lượng cao của superoxide dismutase (SOD) trong hạt sengiúp chống lão hóa, sửa chữa các tổn thương của tế bào, các hãng mỹ phẩm sử dụng lytrích các chất trong hạt sen để sản xuất kem chống lão hóa da [5], [22] Trong Đông y,người ta dùng hạt sen để điều trị viêm ruột, tiêu chảy mãn tính, tăng tiết dịch và khí hư,

nó có tác dụng giảm đau, đặc biệt hiệu quả trong điều trị bệnh mất ngủ Hạt sen còn cótác dụng như một loại thuốc bổ lá lách; làm vị thuốc chống trầm cảm và ức chế viêmđược sử dụng ở nhiều nước châu Á [27]

Tâm sen rất giàu các hợp chất alkaloid, flavonoid và một số nguyên tố khoánggồm Zn, Fe, Ca, Mg [27] Tâm sen có tác dụng an thần, trị mất ngủ, sốt cao, căngthẳng thần kinh, bồn chồn, cao huyết áp [22] Ngoài ra, nghiên cứu của Chen và cs(2020) còn cho thấy chiết xuất lianzixin và neferine từ tâm sen có tác dụng chốnglại các tổn thương do tác hại của caffeine gây ra ở tế bào u thực bào Nghiên cứunày đã đặt nền móng cho việc tìm ra các giá trị y học mới của lianzixin [31]

Gương sen chứa protein, carbohydrate và mang lượng nhỏ alkaloidnelumbine, sử dụng để cầm máu, trị lo âu, sốt rét, tim đập nhanh [69]

Củ sen là loại thực phẩm chứa nhiều khoáng chất và được sử dụng làm thựcphẩm bổ dưỡng đặc biệt là cho trẻ em và người lớn tuổi [95] Dịch chiết xuất từ củsen còn có khả năng lợi tiểu, điều trị tâm thần, chống tiêu chảy, hạ đường huyết,chống béo phì, hạ sốt và chống viêm [112], có hoạt tính chống oxy hóa và điều hòa

hệ miễn dịch của cơ thể [24] Hơn nữa, trong nghiên cứu mới nhất của Yoo và cs(2020) đã chỉ ra vai trò to lớn của củ sen lên men trong việc điều trị bệnh viêm loét

dạ dày do rượu gây ra Đây là một căn bệnh phổ biến trên toàn cầu, và là một trongnhững nguyên nhân gây ra bệnh ung thư dạ dày [110]

1.1.4.3 Giá trị văn hóa

Cây sen là biểu tượng của sự thịnh vượng, thiêng liêng và bất tử của nhiều nềnvăn hóa khác nhau trong nhiều thế kỷ Hàng ngàn năm trước, hoa sen là biểu tượngchính của nhiều tôn giáo ở châu Á, đặc biệt trong đạo Phật và đạo Hindu [22].Hình ảnh hoa sen được sử dụng ở khắp mọi nơi, từ các danh lam thắng cảnhđến các chi tiết điêu khắc, in ấn,…Ở New Delhi, Ấn Độ, có hẳn một ngôi đền đượcthiết kế theo hình một hoa sen Ở Macau, Trung Quốc cho đến đài tưởng niệm, haybia mộ ở Việt Nam, những họa tiết trang trí hay những điêu khắc trên đá trên gỗ,người ta đều bắt gặp hình ảnh của hoa sen

Hình tượng hoa sen không chỉ xuất hiện ở các công trình kiến trúc mà còn ănsâu vào trong đời sống tâm linh của mỗi con người Đặc biệt là người theo Phậtgiáo, hình ảnh Phật Thích Ca Mâu Ni nhân từ ngồi trên bông sen hồng thanh khiếtluôn muốn nhắc nhở con người sống phải biết hướng thiện Trong huyền thoại Ấn

Độ, hoa sen còn tượng trưng cho khả năng sáng tạo và sự hồi sinh Theo văn minh

Ai Cập: sen tượng trưng cho mặt trời, cho sáng tạo và hồi sinh Một văn bản thờiTrung cổ đã miêu tả người phụ nữ như một bông sen [20]

Trong quan niệm của người phương Đông nói chung, người Việt Nam nóiriêng, sen là loài duy nhất hội tụ đầy đủ những ý nghĩa triết học - nhân sinh cao quý,

là ý nghĩa về âm dương ngũ hành và sức sống mãnh liệt, ý chí quật cường của dântộc Hoa sen cũng gắn liền với ca dao, tục ngữ ở Việt Nam Trong tâm thức ngườiViệt, hoa sen còn là biểu trưng cho sự thanh cao, trong sạch, cho tính chất "gần bùn

mà chẳng hôi tanh mùi bùn", truyền đời đời cho các thế hệ sau này

Các hãng hàng không, áo dài, các lễ hội luôn lấy hoa sen để làm điểm nhấn tạonên dấu ấn cho mỗi du khách Điển hình là lễ hội Festival Huế được tổ chức 2 nămmột lần, với nhiều hoạt động quảng bá hình ảnh thành phố Huế nói chung và hìnhảnh sen địa phương nói riêng đã thu hút hàng triệu lượt du khách mỗi năm Chính vìsen là một loại hoa đẹp và mang nhiều ý nghĩa về mặt tinh thần nên ngày nay senđược chọn là cây trồng tại các thành phố du lịch, các khu di tích nhằm tạo môitrường cảnh quan, thu hút khách du lịch

1.1.4.5 Trong các lĩnh vực khác

Các sản phẩm từ cây sen còn được dùng làm nguyên liệu trong ngành thờitrang và mỹ phẩm cao cấp Cuống lá của cây sen có thể sản xuất ra tơ sen làm vải

lụa chất lượng cao Sản phẩm may mặc thủ công được làm từ tơ sen rất được ưachuộng, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn gấp nhiều lần so với các sản phẩm cùngloại làm từ nguyên liệu sợi khác [127] Hoa sen ngoài giá trị thẩm mỹ còn đượcdùng sản xuất nước hoa có hương thơm quyến rũ và kem trị lão hóa da [61] Đặcbiệt ở Thừa Thiên Huế, lá sen còn được sử dụng để làm nón lá, tạo nên dấu ấn riêngcho du khách [122].

Cây sen còn có tiềm năng sử dụng cao trong xử lý nước thải loại bỏ các hợp chấtgây ô nhiễm và kim loại nặng [49], [96] Nó có thể phát triển trong điều kiện nước biếnthiên và cường độ ánh sáng thấp [65] Các nghiên cứu khác nhau cho thấy việc sử dụngthành công cây sen để chống lại sự phú dưỡng của nước Lá trãi của cây sen làm giảmánh sáng mặt trời xuống phần dưới của nước Điều này ngăn chặn sự phát triển của tảo

ở hệ thống thủy sinh và do đó, hàm lượng oxy cao hơn tới 20% so với các hệ thốngthực vật thủy sinh khác [49] Cây sen có khả năng đồng hóa một lượng P cao hơn cácloại thực vật thủy sinh hiện đang được sử dụng để xử lý nước (như lục bình) Nó cũngđồng hóa N và tạo ra một môi trường sống cho sự phát triển của vi khuẩn có lợi trongnước Thông qua cây sen có thể được loại bỏ một cách hiệu quả các kim loại nặngrhizofiltration - bao gồm asen, coper và cadmium trong nước [65]

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CÂY SEN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.2.1 Nghiên cứu về đặc điểm thực vật học, phân loại, bảo tồn v đa dạng

di truyền cây sen

Trên thế giới, những nghiên cứu về cây sen chủ yếu chú trọng đến các lĩnh vựcphân loại thực vật học, đặc điểm hình thái, dược liệu và đa dạng di truyền của câysen Các kết quả nghiên cứu này được công bố nhiều trên tạp chí chuyên ngành củathế giới Những nghiên cứu này đã góp phần phân loại sen, xác định cấu trúc quầnthể, sự tiến hóa của các mẫu giống sen, làm cơ sở cho việc xây dựng tạo lập, khaithác và phát triển tập đoàn sen có giá trị

Công tác điều tra, thu thập, bảo tồn nguồn gen cây sen trên thế giới gần đây đãđược quan tâm nghiên cứu Theo Tian (2008) có khoảng hơn 1.500 mẫu giống sencác loại được tư liệu hóa và bảo tồn tại Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Úc và Mỹ[97]. Tại Trung Quốc có khoảng 600-800 giống sen các loại Năm 2002, vườn Quốcgia về cây thủy sinh tại Vũ Hán đã thực hiện bảo tồn chuyển chỗ tập đoàn sen gồm 572mẫu giống được thu thập từ 153 huyện của 18 tỉnh ở Trung Quốc [37] Viện

nghiên cứu Thực vật quốc gia của Ấn Độ đã lưu giữ tập đoàn gồm 60 mẫu giốngsen Trong đó: 35 giống sen bản địa được thu thập từ 8 bang: Bihar, Karnataka,Madhya Pradesh, Maharastra, Orissa, Tamil Nadu, Uttar Pradesh và Tây Bengal và

3 vùng của Ấn Độ gồm Chandigarh, New Delhi và Pondichery; 25 giống sen nhậpnội từ Úc, Brazil, Đức, Thái Lan, Anh và Mỹ [35] Nhật Bản cũng đang lưu giữ tậpđoàn sen khá phong phú với 625 giống sen cảnh Trường Đại học Auburn, Mỹ đãthu thập và đánh giá 160 mẫu giống sen khác nhau có nguồn gốc từ Trung Quốc vàcác nước khác Tại vườn thực vật Hoàng gia Anh, Kew bảo tồn cây sen bằng gieohạt và tách cây con đã được áp dụng thành công [13]

Trong những năm gần đây các tác giả Nguyen (2001b) [73], Gou (2009, 2010)[37], [38], [39] đã đánh giá đa dạng di truyền dựa vào các tính trạng hình thái nông học

và tương quan di truyền của cây sen Kết quả cho thấy giữa các nhóm sen lấy củ, lấyhoa và lấy hạt có sự khác biệt về một số tính trạng đặc trưng Đồng thời, cũng dựa vào

sự khác biệt về đặc điểm nông sinh học, Guo (2009) đã phân nhóm 572 mẫu giống sentrong tập đoàn được bảo tồn tại Vườn Quốc gia về thực vật thủy sinh ở tỉnh Hồ Bắc ra

310 giống sen lấy củ, 229 giống sen lấy hoa và 33 giống sen lấy hạt [37] Năm 2010,Guo tiếp tục dựa vào 19 tính trạng hình thái của 40 mẫu giống sen tại Vườn Quốc giaTrung Quốc về cây thủy sinh đã xác định được mối tương quan giữa các tính trạng kiểuhình [39] Ngoài ra, các tác giả Vogle và Fhadacek đã tiến hành giải phẫu, phân tích

chức năng và đặc điểm sinh học của cây sen N nucifera làm cơ sở để đánh giá lại quan

niệm sinh thái học các cơ quan của cây sen [101], [102] Năm 2019, Zhu và cs đã đi sâu

giải thích cơ chế hình thành cánh hoa màu vàng ở loài sen N nucifera thông qua các con đường chuyển hóa flavonoid Điều này góp phần rất quan trọng trong việc nhân

giống các giống sen cảnh [118]

Bên cạnh việc đánh giá đa dạng về hình thái, đặc điểm sinh học đặc trưng củagiống, các chỉ thị phân tử như RAPD, ISSR, SSR, AFLP, SRAP cũng đã được tácgiả Gou và cs (2005, 2007) [36], [40]; Li và cs (2010) [56], Fu và cs (2011) [34],

Hu và cs (2012) [43]; Zheng và cs (2015) [117], Mekbib và cs (2020) [64]… sửdụng để nghiên cứu về kiểu gen ở cây sen Trong đó, việc sử dụng chỉ thị phân tử

RADP đã phân loại được 29 giống sen lấy hoa (gồm cả hai loài N nucifera Gaertn.

và N lutea Wild) thành hai phân nhóm chính là nhóm có hoa lớn và nhóm có hoa nhỏ; không có sự khác biệt di truyền rõ rệt giữa giống thuộc loài N.lutea và

các giống sen thuộc loài N nucefira [36] Đồng thời, xác định mối tương quan giữa kiểu hình và kiểu gen của 65 nguồn gen hoa sen thuộc chi Nelumbo, được thu thập

chủ yếu ở Trung Quốc thành 4 nhóm, mỗi nhóm lại chia làm 2 phân nhóm phụ [40].Chỉ thị RAPD và dấu chuẩn ISSR đã được tác giả Li (2010) sử dụng để đánh giámối quan hệ di truyền của 87 giống sen, trong đó có 70 giống sen cảnh của Trung

Quốc, 7 giống sen Thái Lan hoang dại, 2 giống sen Mỹ và 8 dòng lai giữa loài N nucifera và loài N lutea [56] Yang và cs (2012) đã đánh giá 43 mẫu giống sen bằng

cách sử dụng 38 cặp mồi SSR và 16 cặp mồi SRAP nhằm xác định mối quan hệ di

truyền giữa N nucifera và N lutea cũng như mối quan hệ di truyền giữa các nhóm

giống sen lấy hoa, sen lấy hạt và sen lấy củ [108] Sự đa dạng kiểu gen và chọn lọc

di truyền giữa 3 nhóm giống sen này cũng được làm sáng tỏ trong nghiên cứu mớinhất của Li và cs (2020) Kết qủa nghiên cứu đã chỉ ra, giống sen lấy hoa có sự khácbiệt nhất về bộ gen và một tập hợp gen thuần hóa so với hai giống sen còn lại [55].Salaemae và cs (2017), đã sử dụng chỉ thị SSR cùng với đánh giá hình thái hoa sau

thu hoạch để phân biệt hai giống sen Sattabongkot và Saddhabutra của loài N nucifera ở Thái Lan Nghiên cứu này cung cấp cơ sở để phân loại các giống sen

Thái Lan và là một kỹ thuật hữu ích cho việc định lượng chất lượng hoa sau thuhoạch của các giống sen [84] Nghiên cứu mức độ mức độ đa dạng di truyền kiểugen của các giống sen ở các vị trí địa lý với các kiểu sinh thái khác nhau đã đượctiến hành bởi Mekbib và cs (2020) Các tác giả đã sử dụng chỉ thị SSR để đánh giá

sự đa dạng của 15 quần thể sen nhiệt đới được thu mẫu từ Thái Lan, Ấn độ và Úc.Kết quả chỉ ra những quần thể này thể hiện sự biến đổi di truyền khác nhau dựa trênđiều kiện địa lý Có thể khẳng định rằng các quần thể được tìm thấy ở mỗi quốc gia

là duy nhất Từ đó, các tác giả cũng đề xuất các biện pháp bảo tồn bổ sung bên cạnhcác phương pháp sẵn có để khai thác và sử dụng loài cây trồng quan trọng về kinh tếnày [64]

Ở Việt Nam, các nghiên cứu về đặc điểm sinh học và đa dạng di truyền củacây sen cũng được chú trọng nghiên cứu trong những năm gần đây Năm 2011-2012,

Hoàng Thị Nga và cs đã tiến hành nghiên cứu điều tra thu thập nguồn gen cây sen (N nucifera Gaertn.) ở đồng bằng Sông Hồng Kết quả đã thu thập được 18 nguồn gen cây

sen tại 4 tỉnh Bắc Ninh, Hải Dương, Hà Nam, Hà Nội Mô tả và đánh giá bước đầu chothấy: các nguồn gen hoa sen khá đa dạng về tên gọi và các đặc

điểm nông sinh học của giống [14] Năm 2012-2013, Nguyễn Thị Thúy Hằng tiếptục đánh giá đặc điểm nông sinh học của sen Tây Hồ - một giống Sen Bách Diệp,nổi tiếng với bông to, thơm đậm, gạo sen màu trắng to mẩy chuyên dùng để ướp chè

ở Hà Nội [5] Tại Đồng Tháp, Trương Thị Nga và cs (2012) cũng tiến hành nghiêncứu đặc điểm nông sinh học và môi trường sống của một số thực vật thủy sinh tại

Vườn quốc gia Tràm Chim, huyện Tam Nông, trong đó có đối tượng cây sen

Nghiên cứu đã chỉ ra sự thích nghi của sen (N nucifera Gaertn.) đặc thù trong môi

trường chịu ngập, chịu phèn [15] Năm 2008, Nguyễn Phước Tuyên xuất bản giáotrình “Kỹ thuật trồng sen” đã hệ thống một cách khái quát và đầy đủ về nguồn gốccây sen, khu vực phân bố và khai thác nguồn sen trong nước, các đặc điểm nôngsinh học của cây sen tại các khu vực canh tác [22]

Gần đây nhất, tác giả Hoàng Thị Nga (2016) đã hoàn thành luận án tiến sĩ với

đề tài: “Nghiên cứu đa dạng nguồn gen cây sen (N nucifera Gaertn.) phục vụ công

tác bảo tồn và chọn tạo giống” Trong đề tài này tác giả thống kê có 21 nguồn gencây sen đang được trồng với diện tích 365 ha tại 5 tỉnh ở Việt Nam (Bắc Ninh, HàNam, Hà Nội, Hải Dương và Hưng Yên) Đồng thời tác giả còn mô tả đặc điểmnông sinh học của 3 giống sen: lấy hoa, lấy hạt và lấy củ Kết quả cho thấy giữa 42mẫu giống sen có sự biến động lớn về đặc điểm hình thái nông học và có sự khácbiệt di truyền khá cao giữa các giống về kiểu hình Bên cạnh đó, đề tài còn đi sâu

đánh giá đa dạng mối quan hệ di truyền giữa 42 mẫu giống sen N nucifera Gaertn được thu thập tại các vùng khác nhau ở Việt Nam thông qua việc sử dụng chỉ thị

phân tử SSR [13]

Tại Thừa Thiên Huế, việc nghiên cứu về cây sen chưa nhiều Lê Công Sơn và

cs - Trung tâm bảo tồn di tích cố đô Huế đã hoàn thành đề án “Bảo tồn, lưu trữgiống sen trắng phục vụ tôn tạo cảnh quan hồ Thái Dịch khu vực Đại nội” Nhómtác giả này đã sưu tầm các giống sen trắng quý hiếm từ trong dân và lựa chọn đượcgiống Sen Trắng Trẹt để trồng thí điểm tại hồ Thái Dịch và hồ Điện, đồng thời loạisen này cũng được trồng thử nghiệm trên cạn vào năm 2008 Quá trình triển khai, cólúc thất bại (năm 2010, 2012) nhưng từ năm 2015 đến nay, do xử lý được môitrường nước nên việc trồng sen trắng đã thành công Từ nguồn giống sen này, kếthợp với xử lý đáy hồ và môi trường nước ở các hồ di tích, Trung tâm Bảo tồn di tích

Cố đô Huế đã ươm trồng lại giống sen trắng với tỉ lệ sống lên tới 60-70% [18]

Thành công này đã mở ra nhiều triển vọng trong việc lựa chọn và nhân giống một

số giống sen địa phương có giá trị trong thời gian tới Mặc dù hiện nay tại ThừaThiên Huế có nhiều giống sen đang được trồng chung với nhau nhưng chưa cónghiên cứu nào giúp phân biệt và nhận diện chúng Đồng thời cũng có rất ít nghiêncứu xác định được sự phân bố cũng như đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển,năng suất các giống sen nhằm phục vụ cho việc bảo tồn và phát triển cây sen hiệnnay Do đó, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu đặc điểm thực vật học, sinh lý, hóa

sinh và nhân giống in vitro một số giống sen (N nucifera Gaertn.) trồng ở Thừa

Thiên Huế” ở thời điểm này là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.2.2 Nghiên cứu về sin trưởng - phát triển của cây sen

Một số nghiên cứu về sinh trưởng và phát triển của cây sen cũng được tiếnhành ở nhiều nơi trên thế giới Năm 2008, Tian ở trường Đại học Auburn, Mỹ đãnghiên cứu một cách hệ thống về ảnh hưởng của các yếu tố như lượng đất trongthùng, phân bón, thời gian trồng lên sự sinh trưởng và sản phẩm của cây sen trồngtrong các thùng đựng hàng (container) Kết quả chỉ ra rằng, khối lượng đất chứa ảnhhưởng đến EC, pH, chỉ số tăng trưởng của cây và hàm lượng dinh dưỡng của cây.Mức đất 1/4 và 1/2 (so với thể tích thùng) là hiệu quả hơn so với mức đất 3/4 để sảnxuất sen trong các thùng chứa [97]

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy lượng phân bón ảnh hưởng lớn đến sự sinhtrưởng cũng như chế độ dinh dưỡng của cây Khối lượng thân mầm, số lượng mầm,

sự kéo dài của các đốt thân và số lượng lá trãi trong các thùng chứa 29 L tăng tuyếntính với tỷ lệ phân bón Phân bón không ảnh hưởng đến chiều cao cây và số lượnghoa Bón phân cũng làm tăng N, P và K và giảm hàm lượng Ca trong lá non [97].Thời gian trồng cũng ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng của cây sen Theo Tian(2008), thời gian tốt nhất để trồng cây sen ở Mỹ là vào tháng 3 và tháng 4, trồng vàotháng 5 cây sen phát triển kém nhất Thời gian trồng không ảnh hưởng đến số lượnghoa nhưng lại ảnh hưởng đến chiều cao của hoa [97]

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng và độ cao đến sinhtrưởng của cây sen cũng được nghiên cứu bởi các tác giả Masuda và cs (2006),Slocum và Robinson (1996), các kết quả cho thấy cây sen yêu cầu ít nhất 6 thángvới nhiệt độ lớn hơn 15oC nhưng sự phát triển tối đa của củ ở nhiệt độ trên 20oC,nhiệt độ cao hơn thúc đẩy sự phát triển của nhánh củ và sự phát triển của hoa Ngàydài thúc đẩy sự phát triển của củ và sự hình thành lá dù, ngược lại ngày ngắn sẽ

ngăn cản sự kéo dài của củ và sự hình thành các lá dù [5] Loại thùng trồng sencũng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của sen, nên trồng sen tốt nhấttrong các thùng chứa hình cầu thay vì hình vuông, hoặc có thể trồng trong các bểchứa bằng bê tông [35].

Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh như nước, đất, nhiệt độ, ánhsáng ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng cũng được tiến hành mộtcách có hệ thống bởi Warner Orozco-Obando và cs (2009) tại trường Đại họcAuburn, Alabama, Mỹ [77]

Ở Việt Nam, nghiên cứu về sự sinh trưởng và phát triển của các giống sen còn

ít được tập trung nghiên cứu Năm 2016, Hoàng Thị Nga và cs đã nghiên cứu khả năngsinh trưởng và phát triển, năng suất của một số giống sen lấy hạt và lấy hoa triển vọng ởHoài Đức, Hà Nội Kết quả cho thấy 3 giống sen lấy hoa có thời gian sinh trưởng từ 205-

215 ngày, năng suất hoa từ 58.000-64.000 hoa/ha, 3 giống sen lấy hạt có thời gian sinhtrưởng ngắn hơn với 195-208 ngày, năng suất hạt sen đạt 3,10-4,32 tấn/ha [13] Lê CôngSơn và cs (2008) đã đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và năng suất của giống sentrắng tại hai địa điểm là hồ Thái Dịch thuộc Đại nội Huế và Hồ Điện - tỉnh Thừa ThiênHuế Kết quả chỉ ra rằng, giống sen trắng trồng tại hồ Thái Dịch có khả năng sinh trưởng,phát triển mạnh và cho năng suất cao hơn so với trồng ở Hồ Điện [18] Ở Thừa ThiênHuế, nội dung nghiên cứu này vẫn còn mang tính nhỏ lẻ và chưa được chú trọng Do đó,

đề tài luận án được thực hiện có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

1.2.3 Nghiên cứu về thành phần hóa học v vai trò dƣợc liệu của cây sen

Các nghiên cứu về mặt dược liệu của cây sen trên thế giới đã được nghiên cứu

từ rất sớm Ở Phương Đông cách đây 1500 năm cây sen được sử dụng như một loạithảo dược Tất cả các bộ phần của cây sen đều được các nhà y học cổ truyền nghiêncứu, phát hiện khả năng chữa bệnh và sử dụng có hiệu quả

Năm 2002, Hu và cs đã nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của các phần khácnhau của thân rễ cây sen Kết quả cho thấy có sự khác biệt đáng kể về hàm lượngphenolic tổng hợp và hoạt tính chống oxy hóa giữa các bộ phận khác nhau của thân

rễ sen như sau: vỏ già của thân rễ > vỏ non thân rễ > phần thịt thân rễ sen già > phầnthịt thân rễ sen non [44]

Ling và cs (2005) ở Trung Quốc đã tách chiết, mô tả và xác định hoạt tínhchống oxy hóa của oligomeric procyanidin từ gương sen, công trình này cho thấy từnhững phần không thể ăn được của sen cũng có thể làm dược liệu [58].

Zhao và cs (2017) cũng chỉ ra khả năng chống ung thư tế bào ruột kết ở dịchchiết nhị hoa sen trong dung môi ethanol [115] Năm 2020, tác giả này tiếp tụcnghiên cứu vai trò của thân cây sen (còn gọi là cọng lá sen) Kết qủa chỉ ra dịchchiết thân cây sen với nước có tác dụng mạnh mẽ trong việc làm giảm các triệuchứng trầm cảm về hành vi học tập và ghi nhớ ở chuột Kết quả nghiên cứu này đãcung cấp cơ sở cho việc ứng dụng tiềm năng của thân cây sen như là một tác nhânchống bệnh trầm cảm [116]

Vai trò dược liệu trong lá sen cũng được nhiều nhà khoa học tập trung nghiêncứu Mukherjee và cs (2009) đã chỉ ra rằng dịch chiết lá sen trong dung môi ethanol

và methanol rất giàu alkaloid như nuciferine, liensinine, neferine và isoliensinine[69] Hàm lượng flavonoid trong lá và hoa sen cũng được tác giả Zhu và cs (2015)nghiên cứu và chỉ ra có 14 flavonoid, trong đó có 4 loại được xác định từ lá sen là

quercetin rhamnopyranosyl-(1→2)-glucopyranoside, quercetin arabinoside, diosmetin 7-O-hexose và isorhamnetin 3-O-arabinopyranosyl-(1→2)-glucopyranoside Các xét nghiệm sinh học tiếp theo cho thấy các flavonoid từ lá sen

3-O-có hoạt tính chống oxy hóa mạnh và thể hiện được tiềm năng rất tốt Do đó, 3-O-có thể

sử dụng lá sen như là thực phẩm bổ sung hoặc dược phẩm để cải thiện sức khoẻ conngười [119] Kim và cs (2019) còn cho thấy việc bổ sung lá sen có thể cải thiện cácđặc tính chức năng và hoạt tính chống oxy hóa của sữa chua - một loại sữa lên menđược tiêu thụ rộng khắp trên toàn thế giới Sở dĩ như vậy là do trong lá sen có chứanhiều hợp chất phenolic [51]

Năm 2019, Manogaran và cs tiếp tục khẳng định vai trò của neferine và

isoliensinine từ các phần khác nhau của cây sen N nucifera trong điều trị ung thư

đại trực tràng [62] Jarmkom và cs (2019), cũng xác định hàm lượng phenolic tổng

số và khả năng bắt gốc tự do của 3 bộ phận thân, lá và hoa của 3 giống sen N nucifera khác nhau được thu tại Thái Lan Kết quả cho thấy hàm lượng phenolic trái

ngược với hoạt động chống oxy hóa Nghiên cứu này đã tạo cơ sở để khám phá sâuhơn về thành phần chống oxy hóa trong cây sen [47]

Đặc biệt, hạt sen được khai thác và sử dụng nhiều nhất trong các bộ phận củacây sen cả về mặt thực phẩm và dược liệu Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới

đã khẳng định hạt sen có nhiều hoạt tính sinh học mạnh mẽ như hoạt tính chống oxyhóa [69], [79], [94], bảo vệ gan [93], chống đông máu [81], chống viêm [67], chống

vô sinh, chống loạn nhịp tim, chống xơ hóa [106], hoạt tính chống độc tố, khángkhuẩn và ức chế men urease [88], chống ung thư [100] và hoạt tính tăng cường nhậnthức, bảo vệ thần kinh [32], [52] Trong những năm gần đây, các nghiên cứu vềthành phần hóa học cũng như vai trò dược liệu trong hạt sen ngày càng được tậptrung nghiên cứu Abdelhamid và cs (2015) đã báo cáo trong hạt sen

ở Nga có 38 thành phần hóa học, trong đó có 12 hợp chất có hoạt tính sinh học điềutrị các bệnh lý quan trọng ở người [23] Shahnaz và cs (2016) đã phân tích thành phần

hóa học của tinh dầu chiết xuất từ hạt sen N nucifera bằng GC-MS đã cho thấy sự hiện

diện của 39 hợp chất bao gồm 20,8% acid béo keto với hàm lượng methyl ester cao củaacid palmitic (13,59%) và methyl ester của acid 9-oxo-nonanoic (11,89 %) [88] Ryu G

và cs (2017) đã xác định được đồng thời 4 hợp chất có trong tim sen N nucifera trong

vòng 30 phút đầu tiên bao gồm neferine,

1,2,3,4-tetrahydro-1-[(4-hydroxyphenyl)methyl]-2-methyl-7-isoquinolinol,1-hydroxy-2-methylpropenevà3-(prop-1-enyl)benzene-1,2,4,5-tetrol[83]

Ruvanthika và cs (2017) đã cho thấy dịch chiết hạt sen trong ethanol rất giàu cáchợp chất thứ cấp như các tannin, saponin, quinon, terpenoid, phenols, steroid vàalkaloid [82] Ngoài ra, nghiên cứu so sánh hoạt tính sinh học và thành phần dinhdưỡng trong hạt và củ sen ở các vùng trồng thuộc các nước khác nhau gồm ViệtNam, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc cũng được tiến hành bởi Zhao và cs(2014) Kết quả phân tích cho thấy chiết xuất ethanol của hạt sen từ Việt Nam(Thành phố Hồ Chí Minh), thân rễ sen khô từ Hàn Quốc (Siheung) và thân rễ senkhô từ Nhật Bản (Nigata) có hàm lượng flavonoid lớn nhất Astragaline, rutin,isoquercetin, nuciferine, dauricine, isoliensinine và neferine đã được xác định lầnđầu tiên trong thân rễ sen ở nghiên cứu này [114]

Gần đây, nghiên cứu của Chen và cs (2019) cho thấy vỏ hạt sen - một sảnphẩm phụ của quá trình sản xuất hạt sen, thường bị loại bỏ như một chất thải - cóhoạt tính bắt các gốc tự do DPPH, ABTS và khử Fe mạnh mẽ cũng như có tiềmnăng ức chế lớn đối với α-amylase Hoạt tính này có được là do sự có mặt của

phenolic, flavonoid tổng số và tannin cô đặc ở nồng độ cao trong dịch chiết vỏ hạtsen với ethanol 80% [30].

Bên cạnh các nghiên cứu khẳng định vai trò dược liệu của các bộ phận của câysen, thì mới đây nhất nghiên cứu của Yen và cs (2020) đã đem ra những cảnh báokhi sử dụng tim sen đặc biệt là các vận động viên trong thời gian thi đấu Do trongtim sen có chứa higenamine với nồng độ cao Theo quy định từ 2017, higenamine

đã được cơ quan chống Dopping thế giới (WADA) thêm vào danh sách cấm sửdụng cho các vận động viên thể thao Do đó, các vận động viên nên tránh tiêu thụcác sản phẩm tiêu thụ từ tim sen và các sản phẩm thảo dược khác ở giai đoạn trong

và ngoài cuộc thi đấu [109]

Ở Việt Nam, ngoài các tài liệu cổ và kinh nghiệm dân gian ghi chép được vềcác bài thuốc hay từ sen, ngày nay các công trình nghiên cứu của Đỗ Tất Lợi [11], PhạmHoàng Hộ [7], Võ Văn Chi [2]… xác định được một số thành phần hóa học trong cây sen

và các tác giả này cũng khẳng định khả năng chữa bệnh của các bộ phận như: tim, lá, hạt,gương…của cây sen

Năm 2000, Nguyễn Thị Nhung và cs đã nghiên cứu thành phần hóa học và tácdụng sinh học trong một số bộ phận của cây sen gồm lá, tim và gương sen Bằngchứng hóa học cho thấy trong cả 3 bộ phận đều có chứa alkaloid, flavonoid, tannin,saponin, acid hữu cơ, đường tự do, carotene, steroid, chất béo trong đó alkaloid vàflavonoid là thành phần chính Các nguyên tố hóa học có trong lá sen, tâm sen vàgương sen lần lượt là 16/46 nguyên tố, 21/46 nguyên tố, 20/46 nguyên tố Đồngthời, tác giả cũng ứng dụng thăm dò ảnh hưởng của nuciferin lên điện tim và điệnnão thỏ đã mang lại hiệu quả bước đầu trong nghiên cứu trị liệu của y học cổ truyềnViệt Nam [17]

Năm 2011, Đỗ Châu Minh Vĩnh Thọ và cs đã công bố về thành phần alkaloidcủa tâm sen và phân lập alkaloid chính trong sen ở các tỉnh phía Nam để dùng làmchất chuẩn cho tiêu chuẩn hoá các dược liệu cũng như góp phần bổ sung cơ sở dữliệu về thành phần hóa học cho cây Sen Việt Nam [21] Ngoài ra, Hoàng Thị TuyếtNhung (2012) cũng đã xây dựng thành công qui trình chiết xuất, phân lập, tinh chếhợp chất tự nhiên nuciferin - thành phần chính của alkaloid trong lá cây sen đạt độtinh khiết trên 95% để sử dụng làm nguyên liệu thiết lập chất chuẩn đối chiếu trongkiểm nghiệm thuốc [16]

Cho đến nay nghiên cứu về thành phần hóa học, thành phần dinh dưỡng và khảnăng chống oxy hóa trong hạt của các giống sen ở Thừa Thiên Huế vẫn chưa đượctiến hành Do đó, nghiên cứu toàn diện về cây sen đặc biệt là vấn đề chất lượng làmột việc làm cần thiết nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc định hướng khai thác

và sử dụng các giống sen hiện nay

1.2.4 Nghiên cứu nhân giống cây sen

Việc nhân giống cây sen cũng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.Cây sen được trồng từ nguồn giống được nhân theo các phương pháp nhân giốngthông thường như trồng từ củ sen, ngó sen, hạt sen hoặc từ nuôi cấy mô tế bào.Năm 2007, Nguyễn Phước Tuyên đã giới thiệu phương pháp nhân giống sen từhạt sen bằng cách loại bỏ vỏ hạt, đem ủ ở nhiệt độ 25-30oC trong môi trường cátbảo hòa nước đã được khử trùng nhằm tránh bị nhiễm nấm bệnh [22]

Nguyễn Phước Tuyên (2007) cũng cho rằng để trồng sen từ ngó sen cần sử dụngngó sen có 2 đốt hoàn chỉnh, mang chồi đỉnh đặt vào trong bùn sâu 15-20 cm Sau khitrồng 1 tuần không nên đổ nước để cho ngó sen cố định trong bùn, xúc tiến nảy chồi.Khi mới mọc lá nhỏ, cuống dài, mềm nổi lên trên mặt nước Tùy theo lá nổi và độ dàicuống lá mà đổ nước Từ khi trồng đến khi ra hoa mất khoảng 110 ngày [22]

Nghiên cứu nhân giống cây sen bằng nuôi cấy mô tế bào trên thế giới và ViêtNam còn chưa được chú trọng Nội dung này sẽ được trình bày cụ thể ở phần sau(mục 1.4.5)

1.2.5 Một số nghiên cứu khác về cây sen

Liên quan đến vấn đề bảo vệ môi trường, Thongtha và cs (2014) đã nghiên cứu

sử dụng cây sen N nucifera Gaertn để loại bỏ thành công P từ nước thải sinh hoạt

[96] Mishra và cs (2009) cũng cho thấy cây sen có khả năng loại bỏ các chất gây ônhiễm từ nước thải nuôi trồng thủy sản tốt nhất và có thể thay thế hệ thống xử lýnước thải trong nuôi trồng thủy sản [65] Nghiên cứu này là một bước tiến quantrọng trong việc xử lí các chất thải độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe cũng như đờisống của con người Năm 2019, Painuly và cs đã chỉ ra hiệu quả của bột củ sentrong việc hấp thụ Arsenic (As) ra khỏi dung dịch nước ở những vùng nông thônnghèo về kinh tế-xã hội tại Ấn Độ Kết quả nghiên cứu này khẳng định có thể sử

dụng bột củ sen như là một chất hấp thụ sinh học hiệu quả, tiết kiệm chi phí và antoàn với môi trường [78].

Dựa vào đặc tính không thấm nước của lá sen, Luis và cs (2019) đã nghiên cứuthành công việc chế tạo các màng film chức năng có chất oxy hóa, kháng khuẩn và

có khả năng phân hủy sinh học để thay thế cho nhựa truyền thống trong việc baobọc thực phẩm [59]

1.3 KỸ THUẬT TRỒNG VÀ CHĂM SÓC CÂY SEN

Giống sen cho hoa: có hoa to, nhiều màu sắc Hoa có một, hai hay nhiều tầngcánh, có giống có đến 1000 cánh Màu sắc hoa đa dạng, gồm có màu trắng, hồng,vàng, tím, đỏ hoặc hai màu trên một cánh Nhóm sen cho hoa cũng có gương nhưnghạt nhỏ và năng suất thấp Tuy nhiên những người trồng sen lấy củ cũng có nguồnthu nhập cao từ khai thác hoa sen và gương sen [72]

Giống sen cho hạt: cho nhiều hoa với tỷ lệ hạt chắc cao Hạt lớn, có hương vịthơm ngon Giống thường chỉ có một tầng cánh, màu đỏ, rễ thường mãnh và không

có củ Giống cho hạt rất ít được sản xuất trên thế giới, đó là lý do giống sen lấy hạttại Đồng Tháp ở Việt Nam có lợi thế cạnh tranh cao Thường những nông dân Úcsản xuất hạt chủ yếu để làm giống, nhưng cũng gặp sự cạnh tranh quyết liệt từ cácnguồn gốc nhập khẩu [22]

1.3.2 Các p ƣơn p áp n ân iống cây sen

1.3.2.1 Nhân giống bằng củ/thân rễ

Đây là phương pháp thuận tiện, nhanh chóng và dễ dàng nhất nhằm giữ đượccác đặc tính của cây giống ban đầu Nguồn củ giống được lấy từ vụ trước hoặcnhững hồ sen chuyên sản xuất giống [72] Củ giống có ít nhất 2 lóng, cắt ngangđoạn cuối vùi vào đất ẩm sâu 5 cm tạo góc nghiêng 15o Củ sen càng lớn càng chocây mạnh Điều cần chú ý là củ sen có thời gian nghỉ sâu nên không thể trồng ngay

sau khi vừa thu hoạch Phải mất ít nhất 3 tháng củ mới có thể nảy mầm, nếu trồngngay phải xử lý bằng nước nóng.

Trong kỹ thuật trồng bằng thân rễ, người ta dùng phương pháp tách cây đểnhân giống Tại Đồng Tháp, phần lớn sen trồng bằng cách tách ngó từ bụi sen đemcấy với mật độ hàng cách hàng 2,5-3 m, cây cách cây 2-2,5 m Kỹ thuật này chophép bắt đầu thu hoạch gương sau 4 tháng [22]

1.3.2.2 Nhân giống bằng hạt sen giống

Hạt sen được ghi nhận giữ kỷ lục về sức sống, hạt có thể tồn trữ được đến

1500 năm Nguyên nhân là do hạt khô cứng, vỏ hạt không thấm nước [90] Do đó,trong nhân giống bằng hạt phải tiến hành loại bỏ vỏ hạt, đem ủ ở nhiệt độ 25-30oCtrong môi trường cát bảo hòa nước đã được khử trùng nhằm tránh bị nhiễm nấmbệnh Vì bản thân tâm sen có diệp lục nên nó nảy mầm không cần ánh sáng trong 10ngày [22]

Các nghiên cứu cho thấy không có sự khác biệt lớn về quá trình tăng trưởnggiữa cây trồng từ hạt và cây trồng từ thân củ Tuy nhiên, cây trồng từ hạt cần ít nhất

2 năm để có thể sinh trưởng và phát triển hoa Mặc dù nhân giống bằng hạt có thểcho một lượng giống lớn trong một thời gian ngắn, tiết kiệm công lao động và hạn chếsâu bệnh nhưng nhân giống bằng hạt sẽ không giữ được đặc tính mong muốn ban đầu củagiống sen do tỷ lệ thụ phấn chéo cao Do đó biện pháp này chủ yếu

được sử dụng trong các chương trình nghiên cứu tạo giống mới [22], [74] Trongthực tế trồng trọt, người dân thường áp dụng trồng sen bằng thân hơn so với trồng từhạt do nhân giống từ thân rễ mới nhanh cho thu hoạch

1.3.2.3 Nhân giống bằng phương pháp nuôi cấy mô

Đây là biện pháp nhân giống có triển vọng trong tương lai theo hướng khaithác công nghiệp, khai thác những giống sen tốt chuyên cho hạt hoặc cho củ Biệnpháp cấy mô sẽ cho ra một lượng cây giống lớn đồng nhất, sạch sâu bệnh, giúpngười trồng khai thác tối đa diện tích canh tác và hạ giá thành mua cây giống, hạtgiống [72]

Bất lợi của biện pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bào là kỹ thuật sản xuấtgiống sạch bệnh là rất khó Bản chất của môi trường cấy, cũng như nguồn carbon cầnthiết để quang hợp trong ống nghiệm khác với điều kiện tự nhiên Môi trường cấy có