ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------

NGUYỄN THỊ HÀ

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP, GIẢI TRÌNH TỰ VÀ PHÂN TÍCH GEN
rps16 Ở MỘT SỐ MẪU GIỐNG NGHỆ (Curcuma longa L.)
CÓ HÀM LƢỢNG CURCUMINOIDS KHÁC NHAU

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Khoa
Khóa học
Giảng viên hƣớng dẫn

: Chính qui
: Công nghệ sinh học
: CNSH&CNTP
: 2011 - 2015
: 1. TS. Nguyễn Văn Khiêm
2. TS. Nguyễn Văn Duy

Thái Nguyên, năm 2015


i

LỜI CẢM ƠN
Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, em đã nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của các thầy, cô giáo, bạn bè và gia đình.
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu Trường
Đại học Nông lâm Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ sinh học và
Công nghệ thực phẩm cùng toàn thể các thầy, cô giáo đã truyền đạt cho em
những kiến thức, kĩ năng quý báu trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại
trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Văn Duy và
TS. Nguyễn Văn Khiêm đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm
Khóa luận.
Em xin được cảm ơn các anh chị Bộ môn Giống và Công Nghệ Sinh
Học - Trung tâm Nghiên cứu Trồng và Chế biến cây thuốc Hà Nội - Viện
Dược Liệu, Ban giám đốc Trung tâm, đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em
trong quá trình làm khoá luận.
Em cũng trân trọng cảm ơn TS. Phương Thiện Thương - Trưởng khoa
Hóa phân tích tiêu chuẩn - Viện Dược Liệu đã giúp đỡ em trong quá trình
phân tích mẫu nghệ tại Khoa.
Và cuối cùng, với tất cả lòng kính trọng và biết ơn vô hạn, em xin gửi
lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, các Anh, Chị và người thân đã nuôi nấng,
động viên và tạo động lực cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Em xin trân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng 06 năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Thị Hà


ii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Xuất khẩu Nghệ ở Ấn Độ từ năm 1994 -1996 ............................... 16
Bảng 3.1: Danh sách các mẫu giống Nghệ và nguồn gốc thu thập................. 22
Bảng 3.2: Trình tự cặp mồi sử dụng trong nghiên cứu ................................... 24
Bảng 3.3: Thành phần cho phản ứng PCR ...................................................... 29
Bảng 4.1: Sự phụ thuộc của giá trị mật độ quang vào nồng độ Curcumin ..... 31
Bảng 4.2: Kết quả phân tích hàm lượng Curcumin tổng số trong các mẫu............ 32
Bảng 4.3: Hàm lượng DNA tổng số trong các mẫu củ Nghệ ......................... 34
Bảng 4.4: Kết quả về sự khác biệt trình tự gen rps16 ..................................... 36


iii

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Hình thái cây, lá, hoa (a,b), củ Nghệ (c). ........................................ 5
Hình 2.2: Công thức cấu tạo Curcumin ............................................................ 8
Hình 2.3: Công thức tạo dạng keto của Curcumin ........................................... 8
Hình 2.4: Công thức tạo dạng enol của Curcumin ............................................ 8
Hình 2.5: Cấu trúc hóa học của các hợp chất trong tinh dầu Nghệ .................. 9
Hình 2.6: Cấu trúc hóa học của Curcumin ...................................................... 11
Hình 2.7: Cấu trúc hóa học của các đồng phân hình học của Curcumin I: s-cisdiketone (1), s-trans-diketone (2), và enol (3). ...................................... 12
Hình 2.8: Liên kết hydro nội phân tử giữa hydrogen của nhóm phenol với
ortho methoxyl ........................................................................................ 15
Hình 4.1: Phương trình đường chuẩn xác định hàm lượng Curcumin ........... 31
Hình 4.2: Kết quả điện di sản phẩm tách chiết DNA tổng số các mẫu nghệ.......... 33
Hình 4.3: Kết quả điện di sản phẩm PCR các mẫu Nghệ ............................... 35
Hình 4.4: Kết quả tinh sạch sản phẩm PCR các mẫu Nghệ ............................ 35
Hình 4.5: Kết quả so sánh trình tự gene rps16 của 19 mẫu Nghệ bằng phần
mềm ClustalW2....................................................................................... 37
Hình 4.6: Trình tự gen rps16 ở mẫu giống Nghệ C4 và C18 trên máy đọc trình

tự. (A): mẫu giống C4, (B): mẫu giống C18. .......................................... 38


iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Bp

base pair (cặp bazơ)

Cs

Cộng sự

DNA

Deoxyribonucleic acid

dNTPs

deoxyribonucleotide triphosphates

EDTA

Ethylene diamine tetra acetate

Kb

Kilobase


NST

Nhiễm sắc thể

PCR

polymerase chain reaction (phản ứng khuếch đại gen)

OD

Optical density (Mật độ quang)

Na2EDTA Ethylene diamine tetra acetate sodium
TE

Tris EDTA

TAE

Tris Acetate EDTA

µl

Micro litre

µg

Micro gram


µM

Micro Mole

mM

Mili Mole

RNA

ribonucleic acid

RE

Restriction enzyme (Enzym giới hạn)


v

MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU............................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài .................................................................... 2
1.2.1. Mục tiêu ................................................................................................... 2
1.2.2. Yêu cầu .................................................................................................... 3
1.3. Ý nghĩa của đề tài........................................................................................ 3
1.3.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 3
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn ............................................................................ 3
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................... 4
2.1. Giới thiệu chung về cây Nghệ (Curcuma longa L.) ................................... 4

2.1.2. Đặc điểm hình thái ................................................................................... 4
2.1.2. nguồn gốc thực vật cây Nghệ vàng (Curcuma longa L.) ......................... 5
2.1.3. Thành phần hóa học trong Nghệ vàng .................................................... 7
2.2. Tổng quan về Curcuminoids .....................................................................11
2.2.1. Thành phần và các dạng đồng phân .......................................................11
2.2.2. Tác dụng sinh học của Curcumin...........................................................12
2.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất cây nghệ vàng ở trên thế giới và Việt
Nam ..................................................................................................................16
2.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.........................................................16
2.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước...........................................................19
PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....22
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................22
3.1.1. Đối tượng ...............................................................................................22
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu................................................................................23
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành ................................................................23
3.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................23
3.4. Hóa chất và thiết bị ...................................................................................23


vi

3.4.1. Hóa chất .................................................................................................23
3.4.2. Thiết bị ...................................................................................................24
3.5. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................25
3.5.1. Phương pháp xác định hàm lượng Curcuminoids trong củ nghệ ..........25
3.5.2. Phương pháp tách chiết DNA tổng số ...................................................26
3.5.3. Phương pháp PCR ..................................................................................28
3.5.4. Phương pháp tinh sạch sản phẩm PCR. .................................................29
3.5.5. Phân tích gen rps16 ................................................................................30
PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...........................................................31

4.1. Kết quả xác định hàm lượng Curcumin trong củ nghệ .............................31
4.1.1. Xây dựng đồ thị chuẩn xác định hàm lượng Curcumin .........................31
4.1.2. Xác định hàm lượng Curcumin trong các mẫu nghệ .............................32
4.2. Kết quả tách chiết DNA tổng số từ các mẫu nghiên cứu ..........................32
4.3. Kết quả phân lập gene rps16 bằng PCR ..................................................35
4.4. Kết quả tinh sạch sản phẩm PCR ..............................................................35
4.5. Giải trình tự và phân tích gen rps16 .........................................................36
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................39
5.1. Kết luận .....................................................................................................39
5.2. Kiến nghị ...................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................
I. Tài liệu tiếng Việt: ............................................................................................
II. Tài liệu tiếng Anh:...........................................................................................


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Việt Nam là một quốc gia nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa
nóng và ẩm, có nguồn tài nguyên động thực vật đa dạng, phong phú, trong đó
có rất nhiều loài cây cỏ được tổ tiên chúng ta sử dụng làm thức ăn và làm
thuốc. Cho tới nay có khoảng 12000 loài thực vật được phát hiện, trong đó
các loài được sử dụng làm thuốc chiếm 26-30% [5]. Từ các chất có hoạt tính
sinh học có nguồn gốc thiên nhiên, người ta tìm cách biến đổi cấu trúc hóa
học của chúng thành các chất có hoạt tính sinh học mới cao hơn, ưu việt hơn
những loại thuốc sản xuất hoàn toàn bằng con đường tổng hợp. Vì vậy, việc
nghiên cứu các hợp chất tự nhiên rất quan trọng trong đánh giá tài nguyên
thiên nhiên nhằm sử dụng chúng một cách hiệu quả.

Cây Nghệ vàng (Curcuma longa L.) thuộc họ Gừng (Zingiberaceae).
Nghệ có nguồn gốc nguyên thủy từ Ấn Độ, là cây ưa vùng khí hậu nhiệt đới
nên vùng tập trung trồng Nghệ chủ yếu ở một số nước châu Á như: Ấn Độ
Trung Quốc, Myanma, Thái Lan, Campuchia, Việt Nam. Ở Việt Nam cây
Nghệ được trồng khắp nơi [5].
Thân rễ Nghệ có độc tính rất thấp, không có tác dụng gây đột biến và ung
thư. Nghệ vàng là một trong các loài cây cỏ có nhiều tác dụng, không chỉ là một
loại gia vị quen thuộc trong bữa ăn hàng ngày của mỗi gia đình mà nó còn là một vị
thuốc chữa được nhiều loại bệnh khác nhau như: Được sử dụng chữa đái ra máu,
phụ nữ bị u uất sinh điên, chữa trị lở, sưng đau, chữa dạ dày, tá tràng viêm loét, ung
nhọt, ghẻ lở, phong thấp, tay chân đau nhức, vàng da, chữa viêm gan, suy gan, vàng
da do virus, thổ huyết máu cam. Tinh dầu Nghệ có tác dụng sát khuẩn, chống oxy
hóa, chống viêm cấp tính và mãn tính, liền vết thương. Tác dụng bảo vệ tế bào gan
là do hợp chất Curcumin có trong củ Nghệ [2].


2
Ở nước ta đã có một số đề tài nghiên cứu triển khai thu thập bảo tồn các
mẫu giống Nghệ, chọn giống Nghệ cho năng suất chất lượng cao trên cơ sở
những mẫu giống hiện đang được trồng ở các tỉnh khác nhau. Tuy nhiên, cho
đến nay vẫn chưa có giống Nghệ nào được các cấp có thẩm quyền công nhận
giống. Trong sản xuất hiện nay rất khó nhận biết giống Nghệ nào có chứa hàm
lượng Curcumin cao do sự giống nhau về đặc điểm hình thái. Mặt khác, năng
suất, chất lượng củ Nghệ lại phụ thuộc chủ yếu vào giống, giai đoạn sinh trưởng
và phát triển. Điều này đặt ra nhu cầu nghiên cứu nhận biết các giống Nghệ có
mức hàm lượng Curcumin khác nhau bằng chỉ thị phân tử DNA [12].
Các nghiên cứu đã cho thấy hàm lượng Curcumin có sự thay đổi rất
khác nhau giữa các giống Nghệ. Có nhiều yếu tố liên quan đến tổng hợp và
trao đổi hàm lượng Curcumin như các gen nằm trong nhân và lục lạp. Trong
nghiên cứu này, chúng tôi thực hiện đề tài nhằm mục đích phân lập, giải trình tự và

phân tích gen rps16 nằm trong DNA lục lạp ở một số mẫu giống Nghệ (Curcuna
longa L.) có hàm lượng Curcumin tổng số khác nhau thu thập ở Việt Nam. Để thực
hiện đề tài chúng tôi đã xác định hàm lượng Curcumin ở các giống và sử dụng
phương pháp PCR để phân lập gen, sau đó giải trình tự gen, phân tích gen để
tìm ra chỉ thị đặc trưng cho các mẫu Nghệ có hàm lượng khác nhau.
Để góp phần vào việc nghiên cứu một cách sâu và rộng hơn các loài Nghệ
trong nước, từ đó ứng dụng loại cây Nghệ vàng một cách khoa học, có hiệu quả,
đem lại lợi ích kinh tế hơn và góp phần vào các công trình nghiên cứu nhằm lựa
chọn vùng sinh thái cho ra sản phẩm tốt nhất.
Do đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu phân lập,
giải trình tự và phân tích gen rps16 ở một số mẫu giống Nghệ (Curcuma
longa L.) có hàm lượng Curcuminoids khác nhau”.
1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu
Nghiên cứu phân lập được, giải trình tự và phân tích được gen rps16 ở một
số mẫu giống Nghệ (Curcuna longa L.) có hàm lượng Curcumin tổng số khác nhau


3
thu thập ở Việt Nam.
1.2.2. Yêu cầu
- Thu thập được mẫu giống Nghệ và phân tích được hàm lượng
Curcuminoids trong các mẫu giống Nghệ.
- Nghiên cứu phân lập được, giải trình tự và phân tích được gen rps16
ở một số mẫu giống Nghệ.
- Xác định được chỉ thị phân tử trên gen rps16 nhận dạng các mẫu
giống có hàm lượng Curcuminoids khác nhau.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài cung cấp thông tin về trình tự gen rps16 ở lục lạp trên có sở đó

xác định chỉ thị phân tử liên quan đến hàm lượng Curcuminoids trong các
giống Nghệ khác nhau ở Việt Nam. Trên cơ sở thông tin này các nhà chọn
giống Nghệ có thể sử dụng để sàng lọc các giống Nghệ có hoạt chất cao cho
sản xuất.
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
Ý nghĩa thực tiễn: Chỉ thị phân tử trên gen rps16 có thể được áp dụng
vào xác định nhanh các giống Nghệ có hàm lượng Curcuminoids cao.
Giúp sinh viên củng cố và hệ thống lại các kiến thức đã học và bổ sung
vào kiến thức lý thuyết được học thông qua hoạt động thực tiễn.
Giúp cho sinh viên nâng cao kiến thức, kỹ năng thực hành và thu nhận
được kinh nghiệm thực tế cũng như tác phong làm việc khoa học phục vụ cho
công tác nghiên cứu sau này.


4
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu chung về cây Nghệ (Curcuma longa L.)
2.1.2. Đặc điểm hình thái
Nghệ vàng được mô tả là cây thảo, cao khoảng 1 m và có các đặc điểm
hình thái thực vật như sau: Thân rễ to, có ngấn, phân nhánh thành nhiều củ
hình bầu dục, khi bẻ hoặc cắt ngang có màu vàng sẫm đến màu đỏ, rất thơm.
Lá mọc thẳng từ thân rễ, gốc thuôn hẹp, đầu hơi nhọn, dài 30-40 cm, rộng 1015 cm, hai mặt nhẵn, màu lục nhạt, mép nguyên uốn lượn, bẹ lá rộng và dài.
Cụm hoa mọc hình trụ hoặc hình trứng đính trên một cán mập dài đến 20 cm,
mọc từ giữa túm lá; lá bắc rời, màu rất nhạt, những lá phía dưới mang hoa
sinh sản, màu lục hoặc màu trắng nhạt, những lá gần ngọn không mang hoa
hẹp hơn và pha màu hồng ở đầu lá; đài có 3 răng không đều; tràng có ống dài,
cánh giữa dài hơn các cánh bên, màu vàng; nhị có bao phấn có cựa do một
phần lồi ra của trung đới ở dưới các ô; nhị lép dài hơn bao phấn; cánh môi gần
hình mắt chim, hơi chia 3 thùy; bầu có lông. Quả nang 3 ô, hạt có áo, mùa hoa

quả: Tháng 3-5 [5]. Hình thân, lá, củ, hoa cây Nghệ được thể hiện trong
Hình 2.1.


5

Hình 2.1: Hình thái cây, lá, hoa (a,b), củ Nghệ (c).
2.1.2. nguồn gốc thực vật cây Nghệ vàng (Curcuma longa L.)
2.1.2.1. Phân loại thực vật
Trong tài liệu Cây cỏ Việt Nam III đã phân loại thực vật có 14 loài
Nghệ với tên khoa học Curcuma domestica Val là Nghệ, Uất kim, Khương
hoàng; Turmeric; Sanfran des Inder;
Curcuma aromatica salisb. là Nghệ rừng, Nghệ trắng;
Curcuma aeruginosa Rox. là Nghệ ten đồng;
Curcuma zendoaria (Berg). Christ là Nga truật, Bồng truật, Ngải tím,
Nghệ đen;
Curcuma xanthorrhiza Roxb. là Nghệ rễ vàng;
Curcuma rubens. là Ngải tía;


6
Curcuma thorelii Gagn. là Nghệ Thoel;
Curcuma piereama Gagn. là Nghệ Pierre;
Curcuma elata Rox. là Mì tinh rừng;
Curcuma cochinchinesis Gagn. là Nghệ Nam bộ;
Curcuma alismataefolia Gagn. là Nghệ lá từ cô;
Curcuma angustifolia Roxb. là Nghệ lá hẹp;
Curcuma gracillima Gagn. là Nghệ mảnh;
Curcuma parviflora Wall. là Nghệ hoa nhỏ [7].
Loài Nghệ vàng được sử dụng làm thuốc là loài Curcuma longa L. Đây

cũng là đối tượng nghiên cứu của đề tài. Trong từ điển cây thuốc Việt Nam, cây
Nghệ vàng thuộc bộ Gừng (Zingiberales), họ Gừng (Zingiberaceace), chi Nghệ
(Curcuma), loài Nghệ vàng ( Curcuma longa L.) [6].
Nghệ vàng có nguồn gốc nguyên thủy từ Ấn Độ. Vào thế kỷ thứ 7 đến
thế kỷ thứ 8, cây được du nhập sang Đông Phi, đến thế kỷ 13 sang vùng Tây
Phi và thế kỷ 18 người dân Jamaica mới tiếp xúc với cây Nghệ. Nghệ vàng
phân bố nhiều nơi trên thế giới: Campuchia, Trung Quốc, Ấn Độ, Lào,
Idonesia, Malaysia, Việt Nam. Nó được trồng rộng khắp Trung Quốc, Ấn Độ,
Indonesia, Thái Lan và xuyên suốt vùng nhiệt đới bao gồm các vùng nhiệt đới
Châu Phi. Ở Việt Nam, Nghệ được trồng lâu đời, phổ biến ở khắp nhiều địa
phương như ở huyện Quảng Bạ, Yên Minh, Đồng Văn, Mèo Vạc (Hà Giang).
Miền bắc có hai vùng chuyên canh lớn là Gia Lâm (Hà Nội) và Khoái Châu
(Hưng Yên). Loài Nghệ nhà được sử dụng từ lâu và là một cây trồng quen
thuộc ở khắp các vùng nhiệt đới từ Nam Á đến Đông Nam Á [5].
2.1.2.2. Điều kiện sống trong tự nhiên của cây Nghệ vàng
Nghệ là cây ưa ẩm, ưa sáng, có thể hơi chịu bóng; cây có biên độ sinh
thái rộng, thích nghi được với nhiều tiểu vùng khí hậu khác nhau. Từ nơi có
khí hậu nhiệt đới điển hình, nhiệt độ trung bình đến 25-26oC ở các tỉnh phía


7
nam đến những nơi có khí hậu ôn đới phía bắc, nhiệt độ trung bình dưới 20oC,
với mùa đông lạnh kéo dài Nghệ vẫn tồn tại và sinh trưởng tốt. Toàn bộ phần
trên mặt đất tàn lụi vào mùa đông ở các tỉnh phía Bắc và mùa khô ở các tỉnh
phía Nam. Cây mọc lại vào giữa mùa xuân, có hoa sau khi đã ra lá. Hoa mọc
trên thân của những chồi năm trước. Những thân đã ra hoa thì năm sau không
mọc lại nữa và phần thân rễ của chúng trở thành những củ “cái” già, sau 1-2
năm bị thối, cho những nhánh non nảy chồi thành các cá thể mới. Trên một
cụm hoa, các hoa phía gốc nở trước và thời gian hoa nở kéo dài 3-4 ngày. Hoa
tự thụ phấn nhờ côn trùng [5].

Nghệ có trữ lượng khá dồi dào ở Việt Nam. Bên nguồn cung cấp do trồng
trong nhân dân, một số địa phương phía Bắc, Nghệ mọc hoang dại hóa ước tính
trữ lượng tới 1.000 tấn. Người dân H’ Mông, Dao, Hoa....Cho biết Nghệ mọc
hoang tràn lan ở ruộng ngô hiện nay là do trồng trọt cồn sót lại, toàn bộ phần thân,
lá và củ già khi tàn lụi là nguồn phân bón cho Ngô. Vì vậy quá trình canh tác
không thể loại bỏ Nghệ ra khỏi ruộng Ngô.
Nghệ thu hoạch vào mùa thu - đông. Cắt bỏ hết rễ để riêng, thân để riêng.
Muốn để được lâu phải đồ hoặc hấp trong 6 -12 giờ, sau đó đợi ráo nước, đem
phơi nắng hoặc sấy khô. Thân rễ gọi là khương hoàng, rễ gọi là uất kim.
2.1.3. Thành phần hóa học trong Nghệ vàng
2.1.3.1.Các thành phần trong Nghệ vàng
Theo sách “Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam” của Đỗ Tất Lợi
xuất bản năm (2004) [9], trong củ Nghệ có các thành phần hóa học sau:
- Chất màu Curcumin (0,3%) tinh thể nâu đỏ, ánh tím, không tan trong
nước, tan trong rượu, ête, dung dịch có huỳnh quang màu xanh lục, tan trong
axit (màu đỏ tươi), trong kiềm (màu đỏ máu rồi ngả tím), trong chất béo
(dùng để nhuộm chất béo).
Công thức của Curcumin được xác định như sau:


8

Hình 2.2: Công thức cấu tạo Curcumin

Hình 2.3: Công thức tạo dạng keto của Curcumin

Hình 2.4: Công thức tạo dạng enol của Curcumin
Curcumin gồm có 3 loại chính là Curcumin I (94%), Curcumin II (6%)
và Curcumin III (0,3%). Theo Kapoor (1990) nghệ có chứa protein (6,3%),
chất béo (5,1%), chất vô cơ (3,5%), carbonhydrate (69,4%), nước (13,1%),

carotene và vitamin. Tinh dầu (5,8%), có màu vàng nhạt, thơm. Trong tinh
dầu có: α- phelandren (1%), sabinen (0,6%), cineol (1%), borneol (l0,5%;)
zingi, beren (25%), sesquiterpen (53%).

Theo Ivan (2004), thành phần chủ

yếu của tinh dầu Nghệ gồm: ar-turmerone, α- turmerone, β- turmerone,
curlone, zingiberene và curcumene (Hình 2.5) [34].


9

Hình 2.5: Cấu trúc hóa học của các hợp chất trong tinh dầu Nghệ
2.1.3.2. Tác dụng của một số nhóm chất chính trong Nghệ
Củ Nghệ được biết đến với nhiều công dụng khác nhau, được sử dụng
như một loại dược liệu trị bách bệnh. Thân rễ Nghệ trong Đông y gọi là
Khương Hoàng, có vị đắng, cay, mùi thơm hắc, tính ấm, có tác dụng hành khí
phá ứ, thông kinh chỉ thống. Nghệ được sử dụng để chữa các bệnh: Kinh
nguyệt không đều, đái ra máu, phụ nữ bị u uất sinh điên, chữa trị lở, sưng đau,
chữa dạ dày - tá tràng viêm loét, ung nhọt, ghẻ lở, phong thấp, tay chân đau
nhức, vàng da; chữa viêm gan, suy gan, vàng da do virus, thổ huyết máu cam.
Tinh dầu Nghệ có tác dụng sát khuẩn, chống oxy hóa, chống viêm cấp tính và
mãn tính, làm liền vết thương. Tác dụng bảo vệ tế bào gan là do hợp chất
Curcumin có trong củ Nghệ [5].
2.1.3.3. Tác dụng dược lý của Nghệ vàng
Theo tài liệu cây thuốc việt nam của Đỗ Tất lợi, 2004, Nghệ vàng có
tác dụng như là:


10

Nghệ vàng có công dụng kích thích sự bài tiết của tế bào gan là do chất
paratoly metycabinol, còn chất Curcumin có tính chất thông mật nghĩa là gây
co bóp túi mật. Chất Curcumin có tác dụng phá cholesterol trong máu. Toàn
tinh dầu pha loãng cũng có tác dụng diệt nấm, với staphylococ và vi trùng
khác. Những chất lấy ra ở Nghệ bằng ête etylic có tác dụng tăng sự bài tiết
mật và chất Curcumin có tính chất co bóp túi mật.
Theo Vũ Điền tân dược lập (1978), bản thứ 4 một số tác dụng dược lý
của củ Nghệ vàng đã được nghiên cứu như sau:
+ Tác dụng tăng cơ năng giải độc của gan.
+ Đối với bệnh nhân bị galactoza niệu sau khi uống thuốc có Nghệ 10
ngày, thấy lượng galactoza giảm xuống.
Tác dụng kháng sinh M. M Senmiakin và cs (Khimia antibiotikop, xuất bản
lần 1, 278, Nga văn) đã chứng minh Curcumin I có tác dụng ngăn cản sự phát
triển của vi trùng lao Mycobacterium, ngoài ra Curcumin I còn có hiệu lực đối với
Salmonella paratyphi, Staphyllococus aureus, nấm Trychophyton gypcum.
2.1.3.4. Các sản phẩm của Nghệ vàng
Củ nghệ được con người biết đến và sử dụng từ lâu. Ngày nay, với tính
chất ưu việt của mình Nghệ nên được con người chế biến thành rất nhiều dạng
sản phẩm:
Dược phẩm: thuốc dạng viên, dạng bột
Mỹ phẩm
Phụ gia thực phẩm
Chất màu….
Ngoài ra, Nghệ cũng được chế biến và xuất nhập khẩu ở nhiều dạng
thành phần khác nhau như là bột nghệ, nghệ khô, nghệ tươi…


11
2.2. Tổng quan về Curcuminoids
2.2.1. Thành phần và các dạng đồng phân

Chất tạo nên màu vàng trong củ Nghệ là Curcuminoids, một hỗn hợp 3
thành phần có tỷ lệ khác nhau là dẫn xuất của dicinnamoylmethane gồm
Curcumin I, Curcumin II và Curcumin III:
1) Curcumin

I:

(1,7-Bis-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-

diene-3,5-dione): có công thức hóa học là C21H20O6, khối lượng phân tử là
368, là chất được tìm thấy đầu tiên bởi Vogel và Pelletier, chiếm tỷ lệ 94%.
2) Curcumin II, hay còn gọi là demethoxy-Curcumin (1-(4Hydroxyphenyl)-7-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5dione):
có công thức hóa học: C20H18O5, khối lượng phân tử là 338, chiếm tỷ lệ 6%.
3) Curcumin III hay còn gọi là bis-demethoxy Curcumin (1,7-Bis-(4hydroxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione) có công thức hóa học: C19H16O4, khối
lượng phân tử là 308, chiếm tỷ lệ 0,3%. Cấu trúc hóa học của Curcumin được mô
tả trong Hình 2.6 và các đồng phân của nó được mô tả trong Hình 2.6 [15].

Hình 2.6: Cấu trúc hóa học của Curcumin
Mỗi thành phần kể trên có thể còn có các đồng phân hình học như scis-diketone, s-trans-diketone và cis-cisenol. Curcumin I tồn tại ở 3 dạng
đồng phân: cis-diketone, trans-diketone và enol (Hình 2.7) [16].


12

(3)
Hình 2.7: Cấu trúc hóa học của các đồng phân hình học của Curcumin I:
s-cis-diketone (1), s-trans-diketone (2), và enol (3).
2.2.2. Tác dụng sinh học của Curcumin
Ở các nước Ấn Độ, Trung Quốc và các nước Đông Nam Á, từ xa xưa,
nghệ đã được sử dụng làm gia vị, chất bảo quản và màu thực phẩm. Nghệ còn là

vị thuốc chữa các bệnh như: Rối loạn mật, chứng biếng ăn, ho, viêm gan, xoang
v.v. Nhiều công trình đã nghiên cứu tác dụng dược lý của Curcumin trong
khoảng vài thập kỷ gần đây. Kết quả nghiên cứu cho thấy Curcumin có hoạt tính
sinh học mạnh và đa dạng, bao gồm: Hoạt tính chống viêm [13], chống ung thư,
chống đông máu (Wang và cs. 2006), chống vi khuẩn, nấm và virus đặc biệt là
virus HIV, làm lành vết thương, giảm cholesterol, chữa một số các bệnh như
Alzheimer, đái tháo đường, viêm khớp v.v. (Weir và cs. 2007).
Hoạt tính chống ung thƣ
Curcumin có khả năng ức chế sự tạo thành khối u, tác động đến hầu hết
các giai đoạn của quá trình hình thành và phát triển khối u. Trong giai đoạn
đầu của bệnh, các tế bào bình thường bị tác động bởi các gốc tự do và biến
thành các tế bào ung thư. Lin và cs. (2001) cho rằng Curcumin có thể ngăn


13
chặn quá trình này bằng cách bắt giữ các gốc oxy hóa khác nhau như gốc
hydroxyl OH*, gốc peroxyl ROO*, singlet oxygen, nitric oxide (NO) và
peroxynitrite ONOO-. Ngoài ra, Curcumin có khả năng bảo vệ lipit,
hemoglobin và DNA khỏi quá trình oxy hóa. Curcumin tinh khiết có khả năng
kháng các ion oxy hóa mạnh hơn demethoxyl Curcumin và bis demethoxyl
Curcumin (Lin và cs. 2001). Kết quả nghiên cứu tác dụng dược lý của
Conney (2004) cho thấy Curcumin có tác dụng ức chế các chất gây ung thư
benzo[a]pyrene (BAP) và 7,12 - dimethybenz[a]anthracene (DMBA) trên da
chuột. Curcumin được chứng minh là có khả năng chống di căn đối với một
vài loại tế bào ung thư đồng thời ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Khả
năng làm giả quá trình di căn của Curcumin phụ thuộc vào nguồn gốc của
khối u và loại khối u ác tính (Chearwae et al., 2004; Lin et al. 2001)
[16],[18],[28].
Thành phần chính của củ nghệ vàng là Curcumin và hai dẫn chất của nó là
DesmethoxyCurcumin và BisdesmethoxyCurcumin. Trong số ba chất trên

Curcumin có hoạt tính mạnh nhất và chiếm khoảng 0,3% trong củ Nghệ vàng [9].
Hoạt tính chống oxy hóa
Curcumin có hoạt tính sinh học mạnh và đa dạng, một vài hoạt tính
đó bắt nguồn từ tính chống oxy hóa của Curcumin. Curcumin là một chất
kháng gốc oxy hóa tự do mạnh. Curcumin ức chế sự phát sinh của nhiều
tác nhân gây oxy hóa như: anion superoxide, H 2O2, gốc nitrite. Các dẫn
xuất của Curcumin cũng có hoạt tính chống oxy hóa. Cấu trúc Curcumin có
hydrogen của nhóm phenol và hydrogen của nhóm methyl giữa mạch đều có
khả năng tạo nên tính chống oxy hóa. Tuy nhiên vẫn còn nhiều tranh cãi xung
quanh việc hoạt tính sinh học của Curcumin thực chất là do hydrogen ở vị trí
nào đem lại [16].


14
Masuda và cs. (2001) cho rằng quá trình bắt gốc tự do của Curcumin
xảy ra theo cơ chế:
S-OO* + AH ---- SOOH + A*
A* + X* ---- Nonradical materials
Trong đó S là chất được oxy hóa, AH là chất phenolic chống oxy hóa,
A* là chất chống oxy hóa có gốc tự do, X là một dimerize để tạo thành một
sản phẩm không có gốc tự do. Chuỗi phản ứng trong dây chuyền phản ứng
chống gốc tự do của Curcumin cũng kết thúc bằng phản ứng ghép đôi giữa A *
và X*. Khi có mặt các lipit không bão hòa, lipit hydroperoxyl đóng vai trò là
X* và tạo thành một vài đồng phân peroxide bằng phản ứng ghép đôi với
Curcumin [30].
Khả năng kháng oxy hóa của Curcumin còn được thể hiện ở khả năng
tạo phức với các ion kim loại gây độc cho cơ thể động vật như: Pb, Cd, Fe
v.v. Do đó, giảm những tổn thương thần kinh và mô động vật nhờ giảm quá
trình oxy hóa lipit trên não (Daniel và cs. 2004).
Wei-Feng Shen (2005) đã nghiên cứu khả năng ức chế 2,2-azobis (2amidinopropane hydrochloride) (AAPH) và Cu2+ trong oxy hóa lipoprotein

nồng độ thấp của Curcumin và một số chất có cấu trúc tương tự Curcumin
nhưng có cấu tạo không có nhóm phenol. Các chất đó là 1,7-bis(3,4dimethoxylphenyl)-1,6-heptadien3,5-dione(1),1,7-bis(4-(4-dimethoxylphenyl)
-1,6-heptadien3,5-dione(2) và 1,7 diphenyl - 1,6-heptadiene-3,5 dione. Kết
quả hoạt tính các chất này đều yếu hơn Curcumin. Do đó nhóm nghiên cứu
kết luận nhóm phenol đóng vai trò quan trọng trong hoạt tính chống oxy hóa
của Curcumin.
Theo Wei-Feng Shen et al. (2005) hoạt tính oxy hóa không giống nhau
giữa các Curcumin có trong nghệ. Hoạt tính này thay đổi theo thứ tự Curcumin I
> demethoxyl Curcumin > bis demethoxyl Curcumin. Sở dĩ như vậy là do ảnh


15
hưởng của nhóm methoxyl ở vị trí ortho tồn tại trong cấu tạo. Nhóm methoxyl ở
vị tró ortho tạo liên kết hydro nội phân tử với hydro của nhóm phenol làm cho
hydro này tách ra dễ dàng hơn. Điều đó giải thích vì sao Curcumin có hoạt tính
mạnh hơn demethoxyl Curcumin (1 nhóm ortho methoxyl) và bis demethoxyl
Curcumin (không có nhóm ortho methoxyl) (Hình 2.8).
Năm 2007, Liang Shen cho rằng, enolic proton hoạt động hơn phenolic
proton và là proton có tính acid trội nhất trong ba proton. Enolic proton đóng
vai trò quan trọng đối với quá trình phân li và trao đổi proton liên quan đến cơ
chế loại bỏ gốc tự do của Curcumin. Điều đó có nghĩa là trong suốt quá trình
trao đổi proton để loại bỏ gốc tự do, proton enolic là proton đầu tiên tách ra.

Hình 2.8: Liên kết hydro nội phân tử giữa hydrogen của nhóm phenol với
ortho methoxyl
Hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, kháng virus:
Curcumin có khả năng ngăn chặn sự sinh trưởng của nấm gây bệnh như
Aspergillus flavus, A. parasiticus, Fusarium moniliforme và Penicillium digitatum,
vi khuẩn như Streptococus, Staphylococus, Lactobacillus, Helicobacter pulori.
Theo Hergenhahn (2002), Curcumin có hoạt tính kháng virus. Chúng kháng

virus Epstein Barr (EBV) thông qua quá trình ức chế sự kích hoạt protein
phiên mã BZLF1 trong tế bào Raji DR-LUC. Quan trọng nhất là Curcumin có
khả năng chống lại virus HIV. Curcumin ức chế enzyme intergrase của virus
HIV-1 gây ra AIDS. Theo Taher và cs. (2000) Intergrase giúp DNA của virus
HIV-1 gắn vào với nhiễm sắc thể của tế bào kí chủ, bước này rất quan trọng
cho virus nhân lên trong tế bào ký chủ [23], [25],[29].


16
2.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất cây nghệ vàng ở trên thế giới và
Việt Nam
2.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ấn độ là nước đi dầu trong việc trồng và xuất khẩu Nghệ trên thế giới.
Chất có trong củ nghệ vàng là hoạt chất Curcumin. Nó có tác dụng sinh
học rất quí, được nhà khoa học Mỹ và Việt Nam cho là một vũ khí mới trong
phòng ngừa, điều trị ung thư.
Hoạt chất Curcumin đã được Viện Khiểm nghiệm Bộ Y tế công nhận
“tương đương tiêu chuẩn quốc tế JECFA’’. Đến nay, các nhà khoa học chưa
ghi nhận bất kỳ một trường hợp sử dụng Curcumin nào có biểu hiện tác dụng
phụ như nhiều chất chống ung thư khác. Những công trình nghiên cứu khoa
học của nhiều nước nghiên cứu đã chứng minh tác dụng phòng và chữa bệnh
của Curcumin với việc chống oxy hóa, dự phòng việc phát sinh ra chứng
bệnh liên quan đến quá trình lão hóa, phát sinh khối u ác tính, ức chế phát
sinh khối u, hỗ trợ điều trị trong các ung thư ống tiêu hóa (dạ dày, gan, ruột,
tụy), phổi, tuyến tiền liệt.
Bảng 2.1: Xuất khẩu Nghệ ở Ấn Độ từ năm 1994 -1996
Item

1994 - 1995 Quantity (t)


1995 - 1996 Quantity (t)

16,727.9

19,189.5

Turmeric fresh bulk

5964.1

800.9

Turmeric powder

6093.7

7385.9

0.3

0.1

159.0

149.1

Turmeric dry

Turmeric oil
Turmeric oleoresin


(nguồn: Handbook of herbs and spices, Tập 1 bởi K.V. Peter)
Theo Apavatjrut và cs. (1999) [14] Ấn Độ và Trung Quốc là những
nước có diện tích và sản lượng Nghệ vàng lớn nhất thế giới. Diện tích trồng
Nghệ ước tính đạt 1,49 triệu ha với sản lượng hàng năm đạt 5,7 triệu tấn. Ấn
Độ là nước cung ứng 600.000 tấn bột Nghệ, chiếm 75% sản lượng bột Nghệ


17
trên thế giới. Có 42 loài trong chi Curcuma được sử dụng trong trồng trọt ở
Ấn Độ nhưng loài được trồng nhiều nhất là loài Nghệ vàng C. longa L.. Đây
là loài Nghệ mà trong rễ củ có hàm lượng Curcumin cao nhất.
Nghệ là cây lâu năm, thân củ, thụ phấn chéo. Nghiên cứu xác định
bằng máy đo đa bội thể của Islam (2004) cho thấy nghệ Curcuma longa L.
là cây tam bội (2n=3x=63). Nghệ được nhân giống vô tính bằng thân củ
nằm dưới mặt đất (Sasikumar, 2005). Vì vậy, phương pháp lai không có
hiệu quả trong hầu hết các trường hợp. Hạt có khả năng sống thu được dưới
các điều kiện thuận lợi, cho phép chọn giống tái tổ hợp bằng phương pháp
lai kết hợp chọn lọc các cá thể bằng phương pháp thụ phấn mở (Sasikumar,
2005). Hiện nay các nhà chọn giống Nghệ Ấn Độ đã tạo được các giống từ
phương pháp chọn lọc cá thể qua thụ phấn chéo mở là “Prabha” và
“Prathibha” (Sasikumar et al. 1996). Do đó, cần có nghiên cứu nhằm tăng
năng suất, chất lượng Nghệ, đáp ứng nhu cầu đang đòi hỏi cấp thiết của thị
trường. Các phương pháp chọn tạo giống.
Chỉ thị phân tử DNA có tính chính xác và tin cậy cao bởi vì thông tin
di truyền không phụ thuộc vào tuổi, các điều kiện sinh lý và môi trường
[27]. Chỉ thị phân tử DNA là đoạn DNA hoặc trình tự gen nằm trên NST của
nhân hoặc ty thể, lạp thể liên kết với gen hoặc tính trạng [38]. Chúng cũng
được sử dụng để xác định độ thuần của hạt giống và phân tích tiến hóa, quan
hệ họ hàng [39]. Có nhiều loại chỉ thị phân tử DNA đang được sử dụng để

phân tích nguồn gen như chỉ thị RAPD, SSR, RFLP, trình tự DNA đặc trưng
trên gen, v.v. Các loại chỉ thị này đang được sử dụng để nhận biết loài, mối
liên quan di truyền giữa các loài, giữa các giống trong loài, các cá thể trong
một loài, mối quan hệ di truyền với hàm lượng các hoạt chất có hoạt tính
sinh học trong cây thuốc (Graham và cs. 2010).


18
Mặc dù có sự khác nhau về hàm lượng Curcumin trong loài, nhận biết
những dòng cây nghệ chứa hàm lượng cao gặp khó khăn bởi vì có sự giống
nhau về các đặc điểm hình thái, thân, lá và củ. Cho đến nay đã có một số
nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử nhằm xác định nhanh những cá thể có
hàm lượng Curcumin cao nhằm chọn được những cây Nghệ có hoạt chất cao
phục vụ cho việc nhân nhanh giống phục vụ sản xuất.
Để phát hiện chỉ thị phân tử DNA nhận biết các dòng cây chứa hàm
lượng Curcumin cao, Hayakawa và cs. (2011a) [21] đã phân tích một số vùng
microsatellite DNA lục lạp (rps16 intron 2, petB intron 1, petB intron 2) của
các loài trong chi Curcuma và các giống trong loài C. longa thu thập từ Việt
Nam, Indonesia và Nhật Bản. Họ đã xây dựng mối quan hệ di truyền giữa các
loài trong chi Curcuma và phát hiện chỉ thị haplotype (A, B, C, D) trong loài
C. longa tương ứng với dòng cây chứa hàm lượng Curcumin.
Sasaki và cs. (2002) [35], đã phát hiện mối tương quan giữa đột biến ở
vùng gene 18S rRNA, trong khi Cao và cs. (2001) phát hiện mối liên quan
gen trnK với hàm lượng Curcumin trong củ nghệ.
Minani và cs. (2008) [31] đã nhân biết các loài trong chi Curcuma và
các giống trong loài C. longa thu thập từ Nhật Bản, Đài Loan, Indonesia, Việt
Nam và mối liên quan giữa mức độ hàm lượng Curcumin trong cây với bằng
đa hình DNA trong đoạn nằm giữa các gen trnS - trnfM ở DNA lục lạp. Họ đã
phân tích 19 vùng trên DNA lục lạp (trong đó có gene rps16) bằng PCR. Số
lần lặp lại AT trong vùng vị trí 216-237 bp được sử dụng để chẩn đoán mức

hàm lượng Curcumin khác nhau trong củ nghệ loài C. longa.
Joshi và cs. (2010) đã sử dụng chỉ thị SSR để xác định đa dạng di
truyền trong loài Curcuma longa L. ở Ấn Độ. Sigris và cs. (2011) [37] đã sử
dụng chỉ thị vi vệ tinh để xác định đa dạng nguồn gen nghệ (Curcuma longa
L.). Họ đã phân tích 39 mẫu nghệ đại diện cho các vùng khác nhau ở Ấn Độ