“Đánh giá đặc tính thành thành phần tinh dầu một số loài Bạch đàn (Eucalyptus) trồng ở Việt Nam và mối liên hệ của nó với một số vấn đề sinh thái môi trường điển hình’’

Bạch đàn (Eucalyptus) là loài cây bản địa của Australia được trồng phổ biến trên thế giới với hơn 700 loài khác nhau. Tại Việt Nam, Bạch đàn cũng là loài cây được trồng khá phổ biến để lấy nguyên liệu, tuy nhiên thực tế cho thấy các loài cây khác phát triển dưới tán rừng Bạch đàn rất chậm, đặc biệt là các loài cỏ dại. Đồng thời những nghiên cứu cho thấy có sự nghèo nàn về tính đa dạng sinh học dưới tán rừng Bạch đàn, đặc biệt là một số loài côn trùng. Do đó đã có rất nhiều các quan điểm khác nhau của các nhà khoa học trong và ngoài nước giải thích về vấn đề này và cho đến nay các quan điểm đó vẫn chưa thật thống nhất. Trong khi đó Bạch đàn được biết là loài cây có hàm lượng tinh dầu trong lá khá lớn. Vậy phải chăng tinh dầu của nó có liên quan đến các vấn đề trên, nó có tác động như thế nào đối với sinh vật trong hệ sinh thái?. Các tính chất của tinh dầu phụ thuộc hoàn toàn vào thành phần các chất có mặt trong tinh dầu. Thành phần, cũng như hàm lượng của các chất trong tinh dầu rất khác nhau giữa các loài Bạch đàn, tuổi của cây và các điều kiện tự nhiên. Do đó việc thực hiện đề tài: “Đánh giá đặc tính thành thành phần tinh dầu một số loài Bạch đàn (Eucalyptus) trồng ở Việt Nam và mối liên hệ của nó với một số vấn đề sinh thái môi trường điển hình’’ là rất cần thiết, góp phần giải quyết các vấn đề nêu trên.

Mục tiêu của đề tài nhằm đánh giá vai trò của các chất chính có mặt trong tinh dầu một số loài Bạch đàn trồng ở Việt Nam đối với môi trường sinh thái; đồng thời trên cơ sở một số hoạt tính sinh học của các chất sẽ đề xuất hướng sử dụng các loài Bạch đàn theo hướng thân thiện với môi trường.

Để thực hiện được các mục tiêu trên, luận văn tập trung giải quyết các nội dung chính sau:

- Khảo sát các phương pháp tách chiết tinh dầu từ lá Bạch đàn;

- Xác định và đánh giá các hoạt tính sinh học của các chất chính có trong tinh dầu các loài Bạch đàn nghiên cứu;

- Bước đầu đánh giá một số ảnh hưởng của tinh dầu Bạch đàn đến môi trường sinh thái.


Chương 1

TỔNG QUAN

1.1. Một vài nét về cây Bạch đàn

Bạch đàn còn gọi là cây Khuynh diệp, tên khoa học là Eucalyptus thuộc họ Sim (Myrtaceae). Tên Bạch đàn là tên có từ lâu ở vùng Nghệ An, Hà Tĩnh, tên Khuynh diệp là do mùi tinh dầu có mùi tinh dầu Tràm. Hiện nay tên Bạch đàn được dùng phổ biến hơn [2].

Bạch đàn là một chi có số lượng loài khá lớn, theo Lã Đình Mỡi và cộng sự, Bạch đàn ước có khoảng trên 500 loài, theo Dairy R.Batish và cộng sự Bạch đàn có khoảng 700 loài khác nhau, còn theo Lê Văn Truyền và cộng sự Bạch đàn có tới 800 loài khác nhau. Hầu hết số loài trong chi là đặc hữu của Australia. Chỉ có hai loài phân bố tự nhiên trong khu vực Malesian (New Guinea, Moluccas, Sulawesi, quần đảo Lesser Sunda và Philippin). Một vài loài có biên độ sinh thái rộng, phân bố trong khu vực kéo dài từ miền Bắc Australia đến miền Đông Malesian. Những nghiên cứu gần đây đã phát hiện được khoảng trên 10 loài có phân bố ở miền Nam New Guinea. Người ta cho rằng, việc điều tra, nghiên cứu, khai thác các thảm thực vật rừng gió mùa và các savan tại khu vực rộng lớn phía Đông Nam của vùng Đông Nam Á chắc chắn sẽ còn phát hiện thêm nhiều loài mới nữa thuộc chi Bạch đàn. Tính đã dạng của chi Bạch đàn tại vùng ven biển của New Sounth Wales và miền Tây Nam Australia đã và đang được đánh giá cao [3].

Hiện nay rất nhiều loài đã được đưa trồng ngoài vùng phân bố tự nhiên của chúng. Nhiều dải rừng Bạch đàn đã được hình thành ở nước ta; các nước lục địa châu Á; các nước nhiệt đới, cận nhiệt đới châu Phi, khu vực Địa Trung Hải và miền Nam châu Âu đến các khu vực Nam và Trung châu Mỹ [2].

Ở Việt Nam, lần đầu tiên Bạch đàn được Brochet tìm thấy ở Cốc Lếu tỉnh Lào Cai vào năm 1904 (Hoàng Hòe, 1996). Ngày nay có khoảng trên 20 loài Bạch đàn đã được trồng ở Việt Nam trong đó Bạch đàn trắng (Eucalyptus camaldulensis Dehn) được coi như loài có giá trị kinh tế cao, được trồng rộng rãi ở cả các vùng đất thấp và cao, trừ những đỉnh núi có độ cao trên 1000 mét so với mực nước biển [10].

Theo Lã Đình Mỡi một số loài Bạch đàn đã được nhập và trồng tương đối rộng rãi ở Việt Nam như:

• 
  Bạch đàn trắng (Eucalyptus camaldulensis Dehnl., 1832. Tên đồng nghĩa: E. rostrata Sch., 1847). Một vài địa phương khác còn gọi là Bạch đàn camal, Bạch đàn Úc, Khuynh diệp đỏ;
  
• 
  Bạch đàn chanh (Eucalyptus citriodora Hook., 1848). Còn có các tên đồng nghĩa khác: E. melissiodara Lindley, 1848; E. variegata E. v. Mueller, 1859; E. maculata Hook. var. citriodora (Hook.) Bailey, 1990; Corymbia citriodora (Hook.). Có nơi ở nước ta còn gọi là Bạch đàn đỏ;
  
• 
  Bạch đàn uro (Eucalyptus urophylla S.T. Blake, 1977. Còn có tên đồng nghĩa: E. alba auct. non Reinw.ex Blume, E. decaisneana auct. Non Blume);
  
• 
  Bạch đàn long duyên (Eucalyptus exserta F. v. Muell.,1859). Có nơi ỏ nước ta còn gọi là Bạch đàn liễu;
  
• 
  Bạch đàn lá nhỏ (Eucalyptus tereticornis J . E. Smith, 1795. Tên đồng nghĩa: E. subulata Cunn. ex Schauer, 1843);
  
• 
  Bạch đàn vỏ dày (Eucalyptus robusta Smith, 1849. Các tên đồng nghĩa: E. multiflora Rich. ex A. Gray non Poir. (1854); E. naudiniana F .v. Mueller, 1886; E. schlechteri Diels, 1992).
  

Gỗ Bạch đàn thuộc loại có tỉ trọng nhẹ hoặc nặng vừa phải, trong gỗ không có silica, không mùi vị, dễ gia công chế biến. Gỗ Bạch đàn được sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng với cấu trúc nhẹ hoặc nặng trung bình (khung cửa, trang trí nội thất, làm sàn nhà). Những năm qua gỗ Bạch đàn được coi là nguồn nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp giấy sợi [3].

Một đặc điểm quan trọng của loài Bạch đàn là nó thuộc loài cây chứa tinh dầu. Tinh dầu được chứa trong lá của rất nhiều loài thuộc chi Bạch đàn. 1,8-cineol thường là thành phần chính trong tinh dầu của nhiều loài Bạch đàn. Đây là một nguyên liệu có giá trị trong công nghiệp dược phẩm, mỹ phẩm. Tinh dầu của một số loài đã được dùng làm cao xoa, làm thuốc sát trùng. Nhiều loại tinh dầu lại được dùng làm nguyên liệu để sản xuất thuốc trừ sâu bệnh thảo mộc [3]. Các loài cung cấp tinh dầu chủ yếu trong chi Bạch đàn là: Eucalyptus globulus Labil., Eucalyptus polybractea R. T. Backer, Eucalyptus citriodora Hook... Trung Quốc là nước sản xuất tinh dầu Bạch đàn lớn nhất, tiếp đến là Bồ Đào Nha, Nam Phi và Tây Ban Nha.

Về sinh thái, sinh trưởng và phát triển của Bạch đàn: Hầu hết các loài thuộc chi Bạch đàn đều thích nghi với điều kiện khí hậu gió mùa. Rất nhiều loài lại có thể sinh trưởng ở các khu vực có một mùa khô khắc nghiệt trong năm. Bạch đàn vỏ dày (E. deglupta) là loài duy nhất trong chi thích nghi với những vùng đất thấp và sinh trưởng tự nhiên trong các kiểu rừng mưa trên núi thấp. E. deglupta cũng sinh trưởng tốt ở những khu vực có tổng lượng mưa hàng năm lớn (2500 – 5000 mm). Do đó loài này đã được đưa trồng rộng rãi ở khắp các khu vực có điều kiện nhiệt đới ẩm.

Thời kỳ 1960 – 1975, một số loài Bạch đàn như Bạch đàn long duyên (E. exserta), Bạch đàn lá nhỏ (E. tereticornis), Bạchddàn đỏ (E. robusta), Bạch đàn chanh (E. citriodora) và Bạch đàn trắng (E. camaldulensis) đã được nhập trồng tại nhiều khu vực miền núi và trung du phía Bắc nước ta. Riêng rừng Bạch đàn long duyên (E. exserta) có thời kỳ đã lên tới hàng vạn hecta nhưng năng suất còn thấp, thậm chí có nơi không tạo thành rừng. Nhiều nhận định trái chiều về Bạch đàn đã xuất hiện như năng suất rừng trồng thấp nhưng vẫn cao hơn từ 1,5 đến 3 lần so với Thông nhựa ở thời kỳ khai thác ngắn, 10 -12 năm. Rừng Bạch đàn thường làm khô đất, cạn nguồn nước và diệt lớp cây bụi, cây cỏ dưới tán,...). Một số kết quả nghiên cứu của Hoàng Xuân Tý và cộng sự (1997) đã cho biết Bạch đàn lá nhỏ (E. tereticornis) và Bạch đàn long duyên (E. exserta) đều có thể sinh trưởng bình thường trên các đất feralit vùng đồi có nguồn gốc đá mẹ rất khác nhau (như: phiến thạch sét, sa thạch, gownai, phiến thạch mica, phù sa cổ, acgilit, phylit, rhiolit) nếu tầng đất còn dày và cung cấp đủ nước.

Bạch đàn là một chi lớn thuộc nhóm các chi có dạng quả nang trong họ Sim (Myrtaceae). Một số tác giả đã đưa ra nhận xét và những đề nghị chia tách chi Bạch đàn thành những phân chi hoặc nhiều nhóm loài khác nhau (có thể tới 7-10 nhóm loài tùy thuộc vào từng quan điểm của từng tác giả). Người ta cũng cho rằng chi Bạch đàn có quan hệ họ hàng rất gần gũi với các chi Angophora, Arillastrum và Eucalyptopsis trong họ Myrtaceae. Kết quả nghiên cứu về hệ thống phát sinh ở chi Bạch đàn đã cho thấy, chi Bạch đàn (Eucalyptus) cực kỳ đa dạng và đây cũng là chi có nhiều nguồn gốc (polyphyletic). Nói cách khác, các loài trong chi Bạch đàn (Eucalyptus) có thể có những lịch sử tiến hóa khác nhau. Cũng chính vì vậy mà một số tác giả đã đề nghị tách chi Bạch đàn thành một số chi khác nhau. Hill K.D. và Johnson L.A.S (1995) đã chuyển Bạch đàn chanh (E. citriodora Hook.) vào một chi mới là Corymbia citriodora (Hook) [3].

Bạch đàn có thể nhân giống dễ dàng từ hạt và đôi khi bằng cành giâm. Hạt nảy mầm trong vòng 4 - 20 ngày sau khi gieo. Hạt Bạch đàn thường rất nhỏ và nhiều loại đã trở thành thương phẩm ở Australia. Tại Thái Lan mỗi năm cũng sản xuất một lượng lớn cho việc gây trồng rừng. Theo Lã Đình Mỡi Bạch đàn sinh trưởng rất nhanh và chế độ chăm sóc, quản lý có quan hệ tới mục đích sử dụng. Nếu trồng để lấy nguyên liệu cho công nghiệp giấy sợi thì có thể thu hoạch ở giai đoạn 6 - 10 năm tuổi. Trường hợp để làm gỗ xẻ thì cần trồng thưa và thu hoạch muộn hơn. Hiện nay việc hái lá để cất tinh dầu thường là tận dụng. Trường hợp hái lá là chủ yếu thì cần tạo tán sao cho cây thấp, sinh cành nhiều để cho khối lượng lá lớn [3].

Như vậy nguồn gen của các loài trong chi Bạch đàn là rất phong phú, đa dạng trong đó nhiều loài có hàm lượng tinh dầu cao, rất có giá trị. Hiện nay đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã bắt đầu đi sâu vào các ứng dụng của tinh dầu Bạch đàn để sản xuất hóa mỹ phẩm đặc biệt là chế biến thuốc trừ sâu có nguồn gốc thực vật. Như vậy tinh dầu Bạch đàn có rất nhiều các tính chất khác nhau, trong đó có các độc tính chống lại các loài vi sinh vật, côn trùng. Xét ở một khía cạnh khác thì đây lại là nguyên nhân có thể dẫn tới suy giảm đa dạng sinh học, tác động kìm hãm sự phát triển của các loài cây dưới tán và có tác động xấu đến môi trường đất. Việc nghiên cứu một cách thấu đáo về tinh dầu của loài cây này là cơ sở khoa học rất quan trọng để giải thích các vấn đề đã đặt ra ở trên.

Tinh dầu của Bạch đàn đã được biết đến và sử dụng từ hàng trăm năm nay. Hiện nay trên thế giới cũng đã có một số nghiên cứu về thành phần và hoạt tính của tinh dầu Bạch đàn cũng như tác động của nó đến môi sinh. Trong các nghiên cứu đó phải kể đến công trình nghiên cứu của Daizy R. Batish và cộng sự (2008). Trong nghiên cứu này tác giả đã chỉ ra rằng tinh dầu Bạch đàn có tính chất như một loại thuốc trừ sâu tự nhiên do nó có khả năng tiêu diệt được nhiều loài sâu bệnh hại cây trồng, nhiều loài vi khuẩn và nấm, muỗi [6]. Tuy nhiên tác giả chưa chỉ ra được đâu là hoạt chất có trong tinh dầu Bạch đàn có khả năng đó. Tác giả cũng đã liệt kê một số hợp chất chính trong tinh dầu của một số loài Bạch đàn nhưng chưa chỉ rõ hàm lượng phần trăm có trong tinh dầu, đồng thời trong công trình này tác giả chưa mô tả rõ phương pháp tách chiết, chưng cất để đạt được hiệu suất cao nhất.

Một số tác giả khác như Duke (2004), Brooker và Kleinig (2006), Liu, (2008),... đã tập trung nghiên cứu thành phần hóa học trong tinh dầu một số loài Bạch đàn cùng với một số tính chất của nó. Các tác giả đã chỉ ra được một số hợp chất hóa học chính trong tinh dầu một số loài Bạch đàn tuy nhiên chưa thấy các tác giả mô tả phương pháp tách chiết và phân tích tinh dầu. Trong khi đó đây là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu. Đặc biệt các tác giả đều thừa nhận rằng thành phần và hàm lượng tinh dầu phụ thuộc rất lớn vào tuổi của lá cây, khí hậu, loại đất trồng, chế độ trồng và chăm sóc, nguồn gốc giống, ...

1.2.1. Các hợp chất tự nhiên của tinh dầu Bạch đàn

Theo nghiên cứu của Brooker và Kleinig (2006), tinh dầu Bạch đàn là một hỗn hợp phức tạp của nhiều monoterpenes và sesquiterpenes khác nhau, cùng với các phenol và oxit, este, rượu, ete, andehyt và keton. Thành phần này phụ thuộc vào từng loài, khu vực trồng, khí hậu, loại đất và tuổi của lá, chế độ phân bón, đồng thời còn phụ thuộc vào phương pháp tách chiết tinh dầu. Hoạt tính trừ sâu hại của tinh dầu Bạch đàn do các thành phần như 1,8-cineole, citronellal, citronellol, citronellyl acetate, p-cymene, eucamalol, limonene, linalool, -pinene, -terpinene, -terpineol, alloocimene và aromadendrene (Watanable, 1993; Li, 1995, 1996; Cimanga, 2002; Deke, 2004; Batish., 2006; Liu., 2008) [6]. Các hợp chất chính trong tinh dầu Bạch đàn với hoạt tính trừ sâu tách chiết từ rất nhiều các loại Bạch đàn khác nhau cho ở Bảng 1 [6].

Nghiên cứu thành phần hóa học trong tinh dầu Bạch đàn chanh trồng ở Australia, Boland và cộng sự (1991) đã cung cấp các dẫn liệu sau: citronellal (80,1 %), isoisopulegol (3,4 %), linalool (0,7 %), ß-caryophyllen (0,4 %), ß-pinene (0,4 %), α-pinene (0,1 %) và α-para-dimethylstyren (0,1 %). Các hợp chất còn lại như α-terpineol, geraniol, 1,8-cineole, globulol và viridiflorol chỉ ở dạng vết [11].

Các thành phần khác nhau của tinh dầu Bạch đàn có tác dụng bổ trợ cho các hoạt tính sinh học trừ sâu bệnh (Cimanga et al., 2002). Trong tổng số các thành phần khác nhau của tinh dầu Bạch đàn thì 1,8-cienole là thành phần quan trọng nhất và là một hợp chất đặc trưng cho chi Bạch đàn (Duke, 2004).

1.2.2. Hoạt tính kháng nấm và vi khuẩn của tinh dầu Bạch đàn

Theo Fiori và cộng sự, (2000), Oluma và Garba (2004), tinh dầu Bạch đàn với các thành phần chính của nó có độc tính kháng rất nhiều các loài vi khuẩn, nấm và cả mầm bệnh ủ trong đất. Chúng làm giảm sự phát triển của nấm sợi [6]. Một vài nghiên cứu hiệu quả chống nấm của tinh dầu Bạch đàn được mô tả ở trong Bảng 2.

Năm 2002, Ramezani và cộng sự đã chỉ ra dầu bay hơi của Bạch đàn chanh với thành phần chính monoterpene citronelle có một phổ hoạt tính rộng chống nấm, ức chế sự phát triển và có tác dụng làm khô mạch rây của 6 loại nấm. Gần đây Lee và cộng sự (2007) đã kết luận rằng dầu thơm của Bạch đàn chanh có khả năng kiểm soát được bệnh mốc xám ở táo đến 70%. Các nghiên cứu đã kết luận rằng tinh dầu Bạch đàn có thể được sử dụng để hạn chế khả năng hô hấp của vi khuẩn [6].

Su và cộng sự (2006) đã chứng minh hoạt tính chống nấm của tinh dầu một số loài Bạch đàn như E. grandis, E. camaldulensis và E. citriodora kháng lại nấm Mildew và nấm gây thối ở gỗ như Aspergillus clavatus, A.niger, Chaetomium alobosum, Penicillium citrinum, Trichoderma viride,... Theo nghiên cứu này các tác giả cho rằng tinh dầu Bạch đàn chanh có thể là sự lựa chọn tuyệt vời như một chất bảo quản gỗ, đồ da và vật dụng bằng gỗ [6]. Tzortzakis (2007) đã chứng minh rằng tinh dầu Bạch đàn xanh là một sự lựa chọn tốt cho bảo quản dâu tây và cà chua trong suốt quá trình vận chuyển, không làm thay đổi độ ngọt, các axit hữu cơ và hàm lượng tổng số các phenolic [6]. Khả năng kháng nấm và vi khuẩn của một số loài Bạch đàn được mô tả trong Bảng 2 [6].

Tinh dầu Bạch đàn có hoạt tính như một loại thuốc trừ côn trùng tự nhiên để chống lại muỗi và các loài chân đốt gây hại hoặc một vài loài động vật ăn cỏ. Yang và cộng sự (2004) đã công bố rằng tinh dầu của loài Bạch đàn xanh (E. globulus) với hợp chất chính là 1,8-cineole có biểu hiện tính độc chống lại chấy hại da đầu Pediculus humanus capitis. Hoạt tính trừ chấy rận của tinh dầu Bạch đàn tốt hơn cả deltaphenothrin hoặc pyrethrum. Giá trị LT₅₀ của tinh dầu Bạch đàn là 0,125 mg/cm², trong khi đó của delta-phenothrin là 0,25 mg/cm² [6]. Năm 2006, Ceferino cũng đã chứng minh trong tinh dầu ở một số loài Bạch đàn có hoạt tính chống lại một số loài chấy rận hại da đầu. Theo nghiên cứu đó Ceferino đã kết luận rằng tinh dầu bạch đàn có thể được sử dụng để phát triển các sản phẩm mới cho chữa trị các loài chấy rận hại da đầu [6]. Hoạt tính trừ côn trùng của tinh dầu một số loài Bạch đàn được mô tả trong Bảng 3 [6].