Apiaceae là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và phân loại

Apiaceae, còn có tên cổ là Umbelliferae, là họ thực vật có hoa phổ biến với khoảng 463 chi và 3.700 loài, đặc trưng bởi tán hoa dạng ô (umbel) – một cấu trúc hoa tập trung nhiều nhánh con từ cùng một điểm, giống như ô mở ra. Tên “Apiaceae” xuất phát từ chi Apium (cần tây) và được chuẩn hóa theo hệ thống phân loại APG IV dựa trên chứng cứ di truyền và hình thái học .

Họ Apiaceae chia thành ba tiểu họ chính:

• Apioideae: chiếm đa số loài, có tán hoa kép và quả schizocarp đôi (ví dụ Daucus carota, Petroselinum crispum).
• Saniculoideae: có lá đơn hoặc lá chét đơn, hoa thường nhỏ và ít nhánh (ví dụ Sanicula).
• Mackinlayoideae: nhóm nhỏ hơn, nhiều chi nhiệt đới, tán hoa đơn giản và ít hợp sinh.

Phân loại phân tử và so sánh trình tự gene rbcL, matK khẳng định Apioideae là nhóm đơn ngành, trong khi Saniculoideae và Mackinlayoideae tách biệt sớm trong quá trình tiến hóa . Chi tiết chi và loài cập nhật tại Plants of the World Online: POWO – Apiaceae.

Đặc điểm hình thái

Thân cây Apiaceae thường là cây thân thảo, hiếm khi là cây bụi hoặc dây leo; bề mặt thân có thể láng hoặc có rãnh dọc. Lá mọc so le, thường có phiến chia thùy sâu hoặc lông chim, mép lá nguyên hoặc khía răng, kết cấu mỏng và nhiều gân song song.

Hoa nhỏ, lưỡng tính, mỗi hoa gồm 5 cánh, 5 nhị và 2 vòi nhụy, xếp thành tán đơn hoặc tán kép (compound umbel). Tán hoa đơn gồm nhiều cành phụ xòe từ cùng một đỉnh, tán kép là khung tán của tán con. Đài hoa thường rụng sớm, tràng hoa có màu trắng, vàng hoặc hồng nhạt, thu hút côn trùng thụ phấn.

Quả kép (schizocarp) khi chín tách thành hai mảnh hạch (mericarp) chứa hạt hình bầu dục, bề mặt có rãnh dọc hoặc gai nhỏ, giúp phân tán bằng gió hoặc động vật.

Phân bố và sinh thái

Apiaceae phân bố toàn cầu với trọng tâm đa dạng tại vùng ôn đới Bắc bán cầu, đặc biệt Địa Trung Hải, Trung Á và Bắc Mỹ. Một số loài thích nghi với vùng núi cao, các loài nhiệt đới thường thuộc Mackinlayoideae. Thổ nhưỡng ưa thích là đất tơi xốp, thoát nước tốt, pH trung tính đến hơi kiềm.

Các thành viên Apiaceae thường xuất hiện ở đồng cỏ, bãi đất hoang, ven đường và bìa rừng. Hoa cung cấp nguồn mật và phấn cho ong, bướm, ruồi, góp phần quan trọng vào hệ sinh thái thụ phấn. Hạt và quả là thức ăn cho chim và động vật gặm nhấm.

• Độ cao: 0–3.000 m so với mực nước biển
• Độ ẩm: 400–1.200 mm/năm
• Đất: cát, mùn, pH 6–8
• Ánh sáng: ưa sáng đến bán bóng râm

Sinh thái có liên quan mật thiết đến chuỗi thức ăn, nhiều loài là cây chủ cho sâu bướm và nhện, trong khi một số chi (Heracleum) chứa hợp chất phototoxic gây kích ứng da khi tiếp xúc với ánh sáng.

Hệ thống phát sinh chủng loài (Phylogeny)

Các nghiên cứu phân tử dựa trên gene chloroplast (rbcL, matK, ndhF) và gene hạt nhân (ITS) cho thấy Apioideae tách thành nhiều clade lớn, khởi nguồn từ tổ tiên chung cách đây khoảng 50–60 triệu năm trong kỷ Paleocene. Saniculoideae và Mackinlayoideae là hai nhóm sớm tách nhánh, phản ánh độc lập tiến hóa các dạng tán hoa và cấu trúc quả.

Quan hệ gần gũi giữa Apiaceae và họ Araliaceae, Pittosporaceae khẳng định qua phân tích bộ gene toàn phần chloroplast và sự giống nhau về một số đặc điểm hình thái như cấu trúc hoa và lá xen kẽ. Hồ sơ phát sinh chủng loài cơ bản:

• Apioideae: clade đơn ngành lớn nhất, đa dạng về hình thái và hóa học.
• Saniculoideae: nhóm nhánh sớm, lá nguyên hoặc chia thùy đơn.
• Mackinlayoideae: nhỏ, bao gồm loài nhiệt đới và bán nhiệt đới.
• Liên họ: Araliaceae gần nhất, sau đó là Pittosporaceae.

Chi tiết sơ đồ phát sinh chủng loài tham khảo trong phân tích của Downie et al. (2010): Downie SR et al., AJB 2010 .

Thành phần hóa học và hợp chất sinh học

Họ Apiaceae phong phú về thành phần hóa học, tiêu biểu là tinh dầu (monoterpen, sesquiterpen), coumarin, polyacetylene và flavonoid. Tinh dầu chiết xuất từ lá, hoa và hạt có thành phần chính như α-pinene, limonene, β-caryophyllene, mang mùi đặc trưng và dược tính kháng khuẩn, kháng viêm.

Coumarin và furanocoumarin (psoralen, bergapten) có trong Pastinaca sativa, Heracleum mantegazzianum và Ruta graveolens gây độc cảm quang (photo-toxicity) nhưng cũng được ứng dụng điều trị bệnh da liễu như vẩy nến, bạch biến dưới ánh sáng UV. Polyacetylene (falcarinol) trong cà rốt hoang dã (Daucus carota) có tác dụng ức chế khối u qua cơ chế apoptosis.

• Monoterpen: limonene, myrcene, α-pinene.
• Sesquiterpen: β-caryophyllene, germacrene D.
• Furanocoumarin: psoralen, bergapten (quang nhạy).
• Polyacetylene: falcarinol, falcarindiol (chống ung thư).

Giá trị kinh tế và ứng dụng

Apiaceae đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm. Nhiều loài được trồng đại trà làm rau gia vị, như Petroselinum crispum (mùi tây), Foeniculum vulgare (thì là), Anethum graveolens (thì là Mexico), cung cấp hương vị đặc trưng cho ẩm thực châu Âu và châu Á. Hạt Cuminum cyminum (cumin) và Carum carvi (caraway) là gia vị không thể thiếu trong bánh mì, cà ri và thực phẩm chế biến.

Trong y học cổ truyền, Angelica sinensis (đương quy) và Centella asiatica (rau má) được sử dụng để điều hòa khí huyết, giải độc và tái tạo mô. Tinh dầu và chiết xuất coumarin từ Cnidium monnieri dùng trong dược phẩm, mỹ phẩm chống lão hóa và chống viêm.

Độc tính và biện pháp an toàn

Nhiều loài Apiaceae sản xuất furanocoumarin có thể gây viêm da tiếp xúc do quang nhạy khi da tiếp xúc ánh nắng. Heracleum mantegazzianum (cần tây khổng lồ) chứa psoralen và bergapten, khi chà xát vào da và tiếp xúc UV có thể gây bỏng đau dai dẳng.

Tinh dầu cô đặc từ Ocimum basilicum và Ferula assafoetida có thể kích ứng da và niêm mạc, gây dị ứng cấp tính. Khi sử dụng dược liệu và tinh dầu, cần thử nghiệm dị ứng da (patch test) và pha loãng dưới ngưỡng an toàn (≤1% tinh dầu trong kem bôi).

• Không thu hoạch hoặc chế biến dưới ánh nắng mạnh.
• Pha loãng tinh dầu ≥1:100 với dầu nền (jojoba, hạnh nhân).
• Thử nghiệm mẫn cảm da trước khi sử dụng dược liệu.
• Tham khảo hướng dẫn CEN/TR 17419:2019 về an toàn tinh dầu.

Phương pháp nhân giống và canh tác

Hầu hết loài Apiaceae nhân giống bằng hạt, gieo hạt vào đất tơi xốp, giữ ẩm và che bóng nhẹ cho đến khi nảy mầm (7–21 ngày tùy loài). Một số loài thân gỗ nhỏ hoặc khó gieo hạt như Angelica archangelica có thể nhân giống bằng giâm cành hoặc chiết hom giâm trong mô MS với bổ sung BAP và IBA.

Chăm sóc bao gồm bón phân hữu cơ hoai mục, cung cấp nitơ vừa đủ (50–80 kg N/ha) để tránh tích tụ nitrat quá cao trong lá. Tỉa thưa cây con để đảm bảo mật độ 20–30 cây/m², giảm cạnh tranh ánh sáng và bệnh hại. Dọn cỏ và thông gió luân phiên giúp giảm áp lực sâu bệnh và duy trì độ ẩm đất.

• Gieo hạt: độ sâu 0,5–1 cm, giữ ẩm 60–70%.
• Chiết hom: môi trường MS + 1 mg/L BAP, 0.1 mg/L IBA.
• Bón phân: 2–3 lần chu kỳ, ưu tiên phân hữu cơ.
• Đề phòng bệnh: luân canh và phun sinh học Trichoderma.

Conservation & threats

Nhiều loài quý hiếm, đặc biệt các dược liệu hoang dã như Ferula asafoetida và Angelica sinensis, bị khai thác quá mức dẫn đến suy giảm quần thể. Mất rừng, đồng cỏ và khai thác trái phép đe dọa nguồn lợi gen và đa dạng di truyền của họ Apiaceae.

Chương trình bảo tồn ex situ tại vườn thực vật và seed bank (Svalbard Global Seed Vault) giữ nguồn gen hạt giống. In situ bảo vệ khu vực tự nhiên (Ramsar, vườn quốc gia) giảm khai thác bừa bãi. Đề xuất IUCN xây dựng danh mục bảo tồn loài và vùng phân bố, kết hợp giáo dục cộng đồng địa phương về khai thác bền vững.

• Ex situ: seed bank, mô hình nuôi cấy mô.
• In situ: khu bảo tồn, quy định thu hái.
• Hợp tác quốc tế: Convention on Biological Diversity.

Tài liệu tham khảo

1. Stevens PF. Apiaceae. Angiosperm Phylogeny Website. 2001+. http://www.mobot.org/MOBOT/research/APweb/
2. Flora of China Editorial Committee. Apiaceae. Flora of China. Vol. 14; 2005. http://www.efloras.org/florataxon.aspx?flora_id=2&taxon_id=10100
3. Downie SR, Katz-Downie DS. Molecular phylogenetics of Apiaceae. American Journal of Botany. 2010;97(11):1791–1802. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2737329/
4. Plants of the World Online. Apiaceae. Kew Science. http://www.plantsoftheworldonline.org/taxon/urn:lsid:ipni.org:names:30001738-2
5. Convention on Biological Diversity. Global Strategy for Plant Conservation. 2012.
6. CEN/TR 17419:2019. Essential oils – Safety and quality criteria.
7. IUCN. The IUCN Red List of Threatened Species. https://www.iucnredlist.org/