Nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố sinh thái đến hình thái và đa dạng di truyền quần thể thạch tùng răng huperzia serrata (thunb ) trevis ở việt nam TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NGUYỄN THỊ ÁI MINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NHÂN TỐ SINH THÁI ĐẾN HÌNH THÁI VÀ ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ THẠCH TÙNG RĂNG [HUPERZIA SERRATA (THUNB.) TREVIS.] Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 9.42.01.20 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH THÁI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS TRẦN VĂN TIẾN TS NÔNG VĂN DUY Đà Lạt - 2022 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Đà Lạt Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Trần Văn Tiến Người hướng dẫn khoa học 2: TS Nông Văn Duy Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ họp … Trường Đại học Đà Lạt vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Trung tâm Thông tin – Thư viện Đại học Đà Lạt - Website http://www.dlu.edu.vn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thạch tùng (Huperzia serrata (Thunb.) Trevis) thuộc họ Thông đất (Lycopodiaceae) lồi có giá trị dược liệu cao Hiện nay, loài bị khai thác triệt để nhằm phục vụ cho nhu cầu người Do đó, lồi xếp vào nhóm lồi thực vật rừng chưa bị đe dọa tuyệt chủng có nguy bị đe dọa không quản lý chặt chẽ, hạn chế khai thác, sử dụng mục đích thương mại (Nghị định số 06/2019/NĐ-CP Quản lý thực vật rừng, động vật rừng nguy cấp, quý, thực thi Công ước buôn bán quốc tế loài động vật, thực vật hoang dã nguy cấp) Sự tồn phát triển Thạch tùng Việt Nam (VN) tương lai phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có tiềm thích nghi dựa tảng di truyền Tính biến dị khơng có bên quần thể mà cịn quần thể có vùng phân bố khác loài Trong xu biến đổi khí hậu (BĐKH) ngày nay, quần thể phân bố vị trí khác dải phân bố lồi có phản ứng khác để thích ứng với BĐKH Các phản ứng thể qua đặc điểm hình thái bên ngồi cấu trúc bên Do đó, nghiên cứu mối tương quan ảnh hưởng nhân tố khí hậu vùng phân bố quần thể loài đến sinh trưởng, thay đổi hình thái bên ngồi cấu trúc bên đa dạng di truyền loài cần thiết, làm sở khoa học cho việc định hướng công tác bảo tồn phát triển lồi thời gian tới Do việc thực đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố sinh thái đến hình thái đa dạng di truyền quần thể Thạch tùng [Huperzia serrata (Thunb.) Trevis.] Việt Nam” cần thiết Mục tiêu nghiên cứu - Cung cấp liệu biến đổi số đặc điểm hình thái bên ngồi đặc điểm hình thái bên đặc điểm di truyền mối tương quan với thay đổi nhân tố khí hậu; - Dự đốn chiều hướng biến đổi vùng sinh thái có khả thích nghi lồi bối cảnh BĐKH; - Từ đề xuất định hướng quy hoạch bảo tồn vốn gen loài Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Loài Thạch tùng (Huperzia serrata (Thunb.) Trevis) phân bố VN 3.2 Phạm vi nghiên cứu quần thể phân bố VN, bao gồm: Hoàng Liên (Lào Cai), Bạch Mã (Thừa Thiên Huế), Ngọc Linh (Quảng Nam) Bidoup (Lâm Đồng) 3.3 Giới hạn nghiên cứu - Các đặc điểm nghiên cứu: tăng trưởng chiều cao thân hình thái (lá, tế bào khí khổng khe lỗ khí, tế bào biểu bì xung quanh khí khổng, quản bào, túi bào tử bào tử); đa dạng di truyền quần thể; - nhân tố khí hậu ảnh hưởng đến hình thái đa dạng di truyền quần thể Thạch tùng răng, bao gồm: nhiệt độ khơng khí trung bình năm (MAT, C); tổng lượng mưa hàng năm (MAP, mm); tổng số nắng hàng năm (SuH, giờ); độ ẩm khơng khí tương đối trung bình năm (Hu, %) - Khu vực nghiên cứu đặc điểm hình thái: Vườn Quốc gia Hoàng Liên (tỉnh Lào Cai), Khu bảo tồn thiên nhiên Ngọc Linh (tỉnh Quảng Nam) Vườn Quốc gia Bidoup – Núi Bà (tỉnh Lâm Đồng) - Khu vực nghiên cứu đa dạng di truyền: Vườn Quốc gia Hoàng Liên (tỉnh Lào Cai), Vườn Quốc gia Bạch Mã (tỉnh Thừa Thiên Huế), Khu bảo tồn thiên nhiên Ngọc Linh (tỉnh Quảng Nam) Vườn Quốc gia Bidoup – Núi Bà (tỉnh Lâm Đồng) Ý nghĩa đề tài - Ý nghĩa khoa học: Góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng số nhân tố khí hậu đến thay đổi đặc điểm hình thái xác định nhân tố khí hậu có ảnh hưởng đến đa dạng di truyền quần thể Thạch tùng VN - Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu sở khoa học đề xuất biện pháp bảo tồn loài quý VN Những điểm luận án Kết nghiên cứu ảnh hưởng số nhân tố khí hậu đến thay đổi đặc điểm hình thái bên ngồi đặc điểm hình thái bên trong, đa dạng di truyền quần thể VN Từ xu hướng thay đổi để thích nghi quần thể điều kiện biến đổi khí hậu CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Luận án đề cập phân tích ảnh hưởng nhân tố sinh thái đến hình thái đa dạng di truyền quần thể Thạch tùng VN Các kết nghiên cứu nước nước ảnh hưởng nhân tố sinh thái đến hình thái đa dạng di truyền quần thể thực vật rằng: nay, điều kiện BĐKH toàn cầu, để trì vùng phân bố có, quần thể thực vật cần tiến hóa thích nghi chống chịu nhờ mềm dẻo kiểu hình để phù hợp với điều kiện mơi trường Trong đó, tính mềm dẻo kiểu hình (đặc biệt tính mềm dẻo tính trạng có liên quan đến tính thích nghi) có vai trò quan trọng phản ứng tức thời với BĐKH định tồn quần thể tương lai thơng qua việc trì biến dị di truyền Tính mềm dẻo kiểu hình biểu phản ứng thực vật trước thay đổi môi trường Trong số nhân tố mơi trường, khí hậu kiểu tác nhân chọn lọc phạm vi khơng gian rộng lớn thực vật sai dị hình thái thúc đẩy nhờ chọn lọc tự nhiên thông qua biến động nhân tố khí hậu Do đó, đặc điểm hình thái thường đánh giá mối tương quan với nhân tố khí hậu nhiệt độ khơng khí, số chiếu sáng, lượng mưa độ ẩm khơng khí Theo hướng nghiên cứu này, đặc điểm hình thái thường sử dụng để phân tích đặc điểm hình thái (hình thái ngồi hình thái giải phẫu), đặc điểm yếu tố dẫn truyền, đặc điểm cấu trúc sinh sản bào tử/ hạt phấn, … Ngoài ra, nhân tố khí hậu cịn tác động đến đa dạng di truyền quần thể loài Kết việc phân tích mối tương quan nhân tố khí hậu giúp xác định nhân tố có vai trị thúc đẩy đa dạng di truyền nhân tố khống chế đa dạng di truyền hướng di cư vùng sinh thái có khả thích nghi loài điều kiện BĐKH Các nghiên cứu đa dạng di truyền quần thể Thạch tùng kĩ thuật thị sử dụng phổ biến AFLP Trung Quốc Ở VN sử dụng thị RAPD, cỡ mẫu nhỏ (8 mẫu) tiến hành đánh giá đa dạng di truyền quần thể (1 quần thể xa phía Bắc quần thể xa phía Nam dải phân bố loài), đa dạng di truyền đánh giá dựa số tỉ lệ band đa hình PPB Tuy nhiên chưa có nghiên cứu sử dụng kĩ thuật ISSR SCoT sử dụng kết hợp từ kĩ thuật trở lên, đặc biệt phân tích mối tương quan đa dạng di truyền với nhân tố khí hậu Hiện VN chưa có nghiên cứu liên quan đến thay đổi đặc điểm quan sinh dưỡng, quan sinh sản đa dạng di truyền theo vị trí phân bố dọc lát cắt vĩ tuyến chưa có nghiên cứu phân tích biến động mối tương quan với điều kiện khí hậu khu phân bố Từ cho thấy, nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố khí hậu đến đặc điểm hình hình thái ngồi hình thái giải phẫu, đa dạng di truyền loài Thạch tùng VN chưa thực Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu Đặc điểm hình thái ngồi Thạch tùng ảnh hưởng nhân tố khí hậu; Đặc điểm hình thái giải phẫu Thạch tùng ảnh hưởng nhân tố khí hậu; Đa dạng di truyền quần thể Thạch tùng phân bố VN 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Thu thập, kế thừa tổng hợp tư liệu 2.2.2 Điều tra, thu thập mẫu Khu vực nghiên cứu đặc điểm hình thái: Hồng Liên Sơn (Lào Cai), Ngọc Linh (Quảng Nam), Bidoup (Lâm Đồng) Khu vực nghiên cứu đa dạng di truyền: Hoàng Liên Sơn (Lào Cai), Bạch Mã (Thừa Thiên Huế), Ngọc Linh (Quảng Nam), Bidoup (Lâm Đồng) Thu thập mẫu phân tích hình thái: Thu 30 mẫu điểm phân bố ngẫu nhiên nội quần thể Thu thập mẫu phân tích di truyền: Thu mẫu 20 cá thể quần thể 2.2.3 Đánh giá hình thái tăng trưởng chiều cao thân Tất phép đo dùng phân tích hình thái tiến hành 30 cá thể quần thể Tăng trưởng chiều cao hàng năm thân: Tăng trưởng hàng năm (G, mm) xác định theo Wang et al (2011) Kích thước lá: Với đoạn thân sinh trưởng theo năm cá thể, thu lá; thu nhận hình ảnh thực theo Igathinathane et al (2008) Các số đo thu thập gồm diện tích, chiều dài, chiều rộng số độ dày Kích thước túi bào tử: Với đoạn thân sinh trưởng theo năm cá thể, thu túi bào tử chín chụp hình kính hiển vi kĩ thuật số; số đo thu thập gồm diện tích, chiều dài, chiều rộng túi bào tử thực theo Bonacorsi & Leslie (2019) Kích thước bào tử: Mỗi quần thể, chọn ngẫu nhiên 10 cá thể mang túi bào tử; cá thể, thu túi bào tử chín chụp hình bào tử túi kính hiển vi kĩ thuật số Hình chụp lưu kèm thước đo, đo kích thước trục qua xích đạo trục qua cực (GómezNouguez et al., 2016) 2.2.4 Đánh giá hình thái giải phẫu Giải phẫu gỗ: Giải phẫu đoạn thân sinh trưởng theo năm cá thể quần thể theo Wilder (1970), chlorallactophenol thay NaOH 5% Các số đo thu thập gồm đường kính góc xiên đầu mút quản bào Giải phẫu lá: Giải phẫu đoạn thân sinh trưởng theo năm tiến hành theo Esau (1965) Với lá, chụp ảnh với vật kính 4X để tính tốn mật độ khí khổng chụp ảnh 10 khí khổng với vật kính 10X để đo chiều dài, chiều rộng, diện tích khí khổng khe lỗ khí; diện tích khe lỗ khí đơn vị diện tích thực theo Savvides et al (2011); mức độ xẻ thùy tế bào biểu bì thực theo Sapala et al (2018) 2.2.4 Phương pháp thu thập liệu khí tượng Dữ liệu khí tượng [nhiệt độ khơng khí TB theo tháng (T,ºC) hàng năm (MAT, ºC), tổng lượng mưa TB theo tháng (M, mm) hàng năm (MAP, mm), tổng số nắng theo tháng (SuH theo tháng, giờ) hàng năm (SuH, giờ), độ ẩm khơng khí tương đối TB theo tháng (Hu theo tháng, %) hàng năm (Hu, %)] thu thập trạm khí tượng gần khu phân bố quần thể Dữ liệu năm từ 2013 – 2016 sử dụng để phân tích ảnh hưởng điều kiện khí hậu năm đến hình thái đa dạng di truyền quần thể 2.2.5 Tách chiết DNA kiểm tra chất lượng, hàm lượng DNA mẫu Tách chiết DNA: thực theo quy trình CTAB I theo Doyle & Doyle (1987), bổ sung SDS 10% vào thành phần đệm chiết (Lê Ngọc Triệu, 2017) Kiểm tra chất lượng nồng độ DNA theo phương pháp Weising et al (2005) 2.2.6 Phân tích đa dạng biến động di truyền quần thể dựa đặc trưng nhận dạng DNA nảy sinh kĩ thuật ISSR ScoT Sử dụng kĩ thuật ISSR ScoT để hình thành đặc trưng nhận dạng DNA Khuếch đại DNA: Thực phản ứng PCR với chương trình nhiệt theo Mullis et al (1986) Chọn lọc thị ISSR ScoT, với tiêu chí ghi nhận sản phẩm khuếch đại PCR có band đa hình Ghi nhận đặc trưng nhận dạng DNA thị ISSR ScoT: Việc khuếch đại thực riêng cho thị, sản phẩm phân tách điện di gel agarose 2% chụp ảnh hệ thống Gel documentation system (Bio-rad) Phân tích đa dạng biến động di truyền dựa đặc trưng nhận dạng DNA thu nhận Phần mềm Microsoft Office Excel 2007 sử dụng để tính tốn số tỉ lệ band đa hình (PPB) (Nei, 1978) Các số đa dạng di truyền tính tốn dựa ứng dụng POPGENE 1.32 (Yeh et al., 1997) Các số gồm: tỉ lệ phần trăm band đa hình (PPB), mức độ dị hợp trông đợi TB/ số đa dạng gene theo Nei (He), số Shannon (I) số dòng gene hay số lượng cá thể di cư TB (Nm), số biệt hóa di truyền tập hợp mẫu theo Nei (GST), khoảng cách di truyền tập hợp mẫu (D) Phần mềm NTSYSpc 2.1 (Rohlf, 2004) sử dủng để khảo sát hệ số tương đồng di truyền cặp mẫu khảo sát; xây dựng sơ đồ dạng quan hệ di truyền mẫu, sử dụng phương pháp lập nhóm UPGMA Phân tích tác động nhân tố khí hậu đến đặc điểm hình thái, tăng trưởng chiều cao hàng năm đa dạng di truyền quần thể Thạch tùng VN Các liệu xử lí phần mềm Microsoft Excel 2007; phương pháp phân tích tương quan hồi quy thực phần mềm STATGRAPHICS Centurion XV Version 15.1.02; phương pháp phân tích mức độ tương quan RDA thực phần mềm XLSTAT CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm Thạch tùng thu thập phục vụ cho phân tích đặc điểm hình thái sinh sản Các mẫu thu thập cho phép xác định tăng trưởng hàng năm năm (2013 – 2016) 3.2 Đặc điểm hình thái Thạch tùng 3.1.1 Đặc điểm hình thái ngồi a Đặc điểm kích thước Bảng 3.2 Kích thước Thạch tùng Năm 2013 2014 2015 2016 HL 11,09 ±2,75 11,67 ±3,88 10,67 ±3,54 10,36 ±3,89 dlá (mm) NL 13,49 ±3,91 14,35 ±4,74 14,36 ±4,78 16,43 ±5,22 BD 11,97 ±3,61 12,70 ±5,16 12,12 ±4,36 10,18 ±3,26 HL 2,70 ±0,96 2,96 ±1,06 2,92 ±1,20 2,60 ±1,14 rlá (mm) NL 3,73 ±0,82 3,86 ±0,73 3,70 ±0,92 3,97 ±1,01 BD 2,51 ±1,24 2,74 ±1,37 2,61 ±1,24 2,19 ±0,99 HL 22,27 ±11,30 26,48 ±16,65 20,92 ±13,01 20,55 ±14,19 Slá (mm2) NL BD 33,28 21,05 ±16,28 ±14,46 31,86 23,46 ±14,93 ±17,78 30,10 22,08 ±14,65 ±16,19 40,43 13,45 ±19.66 ±8,12 SLA (mm2/mg) HL NL BD 2.18 3.28 2.81 ±2.18 ±3.28 ±2.81 2.96 3.04 3.1 ±2.96 ±3.04 ±3.1 2.71 3.44 3.11 ±2.71 ±3.44 ±3.11 3.2 3.46 3.16 ±3.2 ±3.46 ±3.16 hợp nhân tố khí hậu 16,24% tác động nhân tố khác Hệ số tương quan tổ hợp đặc điểm kích thước tương quan thuận với nhân tố MAT MAP, MAP (r = 0,82) có ảnh hưởng mạnh MAT (r = 0,48); tương quan nghịch với nhân tố SuH Hu, nhân tố thể mức độ ảnh hưởng không đáng kể, với hệ số tương quan có giá trị -0,18 -0,14 b Đặc điểm kích thước túi bào tử Thạch tùng Bảng 3.4 Kích thước túi bào tử Thạch tùng dtúi bào tử (mm) rtúi bào tử (mm) Stúi bào tử (mm2) NL BD HL NL BD HL NL BD 1,25 1,52 0,89 0,78 0,83 1,28 1,01 1,14 2013 ±0,22 ±0,35 ±0,13 ±0,19 ±0,18 ±0,3 ±0,4 ±0,49 1,08 1,44 0,87 0,74 0,82 1,45 0,91 1,02 2014 ±0,16 ±0,31 ±0,15 ±0,23 ±0,2 ±0,44 ±0,44 ±0,39 1,28 1,5 0,86 0,8 0,81 1,27 0,94 1,2 2015 ±0,29 ±0,31 ±0,15 ±0,18 ±0,18 ±0,37 ±0,46 ±0,46 1,45 1,39 0,82 0,83 0,78 1,22 1,11 0,99 2016 ±0,26 ±0,33 ±0,14 ±0,15 ±0,19 ±0,43 ±0,45 ±0,46 1,3a 1,45b 0,85b 0,8a 0,8a 1,29b 1a 1,08a TB ±0,29 ±0,3 ±0,2 ±0,19 ±0,19 ±0,4 ±0,5 ±0,4 Ghi chú: dtúi bào tử (F-ratio = 5,96; P