Bài giảng thực vật thủy sinh doc

THỦY SINH THỰC VẬTC1: ĐẠI CƯƠNG VỀ TẢO C2: TẢO LAM CYANOPHYTA C3: TẢO ĐỎ RHODOPHYTA C4: TẢO ROI LỆCH HETEROKONTOPHYTA C5: TẢO SỢI BÁM HAPTOPHYTA C6: HUYỆT BÀO TẢO CRYPTOPHYTA C7: TẢO HAI

THỦY SINH THỰC VẬT

C1: ĐẠI CƯƠNG VỀ TẢO

C2: TẢO LAM (CYANOPHYTA)

C3: TẢO ĐỎ (RHODOPHYTA)

C4: TẢO ROI LỆCH (HETEROKONTOPHYTA)

C5: TẢO SỢI BÁM (HAPTOPHYTA)

C6: HUYỆT BÀO TẢO (CRYPTOPHYTA)

C7: TẢO HAI ROI (DINOPHYTA)

C8: TẢO MẮT (EUGLENOPHYTA)

C9: TẢO LỤC (CHLOROPHYTA)

C10: TẢO ĐỘC

C1: ĐẠI CƯƠNG VỀ TẢO

1.1 Sơ lược lịch sử phát triển ngành tảo học 1.2 Tảo và các nhóm sinh vật liên quan

1.3 Phân loại

1.4 Sinh thái và phân bố

1.5 Tầm quan trọng của tảo

1.1 Sơ lược phát triển ngành tảo học

Tảo biển (rong) đã được lòai người dùng như thức ăn từ rất lâu Linneus (1753) đã mô tả bộ tảo

(algae) trong hệ thống phân lọai sinh vật.

Với sự giúp đỡ của các lọai kính hiển vi, hệ thống

phân lọai tảo ngày càng được hòan chỉnh.

Ở Việt Nam, những nghiên cứu đầu tiên được thực hiện bởi các nha kho học nước ngòai như

Loureiro (1793), Shirota (1963),… sau đó là các

nhà khoa học Việt Nam như Phạm Hòang Hộ

(1962), Dương Đức Tiến (1970),….

1.2 Tảo và các nhóm sinh vật liên quan

Tảo là nhóm thực vật bậc thấp có cấu tạo

đơn giản sống ở khắp mọi nơi.

Dựa vào nhiều đặc điểm khác nhau để phân

biệt tảo với các nhóm sinh vật khác

Tảo và vi khuẩn Tảo và nguyên sinh động vật Tảo và đài thực vật

Tảo và thực vật bậc cao

Vi khuẩn và tảo lam

Tế bào tảo lục và

trùng roi

(nguyê

n sinh động vật)

Lát cắt ngang tảo đỏ và thân thực vật bậc cao

Lớp

trong

Lớp ngòai

1.3 Phân loại

Phân loại tảo dựa vào các đặc điểm như:

Sắc tố Chất đường bột dự trữ Cấu trúc tế bào

Cấu trúc phân tử Hình dạng

Sinh thái

Các dạng chlorophyll

β-carotene,

fucoxanthin, siphonaxanthi

n, peridinin

phycocyanobilin, phycoerythrobilin

b Chất đường dự trữ

c Cấu trúc tế bào

Có 2 dạng chính: tiền tế bào (prokaryote) và tế bào thực (eukaryote)

Các dạng Chloroplast

a: tảo đỏ, b: tảo lục, c: tảo roi lệch, d: huyệt bào tảo

Caáu truùc roi

Ngành Roi Rhodophyta Không roi

Chlorophyta Roi trơn

Heterokontophyta Một trơn, một tơ cứng Haptophyta Roi trơn

Cryptophyta Roi có tơ cứng

Euglenophyta Roi có tơ mềm

c Cấu trúc phân tử

Tế bào tảo thực (eukaryote) có 3 nơi chứa thông tin di truyền là nhân, lục lạp, và ti thể

Thường sử dụng thông tin di truyền từ RNA của ribosome (trong lục lạp) để so sánh

c Hình dạng ngoài

Có các dạng chính sau:

Dạng hạt (coccoid) Dạng đơn bào có roi (monad) Dạng đơn bào biến đổi (amoeb) Dạng sợi (filament)

Dạng nhu mô (parenchymatous)

c Hình dạng ngoài

Rất đa dạng

c Hình dạng ngoài

Kích thước: từ vài μm đến hàng chục mét

d Các hình thức dinh dưỡng

Có thể chia thành 3 kiểu chính: tự dưỡng, dị dưỡng và hỗn dưỡng

Một số nhà phân lọai xếp tảo có khả năng dị

dưỡng sang ngành protozoa

Bên trong thylakoid

Tế bào chất

Chất trung gian

C trong đường

Dị dưỡng ở tảo sợi bám

e Các hình thức sinh sản

Có 3 dạng: Sinh sản dinh dưỡng

Sinh sản vô tính Sinh sản hữu tính

Đẳng giao

Dị giao Noãn giao

f Các kiểu vòng đời

5 Heterokontophyta (Tảo roi lệch)

6 Haptophyta (Tảo sợi bám)

7 Cryptophyta (Huyệt bào tảo)

8 Dinophyta (Tảo hai roi)

9 Euglenophyta (Tảo mắt)

10 Chlorarachniophyta

11 Chlorophyta (Tảo lục)

Các tiếp vị ngữ chỉ vị trí phân loại

Thí dụ: vị trí phân loại của tảo lam Oscillatoria

Ngành: Cyanophyta Lớp: Cyanophyceae Bộ: Oscillatoriales Họ: Oscillatoriaceae Giống: Oscillatoria

Loài: Oscillatoria limosa

C1: ĐẠI CƯƠNG VỀ TẢO

1.1 Sơ lược lịch sử phát triển ngành tảo học 1.2 Tảo và các nhóm sinh vật liên quan

1.3 Phân loại

1.4 Sinh thái và phân bố

1.5 Tầm quan trọng của tảo

1.4 Sinh thái và sự phân bố của

1.4 Sinh thái và sự phân bố của tảo

1.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố và phát triển của tảo

1.4.1.1 Các yếu tố vô sinh

- Các yếu tố hóa học Độ mặn

pH Các chất sinh dưỡng

Độ mặn

Mỗi nồng độ, thành phân muối thích hợp với các lòai tảo khác nhau

Nước ngọt, nước lợ, nước mặn, nước quá mặn

Nước biển Nước sông

Độ mặn (tt)

(<1 ‰)

Nước mặn (>30 ‰) Tảo lam (Cyanophyta) ++++ ++

Tảo đỏ (Rhodophyta) + ++++

Tảo khuê

(Bacillariophyceae) ++++ ++++ Tảo lục (Chlorophyta)

Các loài tảo khác nhau thích nghi ở các độ pH khác nhau

Spirulina: 7-9; Dunaliella: 4-7 Có thể phân chia thành nhóm ưa kiềm (alkaphilic) và nhóm ưa acid (acidophilic)

Tảo lam, tảo khuê: kiềm Tảo lục: acid

Sự thay đổi pH liên quan đến hệ thống đệm và hoạt động quang hợp

CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 ¯ 2H + + CO 3 2 ¯

chiều tăng pH

pH (tt)

Không khí

Nước

Nước Đáy

L ắ n g

H ò a t a n

pH (tt)

Hơi acid

Hệ thống đệm ở biển

pH tăng

Hơi acid

Các chất sinh dưỡng

Nồng độ các chất sinh dưỡng ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo, khoảng 20 nguyên tố cấu tạo nên tế bào tảo chia thành 2 nhóm:

Nguyên tố đa lượng (C, O, H, N, P, S, Ca,…) Nguyên tố vi lượng (Fe, Mn, Cu, Zn, B, )

Các chất sinh dưỡng (tt)

Đồ thị: Mối liên hệ giữa nồng độ chất sinh dưỡng và tốc độ tăng trưởng

Các chất sinh dưỡng (tt)

Đồ thị: Các loài khác nhau có nhu cầu chất sinh dưỡng khác nhau

Các chất sinh dưỡng (tt)

Các dạng sử dụng và con đường biến đổi nitrogen trong tế bào tảo

Màng tế bào

Các chất sinh dưỡng (tt)

Phospho: chỉ sử dụng dưới dạng phosphate (HPO 4 2- và H 2 PO 4 - )

Khi phospho vô cơ ít đi mà phospho hữu cơ nhiều thì tảo sẽ tiết enzym phosphatase

Phospho nhiều sẽ được trữ lại

Phospho trong nước có từ quá trình xói mòn đá hay các nguồn sinh học khác

Phospho chỉ thiếu ở các hồ ôn đới và vùng biển có nồng độ carbon cao

Các chất sinh dưỡng (tt)

Silic có từ xói mòn đá và hoà tan trong nước dưới dạng acid Si(OH) 4

1μmol Si(OH) 4 ~ 28 μg Si.l -1 ~ 60 μg SiO 2.l -1

Tảo khuê và một số loài tảo vàng ánh có vỏ bằng silic nên chỉ phát triển khi có silic

Các chất sinh dưỡng

Các nguyên tố vi lượng hiện diện với nồng độ khá cao nhưng ở dạng khó hấp thu, phải kết hợp với ‘chất kết’

Sắt (Fe) là một trong những ion cần thiết

nhất và thường được cung cấp đầy đủ

Mg và Zn có thể kích thích việc hấp thu 14 C

Nhu cầu về các nguyên tố đa lượng và vi

lượng khác nhau tùy theo từng loại tảo cũng như sự tương tác giữa các chất

Các chất sinh dưỡng (sự tương tác) (tt)

Aûnh hưởng của sự tương tác giữa các chất sinh dưỡng đến sự hiện diện các loài tảo (tỉ lệ N:P cao thì tảo lam chiếm ưu thế)

Cao Thấp

Ưu thế

Ưu thế

Cùng

- Các yếu tố vật lý

☯ Ánh sáng

☯ Nhiệt độ

☯ Chuyển động của nước

Aùnh sáng (tt)

Đồ thị: Sự khác biệt về cường độ chiếu sáng giữa

các loài khác nhau

Thích sáng (tảo lam, lục)

Thích tối (tảo nâu, đỏ)

Cường độ ÁS

Aùnh sáng (tt)

Mối quan hệ giữacường độ chiếusáng và độ sâu

Cường độ ÁS

Quan hệ giữa độ sâu và quang hơp (P), hô hấp (R)

Quang hơp (P),

Hô hấp (R)

Điểm bù trừ

Aùnh sáng (tt)

Sự hấp thụ ánh

sáng ở biển khơi

Độ sâu

Vàng

Đỏ

(Tảo lam, lục)

Tảo nâu, đỏ

Nhiệt độ

Mỗi loài có khoảng nhiệt độ thích hợp khác nhau

Gracilaria: 5-30 EC, tối hảo: 20-25 EC

Synechococcus: 74 EC ; Phormidium <0 EC Sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi loài ưu thế hay hình dạng ngoài

Ở vùng cực, dưới lớp tuyết, chỉ có một số loài tảo lam

Macrocystis ở vùng lạnh thì kích thước nhỏ lại

Chia thành nhóm rộng nhiệt và nhóm hẹp nhiệt

Rộng nhiệt: Chlorella 5-30 EC Hẹp nhiệt: Macrocystis 5-15 EC

Chuyển động của nước

Có thể chia thành hai loại thủy vực: nước đứng và nước chảy

Nước đứng: ao, hồ Nước chảy: sông, suối, đại dương

Chuyển động của nước (tt): thủy vực lớn Hai chuyển động chính là sóng và dòng chảy

Sóng là chuyển động lớp nước mặt ảnh hưởng đến tảo ven bờ và trôi nổi

Sóng mạnh: Bangia, Porphyra

Sóng yếu: Padina, Liagora

Dòng chảy là chuyển động cả khối nước theo hướng nhất định

Nước chuyển động mang theo sự thay đổi

chất dinh dưỡng theo chiều ngang cũnng

như theo độ sâu

Chuyển động của nước

1.4.1.2 Các yếu tố hữu sinh

Cung cấp thức ăn cho các loài khác Cạnh tranh

Cộng sinh Ký sinh Tác động của con người

Là thức ăn đầu tiên

ĐV tiêu thụ bậc cao

Hợp chất hòa tan

Mùn bã (TB chết)

Mùn bã (phân)

Sự cạnh tranh

Mức triều cao

Mức triều thấp

Sự cạnh tranh

Chất chiết xuất từ Dunaliella kìm hãm

sinh trưởng của Chlorella

Chất chiết xuất từ Dunaliella và Chlorella

kìm hãm VK Staphyllococcus aureus và

Sự cộng sinh

Cộng sinh cùng vi khuẩn

Cộng sinh cùng nấm

Cộng sinh trên thực vật: Tảo cùng tảo

Tảo cùng thực vật bậc cao Cộng sinh cùng động vật

Sự cộng sinh

Cộng sinh cùng nấm (địa y)

Sự cộng sinh

Sự cộng sinh

Sự cộng sinh

Sự cộng sinh

Cộng sinh cùng

cua

Sự ký sinh

Tảo kiù sinh trên thực vật: bán kiù sinh còn diêïp lục

và kí sinh thực sự Tảo kí sinh trên động vật: ngoại kí sinh

nội kí sinh

Sự ký sinh

Kí sinh ngòai trên

Sự ký sinh

Blastodinium

ký sinh trong copepod

Sự ký sinh

☯ Tác động của con người

Mặt tích cực: đa dạng hóa

tạo điều kiện phát triển lưu trữ gen

Mặt tiêu cực: gây ô nhiễm môi trường sống

làm mất cân bằng quần thể

☯ Tác động của con người

Dòng chảy Dòng chảy

Lắng tụ Xáo trộn bụi

Ảnh hưởng dòng khói bụi từ ống xả

e Tác động của con người

☯ Tác động của con người

☯ Tác động của con người

1.4.2 Sự phân bố của tảo trong các trú quán

1.4.2.1 Trú quán trên cạn

Trên lá cây Trên vỏ cây Trên vách đá Trong đất ẩm Trong không khí

Trên lá cây ( Trentepohlia, Phycopeltis ,…)

Trên vỏ cây (Pleurococcus, Phormidium,…)

Trên đá (Lyngbya, Phormidium, Ulva…)

1.4.2.2 Trú quán trong nước

Tảo có mặt trong tất cả các nguồn nước tự nhiên:

nước lạnh (tuyết), nước nóng (khoảng 70 ·C), nước có tính kiềm (pH=10), nước có tính acid (pH=1,8) Sinh vật sống trong tầng nước có các nhóm sau:

Necton: SV bơi chủ động Plankton: SV sống lơ lửng Neuston: SV sống dính vào mặt nước Benthos: SV sống bám đáy

Tảo chủ yếu ở nhóm plankton và benthos, chỉ vài loài thuộc về neuston, còn necton thì rất hiếm gặp

Phytoplankton: tảo sống lơ lửng

Plankton bao gồm phiêu sinh thực vật (phytoplankton), phiêu sinh động vật (zooplankton), vi khuẩn sống phiêu sinh (bacterioplankton) và một số ấu trùng các loài thủy sinh khác Tùy theo kích thước mà người ta chia thành các nhóm:

Picoplankton: <2 Fm Nanoplankton: 2-20 Fm Microplankton: 20-200 Fm Macroplankton: <200 Fm

Có một số loài tảo trong vòng đời có thể thay đổi cách sống từ phiêu sinh sang bám đáy hoặc ngược lại.

Phytoplankton: tảo sống lơ lửng (tt)

Tảo có trọng lượng nặng hơn nước nên để thích nghi với đời sống phiêu sinh chúng phải nhờ

đến sự xáo trộng của dòng nước hoặc có một vài khả năng đặc biệt để thích nghi như biến đổi trạng thái sinh lý hay hình dạng ngoài:

Tích lũy vật chất có trọng lượng thấp Hệ thống không bào khí (gas visicle) Tăng tỷ lệ diện tích tiếp xúc trên thể tích Hình thành roi bơi

Tích lũy vật chất có trọng lượng thấp

Hệ thống không bào khí (gas

visicle/vacuole )

Taêng tyû leä dieän tích tieáp xuùc treân theå tích

Hình thành roi bơi

Phytoplankton: tảo sống lơ lửng (tt)

Vùng Năng suất (gC/m 2 /năm) Biển nhiệt đới/ cận nhiệt đới 40

Vùng ven bờ không nước trồi 200

Vùng ven bờ nước trồi 300

Bảng: Năng suất PST ở các vùng biển (Nguồn: Sze, 1998)

Sự thay đổi mật độ PST

ở biển theo

vĩ độ

Vùng cực

Vùng ôn đới

Vùng nhiệt đới

Phytoplankton: tảo sống lơ lửng (tt)

Hồ Năng suất (gC/m 2 /năm) Hồ nghèo dinh dưỡng 15-50

Hồ dinh dưỡng trung bình 50-150

Hồ giàu dinh dưỡng 150-500

Bảng: Năng suất PST ở các hồ nước ngọt (Nguồn: Sze, 1998)

Phytoplankton: tảo sống lơ lửng (tt)

Sự thay đổi loài ưu thế ở hồ nhiệt đới

Tảo khuê Tảo lục Tảo lam Tảo hai roi

Thời gian (dinh dưỡng giảm )

Phytobenthos: tảo sống bám đáy

Có thể phân chia thành tảo bám (periphyton) hay tảo đáy (phytobenthos).

Nhóm tảo này sống ở điều kiện nước chảy nhiều hơn

Ở thủy vực nước ngọt: tảo khuê lông chim

(Navicula, Nitzschia, Diatoma, Gyrosigma,….), tảo lục (Cladophora, Oedogonium, Spirogyra, ……) tảo lam (Oscillatoria, Lyngbya, Phormidium,….) chiếm

ưu thế.

Ở biển, sóng ảnh hưởng đáng kể đến tảo bám,

thành phần chủ yếu là tảo đỏ và tảo nâu như:

Bangia, Porphyra, Fucus, Laminaria,…

Phytobenthos: tảo sống bám đáy (tt)

Phytobenthos: tảo sống bám đá (tt)

Tảo sống mặt nước (Neuston algae)

Chỉ một số ít loài thuộc tảo vàng sống ngay trên mặt nước và có những thích ứng đặc biệt:

Chrysotylos: trên mặt nước

Krematochrysis: dưới mặt nước

Ngoài ra, một số loài thuộc tảo lam như Oscillatoria

hay tảo lục như Spyrogyra có dạng sợi nhưng làm

thành nùi nổi trên mặt nước nhờ các bọt nước hoặc tảo mắt như Euglena tạo thành lớp váng màu vàng đỏ

1.5 Tầm quan trọng của tảo

1.5.1 Vai trò của tảo trong thiên nhiên

1.5.1.1 Đối với sự cân bằng vật chất sống

Tảo là một trong những thành phần sống của hệ

sinh thái, chúng liên hệ với các thành phần khác qua việc tham gia vòng tuần hoàn vật chất.

Tảo cùng với các sinh vật tự dưỡng khác đóng vai trò mắt xích đầu tiên của chuỗi thức ăn.

Tham gia cân bằng vật chất bằng số lượng phát

triển được biểu thị qua sinh khối (lượng tảo có

trong thủy vực ở một thời điểm nhất định – g/m 3

hay T/ha) và năng suất sinh học (lượng tảo sinh ra trong một khoảng thời gian xác định – g/m 2 /năm)

1.5.1.1 Đối với sự cân bằng vật chất sống

Vật chất sống và không sống

1.5.1.1 Đối với sự cân bằng vật chất sống (tt)

Bậc dinh dưỡng

Chuỗi thức ăn

Tảo khuê Giáp xác nhỏ Cá cơm

1.5.1.2 Đối với sự cân bằng oxygen trong thủy vực

Trong thủy vực, tảo là một sinh vật sản xuất oxy tự

do rất cần thiết cho các hoạt động sống của các sinh vật khác như các loài giáp xác nhỏ, các loài cá, các

loài nhuyễn thể,…ngoài ra, tảo còn là nơi trú ngụ cho một số sinh vật khác.

Tham gia cân bằng oxy trong khí quyển qua việc tạo oxy ở lớp nước mặt để trao đổi oxy với không khí

1.5.1.4 Đối với vấn đề ô nhiễm

Nhiều loài tảo cùng với các vi sinh vật, nấm

tham gia vào quá trình tự làm sạch thủy vực qua việc hấp thu các chất hữu cơ, muối kim loại nặng, các chất phóng xạ (Chlorella,

(Microcystis, Anabaena, Gymnodinium,

Gonyaulax,…)

1.5.1.4 Đối với sự ô nhiễm môi trường (tt)

1.5.1.4 Đối với vấn đề ô nhiễm (tt)

1.5.1.4 Đối với vấn đề ô nhiễm (tt)

1.5.2 Ý nghĩa kinh tế

1.5.2.1 Vấn đề thực phẩm

Ngày nay, con người dùng 170 loài tảo làm

thức ăn (phần lớn là tảo đỏ, ngoài ra còn có tảo nâu, tảo lục, tảo lam).

Tảo có giá trị dinh dưỡng cao vì chúng chứa nhiều khoáng, vitamin, glucid và protein dễ tiêu hoá.

Một số loài tảo được dùng làm thức ăn cho

các loài động vật (Macrocystis, Rhodymeria,

Pelvetia,…)

Tảo còn làm phân bón

1.5.2.1 Vấn đề thực phẩm (tt)

1.5.2.1 Vấn đề thực phẩm (tt)

1.5.2.1 Vấn đề thực phẩm (tt)

Phân bón

1.5.2.2 Nguồn nguyên liệu cho công nghiệp

Tảo đỏ Agar (Gracilaria, Gelidium, Hypnum,…)

Carragheen (Chondrus) Tảo nâu Alginat (Nereocystis, Macrocystis,…)

Tảo khuê Diatomite

1.5.2.2 Nguoàn nguyeân lieäu cho coâng nghieäp

Agar

1.5.2.2 Nguoàn nguyeân lieäu cho coâng nghieäp

Carragheen

1.5.2.2 Nguoàn nguyeân lieäu cho coâng nghieäp

Alginat

1.5.2.2 Nguoàn nguyeân lieäu cho coâng nghieäp

Diatomite

1.5.2.2 Nguoàn nguyeân lieäu cho coâng nghieäp

1.5.3 Tảo trong y học

Tảo biển thường được sử dụng với các đặc tính:

Tăng cường chất khoáng Điều hoà sự biến dưỡng Giảm bớt lượng mỡ

Chống sự già cỗi Kích thích tuần hoàn Bảo vệ và chống viêm đường ruột

1.5.3 Tảo trong y học

1.5.3 Tảo trong y học

1.5.4 Tảo là chỉ thị sinh học

Một số loài rất nhạy cảm với sự thay đổi môi trường nên có thể dùnh tảo như sinh vật chỉ thị.

Xét mức độ ô nhiễm qua thành phần và số lượng tảo hiện diện trong thủy vực.

Kolkwitz và Masson (1908) đánh giá mức độ ô nhiễm dựa vào 300 loài vi khuẩn, nấm và tảo.

Ô nhiễm ít (oligotrophic): đa dạng nhưng số luợng ít

Ô nhiễm vừa (mesotrophic)

Ô Nhiễm nặng (polytrophic): số loài ít nhưng số lượng nhiều

1.5.4 Tảo là chỉ thị sinh học

Nước sạch Nước ngọt ô

nhiễm Nước lợ ô nhiễm Gây mùi và vị khó chịu

Ankistrodesmu

s

Anabaena Amphidinium Aphanizomeno

n Calothrix Clamydomonas Asterionella Anabaena

Chromulina Chlorella Chaetoceros Asterionella

Chrysococcus Clorococcum Codium Ceratium

Cladophora Chlorogonium Enteromorpha Dinobryon

Cocconeis Euglena Melosira Hydrodyction

Cyclotella Gomphonema Nannochloris Mallomonas

Micrasterias Lyngbya Nitzschia Nitella