Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến đặc điểm sinh học của loài vi tảo lục pediastrum sp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN THỊ KIỀU THẢO KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA LOÀI VI TẢO LỤC PEDIASTRUM SP Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8420114 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THỰC NGHIỆM Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Minh Lý Đà Nẵng – Năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Trần Thị Kiều Thảo LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, biết cố gắng riêng thân chưa đủ mà cịn nhờ vào giúp đỡ từ gia đình, thầy bạn bè Vì vậy, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người đồng hành suốt thời gian thực đề tài Cảm ơn Ba Má thương yêu, tin tưởng tạo điều kiện tốt để yên tâm học tập nghiên cứu Cảm ơn gia đình cạnh con, làm chỗ dựa tinh thần vững cho con! Cảm ơn TS Nguyễn Minh Lý – người giúp em thấy yêu nghề chọn, người thật hiểu rõ mạnh em định hướng cho em theo mảng nghiên cứu phù hợp với khả yêu thích mình! Cảm ơn TS Trịnh Đăng Mậu – người ln tận tình giúp đỡ em, người nhiều lần “cứu” em em đứng trước thời điểm khó khăn q trình thực đề tài! Cảm ơn em sinh viên phòng Sinh học Tảo Sinh học phân tử ủng hộ động viên tơi q trình thực đề tài sẵn sàng giúp đỡ cần Đặc biệt, cảm ơn anh chồng đồng hành chỗ dựa vững để yên tâm thực đề tài hỗ trợ rất nhiều để giúp luận văn thêm trọn vẹn! Cảm ơn thầy cô giảng dạy trang bị cho em tảng kiến thức vững để em mạnh dạn thực đề tài này! Khơng biết nói hơn, con/em/tơi xin chân thành cảm ơn! KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA LOÀI VI TẢO LỤC PEDIASTRUM SP Ngành: Sinh học thực nghiệm Họ tên học viên: Trần Thị Kiều Thảo Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Minh Lý Cơ sở đào tạo: Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Pediastrum duplex (P duplex) loài vi tảo lục nước có hình dạng đặc trưng, phát triển theo dạng tập đoàn định số P duplex xem loài thị tốt cho biến đổi bất thường môi trường nhờ nhạy cảm phản ứng trước áp lực đa dạng, từ thay đổi cấu trúc quần thể, tăng giảm tốc độ sinh trưởng đến thay đổi hình thành tập đồn định số hay biến dạng hình thái tế bào Nghiên cứu tiến hành với mục tiêu khảo sát ảnh hưởng số yếu tố môi trường (độc chất Chì, độ pH, nhiệt độ) đến đặc điểm sinh học P duplex để bổ sung liệu khoa học phản ứng loài vi tảo áp lực từ môi trường sống Kết nghiên cứu cho thấy tốc độ sinh trưởng tảo bị giảm đáng kể môi trường nuôi phơi nhiễm với nồng độ chì từ 0,8 đến 2,4 µmol/L (từ 0,164 ± 0,009 /ngày xuống 0,027 ± 0,024/ngày) tăng nhiệt độ từ 25oC đến 32oC (từ 0,088 ± 0,007/ngày xuống cịn 0,039 ± 0,006/ngày), cịn độ pH tảo sinh trưởng mạnh pH=6 (đạt 0,127 ± 0,016 /ngày) nghiệm thức cịn lại tảo sinh trưởng với tốc độ chậm tương đương Chu kỳ sống tảo bị ảnh hưởng, thể qua thay đổi cấu trúc quần thể Cụ thể, nồng độ chì mơi trường ni càng cao mức nhiệt độ cao 25oC, tảo bị ức chế khiến chuyển trạng thái chậm, chí bị ức chế mạnh mặt sinh sản tăng số lượng Bên cạnh đó, nghiên cứu hàm lượng chlorophyll a tích lũy tế bào có xu hướng tăng mạnh nhiệt độ tăng môi trường nuôi bị phơi nhiễm với nồng độ chì cao Dựa vào kết này, đề xuất tiếp tục khảo sát nhiều yếu tố mơi trường (ví dụ UV, độ mặn, ) kết hợp yếu tố có ảnh hưởng để đưa dẫn liệu toàn diện thay đổi vi tảo trước tác động biến đổi khí hậu hoạt động sống người Từ khóa: Pediastrum duplex, đặc điểm sinh học, cấu trúc quần thể, nồng độ chì, độ pH, nhiệt độ Xác nhận giáo viên hướng dẫn Người thực đề tài TS Nguyễn Minh Lý Trần Thị Kiều Thảo INVESTIGATING THE EFFECTS OF SOME ENVIRONMENTAL FACTORS ON BIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF MICROALGAE PEDIASTRUM SP Major: Experimental biology Full name of Master student: Tran Thi Kieu Thao Supervisors: Nguyen Minh Ly, Ph.D Training institution: The University of Da Nang – University of Education Abstract: Pediastrum duplex (P duplex) is a freshwater green microalgae which has typical morphological traits and develops as a coenobial colony P duplex is considered as one of the best bioindicators for abnormal changes in the surrounding environment thanks to its sensitivity and diverse responses to environmental stress, from population structure modification, increasing/decreasing growth rate to changes in colony formation or distortion of cell morphology This study is conducted to investigate effects of some environmental factors (Lead, pH, temperature) on biological characteristics of P duplex in order to provide scientific information on how microalgae respond to environmental stress The results indicated that growth rate of the algae decreased significantly in treatments with 0,8 2,4 µmolPb/L (from 0,164 ± 0,009 /day down to 0,027 ± 0,024/day) and treatments with increased temperatures (from 0,088 ± 0,007/day at 25oC down to 0,039 ± 0,006/day at 32oC) In experiments with pH, the microalgae showed the best growth in pH=6 treatment with 0,127 ± 0,016 /day Life cycle of the P duplex was also affected, expressed by changes in population structure Specifically, it was recorded that the higher Pb concentration in the medium, the lower the transformation of the colony, with the algae’s reproduction being even strongly inhibited Besides, this research also demonstrated that Chl-a concentration accumulated in algae cells tended to be elevated in stress conditions Based on this, we suggest continuing other studies with different factors such as UV, Salinity… and combination of those if possible to have a more comprehensive perspective of microalgae’s responses to impacts from climate change and human activities Key words: Pediastrum duplex, biological characteristics, population structure, lead, pH, temperature Supervisor's confirmation Nguyen Minh Ly PhD Student Tran Thi Kieu Thao DANH MỤC BẢNG CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 2.1 Các nghiệm thức thí nghiệm 23 2.2 Một số mồi thị phân tử ISSR chọn lọc để đánh giá di truyền vi tảo lục Pediastrum duplex 27 2.3 Một số mồi thị phân tử RAPD chọn lọc để đánh giá di truyền vi tảo lục Pediastrum duplex 27 3.1 Giá trị trung bình thơng số hình thái tế bào tảo theo giai đoạn 30 3.2 Kết sàng lọc mồi dựa thị phân tử ISSR 41 3.3 Kết sàng lọc mồi dựa thị phân tử RAPD 43 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình Trang 1.1 Pediastrum duplex 2.1 Cách đo đạc thơng số hình thái 24 3.1 Sự phân nhóm giai đoạn tế bào tảo Pediastrum duplex theo thơng số hình thái 29 3.2 Hình dạng tế bào tảo qua giai đoạn 31 3.3 Mật độ vi tảo Pediastrum duplex môi trường nuôi khác nồng độ kim loại nặng (Pb) 32 3.4 Tốc độ sinh trưởng vi tảo Pediastrum duplex môi trường nuôi khác nồng độ kim loại nặng (Pb) 34 3.5 Xu hướng thay đổi cấu trúc quần thể vi tảo Pediastrum duplex môi trường khác nồng độ kim loại nặng (Pb) 36 3.6 Hàm lượng chl-a tế bào tảo nghiệm thức vào ngày thứ 14 thí nghiệm 38 3.7 Hình thái đặc trưng tế bào vào ngày kết thúc thí nghiệm với kim loại nặng (Pb) 40 3.8 Kết PCR vùng ISSR 59 dựa thị phân tử ISSR 42 3.9 Kết PCR vùng OPC-04 dựa thị phân tử RAPD 44 3.10 Mật độ vi tảo Pediastrum duplex môi trường nuôi khác độ pH 45 3.11 Tốc độ sinh trưởng vi tảo Pediastrum duplex môi trường nuôi khác pH 46 3.12 Hình thái đặc trưng tế bào vào ngày kết thúc thí nghiệm với pH 48 Số hiệu Tên hình Trang 3.13 Cấu trúc quần thể vi tảo Pediastrum duplex theo thời gian nghiệm thức pH khác 49 3.14 Hàm lượng chl-a tế bào tảo nghiệm thức pH vào ngày thứ 12 thí nghiệm 50 3.15 Mật độ vi tảo Pediastrum duplex môi trường nuôi khác nhiệt độ 51 3.16 Tốc độ sinh trưởng vi tảo Pediastrum duplex môi trường nuôi khác nhiệt độ 52 3.17 Hình thái đặc trưng tế bào vào ngày kết thúc thí nghiệm với nhiệt độ 54 3.18 Cấu trúc quần thể vi tảo Pediastrum duplex theo thời gian nghiệm thức nhiệt độ khác 55 3.19 Hàm lượng chl-a tế bào tảo nghiệm thức nhiệt độ vào ngày thứ 12 thí nghiệm 57 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát 2.2 Mục tiêu cụ thể 3 Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung vi tảo Pediastrum 4 1.1.1 Vị trí phân loại phân bố Pediastrum duplex 1.1.2 Đặc điểm hình thái đặc điểm sinh học 1.2 Ảnh hưởng yếu tố môi trường vi tảo 1.2.1 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến đặc điểm sinh học vi tảo 1.2.2 Ảnh hưởng yếu tố mơi trường đến hình thái vi tảo 1.3 Tình hình nghiên cứu vi tảo Pediastrum 13 17 1.3.1 Phản ứng loài Pediastrum đến biến đổi môi trường 17 1.3.2 Các ứng dụng từ phản ứng loài Pediastrum duplex trước tác động từ môi trường 20 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Vật liệu 22 2.2 Nội dung nghiên cứu 22 2.3 Thời gian địa điểm nghiên cứu 22 2.4 Phương pháp nghiên cứu 22 2.4.1 Phương pháp thu mẫu 22 2.4.2 Phương pháp phân lập 23 2.4.3 Bố trí thí nghiệm 23 2.4.4 Số hóa số liệu trắc sinh học hình dạng học 24 2.4.5 Phương pháp xác định tốc độ sinh trưởng, hàm lượng sắc tố 25 2.4.6 Phương pháp xác định biến đổi di truyền thị phân tử 26 2.4.7 Phương pháp phân tích số liệu 28 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 29 3.1 Sự khác biệt hình thái tế bào Pediastrum duplex giai đoạn khác quần thể 29 3.2 Ảnh hưởng kim loại nặng (Pb) đến đặc điểm sinh học vi tảo Lục Pediastrum duplex 32 3.2.1 Ảnh hưởng kim loại nặng (Pb) đến sinh trưởng tảo 32 3.2.2 Ảnh hưởng kim loại nặng (Pb) cấu trúc quần thể tảo 35 3.2.3 Ảnh hưởng kim loại nặng (Pb) đến Chl-a vi tảo 38 3.2.4 Ảnh hưởng kim loại nặng (Pb) đến đặc điểm đặc điểm di truyền vi tảo Lục Pediastrum duplex 41 3.3 Ảnh hưởng độ pH đến đặc điểm sinh học vi tảo Lục Pediastrum duplex 45 3.3.1 Ảnh hưởng độ pH đến sinh trưởng vi tảo 45 3.3.2 Ảnh hưởng pH đến thay đổi cấu trúc quần thể 49 3.3.3 Ảnh hưởng pH đến hàm lượng Chl-a vi tảo 50 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đặc điểm sinh học vi tảo Lục Pediastrum duplex 51 3.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến sinh trưởng vi tảo 51 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến thay đổi cấu trúc quần thể 55 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng Chl-a vi tảo 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 Kết luận 58 Kiến nghị 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO increased symmetric shape variation and asymmetry related to lead exposure in the freshwater green alga Micrasterias compereana Ecol Indic, 111, 106054 40 Oksanen J., Blanchet F.G., Kindt R et al (2013) Package “vegan.” Community Ecol Package Version, 2(9), 1–295 41 Ono E and Cuello J.L (2007) Carbon dioxide mitigation using thermophilic cyanobacteria Biosyst Eng, 96(1), 129–134 42 Paliwal C., Mitra M., Bhayani K et al (2017) Abiotic stresses as tools for metabolites in microalgae Bioresour Technol, 244, 1216–1226 43 Perales-Vela H.V., Peña-Castro J.M., and Canizares-Villanueva R.O (2006) Heavy metal detoxification in eukaryotic microalgae Chemosphere, 64(1), 1–10 44 Qiu R., Gao S., Lopez P.A et al (2017) Effects of pH on cell growth, lipid production and CO2 addition of microalgae Chlorella sorokiniana Algal Res, 28, 192–199 45 Rai L.C and Mallick N (1993) Heavy metal toxicity to algae under synthetic microcosm Ecotoxicology, 2(4), 231–242 46 Ras M., Steyer J.-P., and Bernard O (2013) Temperature effect on microalgae: a crucial factor for outdoor production Rev Environ Sci Biotechnol, 12(2), 153–164 47 Rasband W.S., ImageJ U.S., and Health N.I of (1997) Bethesda Md Usa, 2012, 1–2 48 Ratkowsky D.A., Lowry R.K., McMeekin T.A et al (1983) Model for bacterial culture growth rate throughout the entire biokinetic temperature range J Bacteriol, 154(3), 1222–1226 49 Richmond A (2004) Principles for attaining maximal microalgal productivity in photobioreactors: an overview Asian Pac Phycol 21st Century Prospects Chall, 33–37 50 Rizwan M., Mujtaba G., Memon S.A et al (2018) Exploring the potential of microalgae for new biotechnology applications and beyond: a review Renew Sustain Energy Rev, 92, 394–404 51 Rohlf F.J (2010) tpsDig v2 16 Free Softw Available Available Httpmorphometrics Orgmorphmet Html Accessed June 22 2011 52 Rojo C., Segura M., Rodrigo M.A et al (2009) Factors controlling the colonial structure of Pediastrum tetras (Chlorophyceae) Hydrobiologia, 617(1), 143–155 53 Salvucci M.E and Crafts-Brandner S.J (2004) Relationship between the heat tolerance of photosynthesis and the thermal stability of Rubisco activase in plants from contrasting thermal environments Plant Physiol, 134(4), 1460–1470 54 Salvucci M.E and Crafts-Brandner S.J (2004) Inhibition of photosynthesis by heat stress: the activation state of Rubisco as a limiting factor in photosynthesis Physiol Plant, 120(2), 179–186 55 Sarmaja-Korjonen K., Seppänen A., and Bennike O (2006) Pediastrum algae from the classic late glacial Bølling Sø site, Denmark: response of aquatic biota to climate change Rev Palaeobot Palynol, 138(2), 95–107 56 Sukenik A., Carmeli Y., and Berner T (1989) Regulation of fatty acid composition by irradiance level in the eustigmatophyte Nannochloropsis sp J Phycol, 25(4), 686–692 57 Trainor F.R., Rowland H.L., Lylis J.C et al (1971) Some examples of polymorphism in algae Phycologia, 10(1), 113–119 58 Visviki I and Santikul D (2000) The pH tolerance of Chlamydomonas applanata (Volvocales, Chlorophyta) Arch Environ Contam Toxicol, 38(2), 147–151 59 Voigt J and Münzner P (1994) Blue light-induced lethality of a cell wall-deficient mutant of the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii Plant Cell Physiol, 35(1), 99–106 60 Weisse T and Stadler P (2006) Effect of pH on growth, cell volume, and production of freshwater ciliates, and implications for their distribution Limnol Oceanogr, 51(4), 1708–1715 61 West-Eberhard M.J (1989) Phenotypic plasticity and the origins of diversity Annu Rev Ecol Syst, 249–278 62 Wijffels R.H and Barbosa M.J (2010) An outlook on microalgal biofuels Science, 329(5993), 796–799 63 Wu N., Dong X., Liu Y et al (2017) Using river microalgae as indicators for freshwater biomonitoring: Review of published research and future directions Ecol Indic, 81, 124–131 ... sinh học 1.2 Ảnh hưởng yếu tố môi trường vi tảo 1.2.1 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến đặc điểm sinh học vi tảo 1.2.2 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến hình thái vi tảo 1.3 Tình hình nghiên cứu vi tảo. .. ơn! KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA LOÀI VI TẢO LỤC PEDIASTRUM SP Ngành: Sinh học thực nghiệm Họ tên học vi? ?n: Trần Thị Kiều Thảo Người hướng dẫn khoa học: ... nặng (Pb) đến đặc điểm đặc điểm di truyền vi tảo Lục Pediastrum duplex 41 3.3 Ảnh hưởng độ pH đến đặc điểm sinh học vi tảo Lục Pediastrum duplex 45 3.3.1 Ảnh hưởng độ pH đến sinh trưởng vi tảo 45