bài giảng đa dạng sinh học

Đó là sự đa dạng về thành phần gene giữa các cá thể trong cùng một loài và giữa các loài khác nhau; là sự đa dạng về gene có thể di truyền được trong một quần thể hoặc giữa các quần thể.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐA DẠNG SINH HỌC

HÀ NỘI – 2008

Sự sống trên trái đất phụ thuộc vào tính đa dạng sinh học để duy trì những chức năng sinh thái để điều hoà nguồn nước và chất lượng, khí hậu, sự màu mỡ của đất đai, và những nguồn tài nguyên có thể canh tác Chúng ta phụ thuộc vào các loài

tự nhiên để tìm ra những tố chất hoá học mới có thể dùng làm thuốc và kiểm soát sâu bọ và cải thiện được mùa màng và chăn nuôi Ở châu Á nhiệt đới, nhiều người hầu như hoàn toàn phụ thuộc vào đa dạng sinh học, và vì vậy tài sản cho hiện tại và tương lai của khu vực phải được bảo vệ

Đa dạng di truyền là tất cả các gene di truyền khác nhau của tất cả các cá thể thực vật, động vật, nấm, và vi sinh vật Đa dạng di truyền tồn tại trong một loài và giữa các loài khác nhau Đó là sự đa dạng về thành phần gene giữa các cá thể trong cùng một loài và giữa các loài khác nhau; là sự đa dạng về gene có thể di truyền được trong một quần thể hoặc giữa các quần thể Bên cạnh đó nó còn biểu hiện sự

đa dạng của các biến dị có thể di truyền trong một loài, một quần xã hoặc giữa các loài, các quần xã Xét cho cùng, đa dạng di truyền chính là sự biến dị của sự tổ hợp trình tự của bốn cặp bazơ cơ bản, thành phần của axit nucleic, tạo thành mã di truyền

Đa dạng loài là cơ sở của đa dạng sinh học Hiện nay, đa dạng sinh học trên thế giới đang suy giảm nghiêm trọng, sự biến mất của các loài chính là minh chứng

do nét nhất cho sự suy giảm đó Theo một đánh giá về số loài đã tồn tại trên trái đất thì có đến 99,9% số loài đa bị tuyệt chủng Hay nói một cách khác, số các loài động vật, thực vật, vi sinh vật hiện có chỉ chiếm 0,1% tổng số loài đã từng sống trên hành tinh

Khác với các cuộc tuyệt chủng hàng loạt trong quá khứ, xảy ra chủ yếu do các hiện tượng thiên nhiên, tuyệt chủng hiện nay chủ yếu do con người Cứ 100 loài

bị tuyệt chủng thì có đến 99 loài là do con người Ngoài ra, theo sau các cuộc tuyệt chủng hàng loạt trong quá khứ là sự hình thành loài mới để bù đắp cho số loài bị mất đi, còn sự tuyệt chủng hàng loạt giai đoạn hiện nay không kèm theo sự hình

Theo hiểu biết hiện nay, trên thế giới có thể còn từ 5 - 100 triệu loài đang tồn tại (con số chắc chắn là khoảng 12,5 triệu loài); trong đó, 1,7 triệu loài đã được mô tả; số loài lớn nhất có lẽ là côn trùng (xem bảng 1) Thống kê số lượng các loài trên trái đất theo nhiều nguồn khác nhau nên cũng khác nhau

Cuộc sống của chúng ta hoàn toàn phụ thuộc vào các hệ sinh thái (HST) để tồn tại: từ nước chúng ta uống đến lương thực chúng ta ăn; từ biển cả cung cấp cho chúng ta những sản phẩm phong phú đến đất để chúng ta xây dựng nhà cửa Các HST cho ta hàng hoá và dịch vụ mà cuộc sống chúng ta không thể thiếu Các HST lọc sạch không khí và nước, duy trì đa dạng sinh học, phân huỷ và tái quay vòng các chất dinh dưỡng, cũng như đảm bảo vô số các chức năng quan trọng khác

Tuy nhiên, các HST vẫn đang bị con người xâm phạm ngày càng nghiêm trọng Trên khắp thế giới, con người sử dụng quá mức và lạm dụng các HST quan trọng, từ các rừng mưa nhiệt đới cho tới các rạn san hô, đồng cỏ, thảo nguyên gây suy thoái và phá huỷ các HST Điều đó đã làm ảnh hưởng tới cuộc sống tự nhiên, thể hiện ở con số các loài bị đe doạ hay bị tuyệt chủng, đồng thời gây hại đến các lợi ích của con người qua việc làm cạn kiệt dòng tài nguyên mà chúng ta sống phụ thuộc Cuộc sống nghèo khổ đã buộc nhiều người phải huỷ hoại các HST mà họ sống nhờ vào, ngay cả khi họ hiểu rằng, họ đang chặt cây hay bắt cá tới mức chúng không thể phục hồi được Lòng tham hay sự táo tợn, sự không hiểu biết hay vô ý đều đẩy con người đến chỗ không đếm xỉa đến những giới hạn của tự nhiên để duy trì các HST

Khó khăn lớn nhất vẫn là con người ở mọi tầng lớp xã hội, từ những người dân bình thường đến các nhà hoạch định chính sách, không có khả năng tận dụng nguồn tri thức hiện có hoặc thiếu các thông tin căn bản về điều kiện thực tế và xu hướng phát triển trong tương lai xa của các HST Điều đó sẽ dẫn tới các HST có nguy cơ bị phá huỷ gây ra những hậu quả nặng nề chưa từng thấy đối với quá trình phát triển kinh tế và cuộc sống của con người Ngày nay, nhiều quốc gia đang trải qua những tác động do suy thoái các HST gây ra dưới rất nhiều hình thức: lũ lụt, hạn hán, mất mùa, thiếu lương thực thực phẩm, ô nhiễm môi trường, biến đổi khí

hậu, Vấn đề là chúng ta lại biết quá ít về toàn bộ tình trạng các HST của Trái đất Chúng ta cần phải hiểu các HST của Trái đất tồn tại ra sao? Chúng ta có thể quản lý như nào để các HST vẫn duy trì tình trạng tốt và có hiệu suất trước những yêu cầu ngày càng tăng của con người?

Việt Nam với tổng diện tích 330541 km2 trải dài từ vĩ độ 8o25‟ đến 23o24‟ vĩ

độ Bắc, giáp biển Đông Sự khác biệt lớn về khí hậu từ vùng xích đạo đến giáp vùng cận nhiệt đới cùng sự đa dạng về địa hình đã tạo nên sự đa dạng về thiên nhiên với khu hệ động thực vật vô cùng phong phú về thành phần loài Theo các tài liệu thống kê, Việt Nam là một trong số 25 nuớc có mức độ đa dạng sinh học lớn nhất thế giới và xếp thứ 16 về mức độ sinh học (chiếm 6,5% số loài có trên thế giới, xem bảng 3)

Tuy nhiên, Việt Nam cũng chính là một trong những nước mà đa dạng sinh học chịu áp lực lớn nhất của các hoạt động phát triển của con người Trải qua nhiều năm chiến tranh, những năm nghèo đói và nhiều năm kinh tế phát triển mạnh mẽ cộng với sự gia tăng dân số rất nhanh sau chiến tranh, môi trường sinh thái nói chung và đa dạng sinh học nói riêng ở Việt Nam bị tàn phá nặng nề Điển hình là diện tích rừng giảm mạnh, tỷ lệ che phủ giảm từ 45% trước năm 1945 xuống còn 23% những năm 1980 Trong những năm gần đây, tỷ lệ che phủ rừng có được nâng lên, công tác bảo vệ đa dạng sinh học có tiến bộ nhưng những mất mát là khó có thể

bù đắp

PHẦN I: ĐA DẠNG DI TRUYỀN

CHƯƠNG 1: GENE VÀ ĐỘT BIẾN GENE

1 TỔNG QUAN VỀ GENE

1.1 Định nghĩa gene

Khái niệm về gene đã trải qua 4 giai đoạn phát triển chính:

Thời Mendel (1865), gene được hiểu như yếu tố bên trong, quyết định sự hình thành và phát triển một tính trạng bên ngoài Còn về cách vận động thì gene vận động từ thế hệ này sang thế hệ kia theo quy luật vận động của nhiễm sắc thể trong giảm phân, mặc dù khi đó người ta chưa biết nhiễm sắc thể và giảm phân là

gì Vì vậy, có thể nói mỗi gene Mendel là một nhiễm sắc thể

Năm 1909, W Johannsen đã đưa ra khái niện về ”gene” như một đơn vị di truyền tách biệt, được phát hiện trong thí nghiệm phân tích lai của G Mendel Theo Johannsen thì: ”nhiều tính trạng của cơ thể được xác định bởi những mầm mống đặc biệt, tách biệt và độc lập, nói ngắn gọn hơn là bởi những cái mà chúng ta gọi là gene” Quan niệm đó về gene tồn tại suốt cả giai đoạn phát triển của di truyền học kinh điển

Theo trường phái Morgan (1926) cho rằng: không phải một gene mà nhiều gene cùng nằm trên một nhiễm sắc thể và là các đơn vị không thể chia nhỏ hơn được nữa Các đơn vị đó là:

+ Đơn vị đột biến, nghĩa là gene bị biến đổi như một tổng thể hoàn chỉnh + Đơn vị tái tổ hợp, nghĩa là trao đổi chéo không bao giờ diễn ra ở bên trong gene, mà chỉ có thể diễn ra giữa các gene

+ Đơn vị chức năng, nghĩa là tất cả các đột biến của một gene cùng làm biến đổi một chức năng di truyền; điều này thể hiện ở chỗ, hai thể đột biến khác nhau nếu đem lai với nhau thì không thể cho kiểu hình bình thường mà cho kiểu đột biến

Theo giả thuyêt ”một gene – một enzim” của G.Beadle và E.Tatum (1940) cho rằng mỗi gene quyết định sự tồn tại và hoạt tính của một enzim

Với sự phát triển của khoa học ngày nay, gene đã được định nghĩa là đoạn ADN có chiều dài đủ lớn (trung bình

khoảng 1000-2000 bazo) để có thể xác

định một chức năng Chức năng sơ cấp

của gene được xác định bởi một sợi

polypeptid, không nhất thiết là cả một

enzim Các gene nằm trên nhiễm sắc

thể ở trong nhân tế bào và xếp thành

hàng trên nhiễm sắc thể, gọi là locut

1.2 Cấu trúc của Gene

1.2.1 Cấu trúc hóa học của gene

Sợi ADN được cấu thành từ các đơn phân, gọi là các nucleotit, có 4 loại nucleotit: Adênin, Guanin, Cytosin, Thyamin Trình tự sắp xếp của chúng trên gene quyết định chức năng của gene

Mỗi nucleotit (Nu) có khối lượng phân tử trung bình là 300 đvC, gồm 3 thành phần: đường Deoxiribo, axit photphoric và bazơ nitric Nu có chứa các nguyên tố: C,

H, O, N, P

Hình 1.1 Một đoạn gene trong nhiễm sắc thể

Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của gene

Gene thể hiện hiệu quả của mình thông qua sản phẩm do chúng sinh ra Sản phẩm trực tiếp của gene là axit ribonucleic – ARN

Thành phần hóa học của ARN gần giống ADN, chỉ khác ở chỗ trong ARN thì Thyamin được thay thế bằng Uracil Phân tử ARN của một số gene có thể tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của cơ thể Tuy nhiên, phần lớn ARN được dùng làm khuôn mẫu và vận chuyển axit amin trong quá trình tổng hợp protein

Protein là các chuỗi bao gồm các đơn vị nhỏ là axit amin, và trình tự các bazơ trong ARN quyết định trình tự các axit amin trong protein theo quy luật của

mã di truyền Trình tự của các axit amin trong protein quyết định vai trò của protein

là tham gia vào thành phần cấu trúc của cơ thể hay trở thành ezim xúc tác cho một phản ứng nào đó Như vậy, những biến đổi trong ADN có thể dẫn tới những biến đổi trong cấu trúc của cơ thể hoặc những biến đổi trong các phản ứng hóa học của

cơ thể

1.2.2 Cấu trúc không gian của gene (Watson, Crick – 1953)

ADN là 1 chuỗi xoắn kép gồm 2 mạch PolyNu xoắn đều quanh 1 trục, từ trái sang phải, như 1 cái thang dây xoắn Trong đó, tay thang là sự liên kết giữa phần tử đường và axit photphoric xen kẽ nhau, còn bậc thang là 1 cặp bazơ nitric đứng đối diện và liên kết với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung, Adenin liên kết với Thyamin bằng 2 cầu nối hydro, Guanin liên kết với Cytosin bằng 3 cầu nối hydro

Kích thước ADN: Đường kính vòng xoắn: 2 nm, chiều dài vòng xoắn (mỗi vòng xoắn gồm 10 cặp Nu): 3,4 nm Trong một số loài virus và thể ăn khuẩn, ADN chỉ gồm 1 mạch PolyNu Vi khuẩn của ti thể, lạp thể có ADN dạng vòng xoắn kép

1.2.3 Liên kết của phân tử ADN và ý nghĩa

+ Các nucleotit trên một mạch đơn liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị (liên kết photphodieste) rất bền vững bảo đảm thông tin di truyền trên trên mỗi

mạch đơn ổn định;

+ Giữa các nucleotit trên 2 mạch đơn liên kết với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung Tuy là loại liên kết không bền nhưng do số lượng trên

ADN lớn cho nên vẫn đảm bảo cấu trúc không gian ADN ổn định và dể bị cắt đứt

khi tái bản

Hình 1.3: Cấu trúc không gian của gen

Hình 1.4 Liên kết của phân tử ADN

Hình 1.5 Cơ chế tự nhân đôi của ADN

1.2.4 Cơ chế tự nhân đôi của ADN

Quá trình tự nhân đôi của ADN diễn ra chủ yếu trong nhân tế bào Dưới tác dụng của enzym Polymeraza, chuỗi xoắn kép ADN duỗi ra, 2 mạch đơn tách nhau dần Mỗi nucleotit ở một mạch đơn sẽ kết hợp với một nucleotit tự do có trong nội bào tạo thành mạch đơn mới Như vậy sẽ tạo nên 2 phân tử ADN “con”, trong đó mỗi phân tử ADN “con” có 1 mạch PolyNucleotit của ADN “mẹ”, mạch còn lại mới được tổng hợp nên

1.2.5 Cơ chế tổng hợp ARN

Dưới tác dụng của enzym Polymeraza chuỗi xoắn kép ADN duỗi ra làm cho

2 mạch đơn tách nhau dần ra Các nucleotit trên 1 mạch đơn (mạch mã gốc) sẽ kết hợp với các ribonucleotit tự do lấy từ nội bào theo nguyên tắc bổ sung, Adenin liên kết với Uracil bằng 2 cầu nối hydro, Guanin liên kết với Cytosin bằng 3 cầu nối hydro

1.3 Chức năng của Gene

Điều hoà thông tin di truyền: Các Nu liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung nên chiều rộng ADN ổn định, các vòng xoắn ADN dễ liên kết với protein dẫn đến cấu trúc ADN ổn định, thông tin di truyền được điều hoà

Bảo quản thông tin di truyền: Nhờ quá trình tự nhân đôi, thông tin di truyền được truyền đạt nguyên vẹn từ thế hệ này sang thế hệ khác

Truyền đạt thông tin di truyền: trình tự sắp xếp các Nu trong ADN (gene) quy định trình tự sắp xếp axit amin trong protein, quy định tính trạng và đặc tính của cơ thể

2 ĐỘT BIẾN GENE

2.1 Khái niệm đột biến và đột biến gene

Đột biến (hay biến dị di truyền) là những biến đổi bất thường trong vật chất

di truyền (NST, ADN) dẫn đến sự biến đổi đột ngột của một hoặc một số tính trạng, những biến đổi này có thể di truyền cho các đời sau

Đột biến là một loại biến dị di truyền xảy ra do những biến đổi đột ngột về

cấu trúc và số lượng trong vật chất di truyền, đã đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong tiến hóa, thúc đẩy sự đa dạng sinh giới Một trong những nhân tố quyết định góp phần tạo nên thế giới sống đầy phong phú ngày nay, cho trái đất xanh, trong đó có loài người Và bất chấp mọi chủ đích của con người, muốn hay không muốn, đột biến đã, vẫn đang và sẽ luôn xảy ra

Đột biến gene là những biến đổi trong số lượng, thành phần, trật tự các cặp

nuclêôtit, xảy ra tại một điểm nào đó trên phân tử ADN Những biến đổi đó dẫn đến những biến đổi trong cấu trúc phân tử protein và biểu hiện thành một biến đổi đột ngột về một tính trạng nào đó Mỗi biến đổi ở một cặp nuclêôtít nào đó sẽ gây một đột biến gene

2.3.Nguyên nhân phát sinh đột biến gene

Đột biến gene diễn ra do những rối loạn trong quá trình tự sao chép của phân

tử ADN, hoặc làm đứt phân tử ADN, hoặc nối đoạn bị đứt vào ADN ở vị trí mới dưới ảnh hưởng phức tạp của môi trường trong và ngoài cơ thể

Trong khoa học, nhằm các mục đích nghiên cứu và phát triển, các nhà khoa học đã có khả năng gây ra các đột biến nhân tạo bằng tác nhân vật lý hoặc hoá học

2.3.1 Gây đột biến nhân tạo bằng tác nhân vật lý

Cùng với sự phát triển của khoa học, ngày nay chúng ta có nhiều hiểu biết về sinh học và có nhiều phương tiện kỹ thuật để ứng dụng vào công nghệ sinh học Một trong những phương pháp gây đột biến nhân tạo là sử dụng những tác nhân vật

lý được tạo ra bằng những phương tiện kỹ thuật hiện đại Trong những tác nhân đó,

có các tia phóng xạ hay tử ngoại và các biện pháp kiểm soát nhiệt độ:

* Các tia phóng xạ: tia X, tia anpha, tia gamma, tia bêta, chùm nơtron,…gây

kích thích và ion hóa các nguyên tử khi chúng xuyên qua các mô sống

* Tia tử ngoại: tia có bước sóng từ 1000-4000Ao, đặc biệt là bước sóng 2570Ao được ADN hấp thụ nhiều nhất

* Sốc nhiệt: là sự tăng hoặc giảm nhiệt độ môi trường một cách đột ngột gây

chấn thương bộ máy di truyền

Trong chọn giống thực vật người ta chiếu xạ với cường độ và liều lượng thích hợp vào hạt nảy mầm, đỉnh sinh trưởng của thân và cành, hạt phấn, bầu nhụy Gần đây, người ta còn chiếu xạ vào mô thực vật nuôi cấy

2.3.2 Gây đột biến nhân tạo bằng tác nhân hóa học

Một phương pháp gây đột biến khác là sử dụng các tác nhân hóa học Đây là những hóa chất mà khi vào tế bào chúng tác động trực tiếp lên phân tử ADN gây ra hiện tượng thay thế, mất hoặc thêm cặp nuclêôtit

Ngày nay, người ta đã phát hiện được những hóa chất được gọi là “siêu tác nhân đột biến” như: 5-brôm uraxin (5BU); EMS (êtylmêta sunfonat), đioxin,…

Để gây đột biến người ta có thể ngâm hạt khô hay hạt nảy mầm ở thời điểm nhất định trong dung dịch hóa chất có nồng độ thích hợp, tiêm dung dịch vào bầu nhụy, quấn bông có tẩm hóa chất vào đỉnh sinh trưởng của thân hoặc chồi Đối với vật nuôi, có thể cho hóa chất tác dụng lên tinh hoàn hoặc buồng trứng

2.4 Hậu quả của đột biến gene

Biến đổi trong dãy nuclêôtit của gene cấu trúc sẽ dẫn tới sự biến đổi trong cấu trúc của ARN thông tin và cuối cùng là sự biến đổi trong cấu trúc của prôtêin tương ứng

Đột biến thay thế hay đảo vị trí một cặp nuclêôtit chỉ ảnh hưởng tới một axit amin trong chuỗi pôlipeptit Đột biến mất hoặc thêm một cặp nuclêôtit sẽ làm thay đổi các bộ ba mã hoá trên ADN từ điểm xảy ra đột biến cho đến cuối gene và do đó làm thay đổi cấu tạo của chuỗi pôlipeptit từ điểm có nuclêôtit bị mất hoặc thêm

Đột biến gene cấu trúc biểu hiện thành một biến đổi đột ngột gián đoạn về một hoặc một số tính trạng nào đó, trên một hoặc một số ít cá thể nào đó

Đột biến gene gây rối loạn trong quá trình sinh tổng hợp prôtêin, đặc biệt là đột biến ở các gene quy định cấu trúc các enzim, cho nên đa số đột biến gene thường có hại cho cơ thể Tuy nhiên, có những đột biến gene là trung tính (không có hại, cũng không có lợi), một số ít trường hợp là có lợi

2.5 Sự biểu hiện của đột biến gene

Đột biến gene khi đã phát sinh sẽ được "tái bản" qua cơ chế tự nhân đôi của ADN

Nếu đột biến phát sinh trong giảm phân, nó sẽ xảy ra ở một tế bào sinh dục nào đó (đột biến giao tử), qua thụ tinh đi vào hợp tử Nếu đó là đột biến trội, nó sẽ biểu hiện trên kiểu hình của cơ thể mang đột biến đó Nếu đó là đột biến lặn, nó sẽ

đi vào hợp tử trong cặp gene dị hợp và bị gene trội tương ứng át đi Qua giao phối,

đột biến lặn tiếp tục tồn tại trong quần thể ở trạng thái dị hợp và không biểu hiện Nếu gặp tổ hợp đồng hợp thì nó mới biểu hiện thành kiểu hình

Khi đột biến xảy ra trong nguyên phân, nó sẽ phát sinh trong một tế bào sinh dưỡng (đột biến xôma) rồi được nhân lên trong một mô, có thể biểu hiện ở một phần cơ thể, tạo nên thể khảm Ví dụ trên một cây hoa giấy có những cành hoa trắng xen với những cành hoa đỏ

Đột biến xôma có thể được nhân lên bằng sinh sản sinh dưỡng nhưng không thể di truyền qua sinh sản hữu tính

Đột biến cấu trúc của gene đòi hỏi một số điều kiện mới biểu hiện trên kiểu hình của cơ thể Vì vậy cần phân biệt, đột biến là những biến đổi trong vật chất di truyền, với thể đột biến là những cá thể mang đột biến đã biểu hiện ở kiểu hình

2.6 Ý nghĩa của đột biến gene

2.6.1 Trong tiến hóa

Phần lớn các đột biến tự nhiên là có hại cho cơ thể vì chúng phá vỡ mối quan

hệ hài hòa trong kiểu gene, trong nội bộ cơ thể, giữa cơ thể và môi trường

Tuy đột biến thường có hại nhưng phần lớn gene đột biến là gene lặn Chúng chỉ biểu hiện ra kiểu hình khi ở thể đồng hợp và trong điều kiện môi trường thích hợp Cũng có một số là đột biến trội, có ý nghĩa trong chọn giống và tiến hóa

Đột biến tự nhiên được xem là nguồn nguyên liệu của quá trình tiến hóa bởi

so với đột biến NST thì chúng phổ biến hơn, ít ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức sống và sự sinh sản của cơ thể

Năm 2002, diện tích trồng cây chuyển gene trên thế giới đã đạt tới 58,7 triệu

ha Trong số đó, cây đậu nành kháng thuốc diệt cỏ: 36,5 triệu ha; ngô kháng được sâu gây hại:7,7 triệu ha (theo Clive James, 2002)

Đặc điểm nổi bật nhất của cây trồng biến đổi gene trong thời gian từ

1996-2002 là tính kháng thuốc diệt cỏ, đứng thứ 2 là tính kháng sâu bệnh Trong năm

2003, tổng diện tích trồng cây chuyển gene trên toàn cầu là 67,7 triệu ha

Ngoài ra, người ta đã tạo thành công các virut tiêu diệt các tế bào ung thư bằng chuyển gene Các virut này tấn công và phá hủy các tế bào ung thư phổi và ruột kết

3 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GENE

Công nghệ gene là ngành kỹ thuật về quy trình ứng dụng kỹ thuật gene

Kỹ thuật gene là tập hợp những phương pháp tác động định hướng lên ADN

cho phép chuyển gene từ một cá thể của một loài sang cá thể của loài khác

Trong sản xuất, công nghệ gene được ứng dụng trong việc tạo ra các sản phẩm sinh học, các chủng vi sinh vật mới, tạo ra các giống cây trồng và động vật biến đổi gene

3.1.Cách tiến hành kỹ thuật gene

Kỹ thuật gene được tiến hành thông qua các khâu sau:

+ Khâu 1: tách ADN của tế bào cho và tách phân tử ADN dùng làm thể

truyền từ vi khuẩn hoặc virus

+ Khâu 2: tạo ADN tái tổ hợp (còn được gọi là ADN lai) ADN của tế bào

cho và phân tử ADN làm thể truyền được cắt ở vị trí xác định nhờ các enzim cắt chuyên biệt, ngay lập tức, ghép đoạn ADN của tế bào cho vào ADN làm thể truyền nhờ enzim nối

+ Khâu 3: chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận, tạo điều kiện cho gene đã

3.2 Tạo ra các chủng vi sinh vật mới

Tạo ra các chủng vi sinh vật mới có khả năng sản xuất nhiều loại sản phẩm sinh học (axit amin, prôtêin, vitamin, enzim, hoocmôn, kháng sinh…) với số lượng lớn và giá thành rẻ

Ngày nay, người ta đã cấy gene tổng hợp kháng sinh của xạ khuẩn vào những chủng vi khuẩn dễ nuôi và sinh sản nhanh như E.coli góp phần nâng cao hiệu qủa sản xuất các chất kháng sinh

Một thành tựu nổi bật trong thập niên 80 của thế kỷ XX là dùng chủng E.coli được cấy gene mã hoá hoocmôn insulin ở người trong sản xuất, vì vậy giá thành insulin để chữa bệnh đái tháo đường đã rẻ hơn rất nhiều so với trước đây

3.2.1 Tạo ra các giống cây trồng biến đổi gene

Nhiều gene quy định nhiều đặc điểm quý như năng suất và hàm lượng dinh dưỡng cao, kháng sâu bệnh, thời gian sinh trưởng ngắn,…đã được đưa vào cây trồng

Người ta đã chuyển được gene quy định tổng hợp β-carôten (tiền vitamin) vào tế bào cây lúa và tạo ra giống luá giàu vitamin A, góp phần cải thiện tình trạng thiếu vitamin của hơn 100 triệu trẻ em trên thế giới; chuyển gene kháng virut gây thối củ vào khoai tây…

Ở Việt Nam, trong điều kiện phòng thí nghiệm, đã chuyển được gene kháng rầy nâu, kháng sâu, kháng bệnh bạc lá, gene tổng hợp vitamin A, gene kháng virut, vào một số cây trồng như lúa, ngô, khoai tây, cà chua, cải bắp, thuốc lá, đu đủ

Ví dụ: Củ cải đường tam bội có năng suất cao hơn dạng lượng bội 10-20% Dưa chuột, dưa hấu tam bội không hạt cho năng suất cao, quả to Rau muống tứ bội cho sản lượng gấp đôi dạng lượng bội Gây đa bội còn làm tăng hàm lượng các chất hữu cơ có giá trị ở vừng, vitamin A ở ngô

Những thể đột biến có lợi được chọn lọc và trực tiếp nhân giống thành giống mới hoặc dùng làm các dạng bố mẹ để lai tạo giống mới

Ví dụ: Dùng tia Gama xử lý giống lúa Mộc Tuyền đã tạo ra giống lúa MT1 chín sớm, cây thấp và cứng, chịu phèn, chịu chua, năng suất tăng 15-25 % so với giống lúa gốc Mộc Tuyền

3.2.2 Tạo động vật biến đổi gene

Trên thế giới, người ta đã chuyển thành công gene sinh trưởng ở bò vào lợn, giúp cho hiệu quả tiêu thụ thức ăn cao hơn, hàm lượng mỡ ít hơn lợn bình thường Các nhà khoa học cũng đã chuyển được gene xác định mùi sữa ở người vào tế bào phôi bò cái làm cho sữa bò có mùi sữa người và dễ tiêu hóa dùng để nuôi trẻ trong vòng 6 tháng tuổi một ví dụ thành công nữa là đã chuyển được gene tổng hợp hoomôn sinh trưởng và gene chịu lạnh từ cá Bắc Cực vào cá hồi và cá chép

Đến nay, động vật biến đổi gene chủ yếu dùng trong nghiên cứu sự biểu hiện của một số gene và sản xuất thử nghiệm một số prôtêin có giá trị cao

3.2.3 Mặt trái của việc ứng dụng công nghệ gene để sản xuất các sinh vật biến đổi gene GMO (Geneetically modified organism")

Trong giai đoạn hiện nay, cùng với sự gia tăng dân số, đồng nghĩa với nhu cầu của con người về lương thực, thực phẩm, cả về lượng và chất, cũng ngày càng lớn Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đó, việc áp dụng khoa học kỹ thuật, điển hình công nghệ gene vào trong sản xuất nông nghiệp đã trở nên phổ biến Tuy nhiên, các sản phẩm biến đổi gene này cũng có rất nhiều mặt hạn chế:

+ Sự biến mất của các loài địa phương

+ Nhiều thực phẩm biến đổi gene có thể gây di ứng đối với người sử dụng + Trong quá trình thực hiện kỹ thuật di truyền, gene mới chuyển vào làm hư hỏng hay đột biến một hoặc vài gene khác của thực vật, gây độc tố

Chính vì những hạn chế này, các sản phẩm biến đổi gene chưa thực sự được chấp nhận trên thị trường Ủy ban Châu Âu (EU) đã yêu cầu các nhà sản xuất phải ghi rõ nguồn gốc sản phẩm biến đổi gene trên bao bì sản phẩm của mình Quy định này mặc dù bị nhiều nhà sản xuất phàn nàn do gây ra nhiều phiền toái và sự phân biệt đối xử đối với các sản phẩm của họ, nhưng người tiêu dùng Châu Âu nhìn

chung ủng hộ quy định này do khoa học chưa hiểu hết những tác động của sản phẩm biến đổi gene

Mặc dù vậy, không thể phủ nhận công lao của các sản phẩm biến đổi gene trong lĩnh vực xóa đói, giảm nghèo ở các nước thế giới thứ ba, nơi dân số đông và trình độ sản xuất còn thấp

3.3 Một số thành tựu chọn giống ở Việt Nam

3.3.1 Gây đột biến nhân tạo rồi chọn cá thể đột biến ưu tú để tạo giống mới

Đây là kỹ thuật phổ biến trong công nghệ gene hiện nay do các ưu điểm về giá thành và độ an toàn sinh học của nó

+ Ở lúa: đã tạo ra các giống lúa có tiềm năng năng suất cao như giống lúa

DT10, nếp thơm TK106,…., các giống lúa tẻ cho gạo có mùi thơm như tám thơm đột biến (năm 2002), gạo cho cơm dẻo và ngon như KML39, DT33, VLD95-19…

Viện Nghiên cứu lúa gạo Quốc tế đã chuyển thành công các gene quy định tổng hợp vitamin A, gene BT quy định khả năng kháng sâu đục thân, gene quy định hàm lượng nguyên tố vi lượng sắt, gene quy định hạt gạo có màu hồng vào 2 giống

lúa tẻ đặc sản Nam Bộ là Nàng hương chợ Đào và Một bụi

+ Ở đậu tương: giống đậu tương DT55 (năm 2002) được tạo ra bằng xử lí

đột biến giống đậu tương DT74 có thời gian sinh trưởng rất ngắn (trong vụ xuân: 96 ngày, vụ hè: 87 ngày), chống đổ và chịu rét tốt, hạt to, màu vàng

+ Ở lạc: giống lạc V79 được tạo ra bằng chiếu xạ tia X vào hạt giống lạc

bạch sa sinh trưởng khoẻ, hạt to trung bình và đều, vỏ dễ bóc,…

+ Ở cà chua: giống cà chua hồng lan được tạo ra từ thể đột biến tự nhiên của

giống cà chua Ba Lan trắng

3.3.2 Phối hợp giữa lai hữu tính và xử lý đột biến

Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong lai tạo giống lúa mới và đã đạt được một số thành công bước đầu Một số giống mới được lai tạo gồm:

Giống lúa A20 (năm 2002) được tạo ra bằng lai giữa 2 dòng đột biến

3.3.3 Thành tựu trong chọn giống vật nuôi

Trong chọn giống vật nuôi, do qúa trình tạo giống mới đòi hỏi thời gian rất dài và kinh phí rất lớn nên người ta thường cải tiến giống địa phương, nuôi thích nghi hoặc tạo giống ưu thế lai

Tuy nhiên, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và với nhu cầu của một nền nông nghiệp đang phát triển theo hướng sản xuất lớn, nhu cầu giống vật nuôi mới, đáp ứng được các đòi hỏi về năng suất, chất lượng cao cho sản xuất hàng hóa ngày càng lớn Nhu cầu này hiện đang được đáp ứng với sự ứng dụng của công nghệ gene, một công nghệ đòi hỏi hàm lượng khoa học kỹ thuật và đầu tư cao

Tại Việt Nam hiện nay, công nghệ gene đang được sử dụng trong việc tạo giống bò sữa, đáp ứng nhu cầu của ngành chăn nuôi bò sữa đang phát triển

Ngoài ra người ta còn dùng công nghệ gene để phát hiện sớm giới tính của phôi (7 ngày sau khi thụ tinh), giúp cho người chăn nuôi bò sữa chỉ cấy các phôi cái, cò người chăn nuôi bò thịt thì chỉ cấy toàn phôi đực

Bên cạnh đó, người ta còn xác định được kiểu gene BB cho sản lượng sữa cao nhất, tiếp đó là kiểu gene AB, thấp nhất là kiểu gene AA Nhờ đó, đã chọn

nhanh và chính xác những con bò làm giống

CHƯƠNG II: ĐA DẠNG GENE

1 ĐA DẠNG GENE

Đa dạng gene (hay đa dạng di truyền) là đòi hỏi của bất kỳ loài nào để đảm bảo sự sinh sản, chịu đựng bệnh tật và khả năng thích nghi với các điều kiện môi trường luôn luôn thay đổi Đa dạng di truyền trong một loài thường được thể hiện qua bản chất của sự sinh sản trong quần thể Các cá thể trong quần thể thường khác nhau về di truyền với các quần thể khác Điều này thể hiện qua những biến đổi di truyền trong hay giữa các quần thể Đó là các thành phần của axit nucleic, cấu tạo của mã di truyền Những biến đổi mới xuất hiện trong các cá thể do sự đột biến gene hay thể nhiễm sắc và trong các cơ thể do sự sinh sản hữu tính có thể lan rộng

ra quần thể bởi sự tái tổ hợp Một loại đa dạng di truyền khác được xác định ở tất cả mức độ của cơ thể bao gồm số ADN trong tế bào trong cấu trúc và số thể nhiễm sắc

Nguồn biến đổi di truyền này có mặt trong quần thể lai chéo đã tác động lên quần thể đó bằng sự chọn lọc cách sống khác nhau nhờ sự biến đổi tần số gene trong vốn gene đó và điều đó là tương đương với sự tiến hóa quần thể Đặc điểm biến đổi gene là rõ nét: có thể tạo ra sự biến đổi tiến hóa tự nhiên và chọn lọc nhân tạo do quá trình nuôi trồng Chỉ có một phần nhỏ (ít hơn 1%) nguyên liệu gene của

cơ thể bậc cao là vượt ra ngoài hình dạng và chức năng của cơ thể

Tóm lại sự biến đổi di truyền xuất hiện do các cá thể có sự sai khác nhỏ về các gene của nó Những đơn vị của thể nhiễm sắc được mã hóa đối với những protein đặc biệt Sự sai khác nhỏ đó của gene được coi như những allen và các sự khác nhau tăng lên do đột biến tức là sự thay đổi ADN Những biến đổi của các allen của một gene có thể tạo ra những dạng protein mà chúng khác về cấu trúc và chức năng và đến lượt mình sự khác nhau đó sẽ được thể hiện qua tính chất phát triển và sinh lý học của từng cá thể Những biến đổi di truyền tăng lên khi con cháu nhận sự tái tổ hợp gene và thể nhiễm sắc từ bố mẹ của chúng qua sự tái tổ hợp gene qua sinh sản hữu tính Các gene có sự trao đổi giữa các thể nhiễm sắc và được sắp xếp lại trong khi lai chúng được thực hiện trong phân chia tế bào có tơ meiotic và sự

tái tổ hợp mới được tạo ra khi các giao tử từ bố mẹ hợp nhất để tạo ra con cháu có nét độc đáo trong di truyền

Đột biến cung cấp những nguyên liệu cơ bản cho biến đổi về di truyền, khả năng loài sinh sản hữu tính sắp xếp lại một cách lộn xộn các allen trong sự tổ hợp làm tăng khả năng bất ngờ đối với sự biến đổi di truyền

Toàn bộ sự sắp xếp của gene và allen trong quần thể tạo thành vốn gene cho quần thể, trong khi đó tổ hợp allen của bất kỳ cá thể nào trong quần thể sẽ tạo ra các kiểu nhân của nó Trong các môi trường đặc biệt các kiểu nhân cho ra các kiểu hình riêng thể hiện qua các đặc tính hình thái, sinh lý, giải phẫu, sinh hóa,… Một số đặc tính của con người như gầy béo, sâu răng… là do môi trường, còn màu mắt, nhóm máu,… là do kiểu gene Sự biến đổi gene trong quần xã được đo bằng:

- Số lượng gene trong quần thể mà quần thể đó là đa hình

- Số lượng allen trong gene đa hình

- Số lượng gene trong một số cá thể mà cá thể đó là đa hình

1.1 Định nghĩa

Đa dạng di truyền là tất cả các gene di truyền khác nhau của tất cả các cá thể thực vật, động vật, nấm, và vi sinh vật Đa dạng di truyền tồn tại trong một loài và giữa các loài khác nhau

Đa dạng di truyền là sự đa dạng về thành phần gene giữa các cá thể trong cùng một loài và giữa các loài khác nhau; là sự đa dạng về gene có thể di truyền được trong một quần thể hoặc giữa các quần thể

Đa dạng di truyền là biểu hiện sự đa dạng của các biến dị có thể di truyền trong một loài, một quần xã hoặc giữa các loài, các quần xã Xét cho cùng, đa dạng

di truyền chính là sự biến dị của sự tổ hợp trình tự của bốn cặp bazơ cơ bản, thành phần của axit nucleic, tạo thành mã di truyền

Tập hợp các biến dị gene trong một quần thể giao phối cùng loài có được

nhau của các gene trong tập hợp gene Điều này cũng tương tự trong tiến hoá của quần thể Như vậy, tầm quan trọng của biến dị gene là rất rõ ràng: nó tạo ra sự thay đổi tiến hoá tự nhiên cũng như chọn lọc nhân tạo

Chỉ một phần nhỏ (thường nhỏ hơn 1%) vật chất di truyền của các sinh vật bậc cao là được biểu hiện ra ngoài thành các tính trạng kiểu hình hoặc chức năng của sinh vật; vai trò của những ADN còn lại và tầm quan trọng của các biến dị gene của nó vẫn chưa được làm rõ

Ước tính cứ 109 gene khác nhau phân bố trên sinh giới thì có 1 gene không

có đóng góp đối với toàn bộ đa dạng di truyền Đặc biệt, những gene kiểm soát quá trình sinh hóa cơ bản, được duy trì bền vững ở các đơn vị phân loại khác nhau và thường ít có biến dị, mặc dù những biến dị này nếu có sẽ ảnh hưởng nhiều đến tính

đa dạng của sinh vật Đối với các gene duy trì sự tồn tại của các gene khác cũng tương tự như vậy Hơn nữa, một số lớn các biến dị phân tử trong hệ thống miễn dịch của động vật có vú được quy định bởi một số lượng nhỏ các gene di truyền

1.2 Tính đa dạng ở mức độ của các nhóm sinh vật

1.2.1 Sự đa dạng gene ở động vật

Đối với các dữ liệu allozyme tức là trị số trung bình của dị hợp tử (Hs tỉ lệ các locus mang 2 alen) ở loài động vật không xương sống lớn hơn động vật có xương sống Lí do chính là nhiều nhóm cá thể phức tạp sống có xu hướng chia nhỏ quần thể hơn và những quần thể lớn hơn là một tổ hợp Những quần thể lớn sự biến đổi di truyền lớn hơn quần thể nhỏ

Nhìn chung, như chim, bò sát có mức độ biến đổi di truyền là tương tự, trái lại các loài lưỡng cư có mức độ cao hơn và các loài cá mức độ thấp hơn (Ward et al, 1992) Trong mỗi một nhóm cho dù mức độ đa dạng gene có khác nhau do các mô hình lịch sử và đời sống đã tạo ra các dòng gene và độ lớn của quần thể khác nhau

Tổng số dị hợp tử trong các loài bao gồm 2 thành phần: Sự khác nhau về gene giữa các cá thể trong quần thể và sự khác nhau giữa các quần thể Số đo thông thường đã sử dụng về sự khác nhau trong quần thể là F

nhau giữa các quần thể Giá trị trung bình của Fst là lớn nhất đối với một số động vật thân mềm, lưỡng cư, bò sát và động vật có vú; hầu hết các loài trong các nhóm

đó cho thấy con số đáng kể của những quần thể bị phân chia Khoảng 25 – 30% trung bình số loài thay đổi là do sự di truyền khác nhau trong quần thể Cho dù trị

số Fst là khác nhau lớn, sự sắp xếp từ 0,0 (không có sự thay đổi trong quần thể) cho gần đến 1,0 Mặt khác ở chim và côn trùng cho thấy sự thay đổi nhỏ trong quần thể,

có thể dự đoán mức độ cao ở dòng gene giữa chúng Giá trị trung bình chỉ 1 – 10% của tổng số biến đổi của lòai chim hoặc loài côn trùng là đặc tính gây ra sự khác nhau trong quần thể Do đó sự hiểu biết về sự phân bố địa lý của sự đa dạng gene là điều cần thiết đối với các nhà quản lý phải đối mặt với những quyết định về phân quần thể nào của các loài nguy cấp cần phải bảo vệ

1.2.2 Sự đa dạng gene ở thực vật

Số lớn của hệ thống sống của chúng tạo ra sự khác nhau trong cấu trúc di truyền của quần thể trong các loài thực vật nhiều hơn trong các loài động vật Chẳng hạn những loài thụ phấn nhờ gió có mức độ dị hợp tử cao (Hs=0,15 – 0,2)

Tỷ lệ cao hơn là trong quần thể thực vật thụ phấn nhờ động vật (Hs=0,09 – 0,12), cả hai nhóm này có mức độ cao hơn thực vật tự thụ phấn (Hs=0,07) Ở thực vật tự thụ phấn cho thấy mức độ khác nhau vể mặt di truyền trong quần thể cao hơn những loài tạp giao trong sinh sản hoặc các loài cùng giao phối Sự phân bố về địa lý của các loài thực vật cũng là một thông số quan trọng điều khiển tính đa dạng gene trong và giữa các quần thể Các loài thực vật với khu phân bố nhỏ thì sự thay đổi di truyền trong quần thể là trung bình và nhỏ hơn quần thể phân bố hẹp, quần thể mức

độ vùng hoặc quần thể phân bố rộng Tầm quan trọng biến đổi của allozyme ảnh hưởng đến sự thích ứng chưa biết nào đó Những kinh nghiệm trong nghiên cứu đã gợi ý rằng sự khác nhau lớn về gene trong quần thể nó thể hiện những dấu hiệu thích ứng (Bradshaw, 1984)

Những loài nuôi trồng mà được lựa chọn để nhân giống thường có sự giảm mức độ biến đổi gene, điều này có thể gây ra sâu bệnh hoặc giảm sự sinh sản Chẳng hạn tính chống chịu của nấm mốc sương trong hạt kê không xuất hiện trong

trồng trọt nhưng đã tìm thấy có liên quan với những chủng hoang dại ở Nigeria, trung tâm giống gốc Tương tự, tính chống chịu virut của Khoai tây, Vi khuẩn, Nấm

và Giun tròn đã tìm thấy ở những loài Khoai tây hoang dại ở dãy núi Andơ thuộc Nam Mỹ Sự đa dạng gene ở những loài hoang dại đã liên quan đến thực vật bản xứ phải duy trì có thể sử dụng và để cải tạo những đặc tính ở các loài thực vật bản xứ

1.2.3 Sự đa dạng gene ở các cơ thể sống khác

Quy mô của đa dạng gene trong nhóm, những nghiên cứu về các loài thực vật và động vật không thể ước tính chính xác trong cùng một lúc mặc dù đã biết chắc quy mô đa dạng ở nấm và vi sinh vật nói riêng là đáng kể Thí dụ sự khác nhau

về mặt di truyền đã chứng minh trong những loài vi sinh vật đơn lẻ như Chlamydomonas reinhardtii với ít nhất 159 dòng biến đổi, Neurospora crassa trên

3000 và trên 3500 kiểu huyết thanh của Salmonella (Board on Agriculture, 1994) Quy mô lan rộng trong tự nhiên là không chắc chắn

2 ĐA DẠNG GENE TRONG NÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM

Theo đánh giá của Jucovki (1970), Việt Nam là một trong 12 trung tâm nguồn gốc giống cây trồng của thế giới Mức độ đa dạng sinh học của hệ thực vật vây trồng ở Việt Nam cao hơn nhiều so với dự đoán

2.1 Nguồn gene giống cây trồng, vật nuôi

Ở Việt Nam, hiện nay đang sử dụng trong sản xuất nông nghiệp 16 nhóm các loài cây trồng khác nhau, với tổng số trên 800 loài cây trồng với hàng nghìn giống khác nhau, có 3 nhóm cây trồng đang được nông dân sử dụng

- Các giống cây trồng bản địa: Nhóm giống cây trồng này hiện nay đang chiếm vị trí chủ đạo đối với nhiều loại cây trồng Trong đó nhóm giống cây trồng này có những giống đã được nông dân sử dụng và lưu truyền hàng nghìn năm nay

- Các giống cây trồng mới: Là những giống cây trồng có khả năng cho năng

suất cao và có một số đặt tính tốt khác nhau như: phẩm chất nông sản tốt, khả năng chống chịu sâu bệnh cao…được các nhà khoa học chọn lọc, lai tạo thành Những năm gần đây các giống cây trồng được các nhà khoa học chọn lọc và lai tạo mới cũng như các loại giống cây trồng được nhập nội, trước khi đưa ra sản xuất rộng rãi, đều phải được hội đồng khoa học Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn (MARD) xem xét công nhận

- Các giống cây trồng được nông dân ở các tỉnh biên giới trao đổi với nhau qua biên giới hoặc mua bán qua đường tiểu ngạch Hiện nay, Ngân hàng gene cây trồng Quốc gia đang bảo tồn 12.300 giống của 115 loài cây trồng Đây là tài sản quý của đất nước, phần lớn không còn trong sản xuất và trong tự nhiên nữa Một bộ phận quan trọng của số giống này là nguồn gene bản địa với nhiều đặc tính quý mà duy nhất chỉ có nước ta có

- Về vật nuôi, hiện nay Việt Nam có 14 loài gia súc và gia cầm đang được chăn nuôi chủ yếu bao gồm 20 giống lợn trong đó có 14 giống nội, 21 giống bò (5 giống nội), 27 giống gà (16 giống nội), 10 giống vịt (5 giống nội), 7 giống ngan, (3 giống nội), 5 giống ngỗng (2 giống nội), 5 giống dê (2 giống nội), 3 giống trâu (2 giống nội), 1 giống cừu, 4 giống thỏ (2 giống nội), 3 giống ngựa (2 giống nội), bồ câu, hươu và nai (có khoảng 10 ngàn con hươu nai được nuôi trong toàn quốc)

2.2 Đặc trưng đa dạng của nguồn gene

Các biểu hiện của kiểu gene (geneo-type) ở Việt Nam rất phong phú Riêng

kiểu gene cây lúa (Oryza saltivaI) có đến hàng trăm kiểu hình (Phenotype) khác

nhau, thể hiện ở gần 400 giống lúa khác nhau

Các kiểu gene ở Việt Nam thường có nhiều biến dị, đột biến Trong đó có những biến dị xảy ra dưới tác động của các yếu tố tự nhiên ( sấm, chớp, bức xạ…),

có những đột biến xảy ra do những tác nhân nhân tạo Đây là một trong những nguồn tạo giống mới.DDSH gene ở Việt Nam chứa đựng khả năng chống chịu và

Bảng 1.1 Số giống cây trồng được công nhận chính thức (1977 – 2004) STT Loài cây trồng Số giống STT Loài cây trồng Số giống

18 Đậu hà lan 2

[Nguồn: Khoa học công nghệ và phát triển nông thôn 20 năm đổi mới, bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn Việt Nam, 2005]

3 TÌNH TRẠNG SUY THOÁI ĐA DẠNG GENE

Ngoài việc tạo ra các giống mới không phải là đảm bảo cho tính đa dạng của gene khi chưa biết trước những sản phẩm đó có gây hại cho con người hay không thì con người đã và đang tiêu diệt rất nhiều loài động vật và thực vật trên trái đất này Trong thế kỷ 20, loài người đã tiêu diệt khoảng 700 loài động thực vật Nhiều loài bị tuyệt chủng khi còn chưa được con người biết đến

Từ năm 1600 trước công nguyên đến năm 1900: trung bình 4 năm mất 1 loài

Từ năm 1900 đến 1980: 1 năm mất 1 loài

Từ 1980 đến 2000 : 1 ngày mất 1 loài

Dự báo từ 2001 đến 2010: 1 giờ mất 1 loài

Cho đến cuối thế kỷ 20, loài người đã làm biến mất khoảng từ 20% đến 50%

số loài trên Trái Đất

Suy thoái đa dạng sinh học làm cho loài người mất dần các nguồn tài nguyên quý giá ( lương thực, thực phẩm, dược liệu, nguyên vật liệu, gene, tiện nghi môi trường….) đồng thời phải chống chịu với các tai biến sinh thái ngày càng tăng (dịch bệnh gia súc, dịch hại cây trồng…) do mất cân bằng sinh thái

Suy thoái sinh học ở Việt Nam đến nay là rất đáng ngại trong vòng khoảng

10 năm cuối thế kỷ 20, trên 700 loài động, thực vật Việt Nam đã biến mất hoặc bị đẩy vào tình trạng nguy hiểm, trong đó có hầu hết các giống loài có giá trị kinh tế cao như:

- Động vật: Tê giác 1 sừng, voi, hổ, bò xám, bò tót, bò rừng, hươu xạ, hươu cà toong, hươu vàng, cheo cheo napu, vượn đen tuyền, vượn Hải Nam, vượn bạc má, vượn má hung, voọc đầu trắng, voọc mũi hếch, công, gà lôi lam, các cóc Tam Đảo, cá sấu…

- Thực vật: sâm Ngọc Linh, bời lời, trắc, càte, trầm hương

CHƯƠNG III: BẢO TỒN GENE

Khi các loài sinh vật đang bị suy thoái và một số đang có nguy cơ tuyệt chủng thì chúng ta phải có những hình thức để bảo tồn các nguồn gene quý giá để lưu giữ cho các thế hệ mai sau

Bảo tồn sự đa dạng và di truyền là điều vô cùng quan trọng để giữ vững và cải thiện năng suất, phẩm chất các sản phẩm của hầu hết các cây trồng trọt vật chăn nuôi, thủy sản và lâm nghiệp Theo báo cáo của tổ chức FAO và môi trường cho thấy: “Các đặc tính ưu tú về di truyền của các giống cây trồng, cây làm thuốc, các loài gia súc, gia cầm, các loài thủy sinh và các vi sinh vật kể cả ở dạng đã được thuần chủng và dạng hoang dại vô cùng cần thiết đối với các chương trình chọn giống để tăng năng suất, cải thiện phẩm chất, tạo tính kháng sâu bệnh, tạo sự thích nghi với các điều kiện môi trường khác nhau và nhiều đặc tính tốt”

Hiện nay, mọi người đều đồng ý rằng sự mất mát cây trồng diễn ra trong mấy chục năm qua là thật khủng khiếp, quá trình xói mòn di truyền dường như còn sẽ tiếp tục diễn ra với tốc độ nhanh hơn trong tương lai Ví dụ như trong vòng 40 năm qua 95% giống lúa mỳ Hy Lạp đã bị mất do xu hướng thương mại Do đó, việc thu thập, bảo tồn và khai thác nguồn di truyền cây trồng hợp lý cần sự nỗ lực của toàn thế giới

1 CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO TỒN NGUỒN GENE

Đa dạng sinh học cần được bảo tồn bằng một loạt các biện pháp nhằm đảm bảo an toàn cho các loài và các kho dự trữ gene như xây dựng và duy trì những khu vực bảo vệ, những chiến lược tổng thể kết hợp được các hoạt động kinh tế với hoạt động bảo vệ trên toàn khu vực Các chính phủ thường quy hoạch những vùng có tầm quan trọng đặc biệt về tính đa dạng sinh học thành những Khu bảo tồn đa dạng sinh học Bảo tồn đa dạng sinh học ở tất cả các mức độ là duy trì một cách cơ bản các quần thể của các loài có thể thực hiện được hoặc các quần thể xác định được

Như vậy có thể hoặc là bảo vệ nguyên vị hoặc bảo vệ chuyển vị Một số chương trình quản lý kết hợp cả hai tiếp cận này

1.1 Bảo tồn nguyên vị (In situ)

Bảo tồn In situ nguồn gene cây trồng là duy trì các loài cây trồng tại vùng xuất xứ, hay nói cách khác là bảo vệ trong tự nhiên hoang dại của chúng

Bảo tồn In situ là một hệ thống hoạt động vì nó cho phép các động lực tiến hóa tác động lên vật liệu bảo quản Bảo tồn In situ liên quan nhiều đến địa điểm hơn

là đến từng loài, cho nên đối tượng bảo tồn gồm cả các loài đã được xác định và chưa được xác định Trong bảo tồn In situ chúng ta cần có các kiến thức về phạm vi môi trường sinh sống, về độ phong phú các loài và biến động quần thể

Bảo tồn In situ cho phép chúng ta nghiên cứu về loài trong phạm vi môi trường tự nhiên của chúng Nó cũng là nguồn dự trữ tự nhiên của nguồn tài nguyên

di truyền thực vật, trong đó rất nhiều loài chưa được xác định nhưng có thể có giá trị sử dụng cao trong tương lai

Loại bảo tồn này là hoàn toàn thích hợp đối với nhiều loài cây dại, kể cả những loài cây là họ hàng của những loài cây trồng

Bảo tồn đa dạng sinh học nguyên vị đang chiếm một tỉ lệ lớn hiện nay trên thế giới Cách bảo vệ này hiệu quả hơn vì nó cho phép các quần thể tiếp tục thích nghi trong các điều kiện có được bằng các quá trình tiến hoá tự nhiên

1.2 Bảo tồn chuyển vị (Ex situ)

Bảo tồn Ex situ là phương pháp duy trì các loài cây ngoài phạm vi xuất xứ của chúng Vườn thực vật, kho lạnh, ngân hàng gene, tập đoàn đồng ruộng… là những phương tiện phục vụ cho bảo tồn Ex situ

Nhiều loài sinh vật có thể bảo tồn bằng cách nuôi trồng hay nuôi trong chuồng Cây cỏ cũng có thể bảo vệ trong ngân hàng hạt giống và các sưu tập germplasm Đối với động vật cũng bằng kỹ thuật tương tự (bảo quản phôi, trứng,

tinh trùng), nhưng phức tạp hơn Điều rõ ràng là bảo vệ chuyển vị hiện nay chỉ có thể thực hiện được với một tỉ lệ rất nhỏ vì rất tốn kém

2 CÁC BIỆN PHÁP BẢO TỒN NGUỒN GENE

2.1 Bảo tồn nguồn gene trong trang trại

Là hình thức bảo tồn ĐDSH, cây trồng, gia súc trong trang trại Đây là phương pháp được tồn tại từ rất lâu đời, vai trò bảo tồn nguồn gene chủ yếu là do nhân dân địa phương bảo vệ và khai thác sử dụng

Phương pháp này có ưu điểm là các giống địa phương có tính ổn định cao, có khả năng thích nghi với môi trường tốt hơn giống cải tiến Công tác lưu giữ nguồn gen gia cầm, gia súc bản địa cũng chủ yếu dựa vào dân Ở Việt Nam đến nay, 26 giống vật nuôi và gia cầm địa phương được xem xét, trong đó 21 giống từng bước được tiến hành công tác bảo tồn Cụ thể, đối với giống lợn là lợn Ỉ, lợn Ba Xuyên, lợn Cỏ, lợn Mán, lợn Táp Ná, lợn Vân Pa Các loại gia cầm cần bảo tồn là: Các giống gà (gà Hồ, gà Mía, gà Đông Tảo, gà Tè (lùn), gà Tre); các giống vịt (vịt Bầu Bến, Bầu Quỳ, vịt Kỳ Lừa); các giống ngan (ngan Dé, ngan Trâu); và các giống ngỗng (ngỗng Cỏ, ngỗng Sư Tử) Ngoài ra, giống bò Mèo (bò H'Mông), bò U đầu rìu và ngựa Bạch cũng nằm trong danh sách nguồn gen vật nuôi quý hiếm của Việt Nam cần bảo tồn

Ở nước ta có hàng nghìn giống cây trồng địa phương, có đặc tính nông sinh học quý đang tồn tại trong các trang trại của nông dân như: 400 giống lúa mùa địa phương ở các tỉnh phía nam, có khả năng chống chịu chua, phèn, nước mặn, nước sâu và khô hạn, nổi tiếng như giống lúa Một Bụi; các giống lúa chịu mặn ở các tỉnh phía Bắc: Cườm, Bầu, Chiêm Đá mà chưa giống mới nào có thể thay thế được; Các loại cây có giá trị: hồi, quế… được gây trồng từ hàng trăm năm nay tại địa phương

và vẫn được bảo vệ nguyên vẹn và phát triển rộng rãi Trong lâm nghiệp một số loài cây có giá trị như Quế, hồi, dẻ Cao Bằng… đã được nhân dân địa phương gây trồng tại chỗ từ hàng trăm năm nay và nguồn tài nguyên di truyền không chỉ được bảo vệ nguyên vẹn mà còn được phát triển rộng rãi ra các địa phương khác

Các giống mới cải tiến vì cần đầu tư cao và đắt đỏ chỉ thích hợp cho các vùng có điều kiện thâm canh hoặc giao lưu hàng hóa tốt Do nhiều nguyên nhân, như điều kiện sinh thái, đất đai và phong tục tập quán nhiều giống thuộc nhiều loài cây có giá trị kinh tế nhất là đối với nền kinh tế địa phương khó có thể thay thế bằng giống mới cải tiến Ví dụ như các cây lương thực phụ, các loài rau, cây ăn quả địa phương như vải thiều Thanh Hà, nhãn lồng Hưng Yên, bưởi Đon Hùng, quýt Bắc Giang…Những loài cây này có thể đã là những cây được nhân dân gieo trồng, nhưng cũng có thể là những loài mọc tự nhiên nhưng được cả cộng đồng bảo vệ, khai thác sử dụng

2.2 Ngân hàng gene hạt giống

Ngân hàng gene hạt giống là những bộ sưu tập hạt giống thu lượm từ các cây hoang dại và cây trồng Hạt được lưu giữ trong điều kiện lạnh và khô trong một thời gian dài, sau đó lại cho nảy mầm Hiện nay có hơn 50 ngân hàng hạt giống trên thế giới Tuy nhiên kiểu bảo tồn này nhiều lúc cũng gặp khó khăn nhất định như mất điện, hỏng thiết bị…có thể xảy ra bất ngờ Kể cả khi được giữ lạnh thì hạt cũng dần dần mất khả năng nảy mầm do dự trữ năng lượng quá lâu và do tích tụ các biến đổi nguy hại Có thể thấy phương pháp này có những điểm chính cần chú ý sau:

* Hình thức lưu giữ: Lưu giữ ex-situ quỹ gene của các loài cây có hạt giống

dễ tính (hạt giống Othordox)

* Đối tượng: Cây có hạt giống Othordox (dễ bảo quản)

* Đặc điểm của phương pháp: Hạt giống được làm khô ở điều kiện đặc biệt

và lưu giữ trong kho lạnh bảo quản nguồn gene ở các chế độ:

+ Dài hạn: Nhiệt độ -100C, Ẩm độ 40%, lưu giữ nguồn gene 50 năm

+ Trung hạn: Nhiệt độ 40C, Ẩm độ 45%, lưu giữ nguồn gene 25 - 30 năm + Ngắn hạn: Nhiệt độ 150C, Ẩm độ 60 - 65%, lưu giữ nguồn gene 3-5 năm Sau thời hạn đó phải nhân lại để đảm bảo chất lượng và trẻ hoá nguồn gene đang lưu giữ Tuy nhiên trong điều kiện trang thiết bị hiện tại ở ngân hàng gene

quốc gia, việc nhân lại nguồn gene được tiến hành sau khi lưu giữ 7 - 10 năm (đối với chế độ bảo quản dài hạn), 5-7 năm (đối với chế độ bảo quản trung hạn)

* Ưu điểm: Phương pháp lưu giữ này cho phép giữ nguyên trạng đặc tính di

truyền của nguồn gene, bảo tồn 1 lượng lớn nguồn gene, có tính an toàn cao và thuận lợi cho việc quản lý và cung ứng

* Nhược điểm: Nguồn gene không tiến hoá trong tự nhiên, chịu ảnh hưởng

điều kiện thiết bị, điện, mất khả năng nảy mầm do dự trữ năng lượng quá lâu

* Số lượng nguồn gene đang được lưu giữ: Đến đầu năm 2003 Ngân hàng

gene hạt giống đang lưu giữ 10.300 giống của cây trồng có hạt

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp này người ta phải gieo trồng định

kỳ, chăm sóc và thu hoạch hạt giống mới để cất giữ Cho đến nay hơn 2 triệu bộ sưu tập hạt giống đã có mặt trong các ngân hàng hạt giống nông nghiệp Tuy nhiên những cây trồng có ý nghĩa khác cho từng khu vực như cây dược liệu, cây lấy sợi…vẫn chưa được lưu giữ trong các ngân hàng này Họ hàng hoang dại của các loại cây trồng vẫn chưa được tập hợp đầy đủ trong các ngân hàng hạt giống mặc dù các loài này vô cùng hữu ích trong các chương trình tạo giống cây trồng

Tuy nhiên cũng phải tất cả các loài đều có thể bảo tồn bằng hạt giống Khoảng 15% số loài thực vật trên thế giới có hạt thuộc loại “bảo thủ”, tức là không thể tồn tại hoặc không thể chịu đưng được các điều kiện nhiệt độ thấp và kết quả là không thể cất giữ trong các ngân hàng hạt giống Các loại cây trồng này có loài rất

có giá trị như cao su, coca là không thể lưu giữ lâu Phương pháp có thể lưu giữ các loài này chỉ bằng cách lưu giữ phôi sau khi đã loại bỏ vỏ áo ngoài của hạt, nội nhũ

và các mô khác Một số loài cũng được duy trì bằng phương pháp nuôi cấy mô trong những điều kiện có khống chế hoặc chúng được nhân giống bằng cắt chiết từ cây mẹ

Khoảng 60 – 70% các loài thực vật tái sinh và bảo tồn nòi giống của mình bằng phương thức tạo hạt hữu tính là có thể bảo quản hạt khô trong điều kiện lạnh – nhóm cây có hạt “orthodox” Khi được làm khô, độ ẩm 5 – 7% hạt có thể kéo dài sự sống lâu trong kho lạnh Theo lý thuyết thì có thể bảo toàn sức sống của hạt tùy theo

loài cây trên hàng trăm năm Các kho bảo quản hạt vì thế sớm được đầu tư thành lập

và là hình thức bảo quản exsitu quan trọng nhất

Tùy theo nhu cầu bảo quản dài, trung hay ngắn hạn mà các kho hạt có những trang thiết bị và kỹ thuật phù hợp Tương ứng, các tập đòan hạt được giữ trong các điều kiện ngắn, trung và dài hạn còn được gọi là những tập đoàn công tác, họat động và cơ bản

2.3 Ngân hàng gene đồng ruộng

Đây là thuật ngữ chỉ các tập đoàn thực vật sống được duy trì ngoài khu cư trú

tự nhiên của chúng Chúng có thể là các tập đoàn trồng trên đồng ruộng, trong các công viên, các vườn thực vật… Pương pháp này có những điểm chính cần chú ý sau:

* Hình thức lưu giữ: Lưu giữ nguồn gene trên đồng ruộng thí nghiệm, trong

chậu vại, nhà lưới,

* Đối tượng: Những loài cây lâu năm như cây ăn quả, cây công nghiệp, cây

thuốc, cây lấy gỗ, các loài cây có hạt “recalcitrant” – loại hạt không thích nghi với sấy khô và bảo quản lạnh, các loài cây có hạt “orthodox” và cây sinh sản vô tính khi chưa thiết lập được các ngân hàng hạt giống và in vitro thích hợp

* Phương pháp:

Đối với cây hàng năm: Bảo tồn Ex-situ nếu ngân hàng gene đồng ruộng

không phải tại nơi xuất xứ của loài cây cần bảo tồn, In-situ nếu ngân hàng gene đồng ruộng tại nơi xuất xứ của loài cây cần bảo tồn

Đối với cây lưu niên: Tạo lập các vườn bảo tồn quỹ gene cây lưu niên tại các

cơ quan nghiên cứu khoa học hoặc các địa phương; Bảo tồn In situ tại vườn gia đình

* Đặc điểm của phương pháp:

+ Bảo tồn ex - situ:

- Ưu điểm: Bảo quản được lượng lớn các nguồn gene (Tập đoàn cơ bản), kết

hợp đánh giá mô tả, theo dõi khả năng chống chịu sâu bệnh hại và các điều kiện sinh thái bất lợi đối với nguồn gene và các giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây trồng; làm giảm nguy cơ xói mòn nguồn gene trong tự nhiên

- Nhược điểm: Chi phí tốn kém, hạn chế sự tiến hoá tự nhiên của nguồn gene; nguy cơ xói mòn nguồn gene trong quá trình bảo quản do sâu bệnh và các điều kiện sinh thái bất lợi

* Số lượng nguồn gene đang được lưu giữ:

Đến đầu năm 2003 Ngân hàng gene đồng ruộng đang lưu giữ 1.800 giống (gồm Bạc Hà, củ Mỡ, củ Nâu, Dong Riềng, Dong Trắng, củ Từ, Địa Liền, Gừng, Khoai Lang, Khoai Sọ, Sắn, Riềng, Nghệ…); Vườn tiêu bản quỹ gene cây lưu niên

192 giống của 22 loài cây lưu niên

2.4 Ngân hàng gene invitro

Đây là tập đoàn các vật liệu di truyền được bảo quản trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo, trong điều kiện vô trùng

* Hình thức lưu giữ: Lưu giữ cây con, cơ quan, mô, phôi, tế bào, ADN

của các nguồn gene trong điều kiện duy trì sinh trưởng tối thiểu hoặc ngừng sinh trưởng tạm thời

* Đối tượng:

- Vật liệu sinh sản vô tính

- Bảo quản siêu lạnh trong Ni tơ lỏng (-196 oC) các đối tượng Callus, Protoplast, bao phấn, mô phân sinh, phôi

* Đặc điểm của phương pháp:

- Chi phí bảo quản lớn, đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao và trang thiết bị hiện đại

- Có khả năng tạo ra biến dị Soma với tần số biến dị khác nhau và ít lặp lại

* Số lượng giống cây trồng đang được lưu giữ: Hiện nay đang lưu giữ khoai

Môn - Sọ

Có 3 loại kho bảo quản in vitro – ngắn, trung và dài hạn Tùy theo nhu cầu bảo quản mà tốc độ sinh trưởng của vật liệu được làm giảm với mức độ khác nhau

nghiên cứu của mỗi cơ sở Trong bảo quản bằng sinh trưởng chậm (trung hạn) tốc

độ sinh trưởng của vật liệu được làm giảm một cách đáng kể bằng cách để ở điều kiện nhiệt độ và ánh sáng thấp hoặc làm giảm nồng độ oxy tiếp cận vật liệu Bằng phương này có thể kéo dài thời gian cần cấy chuyển và như vậy làm giảm một cách đáng kể các chi phí cần thiết và nguy cơ phát sinh biến dị sinh dưỡng Bảo quản trong hoặc trên mặt nitơ lỏng (1560C) là phương pháp bảo quản dài hạn Ở nhiệt độ

đó các phản ứng sinh hóa của vật liệu bị làm ngưng đọng hoàn toàn và vì thế loại trừ được khả năng xảy ra biến dị sinh dưỡng Tuy nhiên trong bảo quản đông lạnh sức sống và khả năng tái sinh của vật liệu lại là vấn đề cần quan tâm Trong quá trình tái sinh cũng có thể xảy ra những biến dị sinh dưỡng nếu có qua quá trình phát triển

“không có tổ chức cơ quan”

Mỗi giải pháp đã nêu đều có những hạn chế và thuận lợi nhất định, vì thế tùy mỗi trường hợp cụ thể mà lựa chọn giải pháp thích hợp nhất, có thể phải là kết hợp của nhiều giải pháp

3 BẢO TỒN GENE ĐỘNG VẬT HOANG DÃ Ở VIỆT NAM

Việt Nam hiện đã có 275 loài và phân loài thú, 1026 loài và phân loài chim,

500 loài cá nước ngọt, khoảng 2000 loài cá biển được nhận biết và còn nhiều loài động thực vật khác chưa được sưu tập, chứng tỏ nước ta là một trong những nước

có tính đa dạng sinh học cao.Với 2 hình thức bảo tồn (nguyên vị và chuyển vi) và các chương trình bảo tồn các loại thú cụ thể chứng tỏ công tác bảo tồn nguồn gene động vật hoang dã đã được chú trọng Tuy nhiên để bảo vệ được nguồn gene động vật hoang dã sự cần thiết phải có mối liên hệ chặt chẽ giữa các nhà khoa học, quản

lý, dân cư địa phương và ở chính vườn Quốc gia và Khu bảo tồn, nơi đang lưu giữ các nguồn gene quí hiếm này

Chính phủ Việt Nam đã quan tâm đến việc bảo vệ nguồn gene động vật hoang dã, bảo vệ đa dạng sinh học Năm 1962, Vườn Quốc gia đầu tiên được thành lập Đó là Vườn Quốc gia Cúc Phương Tháng 11/1997, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn (NN&PTNT) đã có báo cáo Chính phủ xem xét và quyết định danh

mục các khu rừng đặc dụng ở Việt Nam gồm 101 khu, với tổng diện tích là 2.297.500 ha Hệ thống rừng đặc dụng này được xây dựng nhằm bảo vệ các hệ sinh thái rừng, bảo vệ các nguồn gene động, thực vật, nhất là các loài động vật, thực vật quí hiếm và các loài có nguy cơ bị tiêu diệt Đến nay, khi xem xét lại danh mục các khu rừng đặc dụng thì thấy còn một số hệ sinh thái điển hình còn nằm ngoài hệ thống này Một số khu có diện tích còn nhỏ chưa đủ rộng để bảo vệ và bảo đảm sinh sống cho một số loài thú, nhất là một số loài thú lớn cần có nơi kiếm ăn rộng hơn như hổ, tê giác, bò xám, bò rừng,voi Trong số những Khu bảo tồn có một số khu đặc biệt như Vườn Quốc gia Chàm Chim ở tỉnh Đồng Tháp để bảo vệ loài sếu cổ trụi và Khu bảo vệ Xuân Thủy ở cửa sông Hồng bảo vệ các loài chim nước di cư Đây là khu bảo vệ Ramsar đầu tiên ở Việt Nam cũng như trong vùng Đông Nam Á

Ảnh 1.6 Vườn quốc gia Cúc Phương

PHẦN II: ĐA DẠNG LOÀI

CHƯƠNG I LOÀI VÀ ĐA DẠNG LOÀI

1 ĐỊNH NGHĨA LOÀI VÀ ĐA DẠNG LOÀI

Có nhiều quan điểm khác nhau khi định nghĩa về loài Ta có thể kể ra ba quan điểm chính: loài duy danh, loài hình thái và loài sinh học

Quan điểm duy danh có từ thế kỷ thứ 18 và tồn tại đến tận thế kỷ 20 Theo quan điểm này thì chỉ có các cá thể là tồn tại, còn loài là trừu tượng và do con người đặt ra

Theo quan điểm hình thái, ta dựa vào định nghĩa cấu tạo, hình thái của loài

để xác định: Mỗi loài là một nhóm cá thể có đặc điểm hình thái, sinh lý, hoá sinh đặc trưng khác biệt với những nhóm cá thể khác Tuy nhiên đối với những loài đồng hình phải căn cứ vào sự khác biệt về ADN như các loài vi khuẩn

Theo quan điểm sinh học, ta dựa vào định nghĩa sinh học của loài: Loài là một nhóm cá thể có khả năng giao phối với nhau để sinh sản ra thế hệ con hữu thụ, không giao phối sinh sản với nhóm khác

Một cách chung nhất, ta có thể định nghĩa: loài là cơ sở của bậc phân loại, có

bộ mã di truyền ổn định, khó làm thay đổi bởi tác nhân của môi trường tự nhiên hoặc lai với loài khác

Bậc loài là một trong các bậc taxon cơ bản trong các bậc phân loại Ví dụ Bậc phân loại của giới thực vật gồm có 6 bậc taxon cơ bản là ngành, lớp, bộ, họ, chi, loài Ngoài 6 bậc cơ bản trên người ta còn dùng các bậc trung gian như tông, nhánh, loạt, thứ, dạng

Đa dạng loài là sự phong phú về các loài được tìm thấy trong các hệ sinh thái tại một vùng lãnh thổ xác định thông qua việc điều tra, kiểm kê

Sự đa dạng về loài của một khu vực bao gồm số loài sinh vật sống trong khu vực đó Tuy nhiên, số lượng các loài chỉ đơn thuần cho biết một phần về đa dạng

sinh học, ẩn chứa trong thuật ngữ này là khái niệm về mức độ hoặc quy mô của sự

đa dạng; tức là những sinh vật có sự khác biệt rõ rệt về một số đặc điểm đặc thù sẽ

có vai trò quan trọng đối với đa dạng sinh học hơn nhiều so với những sinh vật giống nhau Để xác định mức độ đa dạng về loài của một khu vực nào đó phải xác định thành phần loài sống trong khu vực đó

2 ĐA DẠNG LOÀI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

Trên phạm vi toàn thế giới còn cần rất nhiều nổ lực để có thể hoàn thiện được danh mục đầy đủ các loài Mỗi năm các nhà phân loại trên thế giới mô tả được khoảng 11.000 loài (chiếm từ 10 đến 30% các loài có trên thế giới), và như vậy, để

có thể mô tả hết các loài trên thế giới (ước tính 10 đến 30 triệu loài) dự kiến phải tốn từ 750 năm đến 2.570 năm, trong khi đó có nhiều loài đa bị tuyệt chủng trước khi chúng được mô tả và đặt tên

Xét về đa dạng loài một cách cụ thể, ta có thể xem xét đa dạng loài theo các nhóm sinh vật Như vậy, ta sẽ có: đa dạng vi sinh vật, tảo, thực vật không mạch, thực vật có mạch, côn trùng, động vật không xương sống, động vật có xương sống (xem bảng 2.1)

Môi trường giàu có nhất về số lượng loài có lẽ ở các rừng nhiệt đới, rạn san

hô, các hồ lớn ở vùng nhiệt đới và ở các biển sâu Trong các rạn san hô, và các biển sâu, sự đa dạng sinh học thuộc nhiều ngành và lớp khác nhau Sự đa dạng trong các biển sâu nhờ vào diện tích lớn, tính ổn định của môi trường cũng như vào sự biệt hoá của các loại nền đáy khác nhau

Đa dạng loài lớn nhất là ở vùng rừng nhiệt đới Mặc dù rừng nhiệt đới chỉ chiếm 7% diện tích trái đất, chúng chứa hơn 1/2 loài trên thế giới Khoảng 40% loài thực vật có hoa trên thế giới (100.000 loài) ở vùng nhiệt đới, trong khi 30% loài chim trên thế giới phụ thuộc vào những khu rừng nhiệt đới

Rạn san hô tạo nên một nơi tập trung khác về loài Các loài san hô bé nhỏ tạo

ra các hệ sinh thái san hô vĩ đại, là vùng biển tương đương với rừng nhiệt đới về sự

(Great Barrier Reffs) ở bờ biển phía đông nước Úc, có diện tích là 349.000 km2 Rạn san hô này có hơn 300 loài san hô, 1500 loài cá, 4000 loài thân mềm, 5 loài rùa biển và là nơi sinh sản của khoảng 25 loài chim Rạn san hô này chiếm 8% loài cá trên thế giới mặc dù chúng chỉ chiếm 0,1% diện tích đại dương Bảng 5 dưới đây

mô tả sự đa dạng về loài trên thế giới Sự đa dạng về loài sẽ còn được đề cập ở phần sau, về các yếu tố ảnh hưởng đến đa dạng loài

[Nguồn: Nguyễn Nghĩa Thìn ]

Việt Nam được xếp vào nhóm các nước có đa dạng sinh học cao trên thế giới Đến nay đã ghi nhận có 15.986 loài thực vật ở Việt Nam, trong đó có 4528 loài thực vật bậc thấp và 11.458 loài thực vật bậc cao, 10% trong số đó là các loài đặc hữu Về động vật, đã thống kê được 307 loài giun tròn, 161 loài giun sán ký sinh ở gia súc, 200 loài giun đất, 145 loài ve giáp, 113 loài bọ nhảy, 7750 loài côn trùng,

260 loài bò sát, 120 loài ếch nhái, 840 loài chim, 310 loài và phân loài thú Đa dạng loài ở Việt Nam có các đặc trưng sau:

- Số lượng loài sinh vật nhiều, sinh khối lớn Bình quân trên 1km2 lãnh thổ Việt Nam có 4,5 loài thực vật và gần 7 loài động vật, một mật độ đậm đặc

- Cấu trúc loài rất đa dạng Nhiều loài có hàng chục dạng sống khác nhau

Cấu tạo quần thể thường rất phức tạp

- Khả năng thích nghi của loài cao Sinh vật Việt Nam nói chung có khả năng chống chịu cao với mọi biến đổi của ngoại cảnh

Bảng 2.2: Số lượng các loài sinh vật hiện đang sống trên Trái đất đã được

mô tả (theo Lê Vũ Khôi)