ĐA DẠNG SINH HỌC

Khái niệm về gen đã trải qua 4 giai đoạn phát triển chính: Thời Mendel (1865), gen 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 gen 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 gen Mendel là một nhiễm sắc thể Năm 1909, W. Johannsen đã đưa ra khái niện về ”gen” 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 gen”. Quan niệm đó về gen tồn tại suốt cả giai đoạn phát triển của di truyền học kinh điển. Theo trường phái Morgan (1926) cho rằng: không phải một gen mà nhiều gen 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 gen 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 gen, mà chỉ có thể diễn ra giữa các gen.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG TẬP THỂ LỚP CAO HỌC KHÓA 16 ĐA DẠNG SINH HỌC HÀ NỘI – 2008 MỤC LỤC MỤC LỤC .2 LỜI NÓI ĐẦU .6 PHẦN I: ĐA DẠNG DI TRUYỀN .9 CHƯƠNG 1: GEN VÀ ĐỘT BIẾN GEN .9 1. TỔNG QUAN VỀ GEN .9 1.1. Định nghĩa gen .9 1.2. Cấu trúc của Gen 10 1.3. Chức năng của Gen 13 2. ĐỘT BIẾN GEN 14 2.1. Khái niệm đột biến và đột biến gen .14 2.2.Các dạng đột biến gen thường gặp 15 2.3.Nguyên nhân phát sinh đột biến gen .15 2.4. Hậu quả của đột biến gen .16 2.5. Sự biểu hiện của đột biến gen .17 2.6. Ý nghĩa của đột biến gen 17 3. ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GEN .18 3.1.Cách tiến hành kỹ thuật gen 19 3.2. Tạo ra các chủng vi sinh vật mới .19 3.3. Một số thành tựu chọn giống ở Việt Nam .21 CHƯƠNG II: ĐA DẠNG GEN .23 1.ĐA DẠNG GEN 23 1.1. Định nghĩa 24 1.2. Tính đa dạng ở mức độ của các nhóm sinh vật .25 2. ĐA DẠNG GEN TRONG NÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM .28 2.1. Nguồn gen giống cây trồng, vật nuôi .28 2.2. Đặc trưng đa dạng của nguồn gen 29 3. TÌNH TRẠNG SUY THOÁI ĐA DẠNG GEN 30 CHƯƠNG III: BẢO TỒN GEN .32 1. CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO TỒN NGUỒN GEN .32 Đa dạng sinh học 1.1. Bảo tồn nguyên vị (In situ) .33 1.2. Bảo tồn chuyển vị (Ex situ) 33 2. CÁC BIỆN PHÁP BẢO TỒN NGUỒN GEN 34 2.1. Bảo tồn nguồn gen trong trang trại 34 2.2. Ngân hàng gen hạt giống 35 2.3. Ngân hàng gen đồng ruộng 37 2.4. Ngân hàng gen invitro 39 3. BẢO TỒN GEN ĐỘNG VẬT HOANG DÃ Ở VIỆT NAM .40 PHẦN II: ĐA DẠNG LOÀI 42 CHƯƠNG I. LOÀI VÀ ĐA DẠNG LOÀI .42 1. ĐỊNH NGHĨA LOÀI VÀ ĐA DẠNG LOÀI 42 2. ĐA DẠNG LOÀI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 43 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐA DẠNG LOÀI 47 CHƯƠNG II. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SUY GIẢM ĐA DẠNG LOÀI 49 1. NGUYÊN NHÂN TỰ NHIÊN .50 2. NGUYÊN NHÂN TỪ CON NGƯỜI .51 2.1. Sử dụng không bền vững các nguồn tài nguyên sinh vật 51 2.2. Sự du nhập các loài ngoại lai .54 2.3. Xây dựng cơ bản làm mất đa dạng sinh học 55 2.4. Chiến tranh .56 2.5. Ô nhiễm môi trường .57 2.6. Tăng dân số 60 2.7. Di dân và tập quán du canh du cư 61 2.8. Sự nghèo đói .62 2.9. Mâu thuẫn trong các chính sách .62 CHƯƠNG III. ĐE DOẠ LOÀI VÀ BẢO TỒN 63 1. SÁCH ĐỎ IUCN VÀ SỰ TUYỆT CHỦNG .63 1.1. Sách đỏ IUCN 63 1.2. Sự tuyệt chủng (extinction) 66 2. BẢO TỒN LOÀI 71 2.1. Vì sao phải bảo tồn loài? 71 2.2. Các cấp độ bảo tồn loài 73 2.3. Công cụ bảo tồn loài .74 2.4. Bảo tồn loài ở Việt Nam 76 3 Đa dạng sinh học PHẦN III. ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI 78 CHƯƠNG I : HỆ SINH THÁI 78 1. CÁC KHÁI NIỆM .78 1.1. Khái niệm hệ sinh thái 78 1.2. Các khái niệm liên quan .79 2. CẤU TRÚC CỦA HỆ SINH THÁI 80 2.1. Cấu trúc hệ sinh thái chia theo thành phần 80 2.2. Cấu trúc hệ sinh thái chia theo chức năng .81 3. ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ SINH THÁI .82 3.1. Tính cân bằng của hệ sinh thái – cân bằng sinh thái (ecological stability) .82 3.2. Dòng năng lượng trong hệ sinh thái .83 3.3. Dòng vật chất của hệ sinh thái, chu trình sinh địa hoá 84 4. CHỨC NĂNG CỦA HỆ SINH THÁI .84 4.1. Chức năng sinh thái và môi trường 84 4.2. Chức năng sản xuất – giá trị kinh tế 86 4.3. Chức năng xã hội và nhân văn .88 4.4. Các chức năng khác 89 5. DIỄN THẾ SINH THÁI 90 5.1. Khái niệm diễn thế sinh thái .90 5.2. Nguyên nhân dẫn đến diễn thế sinh thái 90 5.3. Các loại diễn thế 91 5.4. Tầm quan trọng thực tế của việc nghiên cứu diễn thế. .93 6. CÁC KIỂU HỆ SINH THÁI CHÍNH .93 6.1. Các hệ sinh thái trên cạn 93 6.2. Các hệ sinh thái dưới nước .97 CHƯƠNG II : ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI .102 1. TỔNG QUAN VỀ ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI 102 1.1. Đa dạng hệ sinh thái .102 1.2. Nguyên tắc đánh giá đa dạng hệ sinh thái .102 2.CHỈ SỐ ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI .103 2.1. Tổng chỉ số đa dạng (Công thức Shannon) .103 2.2. Chỉ số bình quân .104 2.3. Các chỉ số khác .104 3. ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH THÁI HỌC .104 4. ĐẶC TRƯNG CÁC HỆ SINH THÁI Ở VIỆT NAM 107 4.1. Hệ sinh thái trên cạn .108 4 Đa dạng sinh học 4.2. Hệ sinh thái đất ngập nước .109 4.3. Hệ sinh thái biển .110 CHƯƠNG III. SUY GIẢM ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI VÀ BẢO TỒN .112 1. NGUYÊN NHÂN TRỰC TIẾP .113 1.1. Mất và phá huỷ nơi cư trú 113 1.2. Sự thay đổi trong thành phần hệ sinh thái .114 1.3. Sự nhập nội các loài ngoại lai 115 1.4. Khai thác quá mức .116 1.5. Ô nhiễm .117 1.6. Suy giảm chất lượng nguồn nước 117 1.7. Biến đổi khí hậu .118 2. NGUYÊN NHÂN GIÁN TIẾP 118 2.1. Sự tăng dân số 119 2.2. Chính sách phát triển kinh tế .119 3. BẢO TỒN HỆ SINH THÁI .119 3.1. Xây dựng các Khu bảo tồn .120 3.2. Bảo tồn bên ngoài các Khu bảo tồn .123 3.3. Phục hồi nơi cư trú của sinh vật .123 PHẦN IV. KHU BẢO TỒN 125 CHƯƠNG I. KHÁI NIỆM VỀ KHU BẢO TỒN .125 1. KHÁI NIỆM VỀ KHU BẢO TỒN .125 2. VAI TRÒ CÁC KHU BẢO TỒN 125 3. BẢO TỒN TRÊN THẾ GIỚI .126 3.1. Thực trạng .126 3.2. Tiêu chí xác định 127 3.3. Phân loại các Khu bảo tồn trên Thế giới 128 3.4. Giới thiệu về Vườn Quốc gia Granpadiso – Italia .130 4. PHÂN BIỆT GIỮA VƯỜN QUỐC GIA, KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN VÀ KHU DỰ TRỮ SINH QUYỂN 132 4.1. Vườn quốc gia 132 4.2. Khu dự trữ sinh quyển 137 4.3. Khu bảo tồn thiên nhiên 142 CHƯƠNG II: BẢO TỒN TẠI VIỆT NAM 144 1. THỰC TRẠNG ĐA DẠNG SINH HỌC VÀ BẢO TỒN TẠI VIỆT NAM 144 1.1. Các khu bảo tồn tại Việt Nam 144 5 Đa dạng sinh học 1.2. Tiêu chí xác định các Khu bảo tồn ở Việt Nam 145 2. VẤN ĐỀ QUẢN LÝ CÁC KHU BẢO TỒN 146 2.1. Một số nguyên lý áp dụng ở các Khu bảo tồn và dân địa phương .146 2.2. Các vấn đề cần đổi mới trong quản lý cảnh quan: 147 3. CÁC KHÓ KHĂN TRONG QUẢN LÝ CÁC KHU BẢO TỒN TẠI VIỆT NAM .148 4. MỘT SỐ VƯỜN QUỐC GIA Ở VIỆT NAM 149 4.1. Vườn Quốc gia Cúc Phương 149 4.2. Vườn Quốc gia Cát Bà .151 4.3. Vườn quốc gia Ba Bể .153 4.4. Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng .154 TÀI LIỆU THAM KHẢO .156 LỜI NÓI ĐẦU 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 gen 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 gen giữa các cá thể trong cùng một loài và giữa các loài khác nhau; là sự đa dạng về gen 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. 6 Đa dạng sinh học 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 thành loài mới (xem bảng 2). 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 7 Đa dạng sinh học 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 km 2 trải dài từ vĩ độ 8 o 25’ đến 23 o 24’ 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 8 Đa dạng sinh học 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: GEN VÀ ĐỘT BIẾN GEN 1. TỔNG QUAN VỀ GEN 1.1. Định nghĩa gen Khái niệm về gen đã trải qua 4 giai đoạn phát triển chính: Thời Mendel (1865), gen 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 gen 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 gen Mendel là một nhiễm sắc thể Năm 1909, W. Johannsen đã đưa ra khái niện về ”gen” 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 gen”. Quan niệm đó về gen tồn tại suốt cả giai đoạn phát triển của di truyền học kinh điển. 9 Đa dạng sinh học Theo trường phái Morgan (1926) cho rằng: không phải một gen mà nhiều gen 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 gen 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 gen, mà chỉ có thể diễn ra giữa các gen. + Đơn vị chức năng, nghĩa là tất cả các đột biến của một gen 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 gen – một enzim” của G.Beadle và E.Tatum (1940) cho rằng mỗi gen quyết định sự tồn tại và hoạt tính của một enzim. Với khoa học ngày nay đã định nghĩa gen 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 gen được xác định bởi một sợi polypeptid, không nhất thiết là cả một enzim. Các gen 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 Gen 1.2.1. Cấu trúc hóa học của gen Hình 1.1 . Một đoạn gen trong nhiễm sắc thể 10 . thành mã di truyền. 6 Đa dạng sinh học 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. phủ 8 Đa dạng sinh học 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