Luận văn, khóa luận, tiểu luận, báo cáo, đề tài
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN THỊ THƠM ĐA DẠNG TẢO SILIC (BACILLARIOPHYTA) Ở HẠ LƯU SÔNG MÃ (THANH HÓA) LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 60.42.20 Vinh, 2010 1 MỞ ĐẦU Tảo silic (Bacillariophyta) là những cơ thể ở dạng đơn bào hoặc tập đoàn, có kích thước hiển vi, sống lơ lửng trong nước. Chúng có khả năng quang hợp để tạo ra chất hữu cơ - nguồn dinh dưỡng cần thiết, quan trọng trong hệ sinh thái nước. Nhiều loài sinh vật phù du, ấu trùng, động vật thân mềm ăn lọc, các loài cá bột và nhiều loài cá trưởng thành đã sử dụng trực tiếp hay gián tiếp tảo silic như là một nguồn thức ăn cần thiết, không thể thay thế, bởi giá trị dinh dưỡng của tảo silic không thua kém các loài thực vật khác dùng làm thức ăn cho chăn nuôi, thậm chí cá biệt, hàm lượng prôtein và lipit còn cao hơn khoai tây và lúa mì. Do hợp chất silic (SiO 2 hoặc SiO 4 ) không bị phân huỷ bởi nhiều loại hoá chất, nên sau khi tảo chết, lớp vỏ silic tích tụ qua nhiều năm, hình thành nên những trầm tích lớn (quặng diatomit) với cấu trúc nhẹ, xốp, bền và nhiều đặc tính tốt khác, diatomit được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất chất lọc, vật liệu cách nhiệt, cách âm, thuỷ tinh và vật liệu xây dựng. Như vậy, những hiểu biết về tảo silic là rất cần thiết cho việc đánh giá tiềm năng của các hệ sinh thái nước, để từ đó có thể đưa ra những giải pháp hợp lí phục vụ cho việc phát triển và khai thác các nguồn lợi trong thủy vực. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về tảo nói chung và tảo silic nói riêng chủ yếu tập trung ở các thủy vực dạng ao, hồ, hồ chứa, các đầm, phá ven biển và vùng biển ven bờ, riêng dạng sông, suối, đặc biệt đối với các hệ thống sông lớn, tuy những năm gần đây đã có một vài công trình đề cập nhưng nhìn chung hãy còn ít ỏi và tản mạn. Từ thực tế đó chúng tôi tiến hành đề tài: “Đa dạng tảo silic (Bacillariophyta) ở hạ lưu sông Mã (Thanh Hóa )”. 2 Mục tiêu của đề tài nhằm xác định thành phần loài tảo silic ở hạ lưu sông Mã, đồng thời tìm hiểu sự phân bố của chúng trong mối liên quan với một số yếu tố sinh thái của môi trường. Để đạt được mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu của đề tài là: - Phân tích một số chỉ tiêu thủy lý - thủy hóa tại địa bàn nghiên cứu. - Điều tra thành phần loài tảo silic cũng như số lượng của chúng ở hạ lưu sông Mã. Đề tài được tiến hành từ tháng 12 năm 2008 đến tháng 9 năm 2010 tại phòng thí nghiệm Bộ môn Thực vật, Khoa Sinh học – Trường Đại học Vinh. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Sơ lược về tình hình nghiên cứu tảo 1.1.1. Nghiên cứu về phân loại thực vật Loài người ngay từ khi mới xuất hiện, trong lúc tiếp xúc với thiên nhiên, tìm hoa quả hoang dại, đào rễ, củ để ăn .đã phải tìm cách phân biệt các cây cối với nhau. Dần dần, sau này con người biết sử dụng cây để làm nhà cửa, đồ đạc, dụng cụ . thì sự hiểu biết về thực vật cũng được mở rộng thêm. Khi nghề nông phát triển, số lượng cây được biết đến ngày càng nhiều lên. Một yêu cầu thực tế đặt ra là phải phân loại chúng để sử dụng. Đó là mầm mống ra đời của phân loại thực vật mà nhiệm vụ lúc đầu là tìm cách sắp xếp thực vật thành từng loại, từng nhóm. Về sau, cùng với sự phát triển của học thuyết Darwin, phân loại học thực vật còn có thêm một nhiệm vụ to lớn hơn: sắp xếp các thực vật theo một trật tự tự nhiên từ thấp đến cao, gọi là hệ thống tiến hóa, hệ thống ấy phải phản ánh được quá trình tiến hóa của giới thực vật. Với gần hai triệu loài sinh vật, càng ngày các nhà phân loại càng phát hiện thêm nhiều loài mới và người ta ước tính có đến 30 triệu loài sống trong sinh quyển. Riêng tảo, tính đến nay, trên toàn thế giới đã phát hiện khoảng trên 40 000 loài [theo 24]. Phân loại học thực vật nói chung và phân loại tảo nói riêng ngày càng hoàn thiện hơn các phương pháp nghiên cứu, vì vậy các hệ thống phân loại tảo cũng ngày một hoàn chỉnh hơn. 1.1.2. Các hệ thống phân loại tảo Việc nghiên cứu vi tảo nói chung, tảo silic nói riêng đã có từ lâu, gắn liền với sự ra đời của kính hiển vi quang học. Tùy thuộc mức độ hoàn chỉnh của các thiết bị nghiên cứu (điều này tùy thuộc vào sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật), việc nghiên cứu vi tảo được thực hiện theo nhiều hướng khác nhau. Trước hết (và quan trọng nhất) là điều tra phân loại và tìm hiểu quy luật phân bố của chúng; sau đó là đi sâu nghiên cứu bản chất của các quá trình trao 4 đổi chất trong cơ thể tảo và cuối cùng là những nghiên cứu ứng dụng nhằm phục vụ lợi ích con người. Lần đầu tiên tảo (Algae) được biết đến nhờ hệ thống phân loại của Linaeus (1753). Theo quan điểm 2 giới của ông, phần lớn tảo (bao gồm cả Vi khuẩn lam) thuộc giới thực vật. Trong hệ thống này, ông đã đưa ra 14 chi tảo, nhưng chỉ có 4 trong chúng (Conferva, Ulva, Fucus, Chara) là đúng với định nghĩa hiện nay về tảo. Harvey (1836) xác định tảo gồm có: tảo silic (đơn bào); tảo lục, tảo đỏ, tảo nâu (đa bào) căn cứ vào cấu trúc của tế bào, vào màu sắc và cho rằng đó chính là sự biểu hiện của các sắc tố khác nhau [theo 24]. Tảo mắt có khả năng chuyển động và quang hợp nên đôi khi được xếp vào cả hai giới động vật và thực vật. Do có những khó khăn trong việc sắp xếp vị trí của các taxon như Euglena và nấm nhày nên Ernst Haeckel (1866) đã đề xuất ra giới thứ 3 là Protista cho các taxon này. Theo Ernst Haeckel, phần lớn tảo thuộc Protista, chỉ có Chlorophyta và Charophyta là thuộc giới thực vật [theo 13]. Coperland (1956) đề xuất hệ thống 4 giới: giới Sinh vật phân cắt (Monera), giới Nguyên sinh (Protista, trong đó có toàn bộ tảo, nấm và động vật nguyên sinh), giới Thực vật và giới Động vật (Animalia). Hệ thống 4 giới của Gordon (1975) gồm: giới Tiền nhân (Procaryota), Thực vật (Plantae), Nấm (Fungi) và giới Động vật (Animalia), ông đã bỏ giới Nguyên sinh (Protista) và xếp tảo và giới Thực vật. Tuy không có nhiều khác biệt với hệ thống của Haeckel ở trên song ông đã có một tiến bộ lớn là phân biệt sinh giới trên cơ sở nhân thật và nhân sơ [theo 24]. Cho tới nay đã có rất nhiều quan điểm khác nhau trong xây dựng hệ thống phân loại tảo. G. Smith (1950) chia tảo thành 7 ngành ngang hàng như các ngành khác của giới thực vật, đó là: Chlorophyta, Euglenophyta, Chrysophyta, Phaeophyta, Pyrrhophyta, Cyanophyta và Rhodophyta [theo 26]. 5 Gordon F. Leedale (1974) đã phân ra 11 ngành tảo là: Rhodophyta, Cryptophyta, Dinophyta, Haptophyta, Chrysophyta, Xanthophyta, Eustigmatophyta, Bacillariophyta, Phaeophyta, Euglenophyta và Chlorophyta [theo 13]. Sự khác biệt về số lượng ngành tảo của các tác giả khác nhau chủ yếu ở tảo vàng ánh, tảo vàng, tảo silic có tách thành các ngành riêng biệt hay không. Whittaker (1978) phân chia tảo thành 10 ngành, Vi khuẩn lam thành một lớp của ngành Eubacteriophyta. Quan điểm của hầu hết các nhà tảo học Liên Xô cũ cũng chia toàn bộ tảo thành 10 ngành trong đó Vi khuẩn lam được xếp là một ngành tảo. Hệ thống phân loại tảo của Gollerbakh M.M. (1977) [35] đã nâng lớp tảo vòng Charophyceae mà trước đó là một lớp của ngành tảo lục Chlorophyta, thành ngành Charophyta. Hệ thống phân loại này dựa trên cơ sở của các tiêu chuẩn: sự đa dạng của chất màu, sản phẩm quang hợp, sự đa dạng về hình thái cấu trúc tế bào, cấu trúc vỏ, cấu trúc roi, đặc điểm các tế bào sinh sản, chu trình sinh sản và sự xen kẽ thế hệ lưỡng bội (2n) với đơn bội (n). Theo đó, toàn bộ tảo được phân thành 10 ngành: Cyanophyta, Chrysophyta, Xanthophyta, Bacillariophyta, Pyrrophyta, Phaeophyta, Rhodophyta, Euglenophyta, Chlorophyta và Charophyta. Hầu hết các tác giả ở Liên Xô (cũ) và các nước Đông Âu đều theo hệ thống phân loại của Gollerbakh M. M. Graham & Wilcox (2000) [33], đã căn cứ vào những kết quả đạt được trong sinh học phân tử khi nghiên cứu trình tự gen SSU rARN 18S, trình tự rADN 18S và xây dựng cây chủng loại phát sinh xuất phát từ thông tin trình tự phân tử đã cung cấp một cách rõ ràng về sự tồn tại của 8 – 9 mối quan hệ huyết thống chính hay đó là các ngành tảo. Sự khác biệt thể hiện trong hệ thống này là tảo vàng ánh và tảo silic được xếp ở bậc phân loại lớp trong ngành Ochrophyta. Hai tác giả trên chia tảo thành 9 ngành: Cyanophyta, Ochrophyta, Glaucophyta, Rhodophyta, Haptophyta, Cryptophyta, Dinophyta, Euglenophyta và Chlorophyta. 6 Reynolds (2006) [theo 26], căn cứ vào những kết quả nghiên cứu đối với các vi khuẩn quang dị dưỡng, nhận thấy có một vài loài trong nhóm này là tảo, ông đã đề nghị bổ sung thêm một ngành mới Anoxyphotobacteria chưa hề có trong bảng phân loại nào từ trước đến nay. Bảng phân loại này chỉ đề cập đến các đối tượng là tảo nước ngọt và nước mặn, có 14 ngành gồm: Cyanophyta, Anoxyphotobacteria, Glaucophyta, Prasinophyta, Chlorophyta, Euglenophyta, Cryptophyta, Raphidophyta, Xanthophyta, Eustigmatophyta, Chrysophyta, Dinophyta, Bacillariophyta và Haptophyta. 1.1.3. Vài nét về việc nghiên cứu tảo silic trên thế giới và ở Việt Nam Trên thế giới: Nghiên cứu phân loại tảo silic được tiến hành rất sớm, từ những thập niên đầu thế kỷ XIX, với công trình đầu tiên là “Systema Algarum” của Agardh C.A. năm 1824. Sau đó, Ehrenberg C.G., Kuetzing F.T., Smith W., Ralfs J. đã đề xuất các hệ thống phân loại tảo silic. Tuy nhiên, cơ sở phân loại của các tác giả còn đơn giản, chủ yếu dựa và số lượng thể sắc tố và các rãnh có hay không để phân loại. Sau đó, hệ thống phân loại tảo silic đã được Kastern G. (1928), Kokubo A. (1955), Kim Đức Tường (1965) .bổ sung (theo Trương Ngọc An, 1993 [1]). Do sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, những tri thức về tảo silic ngày một phong phú. Chúng đã được nghiên cứu theo các hướng sinh thái khác nhau: tảo nước ngọt, tảo biển, tảo đất, tảo bì sinh, tảo sống trên băng tuyết . Theo hướng nghiên cứu về tảo phù du biển, Cupp E.E. (1943) đã điều tra, nghiên cứu thành phần loài tảo silic biển ven bờ ở khu vực Bắc Mỹ; Crossby và Cassie (1959) nghiên cứu tảo silic ở Ôxtrâylia và Niudilân hay Sournia A. (1968) khảo sát tảo silic phù du ở vùng biển ven bờ Môzămbic. Đáng chú ý hơn cả là những công trình điều tra, khảo sát silic trên vùng biển Ấn Độ Dương mà Kastern G. là người đầu tiên thực hiện vào năm 1907. Về sau, vào những năm 1964 – 1965 một số nhà khoa học đã nghiên cứu đối 7 tượng này tại 103 điểm, trong đó có một số khu vực mà Kastern G. đã quan tâm 60 năm trước đó. Kết quả được Reimer Simonsen (1974) tổng hợp trong cuốn “The Diatoms Plankton of The India Ocean”, mô tả 247 taxon loài và dưới loài thuộc 80 chi, trong đó có 15 loài, 1 thứ và 3 chi được coi là mới đối với khoa học [theo 4]. Kokubo A. (1955) đã công bố cuốn “Tảo silic phù du” bằng tiếng Nhật, trong đó đã mô tả chi tiết 370 loài tảo silic ở biển và ao, hồ của Nhật Bản. Năm 1965, Kim Đức Tường và cộng sự đã xuất bản cuốn “Trung Quốc hải dương phù du khuê tảo loại” trình bày 228 loài tảo silic phù du ở các vùng biển Trung Quốc, là nơi có mối quan hệ mật thiết với biển và sông ngòi của nước ta [theo 1]. Ở Việt Nam Dẫn liệu về tảo silic phù du ở nước ta đã được đề cập khá sớm ở miền Nam. Năm 1926, Rose M. đã công bố 13 chi với 20 loài tảo silic khi nghiên cứu vùng biển vịnh Nha Trang [theo 1]. Hoàng Quốc Trương (1962 - 1963) đã phát hiện 154 loài tảo silic ở vịnh Nha Trang [28]. Năm 1966, trong cuốn “The plankton of South Vietnam”, cùng với các loài tảo nước ngọt, Shirota A. đã giới thiệu 213 loài tảo silic trong 15 vùng nước lợ, nước mặn ven biển từ Thừa Thiên Huế đến Kiên Giang [32]. Tuy chỉ mới trình bày bảng tên loài cùng với những hình vẽ còn đơn giản, không có phần mô tả hình thái mà chỉ nêu các kích thước nhưng đây là công trình nghiên cứu quan trọng về thực vật phù du biển. Với danh mục loài phong phú, công trình đã giới thiệu bao quát về thực vật nổi vùng ven biển miền Nam Việt Nam - điều mà trước đó chưa có tác giả nào thực hiện được. Ở miền Bắc, trong những năm từ 1959 - 1962 và 1965 - 1966, chương trình hợp tác điều tra cơ bản tổng hợp vịnh Bắc Bộ đã được Trung Quốc và Việt Nam tiến hành ở vịnh Bắc Bộ, kết quả có trên 140 loài tảo silic đã được công bố [1]. 8 Sau đó, Trương Ngọc An và một số đồng nghiệp đã tiến hành khảo sát vùng cửa sông Hồng, sông Đáy, sông Ninh Cơ và vùng biển ven bờ tỉnh Nam Hà. Kết quả sơ bộ cho thấy sự ưu thế vượt trội của tảo silic phù du (110 loài, chiếm 88%) trong những thủy vực nước lợ đó [2]. Năm 1978, trong báo cáo “Thực vật phù du vùng ven biển Quảng Ninh – Hải Phòng”, ông đã giới thiệu một bảng tên loài ghi danh 156 loài tảo silic. Dựa vào các nguồn tài liệu trước đó ông đã biên soạn cuốn “Phân loại tảo silic phù du biển Việt Nam” mô tả 225 loài tảo thuộc 2 bộ, 18 họ, 60 chi tảo silic [1]. Với danh mục loài phong phú, phần mô tả chi tiết, dễ hiểu, các hình vẽ rõ ràng, cuốn sách thực sự là một tài liệu chuyên sâu về phân loại có giá trị, rất cần thiết và thuận lợi trong nghiên cứu tảo silic. Trần Trường Lưu (1970) [14], trong báo cáo “Tổng kết thực vật phù du các vực nước điều tra”, đã thống kê được 74 chi thực vật nổi trong đó tảo silic: 29, tảo lục: 23, tảo lam: 14, tảo mắt: 4, tảo giáp: 1, tảo vàng: 2, tảo vàng ánh: 1. Cũng Trần Trường Lưu (1975) [15] đã tiến hành nghiên cứu trên sông Hồng, sông Đà, sông Mã và một số sông đào khác và đã thống kê được 98 chi tảo sông thuộc các ngành: tảo silic, tảo lục, tảo lam, tảo mắt, tảo giáp, tảo vàng và tảo vàng ánh. Dương Đức Tiến (1981) [36] đã nghiên cứu thực vật nổi trên một số sông, suối tiêu biểu thuộc các miền khác nhau ở Việt Nam, đã phát hiện được 286 loài/dưới loài, trong đó tảo silic chiếm ưu thế với 180 loài. Ở một số con sông lớn như sông Hồng, trong số 55 loài vi tảo đã phát hiện có 33 loài tảo silic, ở sông Hương có 64 loài tảo silic (trong số 95 loài được tìm thấy), còn ở sông Cửu Long tác giả đã phát hiện 136 loài vi tảo, trong đó tảo silic có 83 loài/dưới loài. Ở miền Trung, Tôn Thất Pháp (1993) khi nghiên cứu phá Tam Giang (Thừa Thiên Huế) đã công bố 244 taxon bậc loài và dưới loài thực vật thủy sinh, trong đó có 159 loài tảo silic [18]. Năm 1996, Đặng Thị Sy trong luận án 9 PTS với đề tài: “Tảo Silic vùng cửa sông ven biển Việt Nam” đã công bố 338 taxon bậc loài và dưới loài [23]. Lê Thị Thúy Hà, Võ Hành (1999) [10], trong công trình “Chất lượng nước và thành phần loài vi tảo (Mcroalgae) ở sông Lam – Hà Tĩnh” đã xác định được 136 loài và dưới loài trong đó có 60 loài tảo silic (chiếm 44,12%). Ở sông Lam (Nghệ An), Lê Thị Thuý Hà (2004) đã phát hiện được 164 loài tảo silic, trong đó bộ Discales và bộ Diraphinales có nhiều loài nhất [9]. Nguyễn Đình San (2001), giới thiệu trong luận án tiến sĩ sinh học của mình một danh mục gồm 196 loài thuộc 5 ngành tảo trong một số thủy vực bị ô nhiễm ở 3 tỉnh Bắc miền Trung, trong đó có 59 loài tảo silic phù du [21]. Lương Quang Đốc (2007) đã phát hiện 113 loài/dưới loài tảo silic sống trên nền đáy mềm ở đầm, phá tỉnh Thừa Thiên - Huế [5]. Gần đây, Võ Hành cùng Phan Tấn Lượm (2010) [8] đã thống kê được 110 loài tảo silic ở cửa Cung Hầu (sông Tiền Giang), trong đó các chi chủ đạo thuộc về Coscinodiscus, Chaetoceros, Pleurosigma, Cyclotella, Nitzschia, Rhizosolenium, Gyrosigma và Biddulphia. Hiện nay, các nghiên cứu về tảo được gắn liền với nhiều thiết bị và phương pháp hiện đại. Kính hiển vi điện tử được sử dụng trong những nghiên cứu sâu về từng nhóm tảo giúp cho việc phân loại chính xác hơn. Các phương pháp phân tích ADN được áp dụng với một số nhóm tảo, nhất là với các nhóm có tính độc tố giúp cho việc xây dựng cây phát sinh chủng loại và phát hiện các loài và dưới loài mới cũng như thẩm định lại các loài đã biết được chính xác hơn. Có thể kể đến các công trình của Nguyễn Thị Thu Liên, Lê Như Hậu và Nguyễn Hữu Đại, Đặng Diễm Hồng và cộng sự, Đặng Đình Kim và cộng sự. Các ứng dụng về toán học và tin học trong sinh học cũng được sử dụng để đánh giá tác động của các yếu tố môi trường lên tảo [theo 13]. Bên cạnh những thành tựu nói trên, chắc chắn còn có nhiều cuộc điều tra, khảo sát đã được tiến hành trên quy mô nhỏ hay mang tính địa phương 10 . tài: Đa dạng tảo silic (Bacillariophyta) ở hạ lưu sông Mã (Thanh Hóa )”. 2 Mục tiêu của đề tài nhằm xác định thành phần loài tảo silic ở hạ lưu sông Mã, . THƠM ĐA DẠNG TẢO SILIC (BACILLARIOPHYTA) Ở HẠ LƯU SÔNG MÃ (THANH HÓA) LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 60.42.20 Vinh, 2010 1 MỞ