luận văn tốt nghiệp sinh học

LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Lê Thị Thúy Hà hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Thực vậ, Bộ mơn Sinh lý – Hóa sinh, Khoa Sinh học – Trường Đại học Vinh toàn thể bạn bè người thân giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Vinh, ngày tháng năm 2011 Nguyễn Thị Kỳ MỞ ĐẦU Trong hệ sinh thái tự nhiên hay ao nuôi trồng thủy sản, đặc biệt ao ni cá nước thực vật yếu tố hữu sinh đóng vai trị quan trọng trao đổi vật chất lượng Chúng cở sở thức ăn tự nhiên, tác nhân lọc sinh học nguồn cung cấp oxy hòa tan nước Thực vật phản ứng nhanh với nguồn dinh dưỡng bổ sung vào mơi trường nước, xem số quan trọng để đánh giá mức độ dinh dưỡng ao nuôi Sinh khối tốc độ sinh trưởng thực vật thay đổi theo mùa phụ thuộc vào yếu tố môi trường (ánh sáng, nhiệt độ, độ mặn, muối dinh dưỡng…) Nhưng mức độ biến động thực vật (khi chúng phát triển nhiều ) lại tác nhân ảnh hưởng chất lượng nước ảnh hưởng tới đối tượng nuôi ao, đặc biệt phát triển mức số loài, kèm theo tàn lụi lắng đọng phân hủy chúng ao nguyên nhân làm chậm phát triển đối tượng nuôi, gián tiếp ảnh hưởng đến suất nuôi trồng Không thế, số thực vật gây hại đối tượng nuôi (sống bám, tiết độc tố…) Trong thành phần thực vật phù du (phytoplankton), tảo lam chiếm tới 30% số loài sinh vật lượng Một số lồi tảo lam có tác động tới trình hình thành phì dưỡng thủy vực nước Hiện tượng nở hoa nước tảo lam Microcystis, Anabaena, Merismopedia gây làm cho cá chết hàng loạt, ảnh hưởng tới chất lượng nước dùng cho sinh hoạt, dùng công nghiệp [20] Để ổn định phát triển nghề nuôi cá, khơng hồn thiện quy trình ni mà phải quan tâm đến việc quản lý yếu tố môi trường ao nuôi yếu tố thực vật yếu tố quan trọng Cho nên phải tìm thành phần nào, yếu tố thời diểm ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng chúng Từ có biện pháp cần thiết để điều khiển loài thực vật ao Song nước ta, cơng trình nghiên cứu thực vật mối quan hệ chúng với yếu tố môi trường ao nuôi cá cịn q Vì chưa đánh giá mức phát triển vai trò thực vật hệ sinh thái ao nuôi, gây khó khăn cho việc quản lý chất lượng nước khai thác nguồn thức ăn tự nhiên ao nuôi Can Lộc huyện có nhiều trang trại ni cá nước chưa có cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng vi tảo tới nghề nuôi cá nước Từ thực tế chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài : “ Vi khuẩn lam số ao nuôi cá nước thuộc địa bàn xã Thuần Thiện – huyện Can Lộc – tỉnh Hà Tĩnh” Mục tiêu đề tài: Xác định thành phần loài vi khuẩn lam (Cyanobacteria) số ao nuôi cá nước xã Thuần Thiện – huyện Can Lộc – tỉnh Hà Tĩnh làm sở khoa học cho giải pháp kĩ thuật nhằm ổn định nâng cao chất lượng nguồn thức ăn tự nhiên ao nuôi Để đạt mục tiêu trên, tiến hành nội dung: Xác định thành phần loài vi khuẩn lam Xem xét mối quan hệ vi khuẩn lam với số yếu tố môi trường ao nuôi thuộc địa bàn nghiên cứu Đề tài tiến hành từ tháng 10 năm 2010 đến tháng năm 2011 Địa điểm thu mẫu ao nuôi cá nước thuộc địa bàn xã Thuần Thiện – huyện Can Lộc – tỉnh Hà Tĩnh phân tích nghiên cứu phịng thí nghiệm Bộ mơn Thực vật, Bộ mơn Sinh lí hóa sinh Khoa Sinh học – Trường Đại học Vinh Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình nghiên cứu Vi khuẩn lam giới Việt Nam Vào kỉ XIX đầu kỉ XX cơng trình nghiên cứu Vi khuẩn lam chủ yếu tập theo hương phân loại học Những người nghiên cứu Vi khuẩn lam C Agardhi (1824) Kuetzing (1843) Những người đặt móng cho hệ thống phân loại Vi khuẩn lam Thuret (1875), Kirchner (1900) Sau năm 1914 xuất hệ thống phân loại Vi khuẩn lam Ở Việt Nam, dẫn liệu khu hệ tảo thực nhà khoa học nước ngoài: Bois M Petit P.(1904) Từ năm 60 kỉ XX trở xuất cơng trình nghiên cứu tảo người Việt Nam Người Việt Nam nghiên cứu công bố kết chuyên tảo lam Cao Ngọc Phương (1964) Bà viết 23 taxon tảo lam sát mặt đất Sài Gòn Đà Lạt, có 11 chi với chi có tế bào dị hình chi khơng có tế bào dị hình, lồi khoa học: Phormidium vietnamensis thứ mới: Gloeocapsa punctata var phamhoangii Trong báo “Tảo lam cố định đạm đất trồng lúa miền Bắc Việt Nam” Dương Đức Tiến (1977) cơng bố 13 lồi tảo lam thuộc chi với đặc điểm phân loại khả cố định đạm chúng [21] Sau vào năm 1984, Trần Văn Nhị cộng nâng tổng số tảo lam cố định đạm Việt Nam lên tới 40 taxon Phùng Thị Nguyệt Hồng (1992) công bố tiếng Pháp tồn cơng trình nghiên cứu nhiều năm tảo lam châu thổ sơng Mê Cơng với 94 taxon, có lồi khoa học Năm 2001, Nguyễn Đình San cơng bố 196 lồi lồi tảo vi khuẩn lam 20 thủy vực tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh (6 thủy vực dạng hồ) [17], Hồ Sĩ Hạnh (2007) xác định 129 loài VKL đất trồng tỉnh Đắc Lắc có chi (Westiellopsis) 38 lồi lồi Việt Nam [10] Bên cạnh nghiên cứu thành phần loài vi tảo thủy vực số nghiên cứu mở ra: Mối quan hệ vi tảo với số yếu tố môi trường, tảo gây độc, khả ứng dụng thực tiễn vi tảo việc xử lý ô nhiễm môi trường nước Tiêu biểu cơng trình Lê Thu Hà, Nguyễn Thùy Liên (2005), Võ Hành cộng (1995), Nguyễn Đình San cộng (1997-1998), Nguyễn Đức Diện (2002) [3] Song song với nghiên cứu phân loại, khu hệ tảo lam Việt Nam cịn có cơng trình nghiên cứu chun sâu, thử nghiệm số lồi tảo lam có ý nghĩa thực tiễn ngày tăng khoảng chục năm gần Những công trình nghiên cứu tảo lam cộng sinh bèo hoa dâu Nguyễn Hữu Thước, Nguyễn Văn Mẫn (1982); nghiên cứu tảo lam cố định đạm Nguyễn Đức (1984-1985) Nghiên cứu sinh lý quang hợp, sinh hóa tảo lam giàu đạm Spirulina platensis giành nhiều ý hàng loạt tác giả Đặng Đình Kim, Đặng Hồng Phước Hiền, Vũ Văn Vụ [ 20] Nghiên cứu mối quan hệ môi trường tảo lam tiến hành nhà máy phân đạm Hà Bắc: Dương Đức Tiến, Trần Văn Nhân, Nguyễn Thị Loan Ngồi cơng trình chun sâu phân loại cịn có cơng trình nghiên cứu riêng sinh vật phù du thủy vực nước ngọt, nước biển nước lợ, có phần nghiên cứu tảo lam Danh mục tảo lam phát Việt Nam lên tới hàng trăm loài tác giả: Phạm Hoàng Hộ, Shirota Hoàng Quốc Trương, Nguyễn Văn Tuyên, Dương Đức Tiến [23] 1.2 Một số đặc điểm cấu tạo, hình thái sinh sản vi khuẩn lam 1.2.1 Đặc điểm, cấu tạo hình thái vi khuẩn lam Xét cấu trúc hình thái, thể tảo lam thường gặp mức độ sau: đơn bào, tập đoàn, sợi Vi khuẩn lam thể mà tế bào chưa có nhân điển hình, khơng có màng nhân, vật liệu di truyền chủ yếu tập trung chất nhân, ADN tạo thành sợi khép lại thành vịng Cơ thể khơng có roi Vi khuẩn lam có cấu trúc gần giống với vi khuẩn khác với vi khuẩn chỗ có đời sống tự dưỡng, có màu xanh lam chứa diệp lục a Vi khuẩn lam xếp nhóm vi sinh vật quang tự dưỡng - Vách tế bào: Vách tế bào tảo lam có lớp, lớp ngồi lớp lớp chứa chất murein, lớp chất nhầy Ở số vi khuẩn lam khơng có chất nhầy bao bọc (Oscillatoria) số khác lại có chất nhầy bao quanh, chí có bao nhầy dày (Nostoc, Gloeocapsa, Mcrocoleus) - Sắc tố vùng chất màu: Vi khuẩn lam chứa sắc tố diệp lục a, βcaroten phycobiliprotein Ở vi khuẩn lam khơng có sắc thể có lamell quang hợp, chúng nằm tự vùng tế bào chất Các thylakoid hầu hết loài nằm song song với bề mặt tế bào - Vùng trung tâm: Đây nơi chứa vật chất di truyền – sợi ADN, chúng nằm trung tâm tế bào - Riboxom: Có mặt khắp nơi tế bào chất làm chức tổng hợp protein Khác với ribosom tế bào có nhân chuẩn chúng có kích thước nhỏ - Khơng bào khí: Trong tế bào vi khuẩn lam thường gặp khơng bào khí Đó túi có màng mỏng cấu tạo từ protein chứa đầy khí nitơ Quan sát kính hiển vi cho thấy, khơng bào khí nhiều túi nhỏ hợp lại Dưới kính hiển vi quang học, ánh sáng qua, khơng bào khí có màu đen Khơng bào khí thường gặp lồi sống trơi chi: Anabaena, Rivularia, Microcytis, Apharizomenon, Nostoc - Các chất dự trữ: Chất dự trữ quang trọng vi khuẩn lam α1,4glucan, hạt nhỏ nằm thylakoid Ngồi cịn có hạt volutin, hạt carboxysome 1.2.2 Hình thái vi khuẩn lam Hình thái vi khuẩn lam chia làm dạng: đơn bào, tập đoàn, dạng sợi - Các dạng đơn bào tập đoàn: Thuộc dạng đơn bào bao gồm tế bào sống riêng rẽ, có hình dạng khác nhau, thơng thường có dạng hình cầu hay hình elip Trong nhiều trường hợp vài nhiều tế bào liên kết lại với chất nhầy thành thể ngun vẹn, gọi tập đồn Hình dạng tập đồn khác nhau, chúng có dạng hình cầu, hình elip, hình trụ, hình khối, dạng hình dạng khơng xác định - Cấu trúc sợi trichom (lông): Vi khuẩn lam đa bào dạng sợi có cấu trúc sợi đơn độc dính lại thành màng hay váng nhờ chất nhầy quấn quýt lại thành khối hình cầu hay hình bán cầu Ở sợi tế bào liên hệ với sợi liên bào Thông thường màng ngăn tế bào có lỗ, sợi liên bào qua lỗ nối liền tế bào với tế bào thành thể thống Sợi lên bào thấy vi khuẩn lam lớp Hormogoneae lớp Chroococaceae Chamaesiphoneae Hình dạng tế bào sợi khác khác Tế bào đầu hay gốc sợi số loài có hình dạng đặc biệt, đặc điểm tiêu chuẩn phân loại đến loài - Tế bào dị hình hay dị nang (Heterocyst): Là tế bào đặc biệt thường có trichom số chi lớp Hormogoneae Màng tế bào chúng có hai lớp Nội chất có màu vàng nhạt, xanh da trời khơng màu Chúng khơng chứa khơng bào khí hạt dự trữ bên tế bào tế bào dinh dưỡng khác sợi Chúng nằm đầu sợi (như Gloeotrichia, Calothirix) nằm xen kẽ với tế bào dinh dưỡng khác (như Anabaena, Nostoc) Tế bào dị hình hình thành từ tế bào dinh dưỡng bình thường, sau có biến đổi cấu trúc 1.2.3 Sinh sản vi khuẩn lam - Vi khuẩn lam có hình thức sinh sản vơ tính Hình thức sinh sản thông thường phân chia tế bào làm đôi Đối với dạng vi khuẩn lam đơn bào cách - Sinh sản vơ tính nội bào tử ngoại bào tử Các bào tử tạo tế bào sinh dưỡng thơng thường Khác với tảo có nhân chuẩn, việc phân chia tạo loại bào tử tảo lam không trải qua giai đoạn mitosis meiosis - Đối với dạng tập đoàn, sinh sản mảnh tản – tập đoàn tách thành hai hay nhiều tập đoàn - Đối với tảo lam đa bào dạng sợi sinh sản đoạn tảo (hormogonium) Hormogonium – đoạn trichom tách , thực chức sinh sản sinh dưỡng - Một số loài tạo bào tử vách dày làm chức tế bào sinh sản tế bào tiềm sinh 1.2.4 Phân loại vi khuẩn lam Ngành có khoảng 150 chi với 2000 lồi Ở Việt Nam phát 344 loài loài (Dương Đức Tiến, 1996).[23] Tồn hệ thống phân loại tảo lam: Theo hệ thống Geitler (1932) chia tảo lam thành (tất thuộc lớp Cyanophyceae): Chroococcales, Dermocarpales, Pleurocapsales Hormogonales Hệ thống Fritsch (1945) chia tảo lam thành (thuộc lớp Cyanophyceae): Chroococcales, Chamaesiphonales, Pleurocapsales, Nostocales Stigonematales Khác với tác giả Gollerbakh (1977) chia tảo lam thành lớp: Chroococcophyceae, Chamaesiphonophyceae, Hormogoniophycceae Theo hệ thống tảo lam gồm 10 bộ, đáng ý lớp Hormogoniophycceae, ông tách Nostocales thành hai bộ: Nostocales Oscillatoriales Van den Hoek (1995), không dựa vào dấu hiệu hình thái, cấu tạo tế bào cách thức sinh sản mà sử dụng đặc điểm cấu trúc siêu hiển vi tế bào, đặc biệt trọng đến tiêu chí phân tử(ADN) để phân loại xây dựng hệ thống, theo tảo lam có lớp bộ, là: Chroococcales, Pleurocapsales, Oscillatoriales, Nostocales, Stigonematales Cách phân chia phù hợp với số tác Anagnostidis K.& Komarek [9] 1.3 Ảnh hưởng vi khuẩn lam tới nghề nuôi cá nước - Nguồn lợi thủy sinh vật trạng: Nước ta có diện tích nước mặt nội địa rộng lớn, bao gồm nhiều loại thủy vực Bên cạnh hệ thống sông suối, kênh mương dày đặc tiềm mặt nước cho nuôi trồng thủy sản lớn, theo thống kê “dự báo kế hoạch kinh tế thủy sản đến năm 2000” Bộ Thủy sản (1996), diện tích mặt nước ni trồng thủy sản nước 1,35 triệu Ở loại thủy vực Việt Nam biết khoảng 793 lồi động vật khơng xương sống nước từ biển di nhập vào, 546 lồi cá nước với nhiều loại có giá trị kinh tế Nhiều loại cá, tôm, cua, trai, ốc thức ăn hàng ngày nhân dân Các động vật không xương sống nhỏ tầng nước đáy thủy vực nguồn thức ăn quan trọng loài cá sống thủy vực, số khác lại vật chủ trung gian truyền bệnh giun sán cho người, gia súc, gia cầm Cũng cần phải nói đến loại đỉa, ấu trùng ruồi, muỗi sốt rét phổ biến thủy vực đồng vùng núi, gây tác hại lớn cho người gia súc lao động hàng ngày Rõ ràng khu hệ động vật thủy vực nội địa có nguồn vai trò quan trọng đời sống phát triển kinh tế nước ta [18] Theo tài liệu tổng kết gần đây, Việt Nam thống kê 546 loài phân loài cá nước thuộc 18 bộ, 57 họ 228 giống (Bộ Thủy Sản, 1996) Trong đó, đáng lưu ý họ cá chép có tới 228 lồi, chiếm 41,9% tổng số loài Trong số loài cá nước nội địa, thống kê 97 loài cá kinh tế nằm 23 họ Một số tác giả phân biệt cá kinh tế thành thành nhóm chính: 1/ Các lồi cá kinh tế sống sơng, suối thuộc lưu vực sơng Hồng, Thái Bình 2/ Các lồi sống sông, suối thuộc khu vực sông Mê Công, Đồng Nai 3/ Các loài sống thủy vực nước tĩnh ao, hồ, ruộng đồng 4/ Các lồi có nguồn gốc nước mặn, lợ di cư vào nước Trong lồi cá kinh tế, phân biệt thành nhóm có giá trị sử dụng khác sau: + Nhóm ni cá lấy thịt Cho đến có tới 46 lồi cá dịng cá ni Trong có 28 lồi nằm 23 giống, 11 lồi dịng cá nằm 10 giống, họ cá nhập nội Các loài cá ni lấy thịt chủ yếu gồm lồi cá ăn thực vật (mè trắng, trắm cỏ), ăn động vật (mè hoa), ăn tạp (chép, giếc, rô phi) ăn mùn bã động vật (bống), ăn chất vẩn (trơi) Cũng kể lồi cá “đen” như: trê, lươn ni gần đây, cá đối ao đầm nước lợ + Nhóm cá ni làm cảnh Theo thống kê, tổng số lồi cá làm cảnh biết gồm có 151 loài thuộc 87 giống, 35 họ 11 (Bộ Thủy sản, 1996) Trong đó, 118 lồi ni làm cảnh, 33 lồi cá cảnh sống tự nhiên chưa ni Về nguồn gốc, có 116 loài cá cảnh địa 35 loài cá nhập nội + Nhóm cá tự nhiên Nhóm cá khai thác tự nhiên sông, suối, hồ, ruộng bao gồm nhiều thành phần: • Các lồi cá biển di cư vào sông nội địa hàng năm mùa sinh sản (mịi, cháy, lành canh) • Các lồi cá phổ biến hà lưu sông lớn vùng đồng (chày, vền ngạch, nheo, trạch sơng, mương, thiểu) • Các loài phổ biến ao, hồ, ruộng đồng (rô, trê, quả, trạch ao, lươn) 10 Biểu đồ 3.3: Biến động NH4+ qua đợt nghiên cứu ao nuôi - Hàm lượng PO43-: Cùng với N P tiền đề tạo nên suất sơ cấp thủy vực Mặc dù vi tảo không cần nhiều photpho có vai trị quan trọng chúng có thành phần protein, axit nucleic, chúng tham gia vào q trình hơ hấp điều chỉnh pH nội chất tế bào Qua bảng 3.7 biểu đồ 3.4, nhìn chung hàm lượng photpho thuỷ vực thấp Hàm lượng trung bình ao A là: 0,12 – 0,13 (mg/l), ao B (0,17mg/l) thấp giới hạn tiêu chuẩn Viêt Nam nước loại A (TCVN 5942-1995) Giữa điểm thu mẫu hàm lượng photpho dao động khoảng 0,010,04 Khơng có mẫu vượt tiêu cho phép nước loại A 24 Bảng 3.7: Hàm lượng PO43- ao nuôi (đơn vị: mg/l) Thời gian thu Đợt Đợt mẫu (10/2010) (12/2010) 0.11 0.13 0.12 0.11 0.15 0.18 0.18 0.15 0.16 0.16 0.14 0.13 0.11 0.13 0.12 0.17 0.18 0.17 0.18 0.17 Vị trí Thu mẫu Đ1 Ao Đ2 Đ3 A Đ4 Đ5 Đ1 Ao Đ2 Đ3 B Đ4 Đ5 TCVN 5942-1995 A B