Vi khuẩn lam trong một số ao nuôi cá nước ngọt thuộc địa bàn xã thuần thiện – huyện can lộc – tỉnh hà tĩnh

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 vật 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 MỞ ĐẨU 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 hệ Chúng cở sở thức ăn tự nhiên, tác nhân lọc sinh học nguồn oxy hòa tan nước, đặc biệt ao nuôi cá 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 Trong ao ni với số lồi hay mật độ chúng khoảng cho phép có lợi hay vô hại đối tượng nuôi, chúng phát triển mạnh, 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…) Và thành phần thực vật phù du (phytoplankton), lồi sống lơ lửng, trơi nước 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 [21] 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 cá 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 ni 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 ni Can Lộc huyện có nhiều trang trại ni cá nước chưa có cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng vi tảo tới nghề ni cá nước Từ thực tế 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 Thần Thiện – huyện Can Lộc – tỉnh Hà Tĩnh phân tích nghiên cứu phịng thí nghiệm mơn thực vật, 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 người nghiên cứu vi khuẩn lam C Agardh (1824) Kuetzing (1843) Những người đặt móng cho hệ thống phân loại vi khuẩn lam Thuret (1875), Kirchnet (1900), Stizenberger (1860), Sach (1874) 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 Và 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 Gịn Đà Lạt, có 11 chi với chi có tế bào dị hình chi khơng có tế bào dị hình, lồi khoa học: Phormidium vietnamense 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 Sau vào năm 1984 Trần Văn Nhị, Dương Đức Tiến nâng tổng số tảo lam cố định đạm Việt Nam lên tới 40 taxon Gần nhất, Phùng Thị Nguyệt Hồng (1992) cơng bố tiếng Pháp tồn cơng trình nghiên cứu nhiều năm tảo lam châu thổ sông Mê Công với 94 taxon, có lồi khoa học Năm 2001, Nguyễn Đình San cơng bố 196 lồi loài tảo vi khuẩn lam 20 thủy vực tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh(6 thủy vực dạng hồ) 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 sự(1995), Nguyễn Đình San cộng (1997-1998), Nguyễn Đức Diện (2004) Song song với nghiên cứu phân loại, khu hệ tảo lam Việt Nam cịn có cơng trình nghiên cứu chuyên sâu, thử nghiệm số loài tảo lam có ý nghĩa thực tiễn ngày tăng khoảng chục năm gần Những cơng 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 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 Hổ, Shirota Hoàng Quốc Trương, Nguyễn Văn Tuyên, Dương Đức Tiến [18] 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 đồn, sợi dị hình 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 vòng 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 chắc(Nostoc, Gloeocapsa, Mcrocoleus) - Sắc tố vùng chất màu: Vi khuẩn lam chứa sắc tố diệp lục a, βcaroten phycobiliprotein Ở vi khuẩn lam 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 nguyên 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 khơng có lớp Chroococaceae Chamaesiphoneae Hình dạng tế bào sợi khác khác Tế bào đầu hay gốc sợi số lồi 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 không màu Chúng không 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, 2002) 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 bộ( thuộc lớp Cyanophyceae):Chroococcales,Chamaesiphonales,Pleurocapsales, Nostocales Stigonematales Khác với tác giả Gollerbakh (1977) chia tảo lam thành lớp: Chroococcophycea, 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 1.3 Ảnh hưởng vi khuẩn lam tới nghề nuôi cá nước - Lợi ích vi khuẩn lam: Trong nghề ni cá, vi tảo đóng vi trị then chốt, Gollerbakh M.M – nhà tảo học lớn giới nói “ Khơng có thực vật khơng có nghề ni cá” Trên giới việc nghiên cứu vi tảo để làm thức ăn cho động vật thủy sinh nhiều người quan tâm Vấn đề phát triển thành công nghệ nhiều nước như: Oxtraylia, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Đài Loan , Thái Lan, Xingapo, Malayxia, Philippin [2] Ở nước ta từ năm 1980 đến nhiều địa phương tiến hành nuôi trồng vi tảo để làm thức ăn cho sở nuôi trồng thủy sản Quảng Bình, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Nha Trang, Khánh Hòa Tiêu biểu số cơng trình : Lê Viễn Chí (1996), Trần Văn Nhị(1992), [2] [14] Đặng Đình Kim(1994) tạo chế phẩm TAT- TA từ vi tảo làm thức ăn cho ấu trùng tơm [11] Vi tảo cịn sử dụng làm thúc ăn bổ dưỡng cho thể, chống suy yếu dinh dưỡng trẻ em người già, tăng cường tiết sữa phụ nữ sinh mà thiếu sữa thăm dò khả chống ung thư Nguyễn Hữu Thước năm (1992), Nguyễn Hữu Thước (1988), Huỳnh Thị Kim Dung(1998), Đặng Đình Kim cộng sự(1994) [17] [18] Vi tảo sử dụng nguồn phân bón sinh học có giá trị để thay phần phân hóa học nhằm giảm thiểu nhiễm đất nước Vào thập kỉ 60 kỉ XX “cách mạng xanh” làm tăng sản lượng lương thực giới, giúp cho nhiều nước thoát khỏi nạn thiếu lương thực Trong thành tựu này, vai trị phân sinh học có vi khuẩn lam đóng góp tích cực Vi khuẩn lam sống tự có khả cố định 20 -30 kgN/ha đất/năm Ngồi ra, chúng cịn tiết chất kích thích sinh trưởng lúa [14] Chính việc nghiên cứu vi khuẩn lam để cải tạo đất trồng lúa ý nhiều nước giới Ấn Độ, Mỹ, Trung Quốc, Malayxia, Philippin, Thái Lan, Israel Hướng nghiên cứu Việt nam nhiều người quan tâm như: Dương Đức Tiến (1977), Trần Hài cộng (1982) [7][16] Ngoài ra, vi tảo nguyên liệu để tách chiết lipit, vitamin, hidrocacbon, chất màu tự nhiên, hoạt chất sinh học để dùng lĩnh vực khác như: nhuộm màu thực phẩm, y học, mỹ phẩm, lượng [16] -Tác hại vi khuẩn lam: Đa số ao ni dạng ao hồ có diện tích trung bình, nước đứng nên tạo điều kiện cho vi khuẩn lam phát triển mạnh khiến nước có màu xanh nhạt, vi khuẩn lam gây hại, thông thường vi khuẩn lam gây độc theo hai đường : + Tạo nên quần xã vi khuẩn lam rộng lớn ttrong môi trường nước Khi chúng phát triển mức khiến hàm lượng O nước giảm đột ngột làm cho cá bị chết ngạt Hiện tượng xảy vào cuối giai đoạn nở hoa nước tác dụng vi khuẩn lam sống chết + Một số tiết độc tố (Cyanotoxins) làm suy yếu gây chết sinh vật bắt mồi ăn chúng Về mặt sinh lý, độc tố vi khuẩn lam chia làm hai loại: 10 Vị trí Thời 6.40 6.02 5.80 5.70 4.60 ao A 4.40 4.30 4.50 4.60 4.50 ao B 4.95 4.53 4.32 4.80 4.48 4.87 5.60 4.80 5.17 4.27 ao A ao B điểm Đợt Đợt Địa điểm Qua bảng số liệu cho thấy hàm lượng DO ao A đợt cao so với đợt hai ao B thay đổi khơng đáng kể Sở dĩ có khác dó lần thu mẫu tiến hành vào thời gian vừa qua đợt lũ nên nước ao có thay đổi lớn Vị trí trang trại anh Tâm thấp so với trang trại anh Hiền Hàm lượng DO xác định lớn ao A 6.4mg/l (đợt 1) 4.87mg/l (đợt 2) Tuy nhiên hàm lượng DO trung bình ao nghiên cứu dao động giới hạn cho phép Hàm lượng DO nằm giới hạn tiêu chuẩn chất lượng nước mặt B1 18 Biểu đồ 3.1.4: hàm lượng DO trung bình ao đợt - Nhu cầu oxi hóa học (Chemical oxigen Demand - COD): Nhu cầu oxi hóa học tiêu quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm thuỷ vực, COD cao mức độ ô nhiễm nghiêm trọng Nhu cầu oxi hố học phản ánh chất hữu nước bị oxi hóa tác nhân hóa học COD ao nuôi tương đối cao đợt thu mẫumg O 2/l, đợt thu mẫu cao đợt (COD là: 9,67 mg/l) điểm cao điểm Số liệu thể bảng 3.1.5 biểu đồ 3.1.5 Bảng 3.1.5 : Nhu cầu Oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand COD) hồ ni phân tích qua lần thu mẫu(đơn vị: mg O2/l) : Thời gian Đợt Đợt thu mẫu (10/2010) (12/2010) Ao Đ1 25.75 25 19 TCVN 5942-1995 A B A Vị trí Thu Ao mẫu B Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 24.97 20.13 20 27.6 24.73 26.77 26.56 26.4 30 23 22.87 24.56 25.11 26.7 27.53 26.7 26.53 28.02 < 10 < 35 Biểu đồ 3.1.5: Hàm lượng COD trung bình qua lần thu mẫu Qua bảng số liệu cho thấy hàm lượng COD tương đối cao nằm giới hạn B1 - Hàm lượng NH4+ : Nitơ chất dinh dưỡng cần thiết cho phát triển vi tảo Nhưng hàm lượng lớn gây ô nhiễm nặng nước Theo Sawyer (1947) nồng độ N 0.3 mg/l đủ gây tượng "nở hoa" thủy vực Nhìn chung hàm lượng NH4+ ao ni cao Ở ao A hàm lượng trung bình là: 0.51 mg/l (đợt 1), 0.52 mg/l (đợt 2) cao giới hạn tiêu chuẩn Việt Nam nước loại A (theo TCVN 5942- 1995) Ở ao B hàm lượng lượng trung bình: 0.14mg/l (đợt 1), 0.24 mg/l (đợt 2) Như hàm lượng NH4+ phân tích đợt thu mẫu ao A khơng có chênh 20 lệch đáng kể cịn ao A có dao động tương đối nhiều Và hàm lượng ao A cao nhiều so với ao B Bảng 3.1.6: Hàm lượng NH4+ ao nghiên cứu (đơn vị: mg/l) Thời gian thu Đợt Đợt mẫu (10/2010) (12/2010) 0.5 0.53 0.49 0.54 0.49 0.17 0.16 0.12 0.11 0.12 0.44 0.56 0.51 0.6 0.42 0.26 0.26 0.26 0.2 0.24 Vị trí Thu mẫu Đ1 Ao Đ2 Đ3 A Đ4 Đ5 Đ1 Ao Đ2 Đ3 B Đ4 Đ5 21 TCVN 5942-1995 A B