Phương pháp nghiên cứu sinh học

Phương pháp nghiên cứu trong lĩnh vực sinh học

GS - TSKH LÊ HUY BÁ (Chủ biên) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (Tập 2) (Dành cho sinh viên ngành Môi trường, Sinh học và các ngành liên quan) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH – 2006 Những người biên soạn: GS. TSKH. LÊ HUY BÁ ThS. NGUYỄN TRỌNG HÙNG ThS. THÁI LÊ NGUYÊN ThS. HUỲNH LƯU TRÙNG PHÙNG ThS. NGUYỄN THỊ TRỐN ThS. LÊ ĐỨC TUẤN TS. NGUYỄN ĐINH TUẤN Phửụng phaựp nghieõn cửựu khoa hoùc 5 PHN V PHNG PHP NGHIấN CU KHOA HC MễI TRNG CHNG 20 GII THIU VI PHNG PHP NGHIấN CU IU TRA MễI TRNG 20.1. PHNG PHP NGHIấN CU IU TRA A DNG SINH HC (P DNG CHO NG VT Cể V) õy l mt trong nhng nhim v ca cỏc nh mụi trng hc núi chung v ca ngnh sinh thỏi mụi trng núi riờng. iu tra a dng sinh hc phi tuõn theo phng phỏp c thự. Riờng v loi ng vt cú vỳ cng cú nhiu dng rt khỏc bit. cú th xỏc nh c tớnh a dng ca loi cú vỳ rt cn phi cú nhng cuc iu tra kho sỏt khỏ cụng phu theo nhng phng phỏp cú c s khoa hc. Thụng thng tin hnh mt cuc iu tra nh th, ta cn phi xỏc nh c th: 1. Mc tiờu kho sỏt nghiờn cu. 2. Phm vi nghiờn cu. 3. Chn lc phng nghiờn cu. 4. Kt hp lý thuyt vi thc hnh. Phn hng dn di õy s minh ha cho nhng phn ó trỡnh by trờn. 20.1.1 Li gii thiu Trc khi tin hnh cuc iu tra v s a dng sinh hc ca ng vt cú vỳ, ngi iu tra phi xỏc nh rừ mc tiờu iu tra. Mc tiờu iu tra c s dng hng dn iu tra thụng qua tt c cỏc giai on ca vic GS-TSKH Leâ Huy Baù (Chuû bieân) 6 lên kế hoạch và thực hiện. Ngay khi mục tiêu được thiết lập, kế hoạch điều tra có thể được bắt đầu. Không nên đánh giá thấp tầm quan trọng của việc lập kế hoạch, nó tăng cường hữu hiệu cho việc thu thập số liệu, hoàn thiện chất lượng của các thông tin thu thập được và cho phép phân bổ các nguồn lực có hiệu quả. Việc ước tính nguồ n kinh phí cho kế hoạch điều tra là một yếu tố quan trọng. Các báo cáo nghiên cứu được đệ trình lên tổ chức có liên quan để từ đó được chấp nhận tài trợ kinh phí cho các cuộc điều tra nghiên cứu sinh thái môi trường học. Việc hướng dẫn chuẩn bị các báo cáo không đề cập ở đây, nhưng bất cứ yêu cầu nào về nguồn kinh phí để tiến hành điều tra đa dạng sinh học cũng đều phải xác định rõ mục đích, địa điểm, thời gian của cuộc nghiên cứu và cũng nên mô tả những khía cạnh khác của cuộc điều tra để có thể giúp đảm bảo cho việc hỗ trợ tài chính. Chỉ khi nhận được nguồn kinh phí cần thiết thì mới nên tiến hành một cuộc điều tra. Một cuộc điều tra về sự đa dạng sinh học của động vật có vú được chia làm ba giai đoạn:  Giai đoạn thứ nhất: Điều tra viên phải xác định phạm vi của cuộc điều tra, tức là các loài được lựa chọn cho việc nghiên cứu. Sự lựa chọn này tùy thuộc vào mục đích, thời gian nghiên cứu và khả năng tài chính cho cuộc điều tra, đặc biệt là kích thước vùng. Mặc dù những cuộc điều tra về sự đa dạng sinh học thường liên quan đến những việc nghiên cứu nhiều loài ít được biết đến, nhưng nó rất quan trọng để xem xét lại những thông tin gì có giá trị và từ đó được sử dụng như là nền móng của kế hoạch điều tra.  Giai đoạn thứ hai: Điều tra viên phải lựa chọn những kỹ thuật phù hợp nhất trong việc đánh giá mức độ phong phú hay đa dạng của các loài nghiên cứu từ rất nhiều phương pháp đã được bàn đến. Việc chọn lựa các kỹ thuật phụ thuộc vào những nhân tố đã được đề cập đến ở phần trên và dựa vào đặc điểm của những biến động khác.  Giai đoạn thứ ba: Liên quan đến sự kết hợp giữa lý thuyết và thự c hành, có nghĩa là các kỹ thuật được chọn phải phù hợp với từng vùng hành động. Phương pháp nghiên cứu khoa học 7 Việc tuyển dụng nhân sự và mua sắm các trang thiết bị nên được bàn đến ngay khi nhu cầu của chúng được xác định trong suốt các giai đoạn lên kế hoạch. Nhân viên có thể tiến hành những cuộc điều tra sơ bộ, vì nó cũng sẽ hữu ích cho việc xác định các vị trí thích hợp để dựng trại trong vùng nghiên cứu. Khi trại đã dụng xong và các trang thiết bị được đưa vào hoạt động, điều tra viên có th ể bắt đầu tiến hành cuộc điều tra. 20.1.2 Mục tiêu điều tra Mục tiêu cơ bản của cuộc điều tra về tính đa dạng sinh học trong lồi động vật có vú là đánh giá sự phong phú số lượng lồi và sự đa dạng trong từng lồi (số lượng các lồi khác nhau hay số lượng cá thể trong lồi) trong mỗi vùng nhất định. Mục tiêu thứ hai cũng khơng kém phần quan trọng so với mục tiêu đầu trong mỗi cuộc điều tra. Thơng thường, một cuộc điều tra có thể được tiến hành để thu nhận thơng tin cho một mục đích cụ thể, như là so sánh tính đa dạng sinh học giữa các vùng, thiết lập một vùng được bảo vệ hay để bảo tồn hoặc kiểm sốt dân số lồi. Những cuộc điều tra với các vấn đề đã nêu cần được xem xét từ các giai đoạn đầu. Các kế hoạch nên được tiến hành để thu thập và bảo tồn các mẫu phiên bản động vật. Các lồi có thể được suy đốn trong từng vùng nhất định, nhưng sự xác nhận cuối cùng về sự hiện diện của lồi phải dựa trên việc kiểm tra chi tiết các mẫu thu được từ vùng điều tra. 20.1.3 Xác định phạm vi của cuộc điều tra 20.1.3.1 Danh sách lồi Giai đoạn đầu trong việc chuẩn bị điều tra là xem xét lại tài liệu khoa học về các cuộc điều tra lồi động vật có vú được tiến hành trong vùng nghiên cứu hay các nơi gần đó. Các thơng tin sau khi thu nhận được dùng để mở rộng danh sách sơ bộ các lồi dự kiến có thể gặp lại trong cuộc nghiên cứu. Như vậy, tuy danh sách góp phần quan trọng để xác định phạm vi điều tra nhưng khơng nên xem đó là yếu tố chủ yếu. Đ iều tra viên nên dự đốn trước sự xuất hiện của các lồi “mới” trong vùng điều tra, đặc biệt là trong những vùng có mức độ đa dạng phong phú như rừng nhiệt đới. Một cách khác, điều tra viên có thể tiến hành điều tra sơ bộ tại nơi nghiên cứu để mở GS-TSKH Leâ Huy Baù (Chuû bieân) 8 rộng danh sách loài. Thật vậy, những cuộc điều tra như thế sẽ cho ta đáng kể về số lượng thông tin thu lượm được từ các tài liệu khoa học. Tuy các cuộc điều tra sơ bộ không cho kết quả đầy đủ lắm nhưng cũng nên tiến hành để xác nhận sự hiện diện của nhiều loài hữu nhũ trong một khoảng thời gian ngắn nhất. Một số kỹ thuật đã được mô tả trong các chương sau có thể sẽ được dùng trong những cuộc điều tra sơ bộ hay trong những chương trình cần sự đánh giá một cách nhanh chóng. 20.1.3.2. Chọn lọc loài mục tiêu Với danh sách các loài sơ bộ có sẵn, điều tra viên có thể quyết định nên đưa loài nào vào mục tiêu điều tra. Trong trường hợp thời gian, tiền bạc và các đặc tính của vùng điều tra không bị giới hạn, điều tra viên có thể quyết định tính đến các loài xuất hiện trong vùng nghiên cứu của cuộc điều tra về sự đa dạng và phong phú loài. Tuy nhiên, trên thực tế, thời gian và tiền bạc thường bị giới hạn, cho dù những đặc tính vùng nghiên cứu đều tốt. Do đó, điều tra viên buộc phải chọn lựa loài theo mục tiêu. Một số tiêu chuẩn được đặt ra để chọn loài theo mục tiêu. Tiêu chuẩn đầu tiên là tần số xuất hiện, tiêu chuẩn này chỉ được áp dụng khi điều tra viên có một số kiến thức về sự đa dạng trong các loài. Nếu thông tin trên có giá trị, các loài mục tiêu có thể được chọn vì mức độ đa dạng hoàn toàn của chúng hay vì sự đa dạng trong các loài động vật hữu nhũ hoặc là trong các lối sống khác nhau của chúng. Vì vậy, mặc dù các loài ăn thịt sống trong vùng điều tra có thể không nhiều, nhưng một số đông các loài có thể được chọn làm loài mục tiêu cùng với hầu hết các loài động vật ăn cỏ, các loài sống trên cây hay các loài sống về đêm thông thường… Các loài có thể cũng được chọn cho mục tiêu điều tra trên cơ sở kích thước, sự phát âm, tín hiệu rời khỏi nơi cư trú hay các đặc tính khác để có thể phát hiện ra chúng một cách khá dễ dàng. Các loài được chú ý đặc biệt có thể được dùng làm tiêu chuẩn cho việc lựa chọn. Sự chú ý này có thể liên quan đến việc tập hợp mẫu cho cuộc nghiên cứu phân loại chi tiết. Nó cũng có thể liên quan đến sự bảo tồn các loài đang có nguy cơ tiệt chủng ở các vùng khác hay một số ít loài được tìm thấy trong vùng điều tra. Bên cạnh đó, ta cũng cần phải chú ý đến việc làm suy giảm số lượng các loài côn trùng sâu bệnh hay một s ố loài có thể chống chịu được trong vụ thu hoạch. Phửụng phaựp nghieõn cửựu khoa hoùc 9 20.1.4. Chn cỏc phng phỏp nghiờn cu iu tra a s cỏc phng phỏp k thut u cú giỏ tr trong vic iu tra mc phong phỳ v a dng cỏc loi ng vt cú vỳ. Nhng k thut ny c phõn loi chung nh cỏc k thut quan sỏt, k thut bt gi, v cỏc k thut da trờn tớn hiu loi. Trong phn ny, chỳng ta s xem xột n mt s nhõn t nh hng n vic chn l a cỏc phng phỏp k thut. 20.1.4.1 Tớnh thớch nghi Mt s k thut cú th c dựng trong cuc iu tra cỏc loi ng vt hu nh. Sau khi xem xột n kh nng ng dng v tớnh thớch nghi ca chỳng cho mi loi mc tiờu thỡ cỏc k thut ny c chn trờn c s c trng ca loi. C hai loi k thut tớn hin v k thut quan sỏt u ging nhau trong vic o lng s a dng ca loi sng trong hang, vớ d nh: Nu k thut sau cung cp nhng thụng tin ỏng tin cy thỡ nú tr thnh k thut chn la. K thut chuyờn mụn v k thut c lng cng phi to ra cỏc thụng tin phự hp trong vic tip cn mc tiờu iu tra. 20.1.4.2. c tớnh vt lý v hnh vi ca loi Ngi iu tra phi hiu bit v hnh vi v c tớnh vt lý ca loi mc tiờu ỏp dng cỏc bin phỏp k thut thớch hp. Mt khớa cnh quan trng v hnh vi ca loi nh hng n vic chn la k thut l cỏc kiu hot ng thng ngy ca loi. Cỏc k thut quan sỏt c dựng thớch hp i vi cỏc loi sng vo ban ngy nhng ụi khi cng c ỏp dng i vi cỏc loi sng vo ban ờm khi c trang b thờm cỏc phng tin quan sỏt vo ban ờm. Thụng thng, iu tra cỏc loi sng vo ban ờm, ta thng dựng cỏc k thut bt gi hay bng cỏch phỏt hin ra cỏc du hiu ca chỳng. Tng t nh vy, cỏc k thut quan sỏt cú th c ỏp dng rng rói hn i vi cỏc loi sng thnh by cú tớnh cht thng xuyờn hay tm thi. i vi cỏc loi sng trong nc, vic dựng k thut quan sỏt cú th khụng thớch hp nh loi cỏ voi v h mó vỡ chỳng cú th ln di nc trong m t thi gian di. Kớch thc c th bộ nh v mu sc khụng ni bt cng cú th gõy ra khú khn cho vic phỏt hin ra loi v t ú loi b k thut quan sỏt. Hot ng theo mựa (nh s di trỳ) cng cú th nh hng n vic chn la cỏc phng phỏp k thut. GS-TSKH Leõ Huy Baự (Chuỷ bieõn) 10 20.1.4.3. Kớch thc ca vựng iu tra Cỏc k thut c lng vn c s dng l yu t cc k quan trng t ú rỳt ra kớch thc ca vựng iu tra. Nu qun th loi mc tiờu c trỳ trong mt vựng tng i nh thỡ nú cú th bo v cho ton b vựng khi ỏp dng mt vựng rng ln (vớ d nh phõn b trong ton b vựng hay c quc gia) thỡ ph ng phỏp ly mu theo khụng gian c cn n. Trong phng phỏp ly mu theo khụng gian, cỏc k thut c lng c ỏp dng la chn cỏc n v mu t ton b vựng c quan tõm v phng phỏp c lng tng th da trờn s c lng t cỏc n v ny. Kớch thc ca vựng iu tra cng cú th nh hng n vic chn la phng phỏp mu. Vớ d: iu tra trờn khụng c bit hu dng khi vựng rng ln c bo v. 20.1.4.4. Xột yu t mụi trng sng v khớ hu c tớnh mụi trng thiờn nhiờn ca loi ng vt cú th nh hng n s la chn k thut chuyờn mụn. Vớ d nh mc cõy ci v mc khụng ng nht ca mụi trng sng cú th nh hng trc tip n s quan sỏt cỏc loi ng vt. Trong mụi trng sng khụng ng nht v dy c, vic tớnh toỏn trờn khong khụng s thng khụng thớch hp. Mõy, sng mự, ma giú, hi núng cng cú th nh hng ging nh vy trong vic iu tra trờn khụng cng nh cỏc k thut quan sỏt khỏc vin thỏm(RS). Cỏc iu kin v lng ma, lng tuyt ri, t ai v s hin din ca nhng loi ng vt sng bng cỏc xỏc thi hay cỏc cht cn bó (vớ d nh b phõn) cú th nh hng n vic chn la cỏc k thut iu tra da trờn nhng du hiu ca loi ng vt. dc ca a hỡnh cú th lm cho mt s khu vc khụng th n c v t ú loi tr vic ỏp dng k thut da trờn s bt gi v du hiu ca loi. Trong nhng vựng nh vy, vic iu tra trờn khụng mang li tớnh kh thi. 20.1.5. Kt hp gia lý thuyt v thc hnh Sau khi hon tt hai giai on lờn k hoch u tiờn, ngi iu tra viờn cú th quyt nh thc hin cuc iu tra chn lc v k thut c lng nh th no a ra chớnh xỏc v trớ vựng nghiờn cu. Nh ng ch dn tng quỏt cho vic thc hin nh th ó c nờu chng ba v Phửụng phaựp nghieõn cửựu khoa hoùc 11 chng mi. õy, chỳng ta ch mụ t mt vi k thut thc tin tin li cho vic thc hin. 20.1.5.1. S dng bn Bn ca vựng iu tra l chỡa khoỏ xỏc nh v o lng cỏc n v mu, ni no cỏc k thut chuyờn mụn c chn thỡ s c thc hin. Trc khi xỏc nh v o lng cỏc n v mu trờn bn , iu tra viờn nờn bit mt s kin thc v thng kờ mụ t v cỏc k thut thớch hp cho vic s dng bn cựng vi la bn. Mt c im quan trng ca bn l t l ca nú. T l cho phộp liờn h gia kớch thc ca thc th trờn bn vi kớch thc thc t ca nú. Vớ d, mt ng thng di 1cm ni gia hai im nh vy trờn thc a cú khong cỏch 2,5km trong vựng iu tra tng ng vi 2,5cm trờn bn . Cng nh vy, 1cm trờn bn cú t l 1:250000 tng ng vi khong cỏch 2,5cm trờn thc a. 20.1.5.2. o lng kớch thc ca n v mu Bn thng l ngun thụng tin duy nht cung p cho vic o lng khu vc hay a phng tin hnh nghiờn cu. Do ú, cỏc vựng iu tra thng l tớnh toỏn t trờn bn . iu ny c thc hin bi mt dng c dựng bin i phộp o tuyn tớnh ca chu vi n v mu, kớch thc vựng ó bit thnh t l trờn tng ng bn ca vựng iu tra. Vớ d: mt ụ vuụng cú cnh di 2cm trờn bn cú t l 1:1000000 tng ng vi khu vc cú din tớch 4km 2 . Mt phộp o chu vi hỡnh vuụng c tin hnh vi cụng c o xỏc nh kớch c dng c. Mc trung bỡnh ca nhng phộp o ny l A tng ng vi dng c o c l 4km 2 trong vựng iu tra. Tip theo, chu vi ca n v mu trờn bn c o li nhiu ln vi cụng c o v t ú tớnh c trung bỡnh ca phộp o ny l B. Vỡ 4km 2 ca khu vc nghiờn cu c biu th l A trờn cụng c o cho nờn vựng S ca n v mu c tớnh toỏn theo cụng thc sau: S = 4B/A Nu cụng c o khụng cú sn thỡ h thng ng k ụ cú th c dựng c lng kớch c ca n v mu trong vựng iu tra. H thng ng k ụ l mt t giy rừ rng vi mt dy nhng chm (im) en phõn b u n. T giy ny trc ht phi c t trờn mt khu vc ó bit cú GS-TSKH Leõ Huy Baự (Chuỷ bieõn) 12 kớch thc xỏc nh trờn bn (vớ d nh mt ụ vuụng) v s im ri trong khu vc ó bit phi c tớnh toỏn nhiu ln tỡm c s im ri trung bỡnh. Quỏ trỡnh ny sau ú c lp li bng cỏch thay th h thng ng k ụ trờn n v mu v tớnh toỏn s im ri trung bỡnh trờn ú. Thụng tin ny cựng vi t l bn cú th sau ú c dựng nh trc khi xỏc nh c kớch thc n v mu. 20.1.5.3 Chn mu ngu nhiờn Di mt s cỏch b trớ mu (xem cỏch la chn n v mu chng 14 ), cỏc n v mu c chn mt cỏch ngu nhiờn t vựng nghiờn cu tng th hay t mt tng t. Bng s ngu nhiờn cú th c dựng cho cỏc la chn nh th v cho nhiu loi mc ớch khỏc trong sut quỏ trỡnh nghiờn cu a dng sinh hc. Bng s ngu nhiờn bao gm cỏc hng v ct. Nú thc cht l mt danh sỏch cỏc ch s t 0 9, trong ú mu ch s cú xỏc sut xy ra ging nhau bt k ch no trong mi hng v ct ca bng. Vỡ th, mt c tớnh quan trng ca bng s ngu nhiờn l mi ch s xut hin vi cựng chung mt tn s nh bng. Mt c tớnh khỏc ca bng l s xut hin ca nhng ch s bờn cnh nú. Do ú, nhng ch s xut hin bờn cnh cỏc ch s khỏc cú th kt hp li to thnh mt s ngu nhiờn gm mt vi ch s. Khụng cú s hn ch no v cỏch kt hp cỏc ch s lin k trong bng. Mt ch s cú th kt hp vi cỏc ch s t phớa bờn phi ca bng sang bờn trỏi hay ngc li dc theo bt c mt hng no, v t nh ca bng xung ỏy hoc ngc li dc theo bt c ct no. iu quy nh duy nht trong vic s dng bng l cỏch kt hp cỏc ch s lin k phi c quyt nh trc khi nhỡn vo bng. Gi nh rng ngi iu tra viờn mun chn 3 hỡnh t giỏc mt cỏch ngu nhiờn t tng th ca 50 lp bao ph ton b vựng iu tra. u tiờn, 50 hỡnh t giỏc c ỏnh s t mt n 50 trờn bn . Sau ú, bng s ngu nhiờn c c tng ụi mt khi ỏp dng cỏch kt h p ó xỏc nh trc. c cỏc ch s tng ụi mt t ú tham kho tt c 50 t giỏc vi cựng mt xỏc sut v chn ra 3 mu ngu ngu nhiờn. Tuy nhiờn, nú cng cho phộp cỏc s gm 2 ch s ln hn 50 (nh t 51 99) c chn ra t trong bng. Khi iu ny xy ra, nhng s ln hn 50 b loi b, v ngi iu tra viờn tip tc tra bng cho n khi mu gm 3 t giỏc c la chn mt cỏch ngu nhiờn. . DNG SINH HC (P DNG CHO NG VT Cể V) õy l mt trong nhng nhim v ca cỏc nh mụi trng hc núi chung v ca ngnh sinh thỏi mụi trng núi riờng. iu tra a dng sinh. bieân) 22 20.2.2. Sinh vật chỉ thị vùng biển ven đảo Người ta đã tìm thấy và có thể dùng các sinh vật làm chỉ thị cho sự phát triển của một hệ sinh thái, bởi