bộ giáo dục và đào tạo trờng Đại học Vinh Tống thị minh thuyết Chất lợng nớc, thành phần loài vi tảo ở hồ công viên trung tâm thành phố vinh nghệ an luận văn thạc sỹ sinh học Vinh, 12/2007 1 bộ giáo dục và đào tạo trờng Đại học Vinh Tống thị minh thuyết Chất lợng nớc, thành phần loài vi tảo ở hồ công viên trung tâm thành phố vinh nghệ an chuyên ngành: thực vật học Mã số: 60.42.20 luận văn thạc sỹ sinh học ngời hớng dẫn khoa học: TS. Lê thị thuý hà Vinh, 12/2007 2 Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc nhất tới TS. Lê Thị Thuý Hà đã hớng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Thực vật, bộ môn Sinh lý Hoá sinh, Khoa Sinh học, Khoa Đào tạo Sau đại học, Trờng Đại học Vinh cùng toàn thể bạn bè, ngời thân đã giúp đỡ và tiếp thêm nghị lực cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Vinh ngày 25 tháng 12 năm 2007 Tống Thị Minh Thuyết 3 Mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn 1 Mục lục 2 Mở đầu 4 Chơng I: Tổng quan tài liệu 6 1.1. Vi tảo và vai trò của chúng 6 1.1.1. Vai trò của vi tảo 6 1.1.1.1. Mặt có lợi 6 1.1.1.2. Mặt không có lợi 9 1.1.2. Vài nét tình hình nghiên cứu vi tảo 10 1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu vi tảo trên thế giới 10 1.1.2.2. Tình hình nghiên cứu vi tảo ở Việt Nam 13 1.2. Mối quan hệ của các yếu tố môi trờng với sự sinh trởng, phát triển và phân bố của vi tảo 16 1.3. Sử dụng vi tảo trong chỉ thị chất lợng môi trờng nớc 18 1.4. Vài nét về chất lợng nớc trong các thuỷ vực 19 1.4.1.Chất lợng nớc trong các thuỷ vực trên thế giới 19 1.4.2. Chất lợng nớc trong các thuỷ vực ở Việt Nam 21 Chơng II: Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu 25 2.1. Đối tợng nghiên cứu 25 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 25 2.2.1 Địa điểm nghiên cứu 25 2.2.2. Thời gian nghiên cứu 25 2.3. Phơng pháp nghiên cứu 26 2.3.1. Thu mẫu nớc và mẫu tảo 26 2.3.1.1. Thu mẫu nớc 26 2.3.1.2. Thu mẫu tảo 26 2.4. Phơng pháp phân tích các chỉ tiêu thủy lý, thủy hóa 26 2.5. Phơng pháp phân tích mẫu tảo 27 2.5.1. Phơng pháp xác định thành phần loài 27 2.5.2. Phơng pháp xác định số lợng 28 Chơng 3:kết quả nghiên cứu và thảo luận 30 3.1. Một số đặc điểm của hồ Công viên Trung tâm-thành phố Vinh- Nghệ An 30 3.2. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu thuỷ lý, thuỷ hoá ở hồ Công viên trung tâm 31 4 3.2.1. Kết quả phân tích chỉ tiêu thuỷ lý 31 3.2.1.1. Nhiệt độ 31 3.2.1.2. Độ trong 32 3.2.2. Kết quả phân tích chỉ tiêu thuỷ hoá 33 3.2.2.1.Độ pH 33 3.2.2.2. Oxy hoà tan ( Dissolved Oxygen DO ) 34 3.2.2.3. Oxy sinh hóa ( Biochemical Oxygen Demand BOD ) 35 3.2.2.4. Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand COD ) 36 3.2.2.5. Hàm lợng muối nitơ 38 3.2.2.6. Hàm lợng muối photphat 40 3.2.3.Đánh giá sơ bộ về Chất lợng nớc hồ Công viên Trung tâm 41 3.3. Kết quả nghiên cứu thành phần loài vi tảo ở hồ công viên Trung tâm, thành phố Vinh-Nghệ An 41 3.3.1. Đa dạng các taxon của các ngành vi tảo trong thuỷ vực nghiên cứu 41 3.3.2. Sự phân bố các taxon trong các lớp 43 3.3.3. Sự phân bố các taxon trong các bộ 43 3.3.4. Đa dạng các taxon bậc họ và chi 44 3.4. Sự biến động thành phần loài vi tảo theo địa điểm nghiên cứu 46 3.5. Sự biến động thành phần loài vi tảo qua các đợt thu mẫu 47 3.6. Sự biến động số lợng tế bào vi tảo qua các đợt nghiên cứu 49 3.7. Mối quan hệ giữa thành phần loài, số lợng tế bào vi tảo với các yếu tố sinh thái 50 Kết luận và đề nghị 52 Tài liệu tham khảo 54 Phụ lục 5 Mở đầu Vi tảo (microalgae) là những thực vật bậc thấp, có khả năng quang tự dỡng. Chúng có cấu trúc hết sức đa dạng: đơn bào, đa bào hay tập đoàn và phân biệt nhau bởi các chất màu (diệp lục tố, các sắc tố) và các chất dự trữ. Đó chính là các dấu hiệu hoá học có thể nhận biết trực tiếp bằng mắt thờng hay dới kính hiển vi quang học. Trong các hệ sinh thái nớc, vi tảo giữ một vai trò hết sức quan trọng đặc biệt là trong quá trình tuần hoàn vật chất, là một trong những nguồn chính tạo ra năng suất sơ cấp. Mặt khác, nhờ có khả năng quang hợp nên vi tảo góp một phần không nhỏ trong việc duy trì hàm lợng oxy hoà tan trong nớc. Hiện nay, việc sử dụng vi tảo làm sinh vật chỉ thị cho độ ô nhiễm của môi trờng nớc đã trở nên khá phổ biến Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển kinh tế của con ngời là khá cao. Bên cạnh mặt tích cực thì mặt trái của vấn đề này đã và đang gây ra nhiều hậu quả. Một trong những hậu quả là hệ thống các hồ hiện nay đang phải gánh chịu mức độ ô nhiễm lên đến mức báo động làm cho chất lợng nớc cũng nh khu hệ sinh vật, cảnh quan ngày càng bị suy giảm. Hoạt động của con ngời (ví dụ: sản xuất nông nghiệp, xử lý rác thải không phù hợp, ) đã dẫn tới làm gia tăng hàm lợng dinh dỡng quá mức trong nhiều thuỷ vực (phú dỡng eutrophication). Điều này dẫn tới sự bùng nổ của vi tảo trong nớc ngọt và do đó ảnh hởng tới chất lợng nớc sinh hoạt. Việc khảo sát chất lợng nớc và phát hiện sự có mặt cũng nh quy luật phát triển của các loài vi tảo đặc biệt là các vi tảo gây độc trong các hồ ở các thành phố lớn là rất cần thiết nhằm góp phần nghiên cứu đa dạng sinh học cũng nh tìm ra giải pháp khống chế sự phát triển của các loài vi tảo độc hại. 6 Hồ Công viên Trung tâm là một địa điểm vui chơi giải trí của ngời dân thành phố Vinh. Do hồ mới đợc xây dựng và đi vào hoạt động cha đầy 2 năm nên những nghiên cứu về quần xã vi tảo ở đây còn cha đợc đề cập đến. Vì những lý do trên, chúng tôi tiến hành đề tài :" Chất lợng nớc, thành phần loài vi tảo ở hồ Công viên Trung tâm thành phố Vinh Nghệ An" Mục tiêu của đề tài nhằm: - Cung cấp những dẫn liệu về chất lợng nớc. - Nghiên cứu sự đa dạng về thành phần loài vi tảo. - Tìm hiểu mối liên quan giữa các yếu tố môi trờng nớc với sự phân bố của các loài vi tảo. Nội dung nghiên cứu của đề tài là: - Điều tra một số chỉ tiêu chất lợng nớc của hồ Công viên Trung tâm: nhiệt độ nớc, độ trong, pH, hàm lợng DO, COD, BOD 5 , NH 4 + , NO 2 - , PO 4 3- . - Xác định thành phần loài, số lợng tế bào vi tảo và sự biến động của chúng. - Xem xét mối quan hệ giữa thành phần loài với một số yếu tố sinh thái. 7 Chơng I Tổng quan tài liệu 1.1- Vi tảo và vai trò của chúng 1.1.1- Vai trò của vi tảo 1.1.1.1- Mặt có lợi Vi tảo là một bộ phận quan trọng trong giới thực vật cũng nh trong tổ thành giới tự nhiên. Do vi tảo chứa diệp lục nên chúng có thể sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên hợp chất hữu cơ. Khoảng 1/3 sinh khối thực vật trên Trái đất có nguồn gốc từ tảo. Điều đó cho thấy vai trò to lớn của chúng đặc biệt là trong các hệ sinh thái thuỷ vực. Những sinh vật tiêu thụ bậc một nh động vật phù du, ấu trùng và nhiều loại động vật thuỷ sinh khác sẽ sử dụng vi tảo nh là nguồn dinh d- ỡng chủ yếu cho một phần hay toàn bộ vòng đời của chúng. Đối với con ngời, vi tảo còn là nguồn lơng thực lớn. Có tới trên 100 loài vi tảo đợc con ngời sử dụng làm nguồn thức ăn, trong đó ở Trung Quốc, Nhật Bản nhân dân đã sử dụng hơn 40 loài (Nostoc commune, Nostoc pruniforme, Spirulina maxima,). Một số loài có hàm lợng Pr, các axitamin và vitamin cần thiết nên đợc sử dụng rộng rãi [34]. Bên cạnh vai trò quyết định năng suất sơ cấp thì vi tảo còn giữ một vai trò hết sức quan trọng trong việc duy trì nguồn oxy hoà tan trong nớc. Chúng có thể hạn chế tối thiểu các biến động của chất lợng nớc, ổn định nhiệt độ và hạn chế sự mất nhiệt của nớc vào mùa đông. Sự phát triển của vi tảo có liên quan chặt chẽ với sự biến đổi của pH trong thuỷ vực. Để đánh giá chất lợng một nguồn nớc, ngoài các chỉ tiêu lý, hoá học, ngời ta còn dùng các chỉ tiêu sinh học hay gọi là sinh vật chỉ thị. Trong đó ngời ta thờng lấy số lợng một số loài thuộc ngành tảo Lục, tảo Mắt và tảo Lam là tiêu chí xác định sự nhiễm bẩn của vực nớc (Chlamydomonas, Euglena, Oscillatoria, Phormidium,). Đầu thập nên 60, việc ứng dụng nuôi trồng Spirulina, một loại tảo lam cố đinh nitơ đã lôi cuốn sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Với công trình nghiên 8 cứu tiên phong của Clement và các cộng sự của bà ở viện nghiên cứu dầu mỏ Pháp. Các nhà khoa học đã có lý khi quan sát c dân vùng Kanem thu thập Spirulina làm thực phẩm. Nhiều nghiên cứu độc tố cấp tính và độc tố trờng diễn cũng đợc tiến hành với các loại tảo khác : Scenedesmus, Chlorella,cũng không tìm thấy bằng chứng nào cho thấy hạn chế việc sử dụng sinh khối tảo làm dinh dỡng. Song, những ý nghĩa to lớn của vi tảo đối với nguồn dinh dỡng cũng không thể phủ nhận đợc. Vi tảo đợc sử dụng làm thức ăn bổ sung có giá trị kinh tế cao cho chăn nuôi và thuỷ sản đặc biệt là chăn nuôi gia cầm. Những vi tảo th- ờng đợc dùng nhiều trong lĩnh vực này là Chlorella, Scenedesmus, Oocystis và Spirulina [21]. Vi tảo cũng đợc sử dụng có hiệu quả trong nghề nuôi tằm và nuôi cá cảnh, Việc đa một số loại tảo Chlorella, Scenedesmus, Oocystis và Spirulina với tỷ lệ 7,5 - 10% là giải pháp có lợi về kinh tế. Nhiều loại vitamin hoà tan trong nớc nh (B 12 ,B 6 ,B 1 , Biotin, vitamin C) đợc tìm thấy trong dịch nuôi tảo Lam, Lục, và tảo Silic. Một số loại vitamin khác đợc tìm thấy dới dạng các chất trao đổi trung gian nh: , , - Tocopherol (vitamin E), ở tảo Lam nh : - Tocopherol và vitamin K. Vi tảo chứa nhiều chất béo và hàm l- ợng dầu tơng tự thành phần dầu thực vật. Ngoài chlorophyll (a,b,c 1 , c 2 ), vi tảo còn chứa các sắc tố bổ trợ nh phycobiliprotein và carotenoit. Các carotenoit có gam màu từ vàng đến đỏ và có bản chất là các izoprenoit polyme dẫn xuất từ lycopen. Các sắc tố này đợc sử dụng trong nghiên cứu miễn dịch, nâng cao sức đề kháng trong điều trị bệnh ung th, chất màu thực phẩm có giá trị [21]. Hiện nay ngời ta biết khoảng 250 loài tảo lam có khả năng cố định đạm. Trên các chuỗi sợi của tảo lam thuộc các họ: Anabaenaceae, Nostoceae, Scytonemaceae, có những tế bào dị hình. Những loài tảo nh vậy có khả năng cố định nitơ khí quyển, sự có mặt của các loài trên đã làm tăng độ mầu mỡ cho đất. Khả năng cố định đạm của từng loài tảo này phụ thuộc vào tính chất đất và điều kiện ngoại cảnh. Hiện nay, việc lây nhiễm tảo lam cố định nitơ xuống các ruộng 9 lúa làm phân bón sinh học (biofertilizer) đợc tiến hành tại nhiều nơi trên thế giới, chủ yếu là tại các quốc gia trồng lúa hoặc có các quốc gia có các viện nghiên cứu vi tảo, lúa nh: Trung Quốc, ấn Độ, Philippin, Mỹ,Việt Nam Mt s nghiên cu cho bit lo i vi khu n lam có kh nng c nh nit mnh nht các rung lúa n Độ l Aulosira fertilissima, các rung lúa Nht Bn l Tolypothrix tenuis. Các vi khuẩn lam có ý ngha nhiu nht các rung lúa vùng Trung li thuc v ging Cylindrospermum, rung lúa Trung Quc l Anabaena azotica, trong khi đó lo i vi khu n lam quan trng các vùng đất phía Nam phn thuc lãnh th Châu u ca Liên Xô (c) li l Gloeotrichia natans [47]. Ngời ta còn sử dụng vi tảo phục vụ các lĩnh vực khác của đời sống nh : sản xuất khí metan thông qua hoạt động phối hợp giữa tảo và vi khuẩn hay sản xuất các nguyên liệu giàu năng lợng, sản xuất hydrocacbonĐây chính là những hớng nghiên cứu mới tuy không thể thay thế hoàn toàn xăng dầu, khí tự nhiên nhng chúng vẫn có vai trò quan trọng trong việc hạn chế gây ô nhiễm môi trờng [21]. Tảo có vai trò rất lớn trong việc xử lý nớc thải bảo vệ môi trờng. Trên thế giới có hơn 15000 loài tảo liên quan đến ô nhiễm môi trờng. Tuy nhiên, những loài tảo quan trọng trong kỹ thuật xử lý thì tơng đối ít [43]. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng sinh khối sống và chết của các loại vi tảo để hấp thụ kim loại nặng có những u thế đặc biệt nh: khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao ; diện tích bề mặt riêng của sinh khối vi tảo vô cùng lớn làm cho chúng rất hiệu quả trong việc loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nớc thải ; vi tảo còn nhận một lợng lớn khí CO 2 , các muối dinh dỡng, có tác dụng làm giảm hiệu ứng nhà kính, ngăn ngừa và khắc phục tình trạng phì dỡng (eutrophycation) của môi trờng n- ớc .Chính vì thế, vi tảo có thể là một lựa chọn đơn giản và hiệu quả để loại trừ kim loại nặng trong nớc thải công nghiệp. 1.1.1.2- Mặt không có lợi Phần lớn các loài vi tảo thuờng có lợi, bên cạnh đó cũng có một số loài vi tảo lại tác động xấu đến môi trờng và đời sống các loài sinh vật khác trong đó có 10 . sơ bộ về Chất lợng nớc hồ Công vi n Trung tâm 41 3.3. Kết quả nghiên cứu thành phần loài vi tảo ở hồ công vi n Trung tâm, thành phố Vinh- Nghệ An 41 3.3.1 Đại học Vinh Tống thị minh thuyết Chất lợng nớc, thành phần loài vi tảo ở hồ công vi n trung tâm thành phố vinh nghệ an luận văn thạc sỹ sinh học Vinh,