BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ KHÁNH VÂN HÀ THÀNH PHẦN LOÀI VÀ BIẾN ĐỘNG MẬT ĐỘ VI KHUẨN LAM PHÙ DU GÂY NỞ HOA Ở SÔNG NHƯ Ý, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 60 42 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TÔN THẤT PHÁP Huế, Năm 2013 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Huế, ngày 25 tháng 9 năm 2013 Tác giả luận văn Lê Khánh Vân Hà 2 Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS. TS. Tôn Thất Pháp đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Cô giáo Hồ Thị Thu Hoài, khoa Thủy sản trường Đại học Nông Lâm Huế đã giúp tôi trong việc định loại loài. Xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Phan Phước Phương – quản lí phòng thí nghiệm Thực vật, trường Đại học Sư phạm Huế đã tạo điều kiện cho tôi sử dụng phòng thí nghiệm để phục vụ việc định loại loài. Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Sinh trường Đại học Sư phạm Huế đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn. Huế, tháng 09 năm 2013 Tác giả luận văn Lê Khánh Vân Hà 3 iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii PHỤ LỤC 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT fig. figure (hình) figs. figures (các hình) p. page (trang) pl. plate (bản) tb/l tếbào/lít tr. trang A. massartii Arthrospira massartii Pseu. frigita Pseudanabaena frigita P. isothrix Planktothrix isothrix M.wesenbergii Microcystis wesenbergii 5 DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH Trang BẢNG: HÌNH: 6 MỞ ĐẦU I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nở hoa nước (water bloom) là thuật ngữ chỉ sự nở hoa của các loài vi tảo. Đây là hiện tượng tự nhiên xảy ra do mật độ tế bào vi tảo gia tăng lên đến hàng triệu tế bào/lít làm biến đổi màu của nước từ xanh lục đậm, đỏ cho đến vàng xám [25], [34]. Hiện tượng nở hoa nước có liên quan chặt chẽ tới sự phú dưỡng của thủy vực. Nguyên nhân của hiện tượng trên có liên quan đến các yếu tố môi trường như: nhiệt độ, pH và hàm lượng các muối dinh dưỡng có chứa trong nước. Hầu hết các loài vi tảo nở hoa thường đưa đến hậu quả làm cho môi trường xấu đi, hàm lượng oxy hòa tan suy giảm nhanh chóng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống thủy sinh vật. Tảo chết và chìm xuống đáy thủy vực và bị phân hủy bởi các vi sinh vật khác, đặc biệt là vi khuẩn, gây nên hiện tượng thiếu ôxy trong các tầng nước làm chết các loài sinh vật. Quá trình này làm thay đổi thành phần hóa học trong nước, gây tăng các khí độc. Đến nay, các nhà khoa học đã xác nhận có khoảng trên 300 loài vi tảo đã hình thành sự nở hoa làm thay đổi màu nước. Trong đó có khoảng 1/4 loài (70 - 80 loài) gây hiện tượng nở hoa có khả năng sản sinh độc tố đang là mối đe dọa đến khu hệ động vật và thực vật tự nhiên ở nước, nghề nuôi trồng thủy sản và sức khỏe của con người. Theo các nhà khoa học, trong vài thập kỷ qua, hiện tượng nở hoa nước đang gia tăng ở cả 2 khía cạnh là tần số/cường độ xuất hiện và phân bố địa lý [25], [34]. Trong các đối tượng có khả năng gây nở hoa nước thì vi khuẩn lam là một đối tượng đáng lưu ý, là nguyên nhân gây nở hoa cho nhiều con sông trong địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế. Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay còn gọi là tảo lam (Cyanophyta) là một nhóm vi sinh vật nguyên thủy thuộc nhóm tiền nhân. Chúng được xem là nhóm sinh vật cổ xưa nhất, xuất hiện trên Trái đất ít nhất cách đây 3.5 tỉ năm. Chúng có cấu tạo tế bào rất đơn giản, không có màng nhân, không có lưới nội sinh chất, không có ti thể cũng như thể Golgi và lạp thể. Vi khuẩn lam có khả năng thích nghi cao đối với sự thay đổi của môi trường, do đó chúng hiện diện ở hầu hết mọi nơi, trong lòng đại dương bao la hay trong các thủy vực nước ngọt nhỏ bé, sống trong lòng đất, và ngay cả những nơi có điều kiện khắc nghiệt như các suối nước nóng, các dòng sông băng hay núi tuyết. Vi khuẩn lam có nhiều vai trò quan 7 trọng trong hệ sinh thái, là nhóm sinh vật sản xuất sơ cấp tổng hợp nên các chất hữu cơ cung cấp cho con người và các loài động vật. Một số loài vi khuẩn lam có giá trị dinh dưỡng cao, chứa các hoạt chất có giá trị y học nên được coi như là một nguồn dược phẩm quý. Một số vi khuẩn lam khác sống cộng sinh có khả năng cố định nitơ tự do có ý nghĩa trong sản xuất nông nghiệp. Ngoài ra vi khuẩn lam còn được ứng dụng trong nghiên cứu khoa học, xử lý ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, trong trường hợp điều kiện môi trường sống quá thuận lợi thì vi khuẩn lam sẽ phát triển mạnh, bùng phát về số lượng làm nước đổi màu gây nên hiện tượng nở hoa nước. Hơn nữa, một số vi khuẩn lam có khả năng sản sinh độc tố khi nở hoa sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của các loài thủy sinh vật [15], [18]. Sông Như Ý là một trong những con sông đẹp ở Huế, chảy dài theo hướng Đông Nam qua các làng quê xứ Huế từ Hương Thủy cho đến Phú Vang. Sông có vai trò quan trọng, gắn bó mật thiết với đời sống người dân ở những vùng quê ấy. Tuy nhiên, hiện nay, con sông đang bị ô nhiễm trầm trọng, bèo phát triển dày đặc và các loài vi tảo, đặc biệt là vi khuẩn lam sinh sôi nảy nở gây nên hiện tượng nở hoa nước làm nước chuyển sang màu xanh khác thường. Dòng sông Như Ý giờ đây đã trở thành một “dòng sông chết”. Việc nghiên cứu về các loài vi tảo gây nở hoa nước ở dòng sông này sẽ đem lại những dữ liệu vô cùng quan trọng làm cơ sở cho các nhà quản lý đề ra các biện pháp làm cho con sông có thể “tái sinh”. Chính vì vậy, chúng tôi chọn thực hiện đề tài: “Thành phần loài và biến động mật độ vi khuẩn lam phù du gây nở hoa ở sông Như Ý, tỉnh Thừa Thiên Huế”. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu thực trạng hiện tượng tảo nở hoa ở sông Như Ý: + Đa dạng thành phần các loài Vi khuẩn lam gây nở hoa nước. + Biến động số lượng thành phần loài và mật độ Vi khuẩn lam theo thời gian và không gian. - Bước đầu tìm hiểu mối quan hệ giữa mật độ Vi khuẩn lam gây nở hoa nước với các yếu tố môi trường. 8 III. NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI 3.1. Về mặt lí luận: - Cung cấp những dẫn liệu về thành phần loài Vi khuẩn lam phù du gây hiện tượng nước nở hoa ở sông Như Ý. - Biến động thành phần loài và biến động mật độ Vi khuẩn lam gây nở hoa theo thời gian. - Mối quan hệ giữa thành phần loài và mật độ Vi khuẩn lam với các yếu tố môi trường. 3.2. Về mặt thực tiễn: Cung cấp cơ sở dữ liệu về nở hoa của Vi khuẩn lam để có các biện pháp quản lý và bảo vệ môi trường sông Như Ý. 9 NỘI DUNG Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LAM Vi khuẩn lam (Cyanophyta, Cyanobacteria) tiêu biểu cho nhóm sinh vật cổ xưa nhất, chúng có mặt trên Trái đất ít nhất cách đây 3.5 tỉ năm. Chúng có khoảng 150 chi với 2000 loài vi khuẩn lam đã được biết đến hiện nay. Vi khuẩn lam là sinh vật quang hợp đầu tiên tổng hợp chất hữu cơ và cũng là tế bào đầu tiên có 2 hệ thống tiếp nhận ánh sáng và giải phóng oxy. Vì thế trong môi trường tự nhiên, vi khuẩn lam đóng 1 vai trò rất quan trọng [18], [31]. 1.1.1. Cấu trúc tế bào Vi khuẩn lam thuộc nhóm tiền nhân, không có màng nhân, không có lưới nội sinh chất, không có ti thể cũng như thể Golgi và lạp thể. Thành tế bào của vi khuẩn lam cấu tạo bởi peptidoglican, tương tự cấu tạo thành tế bào của vi khuẩn gram âm, bao gồm 2 lớp: + Lớp peptidoglican cứng, dính liền với màng tế bào. + Lớp lipopolisacharide nằm ở phía ngoài. Peptidoglican là một hợp chất cao phân tử của N-acetylglucoamin và N-acetylmuramic acid được kết nối bởi các amino acid. Ở 1 số vi khuẩn lam, thành tế bào có bao nhầy bên ngoài. Chất nguyên sinh của vi khuẩn lam được phân chia thành 2 vùng: + Vùng ngoài (gọi là sắc bào chất) tập trung các phiến thylakoid chứa sắc tố, thể ribosome và các thể hạt khác. + Vùng trong (vùng trung bào chất) chứa ADN. Trong tế bào chất của vi khuẩn lam còn có nhiều cấu trúc khác như thể cacboxy, sắc tố, ribosome… Một số loài vi khuẩn lam còn có tế bào dị hình (heterocyst) có chức năng cố định nitơ tự do của môi trường. Tế bào dị hình có đặc điểm thường trong suốt, lớn hơn tế bào dinh dưỡng, có vách tế bào dày với các nốt u ở hai cực tế bào, nối liền tế bào dị hình với tế bào dinh dưỡng cạnh nó [15], [18], [24], [31]. 10 [...]... nhn c 88 taxon vi khun lam phự du thuc b Oscillatoriales [5] Dng c Tin l ngi úng gúp rt nhiu vo nghiờn cu vi khun lam Vit Nam, c bit l cỏc loi c nh m Nm 1977, ụng cụng b 13 loi vi 17 khun lam thuc 6 chi (4 chi cú t bo d hỡnh v 2 chi khụng cú t bo d hỡnh) trong bỏo cỏo v Vi khun lam c nh m trờn t trng lỳa min Bc Vit Nam Nm 1984, cựng vi Trn Vn Nh, ụng ó nõng tng s vi khun lam c nh m Vit Nam lờn ti... LOI VI KHUN LAM PH DU SễNG NH í 4.1.1 Danh mc thnh phn loi vi khun lam phự du sụng Nh í Qua 12 t thu mu vi 84 mu thu c, chỳng tụi ó phõn loi c 68 taxon bc loi v di loi vi khun lam phự du thuc v 3 b, 6 h, 18 chi.[Bng 4.1] Bng 4.1: Danh lc thnh phn loi vi khun lam phự du cỏc im thu mu sụng Nh í, tnh Tha Thiờn Hu (Danh lc c sp xp theo h thng phõn loi ca Komỏrek J & Anagnostidis K 1998, 2005) NGNH TO LAM. .. nht, Lờ Vn Dng (2010) trong lun vn thc s vi ti Nghiờn cu phõn loi vi khun lam 1 s h thuc thnh ph Biờn Hũa tnh ng Nai ó xỏc nh c 61 loi vi khun lam 3 h thuc thnh ph Biờn Hũa, trong ú b sung 11 loi mi cho Vit Nam [5] Nh vy, nhỡn chung vi khun lam ó c quan tõm nghiờn cu nhiu quy mụ khỏc nhau trờn Th gii cng nh Vit Nam Tuy nhiờn, v vn n hoa nc do vi khun lam gõy ra vn cha cú nhiu cụng trỡnh nghiờn... cu vi khun lam phự du cỏc thy vc nc ngt tnh Tha Thiờn Hu, Nguyn Th Thu Liờn (2007) ó xỏc nh c 33 loi v úng gúp 1 loi mi cho khoa hc l Annamia toxica[35] Nguyn Th Thanh Hng, nm 2007 thc hin lun vn Thc s Nghiờn cu a dng thnh phn loi vi khun lam phự du h Ayun H, tnh Gia Lai ó ghi nhn c 29 loi v 1 th vi khun lam phự du h Ayun H, trong ú b sung cho danh mc thnh phn loi vi khun lam Vit Nam l 7 loi [9]... vi khun lam mc dự khi tiờm c t ny cú th gõy cht chut Lipopolysaccharides c tỡm thy mt s loi trong chi Salmonella[18], [30], [38] 1.1.5 Tm quan trng ca vi khun lam i vi i sng con ngi Trong nhng thp k gn õy, nghiờn cu v s c nh nit ca vi khun lam c tng lờn nhanh chúng v m rng trờn nhiu a bn khỏc nhau Vic s dng vi khun lam lm phõn cho rung lỳa cng nh cỏc hot ng c nh nit dnh c nhiu chỳ ý ca cỏc nh khoa... bin ng mt vi khun lam phự du gõy n hoa sụng Nh í, tnh Tha Thiờn Hu s gúp phn lm a dng thờm cỏc ti nghiờn cu v vi khun lam 1.3 HIN TNG N HOA NC 1.3.1 Tng quan v hin tng n hoa nc 1.3.1.1 nh ngha N hoa nc hay s n hoa ca to l thut ng ch hin tng bựng n v s lng ca to bin lm gim thiu nhanh chúng hm lng oxy trong nc gõy cht hng lot cỏc sinh vt xung quanh õy l hin tng t nhiờn xy ra do mt t bo vi to gia... khun lam c nh m Vit Nam lờn ti 40 taxon 17 chi Nm 1996, trong cun Phõn loi vi khun lam Vit Nam, Dng c Tin ó cụng b 262 loi vi khun lam thuc 49 chi, 10 b v 4 h õy l cụng trỡnh nghiờn cu cú tớnh h thng v chi tit nht v vi khun lam vo thi im ú Nm 2001, trong cun Danh lc cỏc loi thc vt Vit Nam, Dng c Tin cụng b ngnh vi khun lam vi 368 taxon bc loi v di loi thuc 55 chi, 4 h [18] Vo thi im ny cũn cú rt nhiu... (1924, 1925b) ó chia vi khun lam thnh nm b ging nh Fritsch (1945), cụng trỡnh ny ó lm phong phỳ taxon vi khun lam vựng nhit i [24] Trong sut khong thi gian di, vic phõn loi vi khun lam hon ton da vo c im hỡnh thỏi, iu ny ó a n mt s kt qu cha thc s chớnh xỏc bi vỡ hỡnh thỏi ca chỳng cú th thay i theo iu kin mụi trng Cựng vi s phỏt trin ca khoa hc, c bit l s ra i v phỏt trin ca kớnh hin vi in t v s hiu bit... (1985 2005) vn c s dng ph bin, cũn cú giỏ tr v phự hp vi iu kin trang thit b nc ta 16 1.2.2 Vit Nam Ngi u tiờn t nn múng cho vic nghiờn cu phõn loi vi khun lam Vit Nam l P Frộmy vo nm 1927 ễng ó mụ t 3 loi vi khun lam Vit Nam trờn c s nh loi mu do D Gaumont thu thp (theo Pelelot, 1994) Tip n, Shirota (1963, 1966) khi nghiờn cu sinh vt ni min nam Vit Nam, ụng thu mu cỏc vựng Ch Ln, Si Gũn, Th c,... Phỳ Quc, tỏc gi ó xỏc nh c 17 loi vi khun lam T nm 1994 n 1996, khi nghiờn cu vn quc gia Nam Cỏt Tiờn, tỏc gi ó xỏc nh c 111 loi vi khun lam Nm 2002, khi nghiờn cu to nc ngt vn quc gia Trm Chim Nam Cỏt Tiờn, tỏc gi ó xỏc nh c 43 taxon vi khun lam V gn õy, thỏng 6/2004 n thỏng 5/2006, cựng vi Lu Th Thanh Nhn, khi nghiờn cu v Thnh phn v s phõn b ca cỏc vi khun lam phự du (b Oscillatoriales) lu vc sụng . tài: Thành phần loài và biến động mật độ vi khuẩn lam phù du gây nở hoa ở sông Như Ý, tỉnh Thừa Thiên Huế . II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu thực trạng hiện tượng tảo nở hoa ở sông Như Ý: +. hiện tượng nước nở hoa ở sông Như Ý. - Biến động thành phần loài và biến động mật độ Vi khuẩn lam gây nở hoa theo thời gian. - Mối quan hệ giữa thành phần loài và mật độ Vi khuẩn lam với các yếu tố môi. Thành phần loài và biến động mật độ vi khuẩn lam phù du gây nở hoa ở sông Như Ý, tỉnh Thừa Thiên Huế sẽ góp phần làm đa dạng thêm các đề tài nghiên cứu về vi khuẩn lam. 1.3. HIỆN TƯỢNG NỞ HOA NƯỚC 1.3.1.