Đa dạng chức năng của quần xã vi khuẩn trên san hô ven đảo Cát Bà và Long Châu, góp phần thích ứng với sự thay đổi của môi trường

ĐA DẠNG CHỨC NĂNG CỦA QUẦN XÃ VI KHUẨN TRÊN SAN HÔ<br /> VEN ĐẢO CÁT BÀ VÀ LONG CHÂU, GÓP PHẦN THÍCH ỨNG<br /> VỚI SỰ THAY ĐỔI CỦA MÔI TRƯỜNG<br /> Phạm Thế Thư<br /> Viện Tài nguyên và Môi trường Biển<br /> Yvan Betteral<br /> Viện Nghiên cứu cho Sự phát triển, Cộng hòa Pháp<br /> Bùi Thị Việt Hà<br /> Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> Nguyễn Đăng Ngãi<br /> Viện Tài nguyên và Môi trường Biển<br /> Tóm tắt<br /> <br /> Hệ sinh thái rạn san hô có vai trò quan trọng trong bảo tồn đa dạng sinh học (ĐDSH), tuy<br /> nhiên, sự phát triển của san hô đang phải đối mặt nhiều thách thức, trong đó, có sự thay<br /> đổi môi trường sống do các hoạt động nhân tác, đặc biệt là vùng ven biển và tác động tiềm<br /> tàng của biến đổi khí hậu (BĐKH) (như hiện tượng san hô chết trắng…). Vì vậy, nghiên<br /> cứu chức năng của quần xã vi khuẩn trên san hô, nhằm xem xét vai trò của chúng với sức<br /> khỏe san hô và trong khả năng chống chịu và thích nghi của san hô đối với những thay đổi<br /> của môi trường. Do đó, để góp phần làm sáng tỏ vấn đề trên, thí nghiệm đĩa sinh thái<br /> (Biolog Ecoplate) về khả năng hấp thụ và chuyển hóa 31 hợp chất hữu cơ thuộc 6 nhóm<br /> chất (carbo-hydrates, amino-acids, phenols, carboxylic acids, polymers và amines) của hệ<br /> vi khuẩn sống trên 9 loài san hô và môi trường nước xung quanh tại vùng ven đảo Cát Bà<br /> và Long Châu (Hải Phòng) đã được tiến hành. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy, với sự đa<br /> dạng và biến động cũng như sự tương quan đa biến của các yếu tố môi trường tới khả<br /> năng hấp thụ và chuyển hóa các chất hữu cơ của hệ vi khuẩn trên san hô, khẳng định vai<br /> trò quan trọng của hệ vi khuẩn trong dinh dưỡng và trao đổi chất san hô, làm tăng khả<br /> năng thích ứng với sự biến đổi môi trường sống của san hô, trong đó có sự thay đổi tiềm<br /> tàng của BĐKH.<br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> <br /> Hệ sinh thái rạn san hô có vai trò quan trọng trong bảo tồn ĐDSH, tuy nhiên, sự phát triển của<br /> san hô đang phải đối mặt nhiều thách thức, trong đó có sự thay đổi môi trường sống do các hoạt<br /> động nhân tác, đặc biệt là vùng ven biển và tác động tiềm tàng của BĐKH (như hiện tượng san<br /> hô chết trắng…). Vì vậy, nghiên cứu chức năng của quan xã vi khuẩn trên san hô, nhằm xem xét<br /> vai trò của chúng với sức khỏe san hô và trong khả năng chống chịu và thích nghi của san hô đối<br /> với những thay đổi của môi trường. Đặc biệt, hệ vi khuẩn sống trên san hô biển Việt Nam vẫn<br /> chưa được nghiên cứu nhiều.<br /> Do đó, để góp phần làm sáng tỏ vấn đề trên, thí nghiệm đĩa sinh thái (Biolog Ecoplate) về khả<br /> năng hấp thụ và chuyển hóa 31 hợp chất hữu cơ thuộc 6 nhóm chất (carbo-hydrates, amino-acids,<br /> phenols, carboxylic acids, polymers và amines) của hệ vi khuẩn sống trên 9 loài san hô và môi<br /> <br /> 243<br /> <br /> trường nước xung quanh tại vùng ven đảo Cát Bà và Long Châu (Hải Phòng) được tiến hành.<br /> Nghiên cứu xác định sự đa dạng, biến động chức năng hấp thụ và chuyển hóa các chất hữu cơ<br /> của hệ vi khuẩn sống trên chất nhầy giữa các loài san hô, giữa san hô với môi trường nước xung<br /> quanh, giữa các khu vực ven đảo Cát Bà và Long Châu và đánh giá tác động qua lại giữa các yếu<br /> tố môi trường và chức năng hệ vi khuẩn với đời sống của san hô. Bài báo này được thực hiện với<br /> sự hỗ trợ kinh phí của Đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam – VAST 07.03/11-12.<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> <br /> 2.1. Sơ đồ thu mẫu<br /> <br /> Hình 2.1. Sơ đồ thu mẫu (ven đảo Cát Bà và Long Châu, Hải Phòng)<br /> Bảng 2. 1. Ký hiệu các mẫu và tên của các loài san hô nghiên cứu<br /> STT<br /> <br /> Ký hiệu mẫu<br /> <br /> 1<br /> <br /> L1<br /> <br /> Pavona frondifera<br /> <br /> 2<br /> <br /> L2<br /> <br /> Fungia fungites<br /> <br /> 3<br /> <br /> L3<br /> <br /> Pavona decussata<br /> <br /> 4<br /> <br /> L4<br /> <br /> Pectinia paeonia<br /> <br /> 5<br /> <br /> L5<br /> <br /> Sandalothia robusta<br /> <br /> 6<br /> <br /> N1<br /> <br /> Nước tầng đáy, rạn san hô<br /> <br /> 7<br /> <br /> L6<br /> <br /> Pavona frondifera<br /> <br /> 8<br /> <br /> L7<br /> <br /> Favites pentagona<br /> <br /> 9<br /> <br /> L8<br /> <br /> Acropora pulchra<br /> <br /> 10<br /> <br /> L9<br /> <br /> Pavona decussata<br /> <br /> 11<br /> <br /> N2<br /> <br /> Nước tầng đáy, rạn san hô<br /> <br /> Tên loài san hô<br /> <br /> Ghi chú<br /> <br /> San hô khu vực ven đảo Cát Bà<br /> (+20°47'19.31"; +107°5' 42.87")<br /> <br /> San hô khu vực ven đảo Long Châu<br /> (+20°37'57.45"; +107°8' 46.41")<br /> <br /> 244<br /> <br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu ngoài hiện trường<br /> + Mẫu nước biển được thu bằng máy lấy nước chuyên dụng (Bathomet), chiết vào chai sạch, vô<br /> trùng, bảo quản ngay trong điều kiện 4oC và đưa về phòng thí nghiệm xử lý.<br /> + Các loài san hô ở trạng thái khỏe mạnh được thu bằng cách sử dụng trang thiết bị lặn SCUBA<br /> và các mẫu dịch nhầy san hô (SML) được thu ngay ngoài hiện trường theo phương pháp của<br /> Garren và Azam (2010), bảo quản 4oC và thí nghiệm trong vòng 4 giờ.<br /> + Các thông số môi trường được đo bằng máy CTD (Nhật Bản) và phân tích theo phương pháp<br /> so mầu trên quang phổ kế DR/2000 (Hãng HACH, Hoa Kỳ).<br /> 2.3. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm<br /> Bản Biolog-Ecoplate có 96 giếng, chứa 31 loại hợp chất hữu cơ, thuộc 6 nhóm chất (Bảng 2.2),<br /> lặp lại ba lần trên bản giếng, ngoài ra, còn có 3 giếng đối chứng. Mỗi giếng đều chứa<br /> Tetrazolium tím như là một chất nhận điện tử, chúng chỉ thị hoạt động của enzym dehydrogenase<br /> và được sử dụng như là thước đo hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn (Ritchie và Smith, 1995b).<br /> Bảng 2.2. Phân nhóm 31 nguồn cacbon thí nghiệm có trên bản Biolog Ecoplate<br /> Chất thí nghiệm<br /> <br /> Amino-acids<br /> <br /> Nhóm<br /> chất<br /> <br /> A2<br /> <br /> Chất thí nghiệm<br /> <br /> Ký<br /> hiệu<br /> <br /> 2-Hydroxy Benzoic acid<br /> <br /> C3<br /> <br /> Phenols<br /> <br /> D-Galactonic γ-Lactone<br /> <br /> A3<br /> <br /> 4-Hydroxy Benzoic acid<br /> <br /> D3<br /> <br /> D-Xylose<br /> <br /> B2<br /> <br /> Pyruvic-acid methyl-ester<br /> <br /> B1<br /> <br /> i-Erythritol<br /> <br /> C2<br /> <br /> D-Galacturonic acid<br /> <br /> B3<br /> <br /> D-Mannitol<br /> <br /> D2<br /> <br /> γ-Hydroxybutyric acid<br /> <br /> E3<br /> <br /> N-Acetyl-Glucosamine<br /> <br /> E2<br /> <br /> D-glucosaminic acid<br /> <br /> F2<br /> <br /> D-Cellobiose<br /> <br /> G1<br /> <br /> Itaconic Acid<br /> <br /> F3<br /> <br /> Glucose-1-Phosphate<br /> <br /> G2<br /> <br /> α-Ketobutyric acid<br /> <br /> G3<br /> <br /> α-D-Lactose<br /> <br /> H1<br /> <br /> D-Malic acid<br /> <br /> H3<br /> <br /> D,L-α-Glycerol phosphate<br /> <br /> H2<br /> <br /> Tween 40<br /> <br /> C1<br /> <br /> L-Arginine<br /> <br /> A4<br /> <br /> Tween 80<br /> <br /> D1<br /> <br /> L-Asparagine<br /> <br /> B4<br /> <br /> α-Cyclodextrin<br /> <br /> E1<br /> <br /> LPhenylalanine<br /> <br /> C4<br /> <br /> Glycogen<br /> <br /> F1<br /> <br /> L-Serine<br /> <br /> D4<br /> <br /> Phenylethyl amine<br /> <br /> G4<br /> <br /> Putrescine<br /> <br /> H4<br /> <br /> H2O<br /> <br /> A1<br /> <br /> Carboxylic acids<br /> <br /> Carbo-hydrates<br /> <br /> β-Methyl-D-Glucoside<br /> <br /> Ký<br /> hiệu<br /> <br /> Polymers<br /> <br /> Nhóm<br /> chất<br /> <br /> Amines<br /> L-Threonine<br /> <br /> E4<br /> <br /> Glycyl-L-glutamic acid<br /> <br /> F4<br /> <br /> H2O<br /> <br /> 245<br /> <br /> Dịch nhầy san hô được pha loãng 10 lần với nước biển lọc qua màng milipore (kích thước lỗ 0,2<br /> µm, đường kính 47 mm), với 150 μl dịch mẫu được thí nghiệm trên mỗi giếng, nuôi trong tối tại<br /> 28oC, trong 10 ngày. Sau mỗi 24 giờ nuôi, bản thí nghiệm Biolog-Ecoplate được đo mật độ<br /> quang tại bước sóng 590 nm (đỉnh của tetrazodium) bằng máy Microplate Reader – BIO RAD<br /> Model 680 (Insam và Goberna, 2004).<br /> 2.4. Phương pháp xử lý số liệu<br /> + Khả năng hấp thụ và chuyển hóa các nguồn cacbon thí nghiệm (6 nhóm chất với 31 chất hữu<br /> cơ) được thể hiện trên giá trị trung bình phát triển mầu của giếng thí nghiệm (AWCD – Average<br /> Well Color Development) và AWCD cho mỗi cơ chất i trong mỗi đĩa j tại thời điểm t được tính<br /> theo công thức của Garland và Mills (1991):<br /> AWCD j , t  <br /> <br /> 1 31<br />  ODi, j, t <br /> 31 i 1<br /> <br /> Trong đó, OD là mật độ quang của mỗi giếng.<br /> + Hệ số tương quan Pearson, so sánh tương đồng (phương pháp phân nhóm – UPGMA), phân<br /> tích thành phần chính (PCA) đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá sự tương tác giữa sự đa dạng<br /> chức năng của các hệ vi khuẩn với các yếu tố môi trường với phầm mềm XLSTAT 2011<br /> (Garland và Mills, 1991).<br /> 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU<br /> <br /> 3.1. Khả năng hấp thụ các nhóm chất hữu cơ của của hệ vi khuẩn<br /> <br /> 3.1. 1. Trung bình khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm<br /> T rung bình - Long Châu<br /> <br /> 0.40<br /> <br /> 0.40<br /> <br /> 0.30<br /> <br /> 0.30<br /> <br /> polymers<br /> <br /> phenols<br /> <br /> Aminoacids<br /> <br /> polymers<br /> <br /> phenols<br /> <br /> 0.00<br /> <br /> carboxylic<br /> acids<br /> <br /> 0.00<br /> <br /> carbohydrates<br /> <br /> 0.10<br /> <br /> amines<br /> <br /> 0.10<br /> <br /> carboxylic<br /> acids<br /> <br /> 0.20<br /> <br /> carbohydrates<br /> <br /> 0.20<br /> <br /> amines<br /> <br /> AWCD<br /> <br /> 0.50<br /> <br /> Aminoacids<br /> <br /> AWCD<br /> <br /> T rung bình - Cát Bà<br /> 0.50<br /> <br /> Hình 3.1. Khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm của hệ vi khuẩn<br /> Từ kết quả Hình 3.1 cho thấy, tất cả 6 nhóm chất hữu cơ thí nghiệm đều được hệ vi khuẩn sống<br /> trên các loài san hô khu vực nghiên cứu hấp thụ và chuyển hóa, và trung bình khả năng hấp thụ 6<br /> nhóm chất hữu cơ thí nghiệm ở 2 mặt cắt (Cát Bà và Long Châu) đều có xu hướng tương tự<br /> nhau. Trong đó, khả năng hấp thụ của hệ vi khuẩn có xu hướng biến động giảm dần từ nhóm<br /> chất polymers, carboxylic acids và lần lượt tới nhóm chất carbo-hydrates, amino-acids và tới<br /> nhóm phenols và nhóm amines.<br /> <br /> 246<br /> <br /> 3.1.2. Khả năng hấp thụ các nhóm chất trên các loài san hô khu vực Cát Bà<br /> Kết quả trên Hình 3.2 cho thấy, khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm của hệ vi khuẩn trên<br /> các loài san hô là có sự khác nhau, với nhóm chất thí nghiệm amino-acids, carbo-hydrates và<br /> nhóm carboxylic acids sự chênh lệch ít giữa các loài san hô nhưng ở các nhóm phenols,<br /> polymers và amines thì có sự chênh lệch rõ. Đặc biệt, hệ vi khuẩn sống trên loài san hô (L5) là<br /> có khả năng hấp thụ cao nhất với các nhóm chất hữu thí nghiệm trừ nhóm chất amines, thấp nhất<br /> là hệ vi khuẩn thuộc loài san hô (L2) với nhóm amines và carbo-hydrates, loài san hô (L3) với<br /> nhóm carboxylic acid và phenols, loài L1 với nhóm polymers và nhóm amino-acid là hệ vi<br /> khuẩn trong N1.<br /> amines<br /> 0.50<br /> <br /> 0.40<br /> <br /> 0.40<br /> <br /> 0.30<br /> <br /> 0.30<br /> <br /> AWCD<br /> <br /> AWCD<br /> <br /> Amino-acids<br /> 0.50<br /> <br /> 0.20<br /> 0.10<br /> <br /> 0.20<br /> 0.10<br /> <br /> 0.00<br /> <br /> 0.00<br /> <br /> L1<br /> <br /> L2<br /> <br /> L3<br /> <br /> L4<br /> <br /> L5<br /> <br /> N1<br /> <br /> L1<br /> <br /> L2<br /> <br /> L3<br /> <br /> L4<br /> <br /> L5<br /> <br /> N1<br /> <br /> L4<br /> <br /> L5<br /> <br /> N1<br /> <br /> L4<br /> <br /> L5<br /> <br /> N1<br /> <br /> carboxylic acids<br /> <br /> carbo-hydrates<br /> 0.50<br /> <br /> 0.60<br /> <br /> 0.40<br /> <br /> 0.50<br /> <br /> AWCD<br /> <br /> AWCD<br /> <br /> 0.40<br /> <br /> 0.30<br /> 0.20<br /> <br /> 0.30<br /> 0.20<br /> <br /> 0.10<br /> <br /> 0.10<br /> <br /> 0.00<br /> <br /> 0.00<br /> <br /> L1<br /> <br /> L2<br /> <br /> L3<br /> <br /> L4<br /> <br /> L5<br /> <br /> L1<br /> <br /> N1<br /> <br /> L2<br /> <br /> L3<br /> <br /> polymers<br /> <br /> phenols<br /> 0.70<br /> <br /> 0.40<br /> <br /> 0.60<br /> 0.50<br /> <br /> AWCD<br /> <br /> AWCD<br /> <br /> 0.30<br /> <br /> 0.20<br /> <br /> 0.40<br /> 0.30<br /> 0.20<br /> <br /> 0.10<br /> <br /> 0.10<br /> <br /> 0.00<br /> <br /> 0.00<br /> <br /> L1<br /> <br /> L2<br /> <br /> L3<br /> <br /> L4<br /> <br /> L5<br /> <br /> L1<br /> <br /> N1<br /> <br /> L2<br /> <br /> L3<br /> <br /> Hình 3.2. Hấp thụ các nhóm chất của hệ vi khuẩn trên các loài san hô vùng đảo Cát Bà<br /> <br /> 3.1.3. Khả năng hấp thụ các nhóm chất trên các loài san hô khu vực Long Châu<br /> Tương tự như kết quả ở khu vực ven đảo Cát Bà, thì ở ven đảo Long Châu cũng cho thấy khả<br /> năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm của các hệ vi khuẩn trên các loài san hô khác nhau là<br /> <br /> 247<br /> <br />