Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Phân loại một số loài rong biển thuộc chi Ulva (Chlorophyta) phân bố tại khu vực Hải Phòng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Sinh học "Phân loại một số loài rong biển thuộc chi ULVA (Chlorophyta) phân bố tại khu vực Hải Phòng" trình bày các nội dung chính sau: Góp phần bổ sung dẫn liệu khoa học mới về phân loại một số loài rong biển thuộc chi Ulva; Bổ sung thông tin về thành phần loài và phân bố của một số loài rong biển thuộc chi Ulva tại Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Phân loại một số loài rong biển thuộc chi Ulva (Chlorophyta) phân bố tại khu vực Hải Phòng

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Mạnh Linh PHÂN LOẠI MỘT SỐ LOÀI RONG BIỂN THUỘC CHI ULVA (CHLOROPHYTA) PHÂN BỐ TẠI KHU VỰC HẢI PHÒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC THỰC NGHIỆM Hà Nội - 2021
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Mạnh Linh PHÂN LOẠI MỘT SỐ LOÀI RONG BIỂN THUỘC CHI ULVA (CHLOROPHYTA) PHÂN BỐ TẠI KHU VỰC HẢI PHÒNG Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH: SINH HỌC THỰC NGHIỆM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Đàm Đức Tiến Hà Nội - 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả nghiên cứu trong luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi dựa trên những tài liệu, số liệu do chính tôi tự tìm hiểu và nghiên cứu. Chính vì vậy, các kết quả nghiên cứu đảm bảo trung thực và khách quan nhất. Đồng thời, kết quả này chưa từng xuất hiện trong bất cứ một nghiên cứu nào. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực nếu sai tôi hoàn chịu trách nhiệm. Hải Phòng, ngày 25 tháng 10 năm 2021 Người cam đoan Nguyễn Mạnh Linh
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được Luận văn cao học này, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS. Đàm Đức Tiến đã trực tiếp định hướng, tận tình hướng dẫn tôi. Tôi xin cảm ơn Lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường biển và cán bộ Phòng Sinh thái và Tài nguyên Thực vật biển - Viện Tài nguyên và Môi trường biển đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và làm nghiên cứu đề tài. Tôi xin cảm ơn Ban chủ nhiệm chuyến khảo sát hỗn hợp lần thứ 7 giữa Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Viện Hàn lâm Khoa học Nga bằng tàu “Viện sĩ Oparin” trong vùng biển Việt Nam; cùng đề tài Nafosted: “Nghiên cứu cơ bản đa dạng sinh học Sinh vật phù du biển Việt Nam: sự đa dạng hình thái và di truyền các chi tảo Hai roi sống đáy: Gambierdiscus, Ostreopsis, Coolia và Prorocentrum”, mã số: NCCB.106.06-2017.305 đã tạo điều kiện cho tôi tham gia thu mẫu nghiên cứu trong luận văn, và tặng cho tôi những tài liệu chuyên khảo về phân loại rong biển. Tôi xin cảm ơn cán bộ Phòng Công nghệ Tế bào Thực vật – Viện Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình làm nghiên cứu Sinh học phân tử. Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo cùng các thầy cô giáo Khoa Công nghệ sinh học, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp - những người đã luôn động viên, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khóa học này./. Học viên Nguyễn Mạnh Linh
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT ................................... vi DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ vii DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ viii MỞ ĐẦU .............................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................2 3. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................2 3.1. Ý nghĩa khoa học ...................................................................................2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................2 3.3. Những điểm mới của luận văn ...............................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................4 1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG BIỂN ............................................................4 1.1.1. Định nghĩa và phân loại ......................................................................4 1.1.2. Đặc điểm sinh thái của rong biển .......................................................6 1.1.2.1. Khái quát về điều điện tự nhiên, môi trường sống của rong biển 6 1.1.2.2. Phân bố của rong biển.................................................................8 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RONG BIỂN CHI ULVA ......................9 1.2.1. Hệ thống phân loại và đa dạng thành phần loài ..................................9 1.2.1.1. Quan điểm và tình hình nghiên cứu phân loại rong biển chi Ulva trên thế giới ..............................................................................................9 1.2.1.2. Tình hình nghiên cứu và các hệ thống phân loại rong biển chi Ulva tại Việt Nam ...................................................................................12 1.2.2. Giá trị sinh thái và kinh tế của chi Ulva ...........................................15 1.2.2.1. Sinh thái và giá trị sinh thái của rong biển Ulva .......................15 1.2.2.2. Các hoạt chất sinh học và giá trị kinh tế của chi Ulva ..............16 1.3. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT DNA BARCODING TRONG NGHIÊN CỨU RONG BIỂN .......................................................................................18 1.3.1. Sơ lược về hệ gen Lạp thể (Plastome) và gen mã hóa yếu tố kéo dài EF-Tu (tufA) trong rong Lục ......................................................................18 1.3.2. Ứng dụng chỉ thị DNA barcoding (tufA) trong nghiên cứu phân loại rong biển.....................................................................................................20 1.4. ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...22
iv 1.4.1. Vị trí địa lý .......................................................................................22 1.4.2. Khí hậu và điều kiện thủy, hải văn ...................................................22 1.4.2.1. Khí hậu ......................................................................................22 1.4.2.2. Thủy văn ....................................................................................23 1.4.2.3. Chế độ thuỷ triều .......................................................................23 1.4.2.4. Chế độ sóng ...............................................................................24 1.4.3. Hệ sinh thái.......................................................................................24 1.4.4. Hiện trạng chất lượng môi trường ....................................................24 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................25 2.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ TRANG THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU ..25 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................25 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................25 2.1.3. Trang thiết bị sử dụng .......................................................................27 2.1.4. Hóa chất sử dụng ..............................................................................27 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................28 2.2.1. Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập mẫu vật .............................28 2.2.2. Phương pháp phân loại hình thái ......................................................28 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu phân bố ....................................................29 2.2.4. Phương pháp sinh học phân tử DNA barcoding ...............................30 2.2.4.1. Phương pháp tách chiết DNA tổng số .......................................30 2.2.4.2. Phương pháp điện di Gel agarose .............................................30 2.2.4.3. Phương pháp khuếch đại gen bằng PCR ...................................31 2.2.4.4. Phương pháp tinh sạch sản phẩm PCR và giải trình tự gen ......32 2.2.4.5. Phương pháp xử lý số liệu .........................................................33 2.2.5. Xây dựng khóa phân loại các loài rong biển chi Ulva phân bố tại Hải Phòng .........................................................................................................33 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................34 3.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU....................................................................34 3.1.1. Kết quả nghiên cứu phân loại hình thái ............................................34 3.1.1.1. Thành phần loài và phân bố của rong biển chi Ulva tại Hải Phòng .....................................................................................................34 3.1.1.2. Đặc điểm hình thái của một số loài rong biển thuộc chi Ulva phân bố tại Hải Phòng. ..........................................................................39 3.1.2. Kết quả sinh học phân tử DNA barcoding ........................................53
v 3.1.2.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số ................................................53 3.1.2.2. Kết quả nhân gen (PCR) ............................................................55 3.1.2.3. Kết quả giải trình tự gen............................................................56 3.2. LỰA CHỌN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI RONG BIỂN CHI ULVA TẠI HẢI PHÒNG.........................................................................................59 3.3. THẢO LUẬN .........................................................................................60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................................63 1. KẾT LUẬN ...............................................................................................63 2. KIẾN NGHỊ ..............................................................................................63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................64 PHỤ LỤC ..........................................................................................................76
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa BLAST Basic Local Alignment Search Tool CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide DNA Deoxyribonucleic acid DW Dry Weight EF-Tu Elongation Factor Thermo unstable GBIF Global Biodiversity Information Facility HST Hệ sinh thái ISI Institute for Scientific Information ITS Internal transcribed spacer matK Maturase K NCBI National Center for Biotechnology Information PCR Polemerase Chain Reaction PSU Practical Salinity Units QCVN Quy chuẩn Việt Nam rbcL Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase RNA Acid ribonucleic tufA Gen mã hóa yếu tố kéo dài UV Ultraviolet WQI Water Quality Index
vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Thành phần sắc tố đặc trưng của các ngành rong biển Việt Nam........6 Bảng 1. 2. Các loài rong biển chi Enteromorpha và Ulva phân bố tại Việt Nam được chỉnh lý ......................................................................................................13 Bảng 2. 1. Thông tin bộ mẫu nghiên cứu ...........................................................26 Bảng 2. 2. Dụng cụ và thiết bị dùng trong nghiên cứu sinh học phân tử ............27 Bảng 2. 3. Các loại hóa chất chính sử dụng trong nghiên cứu ............................27 Bảng 2. 4. Các dung dịch đệm cần pha trong nghiên cứu ..................................28 Bảng 2. 5. Trình tự mồi sử dụng trong phản ứng PCR .......................................31 Bảng 2. 6. Chu trình nhiệt của phản ứng PCR ....................................................31 Bảng 2. 7. Một số mẫu rong biển chi Ulva trên Genbank được sử dụng trong nghiên cứu ..........................................................................................................33 Bảng 3. 1. Thành phần loài và phân bố của rong biển Ulva tại Hải Phòng ........34 Bảng 3. 2. So sánh sự tương đồng thành phần loài giữa các điểm nghiên cứu ...36 Bảng 3. 3. Phân bố rong biển Ulva theo độ sâu tại Hải Phòng ...........................38 Bảng 3. 4. Kết quả tách chiết DNA tổng số của các mẫu nghiên cứu ................54 Bảng 3. 5. Đa dạng thành phần loài rong biển chi Ulva .....................................60
viii DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Phân chia khu hệ rong biển..................................................................9 Hình 1. 2. Bản đồ phân bố của các loài rong biển chi Ulva trên thế giới ...........15 Hình 1. 3. Sơ đồ cấu tạo siêu hiển vi của lục lạp cùng cpDNA (số 11) ..............19 Hình 2. 1. Vị trí các điểm khảo sát .....................................................................25 Hình 3. 1. Số lượng loài rong biển chi Ulva phân bố tại các điểm nghiên cứu ..35 Hình 3. 2. Phân bố rộng của các loài rong biển chi Ulva tại Hải Phòng .............36 Hình 3. 3. Phân tích Cluster so sánh sự tương đồng thành phần loài giữa các điểm nghiên cứu .................................................................................................37 Hình 3. 4. Phân tích trên biểu đồ 2D-MDS về độ tương đồng thành phần loài giữa các khu vực nghiên cứu ..............................................................................38 Hình 3. 5. Kết quả điện di DNA tổng số trên gel algarose 1.5% ........................55 Hình 3. 6. Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 1.5% .......................55 Hình 3. 7. Kết quả giải trình tự gen mẫu 210098 với mồi tufGF4 ......................56 Hình 3. 8. Kết quả giải trình tự gen mẫu 210098 với mồi GtufAR ....................57 Hình 3. 9. Kết quả giải trình tự gen mẫu 210259 với mồi tufGF4 ......................57 Hình 3. 10. Kết quả giải trình tự gen mẫu 210259 với mồi GtufAR ..................57 Hình 3. 11. Kết quả Blast với trình tự gen 210098 trên Genabank .....................58 Hình 3. 12. Kết quả Blast với trình tự gen 210259 trên Genbank ......................58 Hình 3. 13. Mối quan hệ di truyền giữa Ulva lactuca tại Hải Phòng với một số loài rong biển chi Ulva trên thế giới ...................................................................62
ix GIẢI THÍCH MỘT SỐ CÁCH VIẾT TÊN KHOA HỌC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Tên khoa học của các taxon bậc dưới họ 1. Chữ in nghiêng và không đậm Ví dụ: Ulva prolifera, Ulva reticulata, Ulva papenfussii, Ulva intestinali 2. Chữ đứng (không nghiêng) và in đậm Ví dụ: Ulva prolifera, Ulva reticulata, Ulva papenfussii, Ulva intestinali Đây là cách viết chuẩn thường gặp trong các công trình, tạp chí về phân loại thực vật có uy tín như: Taxon, Blumea, Botanical Journal of the Linnean ociety, Kew Bulletin, Annals of the Missouri Botanical Garden, Novon, Adansonia, rittonia, Harvard Papers in Botany, Plant Systematic and Evolution… và Thực vật chí các nước.
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Phân loại thực vật học là cơ sở khoa học cho rất nhiều lĩnh vực nghiên cứu quan trọng như Sinh thái học, Tài nguyên thực vật, Tiến hóa và đa dạng thực vật, Dược học, v.v. Từ đó góp phần cung cấp cơ sở để đề ra các biện pháp quản lý, bảo tồn và sử dụng bền vững tài nguyên thực vật. Nghiên cứu phân loại là khoa học cơ bản và là bước đầu tiên phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo, có ý nghĩa vô cùng quan trọng và cần thiết để thực hiện các nghiên cứu khoa học khác có liên quan [1]. Rong biển là một nhóm loài thực vật bậc thấp sinh sống ở các vùng nước mặn, nước lợ [2]. Hiện nay rong biển là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng, đang được con người sử dụng với rất nhiều giá trị về sinh thái cũng như kinh tế [3, 4]. Chi Ulva Linnaeus, C. (1753) hay còn gọi là rong Cải biển [5] thuộc Họ Ulvaceae, Bộ Ulvales (Chlorophyta), có phân bố địa lý mang tính toàn cầu từ Nhiệt đới tới Cận Nhiệt đới, một số loài mở rộng phân bố tới Địa Trung Hải và các vùng Ôn đới của Australia [6]. Với cấu trúc lá dạng phiến với hai lớp tế bào hoặc dạng hình trụ rỗng, bàn bám dạng đĩa với rễ giả phát triển giúp chúng có thể thích nghi được tại nhiều sinh cảnh khác nhau, đặc biệt là vùng ven biển với mức độ phú dưỡng cao như trong môi trường nước biển, vùng nước lợ cửa sông và đôi khi được tìm thấy ở môi trường nước ngọt [7–9]. Với đặc điểm hình thái đa dạng, dễ thay đổi theo điều kiện ngoại cảnh (sóng, dòng chảy, cường độ ánh sáng, độ sâu,...) nên dẫn đến việc định danh loài dễ gây nhầm lẫn, có thể thiếu chính xác bằng phương pháp phân loại hình thái truyền thống [10]. Hiện nay với tiến bộ khoa học công nghệ sử dụng phương pháp sinh học phân tử, các nghiên cứu gần đây cho thấy hệ thống phân loại chi Ulva được cập nhật bổ sung một số loài thuộc chi Enteromorpha [11–15]. Trên hệ thống cơ sở dữ liệu thông tin toàn cầu về loài rong biển (https://www.algaebase.org/) 2021 [16] hiện có 85 loài được công nhận về mặt phân loại dựa trên tài liệu hình thái và sinh học phân tử. Tại Việt Nam việc nghiên cứu rong biển thuộc chi Ulva được Dawson thực hiện từ những năm 1954 [17], cho đến nay đã ghi nhận được tổng số 15 loài và 1 phân loài [18], trong đó một số loài có giá trị kinh tế như Ulva lactuca, Ulva prolifera, Ulva reticulata, Ulva papenfussii, Ulva intestinalis [8].
2 Vùng ven biển Hải Phòng đặc trưng bởi rất nhiều sinh cảnh khác nhau như bãi bồi cửa sông, đầm phá hay vũng vịnh nhỏ, đa dạng về nền đáy (đáy cứng, đáy cát, đáy cát-bùn) với đặc trưng khí hậu á nhiệt đới với 4 mùa rõ rệt nên nơi đây là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các loài rong biển thuộc chi Ulva [19]. Tuy nhiên hiện nay nghiên cứu về rong biển tại vùng ven biển Hải Phòng còn hạn chế, các tài liệu nằm rải rác và khó khăn trong việc cập nhật thông tin, chưa có nghiên cứu sâu về phân loại chi Ulva, việc áp dụng kỹ thuật sinh học phân tử trong phân loại còn chưa được sử dụng nhiều, trong khi đó số lượng, vị trí, danh pháp và mô tả của một số loài thuộc chi Ulva cần được bổ sung. Vì vậy, cần có một công trình nghiên cứu phân loại một cách toàn diện, đầy đủ và mang tính hệ thống. Song song với đó, việc cung cấp những dẫn liệu và cơ sở khoa học phục vụ công tác bảo tồn, phát triển cũng như công tác định danh, phân biệt một số loài thuộc chi Ulva bằng những kỹ thuật sinh học phân tử là hết sức cần thiết. Xuất phát từ những thực tế đó, tôi tiến hành lựa chọn đề tài luận văn Thạc sĩ “Phân loại một số loài rong biển thuộc chi Ulva (Chlorophyta) phân bố tại khu vực Hải Phòng”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Phân loại được một số loài rong biển thuộc chi Ulva phân bố tại vùng biển Hải Phòng 3. Mục đích nghiên cứu 3.1. Ý nghĩa khoa học - Góp phần bổ sung dẫn liệu khoa học mới về phân loại một số loài rong biển thuộc chi Ulva. - Bổ sung thông tin về thành phần loài và phân bố của một số loài rong biển thuộc chi Ulva tại Việt Nam. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả của nghiên cứu là cơ sở để nhận biết, bảo tồn và phát triển nguồn lợi các loài rong biển thuộc chi Ulva tại Việt Nam. - Kết quả của đề tài trực tiếp phục vụ cho các ngành ứng dụng, sản xuất nuôi trồng thủy sản, dược liệu, tài nguyên thực vật và công tác đào tạo giảng dạy. 3.3. Những điểm mới của luận văn - Sử dụng phương pháp sinh học phân tử hỗ trợ định loại chính xác các loài rong biển thuộc chi Ulva.
3 - Xây dựng bộ mẫu và ảnh tư liệu đặc điểm hình thái, môi trường sống của một số loài rong biển thuộc chi Ulva tại khu vực Hải Phòng.
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG BIỂN 1.1.1. Định nghĩa và phân loại Rong biển (Seaweed hay Marine macroalgae) là một thuật ngữ thông dụng và thiếu một định nghĩa chính thức chỉ những thực vật dạng tản (Thallus) gồm một hay nhiều tế bào tập hợp. Rong biển phân bố ở môi trường nước mặn và nước lợ, trên các rạn san hô, các vách đá, hoặc các vật bám vô cơ hay hữu cơ. Rong biển là các sinh vật tự dưỡng và toàn dưỡng, có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng từ trong môi trường thuỷ vực tạo thành chất hữu cơ nuôi dưỡng cơ thể. Quá trình phát sinh cũng không trải qua giai đoạn phôi mà chỉ dừng ở hợp tử, hợp tử tách ra khỏi cơ thể mẹ và phát triển thành cơ thể mới [20, 21]. Rong biển có ba hình thức sống là sống bám, sống tự do-cài quấn vào nhau, hay sống bì sinh (epiphyte). Các rong sống bám thường có cơ quan bám (rễ giả- rhizines hoặc bàn bám), còn các rong cài quấn không có cơ quan bám, chúng sống vùi mình hoặc cài quấn vào các vật bám và thường là các loại rong sống ở vùng nước lợ, cửa sông [22]. Cho đến nay, ở trên thế giới chưa có một hệ thống phân loại rong biển nào được xem là thống nhất và hợp lý, các tác giả phân loại rong biển chia làm 3 ngành chính thuộc các nhóm tảo nhân chuẩn gồm: Ngành rong đỏ (Rhodophyta), Ngành rong Nâu (Phaeophyta), Ngành rong Lục (Chlorophyta) [23–27]; và một số nghiên cứu khác cho rằng nhóm tảo nhân sơ – Ngành tảo Lam (Cyanophyta) được chấp nhận là một ngành thuộc rong biển [20, 22, 28–31]. Tại Việt Nam, dựa vào thành phần cấu tạo, sắc tố, đặc điểm hình thái, đặc điểm sinh sản mà các tác giả Phạm Hoàng Hộ [32], Nguyễn Hữu Dinh và cộng sự [33] đã sắp xếp, xây dựng hệ thống phân loại các loài rong biển thuộc 4 ngành (Bảng 1.1), gồm: Ngành vi khuẩn Lam (Cyanophyta) Rong lam là nhóm sinh vật có khả năng quang hợp và cố định đạm, thường bám trên các vật bám khác nhau, mọc thành đám hay sống tự do. Trong nhóm này, các sinh vật quang hợp có màu là cyanophycin, allo-phycocyanin và erythro- phycocyanin. Tản của chúng biến động từ đơn bào tới tế bào dạng sợi hay dị bào dạng sợi. Một vài tế bào trong chuỗi có hình dạng khác được gọi là dị bào nang (heterocysts) có khả năng cố định nitơ trong khí quyển trong các điều kiện ưa khí
5 hay kị khí bằng các dị bào và một dạng khác được gọi là tế bào nghỉ (ankinetes). Rong lam không có sinh sản hữu tính, chỉ có sinh sản dinh dưỡng (bằng tảo đoạn) và vô tính (bằng bào tử) [20, 21]. Ngành rong Đỏ (Rhodophyta) Rong đỏ là các sinh vật đa bào và cơ thể phân nhiều nhánh, phần lớn chia nhánh theo kiểu một trục (monopodial), một số ít theo kiểu hợp trục (symodial). Tuy nhiên, cơ thể chúng lại không có sự biệt hóa thành các mô riêng biệt. Thành tế bào rong đỏ có một lớp cứng bằng cellulose ở bên trong và một lớp gelatin ở bên ngoài, ở một số loài thành tế bào calci hóa (khảm canxi) dòn và dễ gẫy. Tế bào của chúng có thể có một hay nhiều nhân tùy thuộc vào từng loài. Tế bào phân chia bằng cách nguyên phân. Rong đỏ hoàn toàn không có roi bơi; không có các tế bào có khả năng di chuyển ở bất kỳ dạng nào. Lục lạp trong tế bào rong đỏ có phycobilin, chlorophyl a, carotene và xanthophyll, vì vậy màu sắc của rong đỏ được quyết định bởi sự phối hợp và thành phần của các sắc tố này. Chu trình sống của rong đỏ vô cùng phức tạp, liên quan tới một pha đơn bội và hai pha lưỡng bội [20, 21]. Ngành rong Nâu (Phaeophyta) Rong nâu thuộc nhóm Heterokontophyta , một nhóm lớn các sinh vật nhân thực được phân biệt nổi bật nhất là có lục lạp được bao quanh bởi bốn lớp màng, cho thấy nguồn gốc từ mối quan hệ cộng sinh giữa một sinh vật nhân chuẩn cơ bản và một sinh vật nhân chuẩn khác. Các sắc tố quang hợp bao gồm chlorophyll- a và chlorophyll-c, β carotene, fucoxanthin, violaxanthin, diatoxanthin và các xanthophylls khác. Hầu hết các loại rong nâu đều chứa sắc tố fucoxanthin , sắc tố này chịu trách nhiệm tạo ra màu nâu xanh đặc biệt mang lại tên gọi cho chúng. Thành tế bào được cấu tạo bởi xenlulozơ, axit fucic và axit alginic. Rong nâu sinh sản bằng ba hình thức khác nhau gồm: sinh sản dinh dưỡng; sinh sản vô tính bằng bào tử động và bào tủ không động hình thành trong các túi bào tử một ngăn (Unilocular sporangia), và túi bào tử nhiều ngăn (Plurilocular sporangia); sinh sản hữu tính bằng hình thức giao phối giữa giao tử đực và cái theo kiểu đẳng giao (isogamy), dị giao (anisogamy) và noãn giao (oogonia) [20, 21]. Ngành rong Lục (Chlorophyta) Rong lục thuộc giới Plantae, là nhóm sinh vật nguyên sinh quang dưỡng có thể là đơn bào, đa bào, hoặc coenocytic. Vỏ tế bào do chất nguyên sinh phân hoá tạo ra, gồm có cellulose ở phía trongvà pectin ở phía ngoài. Chất nguyên sinh tạo
6 thành 1 lớp mỏng ở sát thành vỏ tế bào; ở giữa tế bào là một không bào lớn chứa đầy dịch bào. Thể sắc tố có các dạng phiến, đai vành móng ngựa, hình sao nhiều cạnh, hình xoắn lò xo, mắt lưới, dạng hạt nhỏ v.v. Sắc tố chủ yếu là chlorophyl a, chlorophyl b làm cho rong có màu xanh, β-caroten và 10 loại xanthophyll. Trong thể sắc tố còn có các hạt tạo bột hình tròn nhỏ. Hạt tế bào thường nằm ở giữa khoang túi dịch bào, hay sát bên thành lớp nguyên sinh. Thể nhiễm sắc hình que ngắn hay hạt nhỏ, số lượng ít. Sản phẩm đồng hoá là tinh bột hoặc đôi khi là chất bơ. Trong dịch bào, sản phẩm của quá trình trao đổi chất chủ yếu là đường, tanin, canxi sunfat và các chất có màu antocyan. Rong lục có ba kiểu sinh sản là: sinh sản dinh dưỡng, sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính [20, 21]. Bảng 1. 1. Thành phần sắc tố đặc trưng của các ngành rong biển Việt Nam Ngành Chlorophylls Sắc tố Phycobilins β-carotene, Rong Lam C-phycocyanin (+) a myxoxanthophyll, (Cyanophyta) C-phycoerythrin (-) zeaxanthin β-carotene, Rong Đỏ R-phycocyanin (-) a, d lutein, (Rhodophyta) R-phycoerythrin (+) zeaxanthin β-carotene, Rong Nâu a, c fucoxanthin, (Phaeophyta) violaxanthin β-carotene, lutein, Rong Lục a, b neoxanthin, (Chlorophyta) violaxanthin, zeaxanthin Ghi chú: (+) hiện diện trong % lớn hơn; (-) hiện diện trong % nhỏ hơn. 1.1.2. Đặc điểm sinh thái của rong biển 1.1.2.1. Khái quát về điều điện tự nhiên, môi trường sống của rong biển Nền đáy: Có 2 kiểu nền đáy chủ yếu liên quan đến phân bố của rong biển là vùng triều đáy cứng và vùng triều đáy mềm. (i) Vùng triều đáy cứng: bao gồm
7 đá, cuội, sỏi, san hô chết ở các chân núi đá vôi ven biển, ven các đảo, bãi san hô, các loại vật liệu hữu cơ và vô cơ. Ở đây thành phần loài rong biển rất đa dạng và thường gặp là rong Mứt (Porphyra), rong Gai (Acanthophora), rong Guột (Caulerpa),v.v. (ii) Vùng triều đáy mềm: gồm đáy cát, đáy cát bùn, đáy bùn,… Trên các loại hình này số loài thường ít do ít vật bám, nền đáy ít ổn định. Các loài thường gặp: rong Câu (Gracilaria), rong Guột (Caulerpa), rong Lông cứng (Cladophora),… Cũng có nhiều loài rong biển sống trôi nổi thành những bè rối [20, 21]. Nhiệt độ: Nhiệt độ có vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của rong. Ngưỡng chịu nhiệt của mỗi loài khác nhau và khu hệ rong biển trên thế giới được chia ra thành các loài nhiệt đới, loài cận nhiệt đới, loài ôn đới, loài ôn đới cận cực, và loài phân bố toàn cầu [21, 34]. Ví dụ loài rong Tóc đốt cần - Chaetomorpha antennina (Bory) Kützing. phát triển tốt trong ngưỡng nhiệt độ 19 - 25oC và chết hàng loạt ở ngưỡng 37 - 39oC [35]. Sự thay đổi nhiệt độ nước theo mùa và theo vùng dẫn đến sự phân bố, thay đổi thành phần loài. Ở khu vực miền Bắc Việt Nam, chủ yếu là loài nhiệt đới (40%) và cận nhiệt đới (31,7%) [32, 33, 36]. Còn khu vực miền Nam, chủ yếu là loài nhiệt đới (63%) [18]. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, ở nhiệt độ 20 - 25oC là nhiệt độ thích hợp cho bào tử của nhiều loài rong biển nảy mầm và phát triển. Nhiệt độ trên 30 oC là ngưỡng nhiệt độ không thuận lợi cho bào tử rong phát triển và ở nhiệt độ 37 - 40oC kéo dài làm cho rong ngừng phát triển dẫn đến tàn lụi. Điều này phù hợp với thực tế là vào tháng 12 đến tháng 1 hàng năm những tản nhỏ rong biển xuất hiện và phát triển vào đầu hè khoảng tháng 3 - 4. Sang mùa hè, nhiệt độ tăng cao, rong biển vùng triều tàn lụi hàng loạt [37]. Độ mặn: Các loài rong biển thích nghi với độ mặn tương đối rộng, thay đổi từ 10 - 35‰ [33]. Đa số các loài đều sinh trưởng ở độ mặn cao. Khi độ mặn hạ thấp và kéo dài dẫn đến sự tàn lụi của rong biển. Loài rong Câu và rong Sụn phát triển ở độ mặn trong khoảng 25 - 30‰, chịu được độ mặn dưới 20‰ nhưng làm giảm khả năng sinh sản [38–40]. Ở các đầm nước lợ, vào mùa đông, độ mặn tăng cao từ 10‰ lên đến 20‰ thậm chí 25 - 30‰ nên thời gian này là thời gian xuất hiện của các loài rong biển, tháng 3 - 4 là thời kỳ rong biển phát triển. Đến tháng 7, 8 khi mùa mưa xuất hiện, độ mặn ở những vùng ven biển giảm xuống thấp cùng với nhiệt độ nước tăng cao, vì vậy rong biển tàn lụi rất nhanh. Qua đó có thể thấy
8 rằng không chỉ nhiệt độ nước mà độ mặn cũng là yếu tố quan trọng quyết định đến mùa vụ xuất hiện và sự tàn lụi của rong biển ở vùng triểu. Độ đục: Độ đục tác động mạnh đến các hoạt động quang hợp của rong biển. Chúng sẽ không nhận được ánh sáng cần thiết cho quang hợp nên không phát triển. Ngoài ra độ đục gia tăng có nghĩa là có nhiều trầm tích bùn nhuyễn bám lên bề mặt của rong làm giảm quang hợp [41]. Ánh sáng: Ánh sáng là một trong những yếu tố môi trường quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát triển của rong biển [42, 43]. Tuy nhiên, đối với một số loài rong thì tốc độ phát triển của rong không phụ thuộc nhiều vào cường độ ánh sáng. Như một số loài rong Đỏ có thể tồn tại ở độ sâu từ 58m - 268m trong khi nhiều loài khác không thể tồn tại ở độ sâu vài mét do không đủ ánh sáng để quang hợp [44, 45]. Ngoài ra, còn có nhiều yếu tố từ môi trường tác động đến sự sinh trưởng và phát triển của rong biển như pH, cường độ sóng, chế độ thủy triều, sự cung cấp dinh dưỡng do dòng chảy hay nước trồi,… và các yếu tố vô sinh, hữu sinh khác [46–49]. 1.1.2.2. Phân bố của rong biển Phân bố rộng (phân bố địa lý) Nhiệt độ là yếu tố quyết định đến sự phân bố của rong biển theo vĩ độ, ngưỡng nhiệt độ của mỗi loài rong biển thường được sử dụng làm chỉ tiêu xác định tính chất khu hệ [50]. Theo đó, Quy luật phân bố của rong biển theo vĩ độ (nhiệt độ) được tóm tắt như sau: Sự đa dạng thành phần loài giảm từ xích đạo cho đến vùng cực. Vùng nhiệt đới là cái nôi của sự sống, nhiệt độ ở đây có ảnh hưởng đến sự biến động thành phần loài rong biển phân bố. Kích thước của loài có xu thế tăng từ xích đạo đến vùng cực. Ở các vùng lạnh, quá trình trao đổi chất xảy ra chậm, do đó tiêu hao năng lượng không nhiều, đời sống của các loài rong kéo dài hơn, thêm vào đó lượng dinh dưỡng được cung cấp chủ yếu là ở tầng đáy lên tới tầng mặt, nên trọng lượng và kích thước của chúng lớn hơn so với các loài rong phân bố ở vùng nhiệt đới. Việc xác định được quy luật phân bố của rong biển, sẽ giúp xác định được đặc tính thích nghi của từng loài, từ đó có kế hoạch bảo vệ và khai thác nguồn lợi hợp lý. Bên cạnh đó, còn đề ra các biện pháp di giống thích hợp đảm bảo cho năng suất cao trong nuôi trồng thuỷ sản.
9 Hình 1. 1. Phân chia khu hệ rong biển Phân bố sâu (phân bố thẳng đứng) Ánh sáng là một trong những yếu tố quyết định sự phân bố theo chiều thẳng đứng của rong biển, do mỗi loài rong khác nhau có khả năng hấp thụ và nhu cầu ánh sáng khác nhau, các quần thể rong biển vùng triều có nhu cầu ánh sáng cao hơn cho quá trình quang hợp và khả năng hấp thụ ánh sáng thấp hơn so với rong biển vùng dưới triều [51]. Do những tia sáng có bước sóng khác nhau nên khả năng xuyên qua vùng triều và độ sâu nước là khác nhau: ở các vùng cao triều là ánh sáng đỏ, vùng trung triều là ánh sáng da cam, vàng, ở vùng hạ triều là ánh sáng xanh, tím [49, 51]. 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RONG BIỂN CHI ULVA 1.2.1. Hệ thống phân loại và đa dạng thành phần loài 1.2.1.1. Quan điểm và tình hình nghiên cứu phân loại rong biển chi Ulva trên thế giới Rong biển chi Ulva lần đầu tiên được Linnaeus mô tả năm 1753 trong công trình “Species plantarum”. Khi đó, chín (09) loài thuộc chi Ulva được sắp xếp chung hệ thống với một loạt các loài rong biển mà hiện nay không có liên quan đến ngành rong lục như chi Fucus (rong Nâu), chi Conferva (hiện nay được chỉnh lý thành chi Ectocarpus thuộc ngành Tảo nâu) và Charophyta (một ngành tảo nước ngọt) [5]. Khoảng cuối thế kỷ 17, Gleditsch (1764) liệt kê chi Ulva trong danh sách bảy chi tảo thuộc lớp Algacea trong “Systema Plantarum” [52]. Sau hơn 100 năm, một số loài có hình dạng sợi và ống thuộc chi Ulva được tách ra thành một chi