Do đó, để góp phần làm sáng tỏ vấn đề trên, thí nghiệm đĩa sinh thái Biolog Ecoplate về khả năng hấp thụ và chuyển hóa 31 hợp chất hữu cơ thuộc 6 nhóm chất carbo-hydrates, amino-acids, p
Trang 1ĐA 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
Phạm Thế Thư
Viện Tài nguyên và Môi trường Biển
Yvan Betteral
Viện Nghiên cứu cho Sự phát triển, Cộng hòa Pháp
Bùi Thị Việt Hà
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Nguyễn Đăng Ngãi
Viện Tài nguyên và Môi trường Biển
Tóm tắt
Hệ sinh thái rạn san hô có vai trò quan trọng trong bảo tồn đa dạng sinh học (ĐDSH), tuy nhiên, sự phát triển của san hô đang phải đối mặt nhiều thách thức, trong đó, có sự thay đổi môi trường sống do các hoạt động nhân tác, đặc biệt là vùng ven biển và tác động tiềm tàng của biến đổi khí hậu (BĐKH) (như hiện tượng san hô chết trắng…) Vì vậy, nghiên cứu chức năng của quần xã vi khuẩn trên san hô, nhằm xem xét vai trò của chúng với sức khỏe san hô và trong khả năng chống chịu và thích nghi của san hô đối với những thay đổi của môi trường Do đó, để góp phần làm sáng tỏ vấn đề trên, thí nghiệm đĩa sinh thái (Biolog Ecoplate) về khả năng hấp thụ và chuyển hóa 31 hợp chất hữu cơ thuộc 6 nhóm chất (carbo-hydrates, amino-acids, phenols, carboxylic acids, polymers và amines) của hệ
vi khuẩn sống trên 9 loài san hô và môi trường nước xung quanh tại vùng ven đảo Cát Bà
và Long Châu (Hải Phòng) đã được tiến hành Kết quả nghiên cứu đã cho thấy, với sự đa dạng và biến động cũng như sự tương quan đa biến của các yếu tố môi trường tới khả năng hấp thụ và chuyển hóa các chất hữu cơ của hệ vi khuẩn trên san hô, khẳng định vai trò quan trọng của hệ vi khuẩn trong dinh dưỡng và trao đổi chất san hô, làm tăng khả năng thích ứng với sự biến đổi môi trường sống của san hô, trong đó có sự thay đổi tiềm tàng của BĐKH
1 MỞ ĐẦU
Hệ sinh thái rạn san hô có vai trò quan trọng trong bảo tồn ĐDSH, tuy nhiên, sự phát triển của san hô đang phải đối mặt nhiều thách thức, trong đó có sự thay đổi môi trường sống do các hoạt động nhân tác, đặc biệt là vùng ven biển và tác động tiềm tàng của BĐKH (như hiện tượng san
hô chết trắng…) Vì vậy, nghiên cứu chức năng của quan xã vi khuẩn trên san hô, nhằm xem xét vai trò của chúng với sức khỏe san hô và trong khả năng chống chịu và thích nghi của san hô đối với những thay đổi của môi trường Đặc biệt, hệ vi khuẩn sống trên san hô biển Việt Nam vẫn chưa được nghiên cứu nhiều
Do đó, để góp phần làm sáng tỏ vấn đề trên, thí nghiệm đĩa sinh thái (Biolog Ecoplate) về khả năng hấp thụ và chuyển hóa 31 hợp chất hữu cơ thuộc 6 nhóm chất (carbo-hydrates, amino-acids, phenols, carboxylic acids, polymers và amines) của hệ vi khuẩn sống trên 9 loài san hô và môi
Trang 2trường nước xung quanh tại vùng ven đảo Cát Bà và Long Châu (Hải Phòng) được tiến hành Nghiên cứu xác định sự đa dạng, biến động chức năng hấp thụ và chuyển hóa các chất hữu cơ của hệ vi khuẩn sống trên chất nhầy giữa các loài san hô, giữa san hô với môi trường nước xung quanh, giữa các khu vực ven đảo Cát Bà và Long Châu và đánh giá tác động qua lại giữa các yếu
tố môi trường và chức năng hệ vi khuẩn với đời sống của san hô Bài báo này được thực hiện với
sự hỗ trợ kinh phí của Đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam – VAST 07.03/11-12
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Sơ đồ thu mẫu
Hình 2.1 Sơ đồ thu mẫu (ven đảo Cát Bà và Long Châu, Hải Phòng) Bảng 2 1 Ký hiệu các mẫu và tên của các loài san hô nghiên cứu
San hô khu vực ven đảo Cát Bà (+20°47'19.31"; +107°5' 42.87")
6 N1 Nước tầng đáy, rạn san hô
San hô khu vực ven đảo Long Châu (+20°37'57.45"; +107°8' 46.41")
11 N2 Nước tầng đáy, rạn san hô
Trang 32.2 Phương pháp nghiên cứu ngoài hiện trường
+ Mẫu nước biển được thu bằng máy lấy nước chuyên dụng (Bathomet), chiết vào chai sạch, vô trùng, bảo quản ngay trong điều kiện 4oC và đưa về phòng thí nghiệm xử lý
+ Các loài san hô ở trạng thái khỏe mạnh được thu bằng cách sử dụng trang thiết bị lặn SCUBA
và các mẫu dịch nhầy san hô (SML) được thu ngay ngoài hiện trường theo phương pháp của Garren và Azam (2010), bảo quản 4oC và thí nghiệm trong vòng 4 giờ
+ Các thông số môi trường được đo bằng máy CTD (Nhật Bản) và phân tích theo phương pháp
so mầu trên quang phổ kế DR/2000 (Hãng HACH, Hoa Kỳ)
2.3 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
Bản Biolog-Ecoplate có 96 giếng, chứa 31 loại hợp chất hữu cơ, thuộc 6 nhóm chất (Bảng 2.2), lặp lại ba lần trên bản giếng, ngoài ra, còn có 3 giếng đối chứng Mỗi giếng đều chứa Tetrazolium tím như là một chất nhận điện tử, chúng chỉ thị hoạt động của enzym dehydrogenase
và được sử dụng như là thước đo hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn (Ritchie và Smith, 1995b)
Bảng 2.2 Phân nhóm 31 nguồn cacbon thí nghiệm có trên bản Biolog Ecoplate
Nhóm
Ký hiệu
Nhóm
Ký hiệu
β-Methyl-D-Glucoside A2
Phenols
2-Hydroxy Benzoic acid C3 D-Galactonic γ-Lactone A3 4-Hydroxy Benzoic acid D3
Pyruvic-acid methyl-ester B1
D,L-α-Glycerol phosphate H2
Amines
Phenylethyl amine G4
Trang 4Dịch nhầy san hô được pha loãng 10 lần với nước biển lọc qua màng milipore (kích thước lỗ 0,2
µm, đường kính 47 mm), với 150 μl dịch mẫu được thí nghiệm trên mỗi giếng, nuôi trong tối tại
28oC, trong 10 ngày Sau mỗi 24 giờ nuôi, bản thí nghiệm Biolog-Ecoplate được đo mật độ quang tại bước sóng 590 nm (đỉnh của tetrazodium) bằng máy Microplate Reader – BIO RAD Model 680 (Insam và Goberna, 2004)
2.4 Phương pháp xử lý số liệu
+ Khả năng hấp thụ và chuyển hóa các nguồn cacbon thí nghiệm (6 nhóm chất với 31 chất hữu cơ) được thể hiện trên giá trị trung bình phát triển mầu của giếng thí nghiệm (AWCD – Average Well Color Development) và AWCD cho mỗi cơ chất i trong mỗi đĩa j tại thời điểm t được tính theo công thức của Garland và Mills (1991):
1
, , 31
1 ,
i
t j i OD t
j AWCD
Trong đó, OD là mật độ quang của mỗi giếng
+ Hệ số tương quan Pearson, so sánh tương đồng (phương pháp phân nhóm – UPGMA), phân tích thành phần chính (PCA) đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá sự tương tác giữa sự đa dạng
chức năng của các hệ vi khuẩn với các yếu tố môi trường với phầm mềm XLSTAT 2011
(Garland và Mills, 1991)
3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1 Khả năng hấp thụ các nhóm chất hữu cơ của của hệ vi khuẩn
3.1 1 Trung bình khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm
T rung bình - Cát Bà
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
T rung bình - Long Châu
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
Hình 3.1 Khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm của hệ vi khuẩn
Từ kết quả Hình 3.1 cho thấy, tất cả 6 nhóm chất hữu cơ thí nghiệm đều được hệ vi khuẩn sống trên các loài san hô khu vực nghiên cứu hấp thụ và chuyển hóa, và trung bình khả năng hấp thụ 6 nhóm chất hữu cơ thí nghiệm ở 2 mặt cắt (Cát Bà và Long Châu) đều có xu hướng tương tự nhau Trong đó, khả năng hấp thụ của hệ vi khuẩn có xu hướng biến động giảm dần từ nhóm chất polymers, carboxylic acids và lần lượt tới nhóm chất carbo-hydrates, amino-acids và tới nhóm phenols và nhóm amines
Trang 53.1.2 Khả năng hấp thụ các nhóm chất trên các loài san hô khu vực Cát Bà
Kết quả trên Hình 3.2 cho thấy, khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm của hệ vi khuẩn trên các loài san hô là có sự khác nhau, với nhóm chất thí nghiệm amino-acids, carbo-hydrates và nhóm carboxylic acids sự chênh lệch ít giữa các loài san hô nhưng ở các nhóm phenols, polymers và amines thì có sự chênh lệch rõ Đặc biệt, hệ vi khuẩn sống trên loài san hô (L5) là
có khả năng hấp thụ cao nhất với các nhóm chất hữu thí nghiệm trừ nhóm chất amines, thấp nhất
là hệ vi khuẩn thuộc loài san hô (L2) với nhóm amines và carbo-hydrates, loài san hô (L3) với nhóm carboxylic acid và phenols, loài L1 với nhóm polymers và nhóm amino-acid là hệ vi khuẩn trong N1
Amino-acids
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
L1 L2 L3 L4 L5 N1
amines
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
L1 L2 L3 L4 L5 N1
carbo-hydrates
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
L1 L2 L3 L4 L5 N1
carboxylic acids
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
L1 L2 L3 L4 L5 N1
phenols
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
L1 L2 L3 L4 L5 N1
polymers
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70
L1 L2 L3 L4 L5 N1
Hình 3.2 Hấp thụ các nhóm chất của hệ vi khuẩn trên các loài san hô vùng đảo Cát Bà
3.1.3 Khả năng hấp thụ các nhóm chất trên các loài san hô khu vực Long Châu
Tương tự như kết quả ở khu vực ven đảo Cát Bà, thì ở ven đảo Long Châu cũng cho thấy khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm của các hệ vi khuẩn trên các loài san hô khác nhau là
Trang 6khác nhau (Hình 3.3) Đặc biệt, hệ vi khuẩn có khả năng hấp thụ cao nhất với các nhóm chất amino-acid và polymers là loài san hô ký hiệu L7, nhóm amines và carboxylic acid là loài san hô
ký hiệu L6, nhóm carbo-hydrates và phenols là loài san hô ký hiệu L8 Khả năng hấp thụ thấp nhất các chất hữu cơ của nhóm phenols và amines là hệ vi khuẩn sống trên loài san hô ký hiệu L9, với các nhóm chất khác là hệ vi khuẩn trong môi trường nước N2
Amino-acids
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
amines
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
carbo-hydrates
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
carboxylic acids
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80
phenols
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
polymers
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70
Hình 3.3 Hấp thụ các nhóm chất của vi khuẩn trên các loài san hô vùng đảo Long Châu
Hơn nữa, sự tương đồng về khả năng hấp thụ các chất thí nghiệm của hệ vi khuẩn trong các mẫu (Hình 3.4) theo môi trường thu mẫu thì có sự khác nhau giữa môi trường nước xung quanh và trên các loài san hô (chia thành 2 nhóm – Hình a), xét theo từng mẫu thì khả năng hấp thụ các chất thí nghiệm được chia thành 3 nhóm (Hình b)
Trang 7Từng chất thí nghiệm
-0.22
-0.02 0.18
0.38 0.58 0.78 0.98
Hình 3.4 Phân nhóm tương đồng về khả năng hấp thụ và chuyển hóa các chất
3.2 Biến động khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của vi khuẩn
3.2.1 Biến động theo khu vực
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
Amino-acids
carbo-hydrates
carboxylic acids
Hình 3.5 Khả năng hấp thụ các nhóm chất hữu cơ của hệ vi khuẩn trong
môi trường nước giữa hai vùng nghiên cứu
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70
Amino-acids
carbo-hydrates
carboxylic acids
Hình 3.6 Khả năng hấp thụ các nhóm chất hữu cơ của hệ vi khuẩn trên san hô
giữa hai vùng nghiên cứu
Trang 8Từ kết quả trên Hình 3.5 cho thấy, khả năng hấp thụ và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thí nghiệm của hệ vi khuẩn trong môi trường nước xung quanh các loài san hô nghiên cứu tại khu vực Cát Bà có xu hướng cao hơn so với môi trường nước xung quanh các loài san hô khu vực Long Châu Nhưng xu hướng này lại trái lại khi xét đến khả năng hấp thụ và chuyển hóa các nhóm chất hữu cơ thí nghiệm của các hệ vi khuẩn trên san hô giữa hai vùng nghiên cứu ngoại trừ nhóm chất amines (Hình 3.6)
3.2.2 Biến động theo môi trường
Cát Bà
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
carbo-hydrates
carboxylic acids
Hình 3.7 Khả năng hấp thụ các nhóm chất hữu cơ của hệ vi khuẩn trên san hô
và môi trường nước vùng Cát Bà
Long Châu
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
carbo-hydrates
carboxylic acids
Hình 3.8 Khả năng hấp thụ các nhóm chất hữu cơ của hệ vi khuẩn trên san hô
và môi trường nước vùng Long Châu
Kết quả trên Hình 3.7 và Hình 3.8 cho thấy, khả năng hấp thụ và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thí nghiệm của hệ vi khuẩn trên các loài san hô khu vực ven đảo Cát Bà cũng như Long Châu đều có xu hướng cao hơn so với hệ vi khuẩn trong môi trường nước xung quanh các loài san hô,
Trang 93.2.3 Biến động theo sự phân bố của loài san hô
Từ kết quả trên Hình 3.9 cho thấy, khả năng hấp thụ và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thí
nghiệm của hệ vi khuẩn trên cùng một loài san hô (Pavona frondifera) trong khu vực ven đảo
Cát Bà có xu hướng thấp hơn so với khu vực ven đảo Long Châu, đặc biệt là ở khả năng hấp thụ các chất thí nghiệm nhóm chất carbo-hydrates Xu hướng này cũng xuất hiện khi nghiên cứu trên
loài san hô Pavona decussata phân bố ở khu vực ven đảo Cát Bà và Long Châu, ngoại trừ khả
năng hấp thụ và chuyển hóa các chất hữu cơ thuộc nhóm chất amines (Hình 3.10)
Pavona frondifera
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
carbo-hydrates
carboxylic acids
Hình 3.9 Khả năng hấp thụ các nhóm chất hữu cơ của hệ vi khuẩn trên
loài san hô Pavona frondifera giữa hai vùng nghiên cứu
Pavona decussata
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
carbo-hydrates
carboxylic acids
Hình 3.10 Khả năng hấp thụ các nhóm chất hữu cơ của hệ vi khuẩn trên
loài san hô Pavona decussata giữa hai vùng nghiên cứu
3.3 Tương quan giữa khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của hệ vi khuẩn với một số yếu tố môi trường
Từ hệ số Pearson trên Bảng 3.1 cho thấy, mối tương quan giữa khả năng hấp thụ và chuyển hóa các nhóm chất thí nghiệm với các yếu tố môi trường là rất ít, trong đó chỉ nhóm amino-acids có
Trang 10tương quan với N-NO3- (-0,98), nhóm carboxylic acids với yếu tố Chl.a (0,95), đặc biệt nhóm chất phenols có tương quan với cả 3 yếu tố môi trường là N-NO2-, P-PO43- và Si- SiO32- (tương ứng: 0,98; 0,98 và 0,97)
Bảng 3.1 Hệ số Pearson giữa khả năng hấp thụ các nhóm chất với một số yếu tố môi trường
Carbo-hydrates
Carboxylic
Các giá trị trên được kiểm tra với độ tin cậy 95% ( = 0,05)
Ngoài ra, tổng thể về tác động qua lại của các yếu tố môi trường với khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm (Hình 3.11) cho thấy, các yếu tố môi trường Chl.a, độ đục và COD là những yếu
tố có ảnh hưởng mạnh tới khả năng hấp thụ các nhóm chất thí nghiệm, ngoại trừ nhóm phenols Đặc biệt yếu tố độ mặn (S) có vai trò phân chia giữa khả năng hấp thụ nhóm chất phenols và các nhóm chất khác, và cũng như giữa hệ vi khuẩn trên các loài san hô (Cát Bà SH, Long Châu SH) với trong môi trường nước xung quanh (Cát Bà MT, Long Châu MT)
Trang 11Hình 3.11 Tương quan giữa các yếu tố môi trường với các đặc điểm nghiên cứu
4 THẢO LUẬN
Sự khác nhau của AWCD trên các loài san hô khác nhau có thể là do sự thay đổi của mật độ vi khuẩn có trong mẫu nuôi cấy (Garland và Mills, 1991; Preston-Mafham và nnk., 2002) Tuy nhiên, sự khác biệt trong nghiên cứu này (Hình 3.2 và Hình 3.3) có thể do có sự thay đổi thực sự trong thành phần và cấu trúc của các hệ vi khuẩn trên chất nhầy của các loài san hô khác nhau Điều này cho thấy, sự biến động và đa dạng chức năng của hệ vi khuẩn có trên các loài san hô là
có sự khác nhau, điều này cũng góp phần làm tăng khả năng thích ứng của san hô với sự thay đổi nhất định của điều kiện sống
Kết quả nghiên cứu của Diego L Gil-Agudelo và nnk (2006) đã chứng minh rằng, có sự biến động trong trao đổi chất của vi khuẩn sống trên các loài san hô khỏe mạnh khi so sánh đa dạng chức năng của các mẫu nghiên cứu theo năm và theo các rạn san hô khác nhau Điều này cũng được khẳng định qua kết quả nghiên cứu này (Hình 3.9 và Hình 3.10), trên cùng một loài san hô nhưng phân bố ở hai khu vực khác nhau (Cát Bà và Long Châu) là có sự khác nhau
Ritchie và Smith (1995b) cũng như Rohwer và nnk (2001) cho rằng, sự kết hợp giữa san hô và
vi khuẩn sống trong chất nhầy (SML) là sự đặc trưng cho từng loài san hô cụ thể Nói cách khác, mỗi loài san hô có một hệ vi khuẩn đặc trưng và có những loài vi khuẩn đặc trưng cụ thể Kết quả nghiên cứu này còn cho thấy, AWCD của các hệ vi khuẩn có sự khác nhau rõ rệt giữa san
hô, môi trường nước xung quanh và theo khu vực nghiên cứu (Hình 3.4) Đặc biệt, kết quả cho thấy AWCD ở trên các loài san hô ở cả khu vực ven đảo Cát Bà và Long Châu đều cao hơn so với trong môi trường nước xung quanh (Hình 3.7 và Hình 3.8), kết quả này cũng có thể do thành phần và số lượng trong hệ vi khuẩn trên san hô cao hơn so với môi trường nước xung quanh, điều này đã được khẳng định trong công bố của Ritchie và Smith (1995a, 1995b): số lượng và thành phần hệ vi khuẩn có thể nuôi cấy được ở môi trường chất nhầy san hô cao hơn so với môi trường nước xung quanh, thậm trí cao hơn tới 100 lần, và kết quả này cũng phù hợp với nhiều
