Đề cương môn đa dạng và bảo tồn sinh học

1989 giá rẻ độc hại các mẫu thực vật 3 Không thể bảo quản lâu 4 Sử dụng cột tách chiết: Một số công ty như Qiagen, Promega, Sigma, Thermal Scientific Độ tinh sạch cao Đắt Câu 2: Trình bà

Phần 1 Đa dạng sinh học

Câu 1: Trình bày các phương pháp thu mẫu và tách chiết DNA phục vụ phân tích đa dạng di truyền và bảo tồn? Nêu ưu, nhược điểm của từng phương pháp?

- Phương pháp thu mẫu:

+ Phương pháp xâm lấn: Toàn bộ cơ thể động vật/thực vật (ví dụ: côn trùng), các mô bên trong: gan, tim

+ Phương pháp không xâm lấn: Một phần cơ thể động vật (lông, tóc, vẩy, da chết), thực vật (lá, hoa ), niêm mạc miệng, phân )

- Tách chiết DNA:

Trước hết phá vỡ tế bào, mô bằng phương pháp nghiền và sau đó sử dụng protease

Có nhiều phương pháp tách chiết DNA khác nhau:

1 Phương pháp tiêu chuẩn Phenol/chloroform

(Sambrock et al 1989) giá rẻ độc hại

các mẫu thực vật 3

Không thể bảo quản lâu

4 Sử dụng cột tách chiết: Một số công ty như Qiagen,

Promega, Sigma, Thermal Scientific

Độ tinh sạch cao Đắt

Câu 2: Trình bày phương pháp đánh giá đa dạng di truyền sử dụng chỉ thị RFLP? Nêu các ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này?

- Giới thiệu: RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism_ đa hình chiều dài đoạn cắt giới hạn) là kỹ thuật nghiên cứu tính đa hình chiều dài của các đoạn

DNA dựa trên điểm cắt các enzyme giới hạn Khi ủ DNA với enzyme giới hạn ở dung dịch đệm thích hợp ở pH, nhiệt độ thích hợp sẽ tạo ra những phân đoạn DNA với kích thước khác nhau Từ đó lập nên các bản đồ gen Kỹ thuật này được dùng phổ biếm từ thập niên 80 đến nay

- Nguyên lý: Nguyên lý của kỹ thuật này dựa trên độ đặc hiệu của các enzyme cắt giới hạn đối với vị trí nhận biết của chúng trên DNA bộ gen Sự khác biệt giữa hai các thể sẽ tạo ra những phân đoạn cắt nhau

- Các bước tiến hành:

• Sử dụng enzyme giới hạn để cắt ngẫu nhiên toàn bộ hệ gen → nhiều đoạn ADN có kích thước khác nhau

• Điện di (agarose or polyacrylamide)

• Chuyển màng và lai với mẫu dò đặc hiệu (Southern blot)

• Phân tích kết quả: xuất hiện các băng DNA có kích thước khác nhau đặc trưng cho mỗi loài

- Đồng trội (nên có thể phân biệt được

các các thể dị hợp tử và đồng hợp tử

- Tính lặp lại cao

- Có mức đa hình cao

- Phân tích đồng thời nhiều mẫu

- Cần nhiều DNA

- Khó phát triển thư viện đoạn dò cho từng loài

- Không thuận tiện cho việc tự động hóa

- Đòi hỏi nhiều thời gian

- Tốn kém

Câu 3: Trình bày phương pháp đánh giá đa dạng di truyền sử dụng chỉ thị AFLP? Nêu các ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này?

- Giới thiệu: Kỹ thuật AFLP (Amplified Fragments Length Polymorphism_đa hình chiều dài các đoạn được khuếch đại) là sự kết hợp giữa RFLP và PCR (Polymerase Chain Reaction) để khuếch đại những đoạn DNA có chiều dài khác nhau sau khi được cắt bằng enzyme giới hạn

- Nguyên lý: dựa vào độ đặc hiệu cao của enzyme cắt giới hạn đối với vị trí của chúng trên DNA của hệ gen Sự khác biệt giữa hai cá thể tạo ra những đoạn phân cắt khác nhau Các đoạn cắt này tiếp tục được gắn với oligonucleotide (adapter) ở

2 đầu đã biết được trình tự phù hợp với mồi chọn lọc dùng cho phản ứng PCR

- Các bước tiến hành:

• Cắt DNA hệ gen bằng enzyme giới hạn: thường sử dụng 2 enzyme giới hạn loại II, không cắt tại cùng một vị trí nhận biaats và sau khi cắt phải tạo ra đầu lồi

• Gắn adaptor biết trước trình tự vào 2 đầu đoạn DNA bằng enzyme ligase

• Khuếch đại đoạn DNA đích bằng phản ứng PCR với cặp mồi tương ứng với trình tự adaptor và trình tự vị trí cắt enzyme (cặp mồi có thể có 1 đến 2 base chọn lọc để làm giảm sản phẩm PCR, làm đơn giản quá trình phân tích)

• Đánh giá sự đa hình: Trường hợp mồi có gắn đồng vị phóng xạ hoặc chất phát quang thì được phát hiện bằng hệ thống PCR có thu và xử lý tín hiệu phát quang.Trường hợp mồi bình thường thì sau khi chạy PCR, mẫu sẽ được điện di trên gel và nhuộm gel

- Có mức đa hình cao

- Phân tích đồng thời nhiều mẫu

- Có tính lặp lại cao

- Phức tạp

- DNA cần phải sạch, không có các chất

ức chế hoạt động của enzyme cắt hạn chế

- Đòi hỏi công sức

- Giá thành cao

Câu 4: Trình bày phương pháp đánh giá đa dạng di truyền sử dụng chỉ thị RAPD? Nêu các ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này?

- Giới thiệu: Kỹ thuật RAPD (Randomly Amplified Polymosphic DNA) là kỹ thuật

phát hiện tính đa hình của DNA nhân bản ngẫu nhiên

- Nguyên lý: thực chất là quá trình nhân bản các đoạn DNA bằng kỹ thuật PCR sử dụng các mồi thiết kế ngẫu nhiên Các mồi này sẽ bắt cặp một cách ngẫu nhiêu vào DNA khuôn ở bất kỳ vị trí nào có sự bắt cặp bổ sung Sự khác nhau trong trình tự

hệ gen của các loài khác nhau sẽ dẫn đến sợ bắt cặp khác nhau của đoạn mồi ngẫu nhiên và cho các sản phẩm PCR khác nhau

- Các bước tiến hành:

• PCR sử dụng các đoạn mồi có trình tự ngẫu nhiên (10-20 nu)

• Điện di sản phẩm trên gel agarose

• Phân tích kết quả và xác định mức độ đa hình DNA giữa các mẫu

- Có mức đa hình cao

- Không cần thông tin về hệ gen của đối

tượng nghiên cứu

- Có tính lặp lại không cao

- Phân tích đồng thời nhiều mẫu

- Đơn giản và dễ thực hiện

- Giá thành rẻ

Câu 5: Trình bày phương pháp đánh giá đa dạng di truyền sử dụng chỉ thị microsatellite? Nêu các ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này?

- Giới thiệu: Microsatellites còn được gọi là STR (Short tandem repeats) hay SSR

(Simple sequence repeats) là những trình tự đặc biệt của DNA mà có chứa sự lặp lại nối tiếp từ 2-6 bp, thường từ 5-50 lần Microsatellites xảy ra ở hàng nghìn vị tró trong hệ gen sinh vật, bên cạnh đó chúng có tỷ lệ đột biến cao hơn các vùng DNA khác dấn đến mức độ đa dạng di truyền cao Là một công cụ hiệu quả được sử dụng phổ biến trong di truyền để phân tích quan hệ huyết thống, xác định pháp y, đánh giá đa dạng di truyền

- Nguyên lý: Dựa vào vùng hai đầu (vùng sườn) của các đoạn lặp lại có trình tự rất đặc biệt và thống nhất chung cho cùng một đoạn DNA trên gen không phân biệt cá thể trong cùng một loài, nhưng giữa các cá thể trong cùng một loài số lần lặp lại của đơn vị lặp lại là khác nhau Từ đó, thiết kế các cặp mồi đặc hiệu để nhân bản các cặp DNA trên gen chứa các trình tự lặp lại Điện di sản phẩm PCR cho phép phân biệt được sự giống và khác nhau giữa các cá thể trong cùng loài

- Các bước tiến hành:

• Tách chiết DNA

• Nhân bản DNA bằng PCR

• Phân tích đa hình alen các locut microsatellites: tần số dị hợp tử, hệ số cận huyết

- là chị thị đồng trội

- Có mức đa hình cao

- Có tính lặp lại cao

- Đơn giản và dễ thực hiện

- Giá thành rẻ

- Khó khăn trong việc xác định vùng biên bảo thủ

Câu 6: Nêu những điểm đặc trưng của DNA ty thể và ứng dụng của chúng trong phân tích đa dạng di truyền và bảo tồn

- Những đặc điểm đặc trưng của DNA ty thể:

• Có nhiều bản copy trong một tế bào, một tế bào có chứa hàng chục đến hàng trăm bào quan ty thể

• Chỉ di truyền theo dòng mẹ

• Có khả năng tồn tại lâu hơn DNA nhân khi cơ thể chết

• Vùng D-loop rất đa dạng về trình tự nucleotide

• Đã được nghiên cứu rất kỹ: việc đọc trình tự dễ dàng từ các mồi đã biết

- Ứng dụng:

• Phân tích đa dạng di truyền

• Phân tích nguồn gốc tiến hóa

• Phân tích di truyền huyết thống

• Tìm hài cốt liệt sỹ

Câu 7 Để đánh giá đa dạng di truyền quần thể vooc mũi hếch đang có nguy

cơ tuyệt chủng ở Việt Nam, các nhà khoa học đã thu được mẫu phân của các

cá thể trong quần thể này Hãy đề xuất phương pháp phù hợp để đánh giá đa dạng di truyền quần thể vooc mũi hếch này Nêu nguyên lý và các bước tiến hành phân tích và giải thích lý do tại sao lại chọn phương pháp đó

Đánh giá da dạng di truyền quần thể vooc mũi hếch là nhiệm vụ bắt buộc để có thể đánh giá đúng nguy cơ tuyệt chủng của loài và quần thể, từ đó mới đưa ra các chiến lược bảo tồn phù hợp

Các nhà khoa học đã thu được mẫu phân của các cá thể vooc mũi hếch khác nhau

trong quần thể cần đánh giá Phương pháp đề xuất là tách chiết DNA từ phân

vooc mũi hếch sử dụng phương pháp tiêu chuẩn Phenol/Chloroform hoặc kết hợp với phương pháp CHELEX Một số phương pháp khác sử dụng kit thương mại có thể được sử dụng nhưng nên cân nhắc về giá cả và đôi khi chúng không thể thực hiện được đối với một số động vật ăn cỏ

Nguyên lý: Tinh sạch DNA có trong phân vooc mũi hếch, sau đó sử dụng phương

pháp PCR với mồi đặc hiệu để nhân lên đoạn DNA ty thể cytochrome b có trong mẫu DNA tinh sạch, giải trình tự sản phẩm PCR tinh sạch và phân tích đa dạng di truyền sử dụng chỉ thị DNA ty thể

Lý do: Cytochrome b là môt loại protein được tìm thấy trong bào quan ty thể của

sinh vật nhân thực, và nó được chọn làm một trong số các chỉ thị đánh giá đa dạng

di truyền bởi sự xu hướng biến đổi trong trình tự gen Chỉ thị DNA ty thể được sử

dụng để xác định mối quan hệ giữa các cá thể loài, đánh giá một cách tương đối hiệu quả trong nghiên cứu đa dạng di truyền của một quần thể, và nghiên cứu phát sinh chủng loài Hơn nữa, các gen ty thể đã được nghiên cứu kỹ và có nguồn dữ liệu tin cậy, việc khuếch đại gen mong muốn và đọc trình tự gen có thể được thực hiện dễ dàng từ các mồi (primers) đã biết Ngoài cytochrome b, người ta còn có thể

sử dụng vùng biến đổi gồm 2 vùng siêu biến đổi HVR1 và HVR2 hoặc NADH dehydrogenase 1-6,…

Các bước tiến hành:

 Tách và tinh sạch DNA từ mẫu phân của vooc mũi hếch bằng phương pháp Phenol/Chloroform kết hợp với CHELEX

 DNA tinh sạch được chạy điện di agarose để kiểm tra 1 lần

 Phản ứng PCR nhân khuếch đại trình tự gen cytochrom b sử dụng mồi được thiết kế đặc hiệu

 Các sản phẩm PCR của các mẫu khác nhau được chạy điện di agarose 2%, nhuộm Ethidium Bromide và soi dưới đèn UV để quan sát – phân tích các vạch băng tương ứng với các mẫu khác nhau

 Các sản phẩm PCR sau đó được tinh sạch sử dụng kit QIAquick PCR Purification

 Sản phẩm PCR tinh sạch được đem đi giải trình tự để xác nhận lại với Ngân hàng gen và so sánh với các trình tự tương đồng khác đã được nghiên cứu trên vọoc mũi hếch

Câu 8 Các khu sinh học trên cạn và ở nước? [ chương 1]

Sinh quyển là một hệ sinh thái khổng lồ và duy nhất, bao gồm tất cả các hệ sinh thái trên cạn và dưới nước Chúng gắn bó với nhau bằng chu trình vật chất và dòng năng lượng trên phạm vi toàn cầu

 Các khu sinh học trên cạn bao gồm:

- Đồng rêu (Tundra): Phân bố quanh bắc cực, nhiệt độ thấp, băng tuyết Số lượng loài thực vật ít, chủ yếu là cỏ bông và địa y, nhiều đầm lầy Mùa sinh trưởng của sinh vật ngắn Động vật đặc trưng là hươu, tuần lộc, chó sói bắc

cực, gấu trắng bắc cực, chim cánh cụt…Các loài này có thời gian ngủ đông dài

- Rừng cây lá kim: Nằm kế tiếp sa khu đồng rêu về phía Nam Đây là vùng băng tuyết, nghèo muối dinh dưỡng, nhiều đầm lầy, hồ, sông, suối Thực vật chủ yếu là cây lá kim thường xanh, cây bụi và cây thảo kém phát triển, nơi

có nước là dương liễu, bạch dương, phong… Hệ động vật: thỏ, linh miêu, cáo sói, gấu và nhiều loài côn trùng

- Rừng cây lá rộng rụng lá theo mùa ôn đới: Thành phần thực vật đa dạng, được chia thành nhiều phân vùng như Bắc Mỹ đặc trưng là sồi dẻ, thông trắng, hông đỏ, sến đỏ

- Rừng mưa nhiệt đới: Nằm ở vùng vành đai xích đạo Khí hậu có nền nhiệt

độ cao và ổn định, luợng mưa nhiều Thực vật phân tầng, tán hẹp chen nhau,

có nhiều loài bì sinh và cây gỗ lớn Thành phần loài rất đa dạng

- Savan được chia làm savan vùng nhiệt đới (đồng cỏ) và savan vùng ôn đới (thảo nguyên)

• Savan đồng cỏ nhiệt đới có ở Trung và Đông Phi, Nam Mỹ và châu Đại Dương Thảm thực vật chủ yếu là thân cỏ Động vật có các đàn sơn dương, trâu, ngựa vằn lớn Bên cạnh đó là các loài ăn thịt như sư tử, báo, linh cẩu, đại bàng

• Savan thảo nguyên ôn đới tập trung ở nội địa Âu - Á, Bắc và Nam Mỹ, Châu Đại Dương; Phần lớn thường được chuyển thành các đồng cỏ chăn nuôi Thực vật chiếm ưu thế là các loài thân cỏ cao Động vật ưu thế là các tập đoàn móng guốc

- Saparan và rừng lá cứng: Phân bố ở California, Mexico, 2 bờ Địa Trung Hải, Chi Lê, dọc bờ nam Đại Tây Dương Khí hậu ôn hoà, mưa nhiều vào mùa đông, khô trong mùa hè Lượng mưa không cao Hệ thực vật chủ yếu là cây gỗ, cây bụi lá dày, cứng, thường xanh quanh năm, lá cứng

- Hoang mạc: Phân bố ở nơi có lượng mưa rất thấp (< 250mm/năm) Nhiệt

độ chênh lệch giữa ngày và đêm lớn Những hoang mạc lớn là Sahara (9 triệu km2), Patagoni (Achentina), hoang mạc châu Dại Dương,… Thực vật nghèo nàn, chủ yếu là cây trốn hạn và cây chịu hạn hoặc những loài cây có

bộ rễ rất phát triển Động vật là các loài ăn đêm, lạc đà (sử dụng nước nội bào), nhiều loài côn trùng

 Các khu sinh học ở nước

Các hệ nước bao gồm: (1) Nước ngọt có độ muối (NaCl) < 0,5%o;

(2) Nước lợ, mặn > 0,5%o (có hồ nước mặn đạt tới 70 -

80%o)

1) Nước ngọt bị phân tán rất nhiều theo không gian địa lý trên lục

địa Có 2 nhóm quan trọng: Nước chảy (sông, suối ) và Nước

đứng: hồ, ao, đầm…

CÁC HỆ DÒNG CHẢY

• Đặc trưng là nước luôn vận động,

điều kiện sống biến động theo mùa

• Sinh vật sống ở dòng chảy thích nghi

với điều kiện nước chảy, giầu ôxy

• Đa dạng sinh học và sản lượng sinh

vật các loài tăng theo từ thượng nguồn

xuống hạ lưu, từ giữa dòng ra bờ

CÁC VỰC NƯỚC TĨNH

• Đặc trưng là thủy vực nước tĩnh, có

sự phân tầng về nhiệt độ (vĩnh viễn ở vùng vĩ độ thấp và có xáo trộn ở vùng

vĩ độ trung bình)

• Quần xã sinh vật ưa nước tĩnh, tập trung chủ yếu ở vùng gần bờ và lớp nước bề mặt

2) Vùng nước lợ là CÁC HỆ CỬA SÔNG với các đặc trưng:

• Là hệ chuyển tiếp sông biển, có nồng độ muối 0,5-30%o Nước bị mặn hoá, độ mặn phụ thuộc vào lượng nước của dòng sông và hoạt động của thuỷ triều

• Xích thức ăn chủ yếu ở hệ cửa sông là xích thức ăn phế liệu

• Độ muối và hàng loạt yếu tố môi trường khác biến động theo không gian và thời gian, mang tính chu kỳ mùa, chu kỳ triều

• Phân bố trong vùng cửa sông là những loài sinh vật rộng sinh cảnh, đặc biệt là rộng muối Những loài này trong quá trinh thích nghi với các điều kiện môi trường

biến động đã làm xuất hiện ở đây một hệ sản xuất có năng suất rất cao so với hàng loạt hệ sinh thái khác

3) Vùng nước mặn: BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG

+ Đại dương chiếm 71% diện tích hành tinh và chứa khoảng 97,6% tổng lượng nước Độ sâu tối đa là khoảng 11km

+ Đặc trưng chính là độ muối cao (trên 30%o); hệ thống dòng chảy ở trên bề mặt

và dưới sâu đều phức tạp do bị chi phối hoạt động của gió, của thủy triều

+ So với lục địa, khá đồng nhất do các đại dương thông nhau và quan hệ với nhau bởi các dòng hải lưu Toàn bộ khối nước phân hóa thành nhiều cảnh sống khác nhau:

Đáy được chia thành Vùng trên triều, Vùng triều, Vùng dưới triều, Vùng dốc lục địa, Đáy đại dương

• Khối nước từ tầng mặt xuống đáy được chia thành 3 vùng: Nước tầng mặt: chịu

ảnh hưởng trực tiếp của xáo động khí hậu, là tầng Fotic (được chiếu sáng) ứng với

phần nước ở trên thềm lục địa, Nước tầng giữa: có sự thay đổi lớn về nhiệt độ tạo nên các nêm nhiệt, và Nước tầng đáy Tầng đáy và giữa không được chiếu sáng:

gọi là tầng Aphotic

• Khối nước từ bờ ra khơi được chia thành: Vùng nước ven bờ (Coastal zone - Neritic) và Vùng khơi Oceanic

Câu 9 Các kiểu hệ sinh thái ở Việt Nam? [ chương 1]

 Hệ sinh thái trên cạn

1 Các HST nhân tạo: HST đô thị / khu công nghiệp và HST nông thôn / nông nghiệp: (1) vùng đồng bằng và ven biển; (2) vùng núi và trung du

2 Các HST tự nhiên: HST rừng, HST đồng cỏ, HST savan / đất hoang / cây bụi, HST đồi cát ven biển, HST hang động, HST đảo (gồm đảo gần bờ và đảo đại dương), HST đất

 Hệ sinh thái ở nước

1) Nước ngọt

*) Nước đứng: HST ao, HST hồ, HST ruộng nước, HST đập nước, HST đất ngập nước: đầm lầy (Đồng Tháp Mười); rừng tràm đất than bùn

*) Nước chảy: HST sông, HST suối, HST cửa sông

*) Nước ngầm: HST nước ngầm (gồm suối nước nóng và suối nước khoáng)

2) Nước lợ: HST đầm – phá, HST bãi biển (gồm nền cát và nền bùn), HST ven

biển bờ đá, HST rừng ngập mặn

3) Nước biển: HST rạn san hô, HST cỏ biển, HST thềm lục địa, HST đại dương,

HST đáy biển sâu

Câu 10 Đặc trưng của hệ sinh thái tiêu biểu ở vùng biển ven bờ nhiệt đới

Vùng biển ven bờ nhiệt đới có các hệ sinh thái điển hình như sau:

 Hệ sinh thái rừng ngập mặn

Rừng ngập mặn bao gồm các loài thực vật bậc cao (sú,vẹt, mắm, đước, bần…) có khả năng sống trong vùng nước mặn Hệ sinh thái rừng ngập mặn được coi là vùng đệm giữa biển và đất liền Nó cũng được coi là hệ sinh thái có năng suất sinh học cao, là nơi cung cấp dinh dưỡng khởi nguồn nhiều chuỗi thức ăn, là nơi sinh sản, nuôi dưỡng nhiều loài sinh vật

Ngoài ra, rừng ngập mặn còn là nơi cư trú của nhiều loài hải sản có giá trị kinh tế như cá, tôm, cua, sò,…; nhiều loài động vật trên cạn như cá sấu, khỉ, rắn,…

và rất nhiều loài chim Vì thế, rừng ngập mặn cũng trở thành nơi cung cấp các sản phẩm nông nghiệp có giá trị cao cho cư dân ven biển Bên cạnh đó, hệ sinh thái này còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu, giữ đất và là tấm chắn sóng tự nhiên bảo vệ bờ biển

 Hệ sinh thái thảm cỏ biển

Tiếp nối với hệ sinh thái rừng ngập mặn Cỏ biển là thực vật bậc cao sống trong môi trường ngập nước biển ở độ sâu 0-30m, ít chịu tác động mạnh của sóng