Đa dạng tảo silic ( bacilariophyta) ở hạ lưu sông mã ( thanh hoá)

Luận văn, khóa luận, tiểu luận, báo cáo, đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN THỊ THƠM

ĐA DẠNG TẢO SILIC (BACILLARIOPHYTA)

Ở HẠ LƯU SÔNG MÃ (THANH HÓA)

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Chuyên ngành: Thực vật học

Mã số: 60.42.20

Vinh, 2010

MỞ ĐẦU

Tảo silic (Bacillariophyta) là những cơ thể ở dạng đơn bào hoặc tậpđoàn, có kích thước hiển vi, sống lơ lửng trong nước Chúng có khả năngquang hợp để tạo ra chất hữu cơ - nguồn dinh dưỡng cần thiết, quan trọngtrong hệ sinh thái nước

Nhiều loài sinh vật phù du, ấu trùng, động vật thân mềm ăn lọc, các loài

cá bột và nhiều loài cá trưởng thành đã sử dụng trực tiếp hay gián tiếp tảosilic như là một nguồn thức ăn cần thiết, không thể thay thế, bởi giá trị dinhdưỡng của tảo silic không thua kém các loài thực vật khác dùng làm thức ăncho chăn nuôi, thậm chí cá biệt, hàm lượng prôtein và lipit còn cao hơn khoaitây và lúa mì

Do hợp chất silic (SiO2 hoặc SiO4) không bị phân huỷ bởi nhiều loạihoá chất, nên sau khi tảo chết, lớp vỏ silic tích tụ qua nhiều năm, hình thànhnên những trầm tích lớn (quặng diatomit) với cấu trúc nhẹ, xốp, bền và nhiềuđặc tính tốt khác, diatomit được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuấtchất lọc, vật liệu cách nhiệt, cách âm, thuỷ tinh và vật liệu xây dựng

Như vậy, những hiểu biết về tảo silic là rất cần thiết cho việc đánh giátiềm năng của các hệ sinh thái nước, để từ đó có thể đưa ra những giải pháphợp lí phục vụ cho việc phát triển và khai thác các nguồn lợi trong thủy vực

Ở Việt Nam, các nghiên cứu về tảo nói chung và tảo silic nói riêng chủyếu tập trung ở các thủy vực dạng ao, hồ, hồ chứa, các đầm, phá ven biển vàvùng biển ven bờ, riêng dạng sông, suối, đặc biệt đối với các hệ thống sônglớn, tuy những năm gần đây đã có một vài công trình đề cập nhưng nhìnchung hãy còn ít ỏi và tản mạn

Từ thực tế đó chúng tôi tiến hành đề tài: “Đa dạng tảo silic (Bacillariophyta) ở hạ lưu sông Mã (Thanh Hóa )”.

Mục tiêu của đề tài nhằm xác định thành phần loài tảo silic ở hạ lưusông Mã, đồng thời tìm hiểu sự phân bố của chúng trong mối liên quan vớimột số yếu tố sinh thái của môi trường

Để đạt được mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu của đề tài là:

- Phân tích một số chỉ tiêu thủy lý - thủy hóa tại địa bàn nghiên cứu

- Điều tra thành phần loài tảo silic cũng như số lượng của chúng ở hạlưu sông Mã

Đề tài được tiến hành từ tháng 12 năm 2008 đến tháng 9 năm 2010 tạiphòng thí nghiệm Bộ môn Thực vật, Khoa Sinh học – Trường Đại học Vinh

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Sơ lược về tình hình nghiên cứu tảo

1.1.1 Nghiên cứu về phân loại thực vật

Loài người ngay từ khi mới xuất hiện, trong lúc tiếp xúc với thiênnhiên, tìm hoa quả hoang dại, đào rễ, củ để ăn đã phải tìm cách phân biệt cáccây cối với nhau Dần dần, sau này con người biết sử dụng cây để làm nhà cửa,

đồ đạc, dụng cụ thì sự hiểu biết về thực vật cũng được mở rộng thêm Khinghề nông phát triển, số lượng cây được biết đến ngày càng nhiều lên Một yêucầu thực tế đặt ra là phải phân loại chúng để sử dụng

Đó là mầm mống ra đời của phân loại thực vật mà nhiệm vụ lúc đầu làtìm cách sắp xếp thực vật thành từng loại, từng nhóm Về sau, cùng với sự pháttriển của học thuyết Darwin, phân loại học thực vật còn có thêm một nhiệm vụ

to lớn hơn: sắp xếp các thực vật theo một trật tự tự nhiên từ thấp đến cao, gọi là

hệ thống tiến hóa, hệ thống ấy phải phản ánh được quá trình tiến hóa của giớithực vật

Với gần hai triệu loài sinh vật, càng ngày các nhà phân loại càng pháthiện thêm nhiều loài mới và người ta ước tính có đến 30 triệu loài sống trongsinh quyển Riêng tảo, tính đến nay, trên toàn thế giới đã phát hiện khoảng trên

40 000 loài [theo 24] Phân loại học thực vật nói chung và phân loại tảo nóiriêng ngày càng hoàn thiện hơn các phương pháp nghiên cứu, vì vậy các hệthống phân loại tảo cũng ngày một hoàn chỉnh hơn

1.1.2 Các hệ thống phân loại tảo

Việc nghiên cứu vi tảo nói chung, tảo silic nói riêng đã có từ lâu, gắnliền với sự ra đời của kính hiển vi quang học Tùy thuộc mức độ hoàn chỉnhcủa các thiết bị nghiên cứu (điều này tùy thuộc vào sự phát triển của nền khoahọc kỹ thuật), việc nghiên cứu vi tảo được thực hiện theo nhiều hướng khácnhau Trước hết (và quan trọng nhất) là điều tra phân loại và tìm hiểu quy luậtphân bố của chúng; sau đó là đi sâu nghiên cứu bản chất của các quá trình trao

đổi chất trong cơ thể tảo và cuối cùng là những nghiên cứu ứng dụng nhằmphục vụ lợi ích con người.

Lần đầu tiên tảo (Algae) được biết đến nhờ hệ thống phân loại củaLinaeus (1753) Theo quan điểm 2 giới của ông, phần lớn tảo (bao gồm cả Vikhuẩn lam) thuộc giới thực vật Trong hệ thống này, ông đã đưa ra 14 chi tảo,

nhưng chỉ có 4 trong chúng (Conferva, Ulva, Fucus, Chara) là đúng với định

nghĩa hiện nay về tảo

Harvey (1836) xác định tảo gồm có: tảo silic (đơn bào); tảo lục, tảo đỏ,tảo nâu (đa bào) căn cứ vào cấu trúc của tế bào, vào màu sắc và cho rằng đóchính là sự biểu hiện của các sắc tố khác nhau [theo 24]

Tảo mắt có khả năng chuyển động và quang hợp nên đôi khi được xếpvào cả hai giới động vật và thực vật Do có những khó khăn trong việc sắp xếp

vị trí của các taxon như Euglena và nấm nhày nên Ernst Haeckel (1866) đã đềxuất ra giới thứ 3 là Protista cho các taxon này Theo Ernst Haeckel, phần lớntảo thuộc Protista, chỉ có Chlorophyta và Charophyta là thuộc giới thực vật[theo 13]

Coperland (1956) đề xuất hệ thống 4 giới: giới Sinh vật phân cắt(Monera), giới Nguyên sinh (Protista, trong đó có toàn bộ tảo, nấm và độngvật nguyên sinh), giới Thực vật và giới Động vật (Animalia) Hệ thống 4 giớicủa Gordon (1975) gồm: giới Tiền nhân (Procaryota), Thực vật (Plantae),Nấm (Fungi) và giới Động vật (Animalia), ông đã bỏ giới Nguyên sinh(Protista) và xếp tảo và giới Thực vật Tuy không có nhiều khác biệt với hệthống của Haeckel ở trên song ông đã có một tiến bộ lớn là phân biệt sinh giớitrên cơ sở nhân thật và nhân sơ [theo 24]

Cho tới nay đã có rất nhiều quan điểm khác nhau trong xây dựng hệthống phân loại tảo

G Smith (1950) chia tảo thành 7 ngành ngang hàng như các ngànhkhác của giới thực vật, đó là: Chlorophyta, Euglenophyta, Chrysophyta,Phaeophyta, Pyrrhophyta, Cyanophyta và Rhodophyta [theo 26]

Gordon F Leedale (1974) đã phân ra 11 ngành tảo là: Rhodophyta,Cryptophyta, Dinophyta, Haptophyta, Chrysophyta, Xanthophyta,Eustigmatophyta, Bacillariophyta, Phaeophyta, Euglenophyta và Chlorophyta[theo 13].

Sự khác biệt về số lượng ngành tảo của các tác giả khác nhau chủ yếu ởtảo vàng ánh, tảo vàng, tảo silic có tách thành các ngành riêng biệt hay không Whittaker (1978) phân chia tảo thành 10 ngành, Vi khuẩn lam thành mộtlớp của ngành Eubacteriophyta Quan điểm của hầu hết các nhà tảo học Liên

Xô cũ cũng chia toàn bộ tảo thành 10 ngành trong đó Vi khuẩn lam được xếp

là một ngành tảo

Hệ thống phân loại tảo của Gollerbakh M.M (1977) [35] đã nâng lớp tảovòng Charophyceae mà trước đó là một lớp của ngành tảo lục Chlorophyta,thành ngành Charophyta Hệ thống phân loại này dựa trên cơ sở của các tiêuchuẩn: sự đa dạng của chất màu, sản phẩm quang hợp, sự đa dạng về hình tháicấu trúc tế bào, cấu trúc vỏ, cấu trúc roi, đặc điểm các tế bào sinh sản, chutrình sinh sản và sự xen kẽ thế hệ lưỡng bội (2n) với đơn bội (n) Theo đó,toàn bộ tảo được phân thành 10 ngành: Cyanophyta, Chrysophyta,Xanthophyta, Bacillariophyta, Pyrrophyta, Phaeophyta, Rhodophyta,Euglenophyta, Chlorophyta và Charophyta Hầu hết các tác giả ở Liên Xô(cũ) và các nước Đông Âu đều theo hệ thống phân loại của Gollerbakh M M Graham & Wilcox (2000) [33], đã căn cứ vào những kết quả đạt đượctrong sinh học phân tử khi nghiên cứu trình tự gen SSU rARN 18S, trình tựrADN 18S và xây dựng cây chủng loại phát sinh xuất phát từ thông tin trình tựphân tử đã cung cấp một cách rõ ràng về sự tồn tại của 8 – 9 mối quan hệhuyết thống chính hay đó là các ngành tảo Sự khác biệt thể hiện trong hệthống này là tảo vàng ánh và tảo silic được xếp ở bậc phân loại lớp trongngành Ochrophyta Hai tác giả trên chia tảo thành 9 ngành: Cyanophyta,Ochrophyta, Glaucophyta, Rhodophyta, Haptophyta, Cryptophyta, Dinophyta,Euglenophyta và Chlorophyta

Reynolds (2006) [theo 26], căn cứ vào những kết quả nghiên cứu đốivới các vi khuẩn quang dị dưỡng, nhận thấy có một vài loài trong nhóm này làtảo, ông đã đề nghị bổ sung thêm một ngành mới Anoxyphotobacteria chưa hề

có trong bảng phân loại nào từ trước đến nay Bảng phân loại này chỉ đề cậpđến các đối tượng là tảo nước ngọt và nước mặn, có 14 ngành gồm:Cyanophyta, Anoxyphotobacteria, Glaucophyta, Prasinophyta, Chlorophyta,Euglenophyta, Cryptophyta, Raphidophyta, Xanthophyta, Eustigmatophyta,Chrysophyta, Dinophyta, Bacillariophyta và Haptophyta

1.1.3 Vài nét về việc nghiên cứu tảo silic trên thế giới và ở Việt Nam Trên thế giới:

Nghiên cứu phân loại tảo silic được tiến hành rất sớm, từ những thập

niên đầu thế kỷ XIX, với công trình đầu tiên là “Systema Algarum” của

Agardh C.A năm 1824 Sau đó, Ehrenberg C.G., Kuetzing F.T., Smith W.,Ralfs J đã đề xuất các hệ thống phân loại tảo silic Tuy nhiên, cơ sở phân loạicủa các tác giả còn đơn giản, chủ yếu dựa và số lượng thể sắc tố và các rãnh

có hay không để phân loại Sau đó, hệ thống phân loại tảo silic đã đượcKastern G (1928), Kokubo A (1955), Kim Đức Tường (1965) bổ sung(theo Trương Ngọc An, 1993 [1])

Do sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, những tri thức về tảo silicngày một phong phú Chúng đã được nghiên cứu theo các hướng sinh tháikhác nhau: tảo nước ngọt, tảo biển, tảo đất, tảo bì sinh, tảo sống trên băngtuyết

Theo hướng nghiên cứu về tảo phù du biển, Cupp E.E (1943) đã điềutra, nghiên cứu thành phần loài tảo silic biển ven bờ ở khu vực Bắc Mỹ;Crossby và Cassie (1959) nghiên cứu tảo silic ở Ôxtrâylia và Niudilân haySournia A (1968) khảo sát tảo silic phù du ở vùng biển ven bờ Môzămbic.Đáng chú ý hơn cả là những công trình điều tra, khảo sát silic trên vùng biển

Ấn Độ Dương mà Kastern G là người đầu tiên thực hiện vào năm 1907 Vềsau, vào những năm 1964 – 1965 một số nhà khoa học đã nghiên cứu đối

tượng này tại 103 điểm, trong đó có một số khu vực mà Kastern G đã quantâm 60 năm trước đó Kết quả được Reimer Simonsen (1974) tổng hợp trong

cuốn “The Diatoms Plankton of The India Ocean”, mô tả 247 taxon loài và

dưới loài thuộc 80 chi, trong đó có 15 loài, 1 thứ và 3 chi được coi là mới đốivới khoa học [theo 4]

Kokubo A (1955) đã công bố cuốn “Tảo silic phù du” bằng tiếng Nhật,

trong đó đã mô tả chi tiết 370 loài tảo silic ở biển và ao, hồ của Nhật Bản

Năm 1965, Kim Đức Tường và cộng sự đã xuất bản cuốn “Trung Quốc hải

dương phù du khuê tảo loại” trình bày 228 loài tảo silic phù du ở các vùng biển

Trung Quốc, là nơi có mối quan hệ mật thiết với biển và sông ngòi của nước ta[theo 1]

Ở Việt Nam

Dẫn liệu về tảo silic phù du ở nước ta đã được đề cập khá sớm ở miền

Nam Năm 1926, Rose M đã công bố 13 chi với 20 loài tảo silic khi nghiêncứu vùng biển vịnh Nha Trang [theo 1] Hoàng Quốc Trương (1962 - 1963)

đã phát hiện 154 loài tảo silic ở vịnh Nha Trang [28]

Năm 1966, trong cuốn “The plankton of South Vietnam”, cùng với các loài

tảo nước ngọt, Shirota A đã giới thiệu 213 loài tảo silic trong 15 vùng nước

lợ, nước mặn ven biển từ Thừa Thiên Huế đến Kiên Giang [32] Tuy chỉ mớitrình bày bảng tên loài cùng với những hình vẽ còn đơn giản, không có phần

mô tả hình thái mà chỉ nêu các kích thước nhưng đây là công trình nghiên cứuquan trọng về thực vật phù du biển Với danh mục loài phong phú, công trình

đã giới thiệu bao quát về thực vật nổi vùng ven biển miền Nam Việt Nam điều mà trước đó chưa có tác giả nào thực hiện được

Ở miền Bắc, trong những năm từ 1959 - 1962 và 1965 - 1966, chươngtrình hợp tác điều tra cơ bản tổng hợp vịnh Bắc Bộ đã được Trung Quốc vàViệt Nam tiến hành ở vịnh Bắc Bộ, kết quả có trên 140 loài tảo silic đã đượccông bố [1]

Sau đó, Trương Ngọc An và một số đồng nghiệp đã tiến hành khảo sátvùng cửa sông Hồng, sông Đáy, sông Ninh Cơ và vùng biển ven bờ tỉnh Nam

Hà Kết quả sơ bộ cho thấy sự ưu thế vượt trội của tảo silic phù du (110 loài,chiếm 88%) trong những thủy vực nước lợ đó [2]

Năm 1978, trong báo cáo “Thực vật phù du vùng ven biển Quảng Ninh

– Hải Phòng”, ông đã giới thiệu một bảng tên loài ghi danh 156 loài tảo silic.

Dựa vào các nguồn tài liệu trước đó ông đã biên soạn cuốn “Phân loại tảo

silic phù du biển Việt Nam” mô tả 225 loài tảo thuộc 2 bộ, 18 họ, 60 chi tảo

silic [1] Với danh mục loài phong phú, phần mô tả chi tiết, dễ hiểu, các hình

vẽ rõ ràng, cuốn sách thực sự là một tài liệu chuyên sâu về phân loại có giá trị,rất cần thiết và thuận lợi trong nghiên cứu tảo silic

Trần Trường Lưu (1970) [14], trong báo cáo “Tổng kết thực vật phù du

các vực nước điều tra”, đã thống kê được 74 chi thực vật nổi trong đó tảo

silic: 29, tảo lục: 23, tảo lam: 14, tảo mắt: 4, tảo giáp: 1, tảo vàng: 2, tảo vàngánh: 1

Cũng Trần Trường Lưu (1975) [15] đã tiến hành nghiên cứu trên sôngHồng, sông Đà, sông Mã và một số sông đào khác và đã thống kê được 98 chitảo sông thuộc các ngành: tảo silic, tảo lục, tảo lam, tảo mắt, tảo giáp, tảo vàng

Ở miền Trung, Tôn Thất Pháp (1993) khi nghiên cứu phá Tam Giang(Thừa Thiên Huế) đã công bố 244 taxon bậc loài và dưới loài thực vật thủysinh, trong đó có 159 loài tảo silic [18] Năm 1996, Đặng Thị Sy trong luận án

PTS với đề tài: “Tảo Silic vùng cửa sông ven biển Việt Nam” đã công bố 338

taxon bậc loài và dưới loài [23]

Lê Thị Thúy Hà, Võ Hành (1999) [10], trong công trình “Chất lượng

nước và thành phần loài vi tảo (Mcroalgae) ở sông Lam – Hà Tĩnh” đã xác

định được 136 loài và dưới loài trong đó có 60 loài tảo silic (chiếm 44,12%)

Ở sông Lam (Nghệ An), Lê Thị Thuý Hà (2004) đã phát hiện được 164 loàitảo silic, trong đó bộ Discales và bộ Diraphinales có nhiều loài nhất [9]

Nguyễn Đình San (2001), giới thiệu trong luận án tiến sĩ sinh học củamình một danh mục gồm 196 loài thuộc 5 ngành tảo trong một số thủy vực bị

ô nhiễm ở 3 tỉnh Bắc miền Trung, trong đó có 59 loài tảo silic phù du [21] Lương Quang Đốc (2007) đã phát hiện 113 loài/dưới loài tảo silic sốngtrên nền đáy mềm ở đầm, phá tỉnh Thừa Thiên - Huế [5]

Gần đây, Võ Hành cùng Phan Tấn Lượm (2010) [8] đã thống kê được

110 loài tảo silic ở cửa Cung Hầu (sông Tiền Giang), trong đó các chi chủ đạo

thuộc về Coscinodiscus, Chaetoceros, Pleurosigma, Cyclotella, Nitzschia,

Rhizosolenium, Gyrosigma và Biddulphia

Hiện nay, các nghiên cứu về tảo được gắn liền với nhiều thiết bị vàphương pháp hiện đại Kính hiển vi điện tử được sử dụng trong những nghiêncứu sâu về từng nhóm tảo giúp cho việc phân loại chính xác hơn Các phươngpháp phân tích ADN được áp dụng với một số nhóm tảo, nhất là với các nhóm

có tính độc tố giúp cho việc xây dựng cây phát sinh chủng loại và phát hiệncác loài và dưới loài mới cũng như thẩm định lại các loài đã biết được chínhxác hơn Có thể kể đến các công trình của Nguyễn Thị Thu Liên, Lê Như Hậu

và Nguyễn Hữu Đại, Đặng Diễm Hồng và cộng sự, Đặng Đình Kim và cộng

sự Các ứng dụng về toán học và tin học trong sinh học cũng được sử dụng đểđánh giá tác động của các yếu tố môi trường lên tảo [theo 13]

Bên cạnh những thành tựu nói trên, chắc chắn còn có nhiều cuộc điềutra, khảo sát đã được tiến hành trên quy mô nhỏ hay mang tính địa phương