Bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học vinh -------------------- Nguyễn thị thuỷ tổng hợp, nghiên cứu phức chất của niken(II) và đồng(II) với thiosemicarbazon citronellal - thăm dò hoạt tính sinh học của chúng Chuyên ngành: Hoá vô cơ Mã số: 60.44.25 luận văn thạc sĩ hoá học Ngời hớng dẫn khoa học: TS. nguyễn hoa du Vinh, 2006 1 Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn tận tình của Thầy giáo PGS.TS. Võ Hành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự giúp đỡ quí báu đó. Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và giúp đỡ của Thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Đức Diện, NCS Hồ Sỹ Hạnh cùng các thầy giáo cô giáo bộ môn thực vật, các cán bộ các phòng thí nghiệm khoa Sinh học, khoa đào tạo Sau đại học, trạm kiểm lâm vờn Quốc gia Bến En. Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên cổ vũ của ngời thân, và bạn bè đồng nghiệp đã cho tôi thêm nghị lực trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này. Vinh, ngày tháng năm Tác giả Nguyễn Thị Mai 2 Mục lục Trang Mở đầu. 1 Chơng I. Tổng quan tài liệu 3 1.1. Sơ lợc về tình hình nghiên cứu bộ Protococcales và Desmidiales thuộc ngành tảo lục (Cholorophyta) trên thế giới và Việt Nam . 3 1.1.1. Trên thế giới . 3 1.1.2. ở Việt Nam . 6 1.2. Tầm quan trọng về sinh thái học và ứng dụng vi tảo nổi (bộ Protococcales và Desmidiales ngành tảo lục) 10 1.3. Vai trò của một số yếu tố sinh thái đối với sự sinh trởng và phát triển của vi tảo bộ Protococcales và bộ Desmidiales trong thuỷ vực . 14 1.4. Vài nét về hệ sinh thái hồ, hồ chứa Bến En 18 Chơng II. Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu . 21 2.1. Đối tợng nghiên cứu 21 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 21 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu . 21 2.2.2. Thời gian nghiên cứu 21 2.3. Phơng pháp nghiên cứu 23 2.3.1. Thu mẫu nớc và mẫu tảo 23 2.3.1.1. Thu mẫu nớc 23 2.3.1.2. Thu mẫu tảo 23 2.4. Phơng pháp phân tích các chỉ tiêu thủy lý, thủy hoá 23 2.5. Phơng pháp phân tích mẫu tảo thuộc bộ Protococcales và Desmidiales. 24 2.5.1. Phơng pháp xác định thành phần loài . 24 2.5.2. Phơng pháp xác định số lợng 25 Chơng III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận . 26 3.1. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu thuỷ lý, thuỷ hoá ở hồ chứa Bến En Thanh Hoá. 26 3.1.1. Về chỉ tiêu thuỷ lý. 26 3.1.1.1 Nhiệt độ . 26 3.1.1.2. Độ pH. 28 3.1.1.3. Độ trong 29 3.1.2. Về chỉ tiêu thuỷ hoá . 30 3.1.2.1. Hàm lợng oxi hoà tan . 30 3.1.2.2. Hàm lợng NH 4 + (amoni) . 31 3.1.2.3. Hàm lợng PO 4 3- . 32 3.1.2.4. Hàm lợng sắt tổng số 33 3.1.3. Nhận xét chung về các kết quả phân tích thuỷ lý, thuỷ hoá của hồ chứa Bến En Thanh Hóa tại các mặt cắt trong các thời điểm nghiên cứu 34 3.2. Kết quả phân tích mẫu tảo thuộc bộ Protococcales và Desmidiales 35 3.2.1. Thành phần loài . 35 3 3.2.2. Sự đa dạng của các chi trrong bộ Protococcales và bộ Desmidiales. 46 3.3. Sự biến động về thành phần loài bộ Protococcales và Desmidiales dọc theo hồ chứa Bến En 48 3.4. Mối quan hệ giữa thành phần loài bộ Protococcales và Desmidiales với một số yếu tố sinh thái 50 3.5. Sự biến động số lợng tế bào vi tảo bộ Protococcales và Desmidiales qua các đợt nghiên cứu . 53 Kết luận và đề nghị . 56 Tài liệu tham khảo 58 Phụ lục Danh mục các bảng và biểu đồ Trang Bảng 1: Nhiệt độ không khí và nhiệt độ môi trờng nớc qua các đợt nghiên cứu ( 0 C) 27 Bảng 2: Độ pH tại các địa điểm qua các đợt nghiên cứu 28 Bảng 3: Độ trong tại các địa điểm qua các đợt nghiên cứu 29 Bảng 4: Hàm lợng oxi hoà tan tại các mặt cắt qua các đợt nghiên cứu 30 Bảng 5: Hàm lợng NH 4 + tại các mặt cắt qua các đợt nghiên cứu 31 Bảng 6: Hàm lợng PO 4 3- tại các mặt cắt qua các đợt nghiên cứu 32 Bảng 7 Hàm lợng sắt tổng số tại các mặt cắt qua các đợt nghiên cứu 33 Bảng 8: Danh lục các loài vi tảo bộ Protococcales và bộ Desmidiales ở hồ chứa Bến En (vờn Quốc gia Bến En Thanh Hoá) 36 Bảng 9: Các loài và dới loài bộ Protococcales và bộ Desmidiales bổ sung cho danh lục tảo Việt Nam 45 Bảng 10: Sự đa dạng của các chi thuộc bộ Protococcales và Desmidiales ở hồ chứa Bến En Thanh Hoá 47 Bảng 11: Sự biến động thành phần loài bộ Protococcales và Desmidiales dọc theo hồ chứa Bến En 49 Bảng 12: Kết quả định lợng vi tảo bộ Protococcales và bộ Desmidiales ở hồ chứa Bến En 54 Hình 1: Sơ đồ các điểm thu mẫu tảo ở hồ chứa Bến En 22 4 Phụ lục ảnh hiển vi các loài vi tảo thuộc bộ Protococcales và Desmidiales ở hồ chứa Bến En (Thanh Hoá) (Độ phóng đại 600 lần) Mở đầu Vi tảo (microalgae) là những cơ thể quang tự dỡng với kích thớc hiển vi, có vai trò hết sức quan trọng đối với sự sống của các thủy vực. Vi tảo góp phần không nhỏ trong quá trình tuần hoàn vật chất của thủy vực, chúng không chỉ có tác dụng khép kín chu trình vật chất của tự nhiên mà còn có tác dụng rút ngắn chu trình ấy và làm cho vòng quay của chu trình này tăng lên. Ngoài ra, vi tảo còn có tác dụng làm sạch môi trờng nớc do chúng vừa cung cấp oxi cho sinh vật hiếu khí hoạt động phân giải các chất xâm nhập vào thủy vực, đồng thời là sinh vật chỉ thị cho môi trờng sống. Cùng với việc điều tra, phân loại, bổ sung những dẫn liệu mới về khu hệ tảo, những nghiên cứu về sinh thái, sinh lý và ứng dụng vi tảo trong nhiều lĩnh vực khác nhau (thủy sản, nông nghiệp, thực phẩm, y học, chống ô nhiễm môi tr- ờng) cũng ngày càng nhiều. ứng dụng vi tảo trong thực tiễn có ý nghĩa to lớn đối với đời sống con ngời, nhất là trong giai đoạn hiện nay khi mà an toàn l- ơng thực, thực phẩm, thuốc men để phòng chống bệnh tật, giảm thiểu ô nhiễm môi trờng, là những vấn đề cấp bách của sự sống [21, 24, 40, 51]. Trong các ngành tảo, tảo lục (Chlorophyta) là ngành lớn nhất gồm 800 chi với khoảng 8.000 loài [66] và phân bố chủ yếu ở nớc ngọt. Tảo lục không chỉ chiếm u thế cả về số lợng loài và số lợng cá thể trong các thủy vực nớc ngọt, mà chúng còn là thức ăn quan trọng của nhiều loài động vật và đợc xem là lá phổi xanh của các thủy vực. Bộ Protococcales (hay Chlorococcales) và bộ Desmidiales là hai bộ quan trọng của ngành tảo lục. Tuy nhiên, việc nghiên cứu về hai bộ này ở các dạng hồ chứa Việt Nam cha nhiều, nhất là khu vực Bắc Trung Bộ, đặc biệt ở hồ chứa Bến En (hay hồ sông Mực) thuộc vờn Quốc gia Bến En (huyện Nh Thanh và Nh Xuân Thanh Hóa). 5 Ngoài tác dụng điều tiết nớc vùng đầu nguồn, cung cấp nớc tới, nớc sinh hoạt cho vùng hạ lu, hồ chứa Bến En còn là nơi bảo tồn, lu giữ, nuôi trồng nguồn lợi thủy sản và phát triển du lịch có giá trị. Đã có một số công trình nghiên cứu tài nguyên thực vật bậc cao ở vờn Quốc gia Bến En [54, 63]. Tuy nhiên, cha có một công trình nào nghiên cứu về tảo. Vì những lý do nói trên, chúng tôi tiến hành đề tài Tảo lục (bộ Protococcales và Desmidiales ) ở hồ chứa Bến En Thanh Hóa. Mục tiêu của đề tài nhằm: - Điều tra thành phần loài của hai bộ Protococcales và Desmidiales . - Xem xét sự biến động của chúng cả về mặt định tính và định lợng, đồng thời tìm hiểu ảnh hởng của một số yếu tố sinh thái đến sự sinh trởng và phát triển của chúng. Đề tài đợc tiến hành tại khoa Sinh học trờng Đại học Vinh, từ tháng 3 năm 2005 đến tháng 10 năm 2006. Các kết quả của luận văn nhằm góp phần nghiên cứu đa dạng tảo, góp thêm tài liệu phục vụ cho công tác bảo tồn đa dạng sinh học cũng nh các nghiên cứu khoa học khác. Nội dung nghiên cứu của đề tài là: - Xác định một số chỉ tiêu thủy lý, thủy hóa của nớc hồ chứa: độ pH, nhiệt độ nớc, độ trong, hàm lợng oxi hòa tan, hàm lợng NH 4 + , hàm lợng PO 4 3- và hàm lợng sắt tổng số. - Xác định các loài vi tảo thuộc 2 bộ Protococcales và Desmidiales và mức độ gặp của chúng. Định lợng số tế bào tảo thuộc 2 bộ nghiên cứu trong 1 lít nớc hồ chứa. - Xác định sự đa dạng của các chi thuộc 2 bộ nghiên cứu, sự biến động về thành phần loài của hai bộ này dọc theo hồ chứa và qua các đợt nghiên cứu. - Xem xét mối quan hệ giữa thành phần loài thuộc 2 bộ trên với một số yếu tố sinh thái ở thời điểm nghiên cứu (độ pH, nhiệt độ nớc, độ trong, hàm l- ợng oxi hòa tan, hàm lợng NH 4 + , hàm lợng PO 4 3- , hàm lợng sắt tổng số). 6 Chơng I tổng quan tài liệu 1.1. Sơ lợc về tình hình nghiên cứu bộ Protococcales và Desmidiales thuộc ngành tảo lục (Chlorophyta ) trên thế giới và Việt Nam 1.1.1 Trên thế giới Vi tảo (microalgae) là những sinh vật quang tự dỡng với kích thớc hiển vi và sống chủ yếu trong môi trờng nớc. Do có kích thớc hiển vi lại sống chủ yếu trong môi trờng nớc nên mặc dù vai trò của vi tảo trong hệ sinh thái nớc tơng tự nh vai trò của thực vật bậc cao trong hệ sinh thái trên cạn nhng phân loại đến với nhóm thực vật này (đặc biệt là tảo nớc ngọt) tơng đối muộn so với các nhóm sinh vật khác. Sự hiểu biết về vi tảo đi sau hàng thế kỉ so với kiến thức về thực vật bậc cao. Cùng với sự ra đời của kính hiển vi quang học và việc tìm thấy tế bào lần đầu tiên do nhà tự nhiên học ngời Anh R. Hook (1665), vi tảo đã trở thành đối tợng của các cuộc thí nghiệm khoa học [12]. Các nhà sinh học đến với vi tảo bắt đầu bằng sự làm quen về hình thái, rồi tìm hiểu cấu trúc, cách sinh sản, nghiên cứu khảo cổ làm sáng tỏ chủng loại phát sinh [36]. Hàng loạt công trình nghiên cứu và các công trình chuyên khảo phục vụ điều tra phân loại ra đời. Từ năm 1753, Linaeus đã đa ra 14 chi tảo, nhng chỉ 4 trong chúng (Confera, Ulva, Fucus, Chara) là tảo đúng với định nghĩa bây giờ [theo 36]. Carlvon Linne (1754) đã chia giới thực vật thành 25 lớp, trong đó Cryptogamia bao gồm các thực vật cha có cơ quan sinh sản và gồm 4 nhóm: tảo (Algae), nấm (Fungi), rêu (Musci), dơng xỉ (Filies) [theo 10]. Sau đó nhiều tác giả đã đa ra các hệ thống phân loại khác nhau và vị trí của tảo trong sinh giới cha có sự thống nhất. Năm 1836, Harvey thừa nhận 4 nhóm tảo lớn (tảo nâu, tảo đỏ, tảo lục và tảo silic), màu của chúng là biểu hiện của các sắc tố khác nhau [theo 36]. Năm 1897, bộ Protococcales lần đầu tiên đợc N. Wille mô tả và phân loại [theo 64]. Ông chia bộ này làm 6 họ: Volvocaceae, Tetrasporaceae, Chlorosphaeraceae, Pleurococcaceae, Protococcaceae và Hydrodictyaceae. Sau này ông tách thêm một số họ mới (Ophiocytiaceae, Hydrogastraceae, Oocystaceae, Coelastraceae) đa số họ của bộ lên 10 họ. Brunnthaler (1915) lại 7 chia bộ Protococcales thành hai loạt chính: Zoosporinae (sinh sản bằng động bào tử, gồm 4 họ: Protococcaceae, Characiaceae, Protosiphonaceae và Hydrodictyaceae) và Autosporinae (sinh sản bằng tự bào tử, bao gồm 5 họ: Eremosphaeraceae, Chlorellaceae, Oocystaceae, Scenedesmaceae, Coelastraceae). Năm 1915, Pascher A. đề xuất gọi tên Protococcales là Chlorococcales. Thật ra thuật ngữ Chlorococcales lần đầu tiên đợc Marchand (1895) khởi xớng và nó đợc sử dụng chính thức từ năm 1927 (West và Fritsch) [theo 64]. G. S. West (1916) phân loại bộ Protococcales thành 3 phân bộ: Volvocineae (với 3 họ), Tetrasporineae (với 5 họ), Chlorococcineae (với 3 họ). Olmanns (1922) chia bộ Protococcales thành 4 họ: Protococcaceae, Protosiphonaceae, Scenedesmaceae và Hydrodictyaceae. Geitler (1924), Korshikov (1926), Printz (1927), West và Fritsch (1927) đa ra các hệ thống phân loại bộ Protococcales dựa trên các tiêu chí khác nhau [theo 64]. Đến năm 1930, Lindau G. và Melchior H. đã chia tảo ra 10 ngành. Trong đó, bộ Protococcales gồm 8 họ: Tetrasporaceae, Chlorosphaeraceae, Chlorococcaceae (Protococcaceae), Protosiphonaceae, Hydrodictyaceae, Pleurococcaceae, Oocystaceae và Coelastraceae ; bộ Desmidiales gồm 2 họ: Desmidiaceae, Zygnemataceae [67]. G. M. Smith (1933) phân bộ Protococcales thành 8 họ: Chlorococcaceae, Endosphaeraceae, Characiaceae, Protosiphonaceae, Hydrodictyaceae, Coelastraceae, Oocystaceae và Scenedesmaceae. Đến năm 1950, ông thêm vào 2 họ: Micractiniaceae và Dictyosphaeriaceae [theo 64]. Tại Liên Xô trớc đây và Nga ngày nay xếp tảo thành 10 ngành dựa vào tính chất màu (pigment), chất dự trữ, đặc điểm hình thái, cấu trúc vách tế bào, roi, đặc điểm sinh sản và sự luân phiên các thế hệ n và 2n của cơ thể [theo 41]. Theo hệ thống này, ngành tảo lục gồm 5 lớp: Volvococcophyceae, Protococcophyceae, Ulvothricophyceae, Siphonophyceae và Conjugatophyceae. Năm 1977, Ergashev A. E. đã phân bộ Protococcales (Chlorococcales) thành 18 họ, thêm 4 họ so với hệ thống phân loại của Philipose M. T. (1967) [64, 71, 72]. ở các loại hình thủy vực Trung á, Ergashev A. E. đã phát hiện đợc 8 510 loài [73]. Theo Obukh P. A. (1978) thì bộ Protococcales có trên 1.100 loài [68]. Riêng chi Scenedesmus có 150 loài và dới loài (Hegawald E. et all, 1990) [59]. Thành tựu nghiên cứu tảo những năm gần đây đã có sự thay đổi lớn nhờ vào kính hiển vi điện tử và các trang thiết bị công nghệ sinh học. Đã xuất hiện nhiều hệ thống phân loại tảo lục, nh: Round (1971) chia tảo lục thành 3 ngành bao gồm 6 lớp và 9 bộ, lớp Chlorophyceae gồm 17 bộ (trong đó có bộ Protococcales) và lớp Zygnemaphyceae gồm 4 bộ (trong đó có bộ Desmidiales); Gollerbakh (1977) chia tảo lục thành 2 ngành gồm 6 lớp và 21 bộ, trong đó bộ Protococcales thuộc lớp Protococcophyceae, bộ Desmidiales thuộc lớp Conjugatophyceae; còn theo Bold và Wynne (1985) thì tảo lục chỉ 1 ngành với 15 bộ [theo 62]. Năm 1995, C. Van den Hoek và cộng sự dựa trên 3 tiêu chí cơ bản (đặc điểm của quá trình nguyên phân và phân bào, cấu trúc của tế bào mang roi và cấu trúc hình thái của của tảo) chia ngành tảo lục thành 11 lớp. Trong đó, bộ Chlorococcales tức Protococcales (khoảng 215 chi, 1000 loài) thuộc lớp Chlorophyceae và bộ Desmidiales (khoảng 30 chi, 5.000 loài) thuộc lớp Zygnematophyceae [66]. ở thế kỉ XX và bớc sang những năm đầu thế kỉ XXI, bên cạnh những đặc điểm về hình thái cấu trúc, tế bào sinh sản và chu kì sinh sản, để phân loại tảo các nhà khoa học còn dựa trên các lĩnh vực cá thể phát triển (morphogenese), đặc điểm cấu trúc siêu hiển vi của roi (flagellum), của màng bao thể màu (pigment) với các phổ màu khác nhau. Các chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa (độc tố, hoạt chất) đã trở thành dấu hiệu và đặc điểm phân loại các taxon ở mức độ loài và dới loài. Ngoài việc sử dụng phơng pháp phân loại kinh điển, ngày nay ngời ta còn sử dụng thêm kĩ thuật RAPD PCR ( kĩ thuật nhân bản ngẫu nhiên AND). Trên cơ sở xác lập đợc hệ số đồng dạng di truyền giữa các loài ( hệ số Nei và Li) đã cho phép xác định chính xác loài, giúp giải quyết đợc sự bế tắc khi gặp loài đồng hình mà bằng phơng pháp phân loại hình thái phải bó tay, đồng thời cho phép các nhà Tảo học xác lập đợc cây hệ thống phát sinh của tảo ngày càng 9 hoàn thiện hơn. Kĩ thuật RAPD PCR bớc đầu cũng đợc một số tác giả Việt Nam áp dụng khi nghiên cứu tảo [3, 19]. Những kết quả nghiên cứu của các tác giả Hwang S. K. và cộng sự (1999) [60], Kasai F. và cộng sự (1999) [61], Đặng Diễm Hồng (1999) [18], Vũ Minh Vỹ và Nguyễn Văn Mùi (2004) [56] đã cho thấy khả năng áp dụng phơng pháp hiện đại trong việc phân loại vi tảo và các đối tợng sinh vật khác là rất quan trọng. 1.1.2. ở Việt Nam Lĩnh vực nghiên cứu vi tảo thuộc bộ Protococcales và bộ Desmidiales ở Việt Nam cha nhiều, nhất là bộ Desmidiales. Nhà thực vật học ngời Pháp Loureiro J. (1793) đã mô tả về loài tảo lục Ulva pisum. Đây là công trình nghiên cứu về tảo lục đầu tiên ở nớc ta [theo 65]. Từ thập kỉ 60 trở đi mới xuất hiện các công trình nghiên cứu về tảo của ngời Việt Nam. Vũ Văn Cơng (1960) khi nghiên cứu thực vật thủy sinh ở Sài Gòn đã công bố 4 taxon tảo lục. Nguyễn Thanh Tùng (1967, 1970) khi nghiên cứu họ Zygnemaceae (thuộc nghành tảo lục) đã phát hiện đợc 39 loài và dới loài, bổ sung 2 loài mới cho khoa học: Mougeotia dalatens và Spyrogyra saigonensis. Đồng thời tác giả cũng nghiên cứu sự biến động của tảo theo mùa, sự phân bố của tảo theo vùng và sự sinh trởng của bào tử tiếp hợp [theo 34]. ở miền Bắc Việt Nam, Hortobagyi T. (1966 -1969) điều tra tảo Hồ Gơm, Hà Nội đã công bố 128 taxon bậc loài và dới loài với tảo lục 103 taxon, có 33 taxon mới đối với khoa học, riêng chi Scenedesmus chiếm 30 taxon [theo 32]. Dơng Đức Tiến (1982) trong luận án Tiến sĩ khoa học Sinh học về khu hệ tảo các thủy vực nội địa ở việt nam đã công bố 1389 loài tảo, trong đó có 167 loài thuộc bộ Protococcales . Trong công trình này nhiều loại thủy vực trên toàn quốc đã đợc khảo sát và tác giả đã chú ý nhiều đến các kiểu thủy vực cũng nh mối liên hệ giữa chúng với thành phần loài, lối sống của tảo [69]. Ông là ngời có nhiều đóng góp trong lĩnh vực tảo học ở Việt Nam, với nhiều cuốn sách có ý nghĩa quan trọng đối với việc nghiên cứu tảo ở nớc ta [41, 42, 43, 44]. Ông cùng với Võ Hành biên soạn cuốn Tảo nớc ngọt Việt Nam. Phân loại bộ tảo 10