Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật phù du trong thực nghiệm mesocosm tại đồng cao, thạch thất, hà nội

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
-----

-----

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự sinh trưởng và
phát triển của thực vật phù du trong thực nghiệm mesocosm
tại Đồng Cao, Thạch Thất, Hà Nội.

Người hướng dẫn : TS.Dương Thị Thuỷ
Sinh viên thực hiện : Cao Thị Giang
Lớp

: 11- 01

Hà Nội - 2015


Lời cảm ơn
Được sự phân công của khoa Công nghệ Sinh học-Viện Đại học Mở Hà
Nội. Và sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn TS.Dương Thị Thuỷ tôi đã tham gia
thực hiện đề tài:’’Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự sinh trưởng và
phát triển của thực vật phù du trong thực nghiệm mesocosm tại Đồng Cao
Thạch Thất, Hà Nội”.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Dương Thị Thuỷ-trưởng phòng Thuỷ
sinh học Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường đã tận tình hướng dẫn trong
suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khoá luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Công nghệ Sinh học

đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm tôi học tập. Với vốn kiến thức
được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên
cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để tôi bước vào đời một cách vững
chắc và tự tin.
Tôi cũng xin cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của tập thể cô, chú, anh, chị
phòng thuỷ sinh học môi trường đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành tốt khoá luận này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất.
Song do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học cũng như sự
hạn chế về mặt kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những sai
sót. Rất mong được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn.
Hà Nội, tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Cao Thị Giang


TỪ VIẾT TẮT
•

TVN

Thực vật nổi.

•

TP

Tổng Photpho.

•

TN

Tổng Nitơ.

•

DO

Hàm lượng oxy hoà tan.

•

Chl-a

Hàm lượng Clorophyll a.

•

VKL

Vi khuẩn lam.

•

SD

Độ trong.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
PHẦN 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................................... 2
1.1. Khái niệm về tảo, vi tảo. ................................................................................. 2
1.1.1. Đặc điểm sinh học vi tảo. .............................................................................. 3
1.1.1.1. Đặc điểm về phân loại taxonomy. ............................................................... 3
1.1.1.2. Đặc điểm về cấu trúc tảo. ........................................................................... 4
1.1.1.3. Đặc điểm về sinh sản .................................................................................. 5
1.1.2. TVN trong hệ sinh thái thủy vực. ................................................................. 6
1.1.3. Vai trò của TVN trong hệ sinh thái. ............................................................. 8
1.2. TVN và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng. ...................... 10
1.2.1. Cấu trúc quần xã TVN trong hệ sinh thái. ................................................. 10
1.2.2. Một số yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của TVN.............. 12
1.2.2.1. Dinh dưỡng. .............................................................................................. 12
1.2.2.2. Ánh sáng. .................................................................................................. 14
1.2.2.3. Nhiệt độ. ................................................................................................... 15
1.2.2.4. Các yếu tố khác......................................................................................... 17
1.3. Sử dụng TVN trong quan trắc chất lượng môi trường nước...................... 18
1.3.1. Thế nào là chỉ thị sinh học? ....................................................................... 19
1.3.2. TVN trong chỉ thị chất lượng nước. ........................................................... 19
1.3.3. Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị và ứng dụng......................................... 19
1.4. Các nghiên cứu về TVN tại Việt Nam. ......................................................... 20
PHẦN 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 23
2.1. Địa điểm thực hiện nghiên cứu. ................................................................... 23
2.2. Phương pháp thu mẫu và cố định mẫu. ....................................................... 25
2.2.1. Phương pháp thu và cố định mẫu nước. .................................................... 25
2.2.2. Phương pháp thu và cố định TVN. ............................................................. 26
2.3.3. Phương pháp phân tích mẫu. ..................................................................... 27
2.3.3.1. Phương pháp đo các chỉ tiêu thủy lý. ........................................................ 27

2.3.3.2. Phương pháp phân tích thủy hóa............................................................... 27
2.3.3.3. Phương pháp phân tích sinh vật nổi. ......................................................... 28


PHẦN 3. KẾT QUẢ ............................................................................................ 29
3.1. Biến động các thông số thủy lý, thủy hóa chất lượng nước tại các công thức
thí nghiệm. ........................................................................................................... 29
3.1.1. Biến động các thông số thuỷ lý. ................................................................. 29
3.1.1.1. Biến động pH theo thời gian. ................................................................... 29
3.1.1.2. Biến động nhiệt độ theo thời gian.............................................................. 30
3.1.1.3. Biến động hàm lượng oxy hoà tan (DO). ................................................... 31
3.1.1.4. Biến động độ dẫn theo thời gian. .............................................................. 32
3.1.2. Biến động các thông số thuỷ hoá. ............................................................... 32
3.1.2.1. Muối N-NH4 (mg NH4/L). .......................................................................... 32
3.1.2.2. Muối N-TN (mg N/L)................................................................................. 33
3.1.2.3. Muối P- TP (mg PO4/L). ........................................................................... 34
3.2. Biến động các nhóm TVN tại các công thức thí nghiệm khác nhau. .......... 35
3.2.1. Biến động mật độ tế bào TVN. .................................................................. 35
3.2.2. Biến động độ phong phú tương đối của các nhóm TVN. ........................... 36
3.2.2.1. Biến động cấu trúc quần xã TVN trong nước hồ đối chứng. ...................... 37
3.2.2.2. Biến động cấu trúc quần xã TVN trong nước hồ bổ sung đất trồng lúa. .... 38
3.2.2.3. Biến động cấu trúc quần xã TVN trong nước hồ có bổ sung nước thải sinh
.............................................................................................................................. 39
3.2.2.4. Biến động cấu trúc quần xã TVN trong nước hồ bổ sung đất nghèo dinh
dưỡng .................................................................................................................... 40
3.2.2.5. Biến động cấu trúc quần xã TVN trong nước hồ bổ sung đất trồng sắn. .... 40
3.2.2.6. Biến động cấu trúc quần xã TVN trong hồ Đồng Cao. .............................. 41
PHẦN IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 44

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Vòng đời của tảo trong hệ sinh thái thủy vực. ............................................. 6
Hình 2. Kính hiển vi quang học dùng để quan sát TVN. .......................................... 8
Hình 3. TVN tham gia vào chu trình sinh đia hoá cacbon. ....................................... 9
Hình 4. Năng lượng nhiệt chảy vào và ra khỏi thủy vực nước ngọt. ....................... 16
Hình 5. Giản đồ kết cấu hệ giả lập sử dụng lồng nổi và một số hình ảnh thí
nghiệm hệ lồng nổi tại hồ Đồng Cao...................................................................... 23
Hình 6. Biến động pH theo thời gian. .................................................................... 29
Hình 7. Biến động nhiệt độ theo thời gian.............................................................. 30
Hình 8. Biến động DO theo thời gian..................................................................... 31
Hình 9. Biến động độ dẫn điện theo thời gian. ....................................................... 32
Hình 10. Biến động N- NH4+ theo thời gian. .......................................................... 33
Hình 11. Biến động N-TN theo thời gian. .............................................................. 34
Hình 12. Biến động P-TP theo thời gian. ............................................................... 35
Hình 13. Biến động mật độ tế bào TVN. ................................................................ 36
Hình 14. Biến động cấu trúc quần xã TVN (nước hồ đối chứng) ........................... 38
Hình 15. Biến động cấu trúc quần xã TVN (nước hồ bổ sung đất trồng lúa) .......... 39
Hình 16. Biến động cấu trúc quần xã TVN (nước hồ bổ sung nước thải sinh hoạt). ...... 39
Hình 17. Biến động cấu trúc quần xã TVN (nước hồ bổ sung đất nghèo dinh dưỡng). .... 40
Hình 18. Biến động cấu trúc quần xã TVN (nước hồ bổ sung đất trồng sắn). ......... 41
Hình 19. Biến động cấu trúc quần xã TVN (hồ Đồng Cao). ................................... 42


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Các nhóm kích thước của TVN .................................................................. 7
Bảng 2. Phân loại mức độ ô nhiễm dinh dưỡng một số hồ, suối, sông và các vùng
biển. ...................................................................................................................... 13
Bảng 3. Biến động tổng Photpho. .......................................................................... 35
Bảng 4. Tỉ lệ phần trăm số lượng các loài TVN (hồ Đồng Cao). ............................ 41

Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

MỞ ĐẦU
Mọi sinh vật kể cả con người trong đời sống đều chịu ảnh hưởng của các điều
kiện vật lý, hóa học của môi trường xung quanh. Trên cơ sở hiểu biết ngày càng sâu
rộng mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường, nhiều bí ẩn về mối tương tác này đã
được khám phá. Đối với nhiều sinh vật, sự thiếu - thừa chất dinh dưỡng hoặc sự có
mặt của các chất ô nhiễm trong môi trường sẽ làm xuất hiện những dấu hiệu bất
thường như: sự thay đổi hình dạng, sự có mặt hoặc vắng mặt của một số loài nhất
định…Do vậy, những sinh vật có thể nhận diện được sự có mặt của các chất ô
nhiễm và phản ánh chất lượng môi trường nhằm phục vụ cho việc giám sát và quan
trắc có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Những sinh vật này được gọi là những
sinh vật chỉ thị môi trường.
Ở nước ta hiện nay, bên cạnh tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá vấn đề ô
nhiễm các nguồn nước đang là vấn đề quan tâm của nhiều người. Sự phát triển kèm
theo các loại hình chất thải phần lớn chưa qua xử lý đưa vào môi trường tự nhiên đã
gây ra ô nhiễm ở các mức độ khác nhau và làm mất cân bằng sinh thái các hệ sinh
thái thuỷ vực. Trước tình trạng đó thì việc nghiên cứu, đánh giá hiện trạng môi
trường nước nhằm góp phần cho việc bảo vệ và quản lý nguồn nước là rất cần thiết.
Các chỉ tiêu thuỷ lý, thuỷ hoá đã và đang được sử dụng như các công cụ truyền
thống trong quan trắc chất lượng nước.
Để đánh giá ảnh hưởng của các loại chất hữu cơ có nguồn gốc khác nhau đến
quần xã TVN tại hồ Đồng Cao chúng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu. “Ảnh hưởng
của các yếu tố môi trường đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật phù du
trong thực nghiệm mesocosm tại Đồng Cao, Thạch Thất, Hà Nội”. Với mục tiêu:
• Dựa vào sự biến động chất lượng nước (các thông số thủy lý, thuỷ hoá)

xác định được các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quần xã TVN.
• Xác định đa dạng trong cấu trúc quần xã TVN trong các công thức thí
nghiệm có nguồn dinh dưỡng khác nhau.

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

1


PHẦN 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái niệm về tảo, vi tảo.
Tảo (Algae) là những thực vật bậc thấp (thực vật có bào tử, cơ thể không
phân chia thành thân, rễ, lá). Trong tế bào tảo có chứa diệp lục và chúng sống chủ
yếu ở nước. Vi tảo (Microalgae) là tất cả các loại tảo có kích thức hiển vi tức là
muốn quan sát được chúng thì phải sử dụng kính hiển vi. Trong số khoảng 50.000
loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm khoảng 2/3. Vai trò quan trọng của vi tảo thể
hiện qua quá trình quang hợp hấp thụ CO2, cung cấp O2 cho các sinh vật khác trên
Trái Đất, khép kín vòng tuần hoàn vật chất và làm tăng tốc độ quay vòng của các
chu trình đó. Tảo có mặt ở khắp nơi trên Trái Đất, từ đỉnh núi cao cho đến dưới đáy
biển sâu, thậm chí ở cả độ sâu khoảng 200m dưới biển nếu như nước biển ở đó rất
sạch. Những loài tảo sống trong các thuỷ vực được gọi là TVN (phytoplankton),
còn những tảo sống bám đáy thủy vực, bám trên các vật sống hay các thành tàu
thuyền được gọi là tảo đáy (phytobentos). Dạng tảo cộng sinh với nấm thành Địa y
cũng là dạng phân bố rất rộng rãi và nhiều loài đã được khai thác dùng làm dược
phẩm, nước hoa, phẩm nhuộm và các mục đích kinh tế khác (hiện đã biết tới 20.000
loài Địa y thuộc 400 chi khác nhau).
Tảo có vị trí quan trọng trong việc phát triển các nguồn chất hữu cơ mới.
Những thành công của ngành vi sinh vật hiện đại mà nhân loại đặt nhiều hi vọng
đều dựa trên cơ sở nuôi cấy các cơ thể dị dưỡng (nấm men, vi khuẩn,...) mà về bản
chất, đây là những cơ thể chuyển hóa các chất hữu cơ từ dạng này sang dạng khác.

Trong khi đó, tảo cho chúng ta khả năng nhận được chất hữu cơ từ các nguồn vô cơ
như nước, CO2 và các muối khoáng nhờ quá trình quang hợp [23].
Những năm gần đây, các loài tảo đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học,
công nghệ và thương mại do những ưu thế của cơ thể này so với thực vật bậc cao
như: sự phát triển đơn giản, vòng đời ngắn, năng suất cao, hệ số sử dụng năng
lượng ánh sáng cao, thành phần sinh hóa dễ được điều khiển tùy điều kiện nuôi cấy
và nhờ kỹ thuật di truyền, nuôi trồng đơn giản, thích hợp với quy mô sản xuất công
nghiệp.

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

2


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

1.1.1. Đặc điểm sinh học vi tảo.
1.1.1.1. Đặc điểm về phân loại taxonomy.
Tảo là những thực vật bậc thấp, nghĩa là những thực vật bào tử, có tản (cơ thể
không phân ra thành thân, rễ, lá), tế bào chứa diệp lục và sống chủ yếu trong nước.
Những tảo đang tồn tại không phải là nhóm cơ thể đồng nhất về cấu tạo và nguồn
gốc. Hiện nay tảo được xác nhận là tập hợp một số ngành thực vật đặc biệt, độc lập
về nguồn gốc và tiến hóa. Như vậy, từ “tảo” có ý nghĩa sinh học lớn bao gồm các
thực vật bậc thấp có diệp lục, sống chủ yếu ở trong nước và chiếm tới 1/3 sinh khối
thực vật trên Trái Đất.
Trong sinh học, giới (Regnum hay Kingdom) là một trong các bậc phân loại
lớn nhất, bao gồm những sinh vật có chung những đặc điểm nhất định và được chia
thành nhiều nhóm nhỏ hơn theo trình tự: sự sống (life), lãnh giới (domain), ngành

(phylum), lớp (class), bộ (order), họ (family), chi (genus) và loài (species) [8].
Linnaeus (1935), đã đặt nền móng cho danh pháp Sinh học hiện đại. Ông đã
chia tất cả sinh giới thành 2 giới: thực vật (Vegetabilia) và động vật (Animalia).
Năm 1674, Leeuwenhoek phát minh ra kính hiển vi và đã quan sát được các sinh
vật đơn bào đầu tiên nhưng lúc đó sự tồn tại của chúng là chưa rõ ràng. Mãi đến
năm 1866, Haeckel đề xuất thêm một giới thứ 3 đó là các sinh vật đơn bào
(Protista). Đến thế kỷ thứ 19, vi khuẩn, vi nấm và tảo được xếp vào nhóm thực vật,
động vật nguyên sinh xếp vào giới động vật [14]. Hiện nay phân loại học nói chung
và phân loại tảo nói riêng không dừng lại ở mức độ dựa vào dấu hiệu hình thái mà
còn áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại (hoá học, sinh học phân tử,
công nghệ gen). Trên thế giới nói chung và châu Á nói riêng, những nghiên cứu
phân loại học TVN và sắp xếp chúng trong hệ thống phân loại đã được đề cập trong
nhiều báo cáo khoa học của Weber-Vanbosse,1913,1928(Indonesia) Okamura,1936
(Nhật Bản) Le,1964,1965(Hong Kong)...[13]. Tuỳ theo quan điểm của từng tác giả,
việc phân loại tảo trong những thế kỉ XIX, XX được sắp xếp theo những hệ thống
khác nhau. Các tác giả Liên Xô cũ xếp tảo thành 10 ngành: tảo lam, tảo hai roi, tảo
vàng lá, tảo vòng, tảo silic, tảo nâu, tảo đỏ tảo mắt, tảo lục và tảo vàng. Hệ thống
phân loại của các tác giả ở Tây Âu, Nhật Bản lại xếp theo nhóm sắc tố, cụ thể như
sau:các ngành tảo hai roi, silic, vàng và ánh vàng được xếp trong ngành
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

3


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

Chrysophyta. Tảo vòng được xếp thành lớp Charophyceae trong ngành tảo lục. Một
số tác giả khác lại phân chia tảo thành bốn ngành: tảo lam, tảo lục, tảo đỏ, ngành

Chromophyta gồm: tảo silic, tảo vàng ánh, tảo vàng, tảo mắt và tảo nâu. Bên cạnh
đó Van Den Hock và cs (1995) lại chia tảo thành 9 ngành và một ngành vi khuẩn
lam. Trong đó tảo vàng, tảo ánh vàng, tảo silic, tảo nâu được xếp trong ngành tảo
roi lệch [13].
Căn cứ vào màu sắc người ta phân chia tảo thành 10 lớp sau đây: Vi khuẩn
lam (VKL, Cyanophyta), tảo giáp (Pyrrophyta), tảo ánh vàng (Chrysophyta), tảo
silic (Bacillariophyta), tảo vàng (Xanthophyta), tảo nâu (Phaeophyta), tảo đỏ
(Rhodophyta), tảo mắt (Euglenophyta), tảo lục (Chlorophyta), tảo vòng
(Charophyta). Mặt khác,người ta cũng sử dụng sự có mặt của các chất dự trữ, thành
phần vỏ, cấu tạo nhân của tế bào làm chỉ tiêu phân loại tảo. Điều cần lưu ý là một số
tác giả xếp VKL và vi khuẩn vào nhóm cơ thể tiền nhân hay chưa có nhân vì tế bào
tảo lam chưa có nhân điển hình và khá gần với cấu trúc vi khuẩn.
1.1.1.2. Đặc điểm về cấu trúc tảo.
Tảo có cấu trúc hết sức đa dạng, bao gồm những dạng đơn bào, tập đoàn và đa
bào với những loài có kích thước lớn và cấu tạo khác nhau. Dưới đây là một số cấu
trúc tảo thường gặp:
• Cấu trúc mônát: tế bào có roi, phần lớn có hai roi. Tảo có thể là đơn bào
hay tập đoàn, được cấu thành từ một hay nhiều tế bào hầu như giống nhau về hình
dạng và chức năng.
• Cấu trúc palmella: là sự liên kết của một hay nhiều tế bào được bao trong
một bao nhầy chung, không có sự phụ thuộc giữa tế bào này với tế bào khác. Cấu
trúc này có thể ổn định mãi hay tạm thời trong chu trình phát triển của tảo.
• Cấu trúc hạt: bao gồm các tế bào không chuyển động, có hình dạng khác
nhau, đơn độc hay liên kết trong tập đoàn nhưng không phải dạng sợi. Phân bố rộng
rãi.
• Cấu trúc sợi: các tế bào liên kết thành sợi,đơn giản hay phân nhánh,
không chuyển động.

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

4


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

• Cấu trúc dạng bản: tảo có dạng bản hình lá rộng hoặc hẹp. Nhiều tảo nâu
và tảo hồng ở biển có cấu trúc này. Tảo dạng bản có chiều dày hai lớp tế bào, đôi
khi hình dạng ống.
• Cấu trúc ống (siphon): thường gặp ở một số loài tảo mà cơ thể sinh dưỡng
của chúng chỉ là một tế bào khổng lồ có kích thước hàng chục centimet, chứa lượng
nhân lớn và không có vách ngăn thành tế bào riêng rẽ.
1.1.1.3. Đặc điểm về sinh sản.
Nhìn chung tảo có 3 phương thức sinh sản: sinh dưỡng, vô tính và hữu tính.
Sinh sản sinh dưỡng: thực hiện bằng những phần riêng rẽ (đa bào hay đơn bào)
của cơ thể thường không chuyên hóa về chức phận sinh sản. Tảo đơn bào sinh sản
bằng cách phân chia tế bào. Tảo tập đoàn phân tách ra thành các tập đoàn nhỏ hay
hình thành tập đoàn mới ở bên trong tế bào mẹ của cá thể (Volvocales,
Protococcales). Sinh sản sinh dưỡng của tảo dạng sợi tiến hành bằng cách tách sợi
ra thành các đoạn hoặc bằng đoạn đứt ngẫu nhiên của sợi.
Sinh sản vô tính: hình thức sinh sản phổ biến của tảo được thực hiện bằng sự
hình thành các bào tử chuyên hóa. Đa số tảo có các bào tử chuyển động, có cấu trúc
mônát, không có màng tế bào và được gọi là động bào tử (zoospore). Động bào tử
bơi lội một thời gian ngắn, tảo vỏ bọc và nảy mầm thành một cơ thể mới. Những
bào tử sinh sản vô tính không chuyển động ở hàng loạt tảo gọi là bào tử bất động
(aplanospore).
Sinh sản hữu tính: được thực hiện bằng những tế bào chuyên hóa gọi là giao tử
và kèm theo quá trình sinh sản hữu tính. Với tảo chưa tiến hóa (volvocales) quá
trình sinh sản hữu tính tiến hành bằng sự kết hợp toàn vẹn của cả cơ thể bằng toàn

giao. Đa số các loài tảo tiến hành hữu tính bằng sự dung hợp hai tế bào trần để tạo
thành hợp tử (zygote). Hợp tử được bao phủ màng dày và nhanh chóng nảy mầm ở
nhiều tảo biển hay là chuyển sang trạng thái nghỉ (chủ yếu ở tảo nước ngọt), sau đó
nảy mầm hình thành động bào tử hay trực tiếp thành tảo mới. Nếu hai giao tử kết
hợp giống nhau về hình dạng và kích thước thì quá trình sinh sản hữu tính gọi là
đẳng giao (isogamy). Nếu hai giao tử chuyển động nhưng một giao tử lớn hơn giao
tử kia thì gọi quá trình sinh sản hữu tính là dị giao (heterogamy).

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

5


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

1.1.2. TVN trong hệ sinh thái thủy vực.
Trong quần xã sinh vật các dạng sống đêu có mối liên hệ chặt chẽ với nhau
trong một lưới ăn phức tạp, bao gồm nhiều xích thức ăn. Trong thủy vực, TVN là
thực vật quang hợp đóng vai trò khởi đầu quan trong xích thức ăn, tiếp nhận năng
lượng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ từ CO2, nước, muối khoáng, sau đó là
nguồn thức ăn cho sinh vật tiêu thụ bậc 1.

Hình 1. Vòng đời của tảo trong hệ sinh thái thủy vực.
Trong hệ sinh thái thủy vực, TVN là những sinh vật có khả năng quang tự
dưỡng, sống lơ lửng trong nước, là một thành phần quan trọng tạo nên năng suất sơ
cấp của thủy vực. Khả năng di chuyển của chúng ngược với sự chuyển động của
khối nước bị giới hạn. Do vậy, các quá trình vật lý xảy ra trong trong môi trường
nước có thể bị chi phối mạnh mẽ đến sự phân bố của chúng. Trong tự nhiên TVN có

vai trò khá phức tạp trong mạng lưới thức ăn trong thủy vực bao gồm cả những vi
mạng lưới thức ăn, chúng là các sinh vật sản xuất tiêu thụ bậc 1 và bậc 2 có ý nghĩa
to lớn trong dòng năng lượng của lưới thức ăn. TVN cũng tạo ra nguồn oxy và vật
chất hữu cơ cho thủy vực. Chúng là nguồn cung cấp thức ăn cho nhiều loài sinh vật
khác trong môi trường nước như các loài động vật nguyên sinh, trùng bánh xe, chân
mái chèo, tôm lân, các loài thân mềm hai mảnh vỏ và nhiều loài cá khác nhau,… và
do vậy, ngay ở mắt xích đầu tiên, TVN đã đảm nhận nhiệm vụ chuyển tải năng
lượng. Nhiều nghiên cứu về sinh thái học cũng đã chứng minh rằng nhiều loài TVN
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

6


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

còn là các chỉ thị sinh học cho sự thay đổi của điều kiện môi trường hoặc các biến
đổi do con người gây ra (Townsend và cs.1994, Kawamiya và cs. 1994, Carstensen
và cs.2004, Marques và cs.2006, Spatharis và cs.2007 và các tài liệu trong đó).
TVN vùng ôn đới phát triển theo mùa rõ rệt,vùng nhiệt đới có thành phần và
số lượng ít biến đổi trong năm. TVN là thức ăn của một số loài cá và của các loài
động vật nổi. Vì vậy nhằm tăng nguồn thức ăn cho cá người ta thường sử dụng phân
bón cả hữu cơ và vô cơ cho ao nuôi. Khi đó TVN sẽ phát triển mạnh mẽ, nguồn
thức ăn cho cá trở nên dồi dào.Tuy nhiên khi thuỷ vực bị ô nhiễm hữu cơ sẽ dẫn đến
sự phát triển quá mức của TVN gây hiện tượng nở hoa nước hoặc hiện tượng phú
dưỡng làm thay đổi màu nước,giảm độ trong của ao nuôi.Khi TVN chết chúng bị
phân huỷ gây mùi thối, hiện tượng này là do vi khuẩn phát triển gây thiếu oxy cho
tôm, cá. Một số loài tảo còn thải chất độc vào nước, gây hại cho nhiều động vật
thuỷ sinh.

Trong thủy vực, tùy theo kích thước mà TVN được chia thành các nhóm sau:
Nhóm thực vật nổi

Kích thước

Picophytoplankton

0,2-2,0 µm

Nanophytoplankton

2-20 µm

Microphytoplankton

20-<200 µm

Mesophytoplankton

0.2-20mm

Bảng 1. Các nhóm kích thước của TVN.
(nguồn: />
Picophytoplankton có kích thước nhỏ nhất (0,2-2,0 µm ), Nanophytoplankton
là những vi tảo có kích thước 2-20 µm. Microphytoplankton có kích cỡ trung bình,
bao gồm những TVN kích thước 20-<200µm. Mesophytoplankton có kích thước lớn
nhất (0,2-20mm) [1]. Cho đến nay,các công trình nghiên cứu về các sinh vật sản
xuất sơ cấp đa số tập trung ở nhóm TVN có kích thước cỡ Microphytoplankton, các
TVN cỡ nhỏ (Nanophytoplankton). Picophytoplankton chủ yếu là sinh thường bị lọt
qua lưới vớt phiêu sinh vật (có đường kính mắc lưới 20 µm), Picophytoplankton là

một nhóm sinh thái riêng (Kumar H. D.,1999). Tuy nhiên, các TVN nhỏ hơn 20µm
này lại có vai trò rất lớn trong lưới thức ăn của môi trường biển, là nhóm sinh vật
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

7


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

quan trọng trong sản xuất năng suất sơ cấp và đồng thời chúng tham gia vào các chu
trình sinh địa hóa của đại dương [5].
Chính vì TVN có kích thước nhỏ như vậy nên chúng chỉ quan sát được dưới
kính hiển vi quang học hoặc đôi khi dùng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để quan
sát chúng một cách chi tiết.

Hình 2. Kính hiển vi quang học dùng để quan sát TVN.
Để dễ dàng trôi nổi trong tầng nước, TVN có một số cấu tạo thích nghi riêng, đó là:
Ở một số loài, vách tế bào kéo dài để tạo các mấu lồi, gai nhỏ, hoặc được
bao bọc bởi lớp chất nhầy, đôi khi màng nhầy có dạng cánh buồm(Mallomonas,
Golenkinia, Microcystis, Asterionela).
Một số khác tích lũy nhiều dầu (lipit), hoặc có không bào khí (tảo silic, tảo
lam).
Nhiều loài có roi, hoặc có khả năng tích lũy các ion kim loại nhẹ Na+, K+,
đào thải các ion kim loại nặng Ca2+, Mg2+ ... (tảo giáp, tảo silic) [15].
1.1.3. Vai trò của TVN trong hệ sinh thái.
TVN chiếm 1% sinh khối của các sinh vật quang hợp trên Trái Đất, tuy nhiên
chúng cung cấp 50% năng suất cấp sơ cấp và là nguồn năng lượng chính cho các hệ
sinh thái thủy vực (Field và cs.,1998). TVN phân bố rộng khắp trong các môi

trường thủy sinh, chúng là cầu nối giữa nhóm sinh vật sản xuất với các bậc dinh
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

8


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

dưỡng cao. TVN đóng vai trò quan trọng trong mạng lưới thức ăn và chu trình sinh
địa hóa của thủy vực và chúng chịu sự chi phối của nhiều yếu tố môi trường như
ánh sáng, pH, nhiệt độ và dinh dưỡng… TVN thường được sử dụng để đánh giá
chất lượng sinh thái của thủy vực do chúng có chu trình phát triển ngắn, phân bố
rộng và phản ứng nhanh với các điều kiện môi trường thay đổi. Thay đổi về cấu trúc
và hoạt động của quần xã TVN nhằm đáp ứng những áp lực môi trường thường dự
báo những thay đổi lâu dài về chức năng của hệ sinh thái bao gồm thay đổi về chu
trình các chất dinh dưỡng, mạng lưới thức ăn, nguồn lợi thủy sản (Paerl and Peierls
2008).

Hình 3. TVN tham gia vào chu trình sinh đia hoá cacbon.
(nguồn:ppdhsinhhoc12.weebly.com)

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

9


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

1.2. TVN và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng.
1.2.1. Cấu trúc quần xã TVN trong hệ sinh thái.
Trong hệ sinh thái thủy vực, sinh trưởng, độ phong phú và thành phần của
quần xã TVN và vi tảo bám chịu ảnh hưởng của tổ hợp các nhân tố vô sinh và hữu
sinh như: dinh dưỡng, ánh sáng, động vật ăn thực vật nổi, trầm tích… (Sin và cs,
1999). Nhu cầu dinh dưỡng cho tảo sinh trưởng và phát triển cần khoảng 20 nguyên
tố dinh dưỡng trong đó Photpho và Nitơ là nguyên tố đóng vai trò quan trọng và
được coi là yếu tố giới hạn cho tăng trưởng của tảo trong thủy vực (Reynolds, 2006)
Nhiều công trình nghiên cứu đã cho thấy gia tăng hàm lượng dinh dưỡng vào thủy
vực làm thay đổi sinh khối, thành phần và cấu trúc quần xã tảo (Stevenson 1996,
Pan và cs 1996; Holopainen và Letanskaya 1999; Stevenson và Smol 2001;
Örnólfsdóttir và cs, 2004). Theo Holopainen và Letanskaya (1999), hiện tượng phì
dưỡng gia tăng (do gia tăng quá mức các chất dinh dưỡng) không chỉ làm thay đổi
thành phần loài mà còn kích thích sinh trưởng (sinh khối tăng từ 6 đến 20 lần) và
tăng năng suất sơ cấp của tảo tại hồ Ladoga (Nga). Trong một nghiên cứu khác,
thay đổi dinh dưỡng ở hồ Pontchartrain (Mỹ) đã tác động đến biến động cấu trúc
quần xã TVN. Vào thời điểm đập tràn mở (hồ được bổ sung nước từ sông
Mississippi), quần xã TVN đại diện bởi các loài tảo silíc và tảo lục. Ngay sau khi
cửa đập đóng (hàm lượng dinh dưỡng giảm đáng kể), nhóm tảo silíc đã bị thay thế
bởi nhóm vi khuẩn lam (Bargu và cs, 2011). Kết quả nghiên cứu từ các thí nghiệm
mesocosm cho thấy, phản ứng của quần xã tảo với nguồn dinh dưỡng là khác nhau
phụ thuộc vào mối tương tác của các thành phần trong quần xã và thành phần dinh
dưỡng của hệ thống mesocosm (Acuña và cs, 2008). Nhiều thực nghiệm đã chứng
minh rằng, khi hàm lượng dinh dưỡng tăng lên trong các hệ thống mesocosm hoặc
trong hệ thủy sinh phì dinh dưỡng thì: i) sinh khối tảo không tăng, nhưng có sự khác
biệt trong thành phần thực vật phù du; (ii) chỉ có sinh khối tảo tăng; (iii) cả sinh
khối và thành phần quần xã có sự thay đổi ở các mùa khác nhau và phụ thuộc vào
thời gian kéo dài thí nghiệm (Pilkaitytė và Razinkovas, 2007; Acuña và cs, 2008;

Domingues và cs, 2011; Rukminasari và Redden, 2011; Altman và Paerl, 2012).
Hơn nữa, các loài tảo không chỉ bị tác động bởi mức độ dinh dưỡng mà còn phụ
thuộc và tỷ lệ của các chất dinh dưỡng như C:N:P:S (Stelzer và Lamberti, 2001;
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

10


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

Lagus và cs, 2004). Ngoài ra, ở các điều kiện dinh dưỡng khác nhau, nhiều loài và
nhóm tảo chị thị đã được xác định. Nhìn chung, quần xã tảo tại thủy vực nghèo dinh
dưỡng thường được đại diện bởi các loài tảo vàng ánh, tảo lục, tảo giáp và tảo silíc
trong khi đó quần xã tảo ở thủy vực giàu dinh dưỡng chiếm ưu thế bởi các loài tảo
mắt, tảo lục và VKL.
Thay đổi về năng suất và thành phần quần xã tảo có thể do biến động của khí
hậu như gió mùa (Yin, 2002), bão (Paerl và cs 2001, 2006) và lượng mưa (Paerl
1995; Adolf và cs, 2006). Thật vậy, trong các hệ sinh thái thủy vực vùng nhiệt đới,
động thái của quần xã TVN được đặc trưng bởi thay đổi giữa hai mùa khô và mùa
mưa: nhóm tảo lục/VKL tại hồ Tanganyika (Descy và cs, 2005); nhóm tảo
silic/VKL tại hồ Victoria (Kennya) hồ Guiers (Senegal) và hồ Dongping (Trung
Quốc) (Lung’ayia và cs, 2000; Bouvy và cs, 2006; Tian và cs, 2012) và nhóm tảo
silic/tảo lục ở hồ Ogeube (Tây Phi) (Nweze,2006). Một số công trình nghiên cứu
gần đây đã chỉ ra rằng, nhiệt độ ấm lên toàn cầu có thể làm biến đổi toàn bộ chức
năng của hệ sinh thái thủy sinh và là nguyên nhân dẫn đến những thay đổi và phân
bố về không gian và thời gian cũng như thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các loài
VKL độc (Wagner và Adrian, 2009; Paerl và Paul, 2012). Mối quan hệ giữa khí hậu
ấm lên và tăng trưởng sinh khối thực vật cũng được chứng minh qua các thực

nghiệm trong đó các nhóm tảo khác nhau phản ứng khác nhau với những thay đổi
của điều kiện khí hậu (Arheimeret và cs, 2005; Domiset và cs, 2007).
Cấu trúc quần xã tảo cũng bị tác động của các chất ô nhiễm ngày càng gia tăng
trong các thủy vực. Mức độ nhạy cảm của quần xã tảo, đặc biệt là tảo silic bám đối
với kim loại nặng, thuốc trừ sâu và một số các chất ô nhiễm khác đã được xác định
qua các điều tra khảo sát hiện trường và các thực nghiệm trong điều kiện phòng thí
nghiệm (Morin và cs, 2007; 2008; 2009; Rimet và Bouchez, 2011; Kim và cs,2014).
Tính đặc hiệu nhạy cảm của tảo đối với kim loại nặng, thuốc trừ sâu hay các chất ô
nhiễm khác được thể hiện qua sự thay đổi về độ phong phú tương đối của các loài
trong quần xã (Morin và cs, 2008; 2009) hoặc tỷ lệ các loài có cấu trúc bất thường
tăng lên (Morin và cs,2007; Duong và cs,2010). Tiếp xúc dài hạn với các chất ô
nhiễm các loài nhạy cảm với ô nhiễm trong quần xã sẽ được thay thế bởi các loài
chịu đựng hơn, tính chống chịu của quần xã được tăng lên (Blanck và cs,1988).
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

11


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

1.2.2. Một số yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của TVN.
1.2.2.1. Dinh dưỡng.
Nguồn dinh dưỡng là một yếu tố rất quan trọng cho sự phát triển của TVN.
Theo nghiên cứu của Chiristie (1973) khi nghiên cứu khu hệ TVN ở Vịnh Quine
Canada từ 1967-1968 đã xác định được hàm lượng Nitơ, Photpho, Silic hoà tan có
quan hệ trực tiếp đến mật độ TVN. Số lượng tế bào tăng nhanh khi hàm lượng
Photpho và Nitơ trong nước tương ứng đạt từ 0,01mg/l và 0,1 mg/L [13]. Với 3
nguyên tố N: Si: P thì tỉ lệ tối ưu của chúng cho sự phát triển của TVN là 16:6:1 đây

được gọi là tỉ lệ tối ưu để TVN phát triển mạnh mẽ nhất. Tỉ lệ này thay đổi khi sử
dụng phân bón tràn lan, nước thải mang theo nguồn ô nhiễm ồ ạt qua hệ thống sông,
hồ...Hai nguyên tố Nitơ và Photpho, đặc biệt là các muối đa lượng của Nitơ và
Photpho thường có mặt trong môi trường nước hoặc là do nguồn ngoại lai, bao gồm
nước thải sinh hoạt đô thị, nước thải công nghiệp, nước rửa trôi đất canh tác, khai
thác khoáng sản trong lưu vực và nước thoát sau mưa...hoặc là do nguồn nội tại có
sẵn trong thuỷ vực, là sản phẩm của quá trình quang hợp, trao đổi chất và năng
lượng trong chu trình sống của các loài thuỷ sinh trong thuỷ vực. Nguồn ngoại lai
thường cung cấp một lượng Nitơ và Photpho lớn vào môi trường. Có một lưu ý rằng
Nitơ ảnh hưởng đến TVN trong môi trường biển, Photpho thường ảnh hưởng đến
TVN trong môi trường nước ngọt [16].
Nitơ (N).
Nitơ là yếu tố cần thiết của mọi tế bào sống và là một trong những nguyên tố
chủ yếu tạo nên các vật chất hữu cơ. Trước hết nó tham gia vào quá trình tổng hợp
Axit amin và Protein. Trên Trái Đất, hầu hết dạng phân tử Nitơ được cung cấp vào
môi trường nước thông qua quá trình lắng đọng khí quyển và quá trình cố định đạm.
Không giống như Photpho, Nitơ chuyển động dễ dàng vào và ra khỏi hệ sinh thái ở
dạng phân tử (Ressom và cs,1994) [17]. Các hợp chất Oxit Nitơ (NO, N2O, N2O5. ..)
xuất hiện trong khí quyển do quá trình đốt nhiên liệu ở nhiệt độ cao. Trong khí
quyển, các Oxit Nitơ sẽ chuyển hoá thành Nitrat rồi theo nước mưa xuống đất.
Nitrat nằm trên mặt đất theo nước mưa chảy tràn hoặc được đổ vào cống thoát nước
rồi xâm nhập vào mặt nước ngầm.

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

12


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

Photpho (P).
Photpho được coi là yếu tố dinh dưỡng giới hạn quan trọng nhất trong các yếu
tố dinh dưỡng. Tế bào cần Photpho để tổng hợp Axit nucleic, Photpholipit và nhiều
hợp chất quan trọng khác trong tế bào. Photpho có nguồn cung cấp chính là nước
thải chứa nhiều chất tẩy rửa, nguồn nước thải từ các đô thị đã góp một lượng đáng
kể Photpho.
Gần đây nhờ vào mô hình toán học, Hakanson và cs (2007) đã giới thiệu hệ
thống phân loại các mức độ dinh dưỡng khác nhau dựa vào các chỉ tiêu như độ
trong, hàm lượng Chl a, TN, TP và VKL trong các môi trường nước ngọt (độ muối
từ 0 đến 5%o), nước lợ (độ muối từ 5 đến 20%o) và nước mặn (>20%o) [10].
Mức dinh dưỡng

3

Hồ

Phú dưỡng
Phì dưỡng

Mức dinh dưỡng

Phú dưỡng

Mức dinh dưỡng
Nghèo dinh dưỡng
Nước mặn Trung dưỡng

SD

3

(mg/m )

(mg/m )

(m)

<350

<10

<3,5

>4

350-650

10-30

3,5-9

2-9

650-1200

30-100

9-25

1-2

>1200

>100

>25

<1

TN

TN

Chl a

Chl a đáy

(mg/m3)

(mg/m3) (mg/m3)

<700

Nghèo dinh dưỡng
Sông,suối Trung dưỡng

Chl a
3

(mg/m )

Nghèo dinh dưỡng
Trung dưỡng

TP

TN

700-1500

<25
25-75

>1500

<10
10-30

>75

>30

(mg/l)
<20
20-70
>70

TN

TP

Chl a

Chl a đáy

(mg/m3)

(mg/m3)

(mg/m3) (mg/l)

<260

<10

<1

>6

260-350

10-30

1-3

3-6

30-40

3-5

1,5-3

>40

>5

<1,5

Phú dưỡng

350-400

Phì dưỡng

>400

Bảng 2. Phân loại mức độ ô nhiễm dinh dưỡng một số hồ, suối, sông và các
vùng biển ( theo Dodd và cs,1998 ) [11].
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

13


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

Tìm hiểu về dinh dưỡng của TVN ta cần quan tâm nhất đến hiện tượng phú
dưỡng hay còn gọi là hiện tượng nở hoa trong nước.
Phú dưỡng hoá là một thuật ngữ sinh thái được sử dụng để mô tả các quá
trình làm giàu quá mức chất dinh dưỡng vô cơ cùng với dinh dưỡng có nguồn gốc
từ thực vật trong môi trường nước, thông thường là muối Nitrat và Photphat, gây ra
hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo được gọi là hiện tượng nở hoa trong nước
(Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết, 2005) [6].
Hiện tượng nở hoa trong nước được các nhà khoa học nghiên cứu từ những
năm 70. Năm 1979 có hai cuộc hội thảo về sự nở hoa của các loài tảo roi có độc tố
ở Miama và Florida (Taylor và Seliger,1979). Tiếp theo đó là các cuộc hội thảo
được tổ chức ở Canada (1985); ở Nhật (1997); Thuỵ Điển (1989), ở Mỹ (1991), ở
Pháp (1993), Nhật Bản (1995), Tây Ban Nha (1997). Nhiều tài liệu dẫn chứng hiện
tượng thuỷ triều đỏ hay còn gọi là sự nở hoa của thực vật phù du biển (các loai tảo
giáp có tính độc) ở các vùng ôn đới ( Bắc Mỹ, châu Âu, Nhật Bản và Nam châu Úc)
đã đe doạ đến ngành khai thác và nuôi trồng thuỷ sản. Một số nhà khoa học cho
rằng thuỷ triều thường xảy ra sau mưa lớn. Đặc biệt là có liên quan đến nguồn dinh
dưỡng do phù sa từ đất liền đổ ra. Ngoài ra hiện tượng này có thể xảy ra do sự phá
rừng đã làm tăng lượng chất mùn theo dòng nước chảy ra biển hay do điều kiện khí
hậu không được bình thường đã kích thích sự nở hoa của tảo. Tuy nhiên mật độ
bùng nổ tảo của các loài tảo thường khác nhau (ví dụ tảo Aureococcus đạt 109 tế
bào/1L, tảo Protogonyaux đạt 105 tế bào/1L trong thời gian bùng nổ).
Môi trường nước phú dưỡng tác động tới hệ sinh thái trong các thuỷ vực, độ
đục, tăng tốc độ sa lắng, giảm hàm lượng oxy hoà tan trong nước, giảm đa dạng
sinh học,...và mất cân bằng sinh thái trong thuỷ vực. Các loài tảo phát triển bùng nổ,
khi chúng chết sẽ lấp dần dung tích hồ chứa và trên thế giới đã có hiện tượng các hồ
biến mất hoàn toàn do hiện tượng này xảy ra trong thời gian dài.
1.2.2.2. Ánh sáng.
Quang hợp là quá trình thu nhận năng lượng ánh sáng Mặt trời của thực vật,
tảo và một số vi khuẩn để tạo ra hợp chất hữu cơ phục vụ bản thân cũng như làm
nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật trên Trái Đất. Năng lượng hóa học này được

lưu trữ trong các phân tử Carbohydrate (VD: đường) và được tổng hợp từ Carbon
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

14


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

dioxide (CO2) và nước. Điều này chứng tỏ rằng ánh sáng có vai trò rất lớn trong quá
trình sinh trưởng và phát triển của TVN [18].
TVN chứa một số loại khác nhau của các sắc tố mà hỗ trợ trong quá trình
quang hợp. Những sắc tố bao gồm: chlorophyll a và b (màu xanh), carotenoid (màu
vàng và màu da cam) và phycobilins (màu đỏ và màu xanh). TVN có sự sinh trưởng
và phát triển mạnh mẽ nhất khi cường độ ánh sáng tối ưu với chúng.
Ở một ngày trong lành, cường độ bức xạ mặt trời gia tăng từ 0 trước lúc bình
minh và đạt cực đại vào lúc giữa trưa (14 giờ-16 giờ). Quá trình quang hợp của
TVN tăng khi cường độ bức xạ mặt trời tăng và sẽ giảm khi cường độ bức xạ mặt
trời giảm. Khi chiếu tới mặt nước ánh sáng không hoàn toàn xâm nhập vào cột nước
mà một phần bị phản xạ lại không khí. Khả năng xâm nhập của ánh sáng vào môi
trường nước phụ thuộc vào tính phẳng lặng của mặt nước và góc tới của tia sáng so
với mặt nước. Những tia sáng chiếu gần thẳng góc với mặt nước sẽ xâm nhập vào
nước nhiều. Cường độ ánh sáng sẽ giảm khi xuyên qua cột nước vì bị phân tán và
hấp thu bởi cột nước. Các tia sáng có bước sóng dài (đỏ, cam) và ngắn (hồng ngoại,
tím) thì bị triệt tiêu nhanh hơn các tia sáng có bước sóng trung bình (lục, lam và
vàng). Quá trình quang hợp của TVN không thể thực hiện được khi cường độ ánh
sáng thấp hơn 1%. Tầng nước nhận được hơn 1% cường độ ánh sáng được gọi là
tầng ánh sáng hay tầng quang hợp (photic layer). Nước trong ao nuôi tôm, cá
thường đục do TVN phát triển mạnh nên tầng ánh sáng của nó thường thấp. Theo

Boyd (1990) thì tầng ánh sáng thường gấp đôi độ trong của nước và được giới hạn
đến độ sâu tối đa mà ánh sáng có thể xuyên qua. Vào mùa hè, cường độ ánh sáng
lớn hơn mùa đông, vì vậy TVN có sự sinh trưởng và phát triển mạnh mẽ hơn so với
mùa đông (Yentsch 1981) [2].
1.2.2.3. Nhiệt độ.
Nguồn nhiệt chính làm cho nước trong các thủy vực ấm lên là do năng lượng
ánh sáng mặt trời cung cấp. Ngoài ra, còn có thể do năng lượng sinh ra trong quá
trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước và nền đáy của thủy vực,
nhưng năng lượng sinh ra bởi các quá trình oxy hoá này không đáng kể so với năng
lượng mặt trời cung cấp. Do đó, nhiệt độ của nước thay đổi theo vị trí địa lý của
thủy vực, theo mùa, theo thời tiết và theo ngày đêm. Sự thay đổi nhiệt độ của nước
K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

15


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

trong các thủy vực theo ngày đêm gắn liền với cường độ chiếu sáng của mặt trời
trong ngày. Thường nhiệt độ của nước trong các thủy vực thấp nhất vào buổi sáng
lúc 2 giờ-5 giờ, cao nhất vào buổi chiều lúc 14 giờ-16 giờ và lúc 10 giờ nhiệt độ của
nước trong thủy vực gần tới nhiệt độ trung bình ngày đêm. Biên độ dao động nhiệt
độ trong ngày đêm lớn hay nhỏ phụ thuộc vào tính chất của thủy vực: các thủy vực
nhỏ và nông có biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm lớn hơn các thủy vực lớn và
sâu. Sự thay đổi nhiệt độ theo ngày đêm ở các ao nông có thể rất đáng kể: ở tầng
mặt sự chênh lệch nhiệt độ ngày đêm có thể tới 10o C, ở độ sâu 20 cm là 5oC còn ở
đáy ao là 2o C. Trong thủy vực năng lượng nhiệt có thể bị mất đi do nước bốc hơi,
phát xạ nhiệt, hấp thụ vào nền đáy hoặc dòng chảy ra khỏi thủy vực.

Nước cấp vào

Bức
xạ mặt
trời

Truyền
nhiệt

Bức xạ
từ nước

Bốc hơi

Nước thoát ra

Nước ao hồ

Nhiệt bị mất
do bị hấp thụ
vào nền đáy.

Hình 4. Năng lượng nhiệt chảy vào và ra khỏi thủy vực nước ngọt.
Số liệu từ F. W. Wheaton, 1977. Trích dẫn bởi C.K. Lin & Yang Yi (2001)
Khả năng sinh sản của TVN liên quan trực tiếp đến nhiệt độ.Việc xác định
được khoảng nhiệt độ tối ưu cho từng loài tảo rất quan trọng nhất là trong nuôi tảo..
Tốc độ phân chia tế bào sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng lên 10oC. Do đó, tốc tăng
trưởng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ (Harris 1986) [7].
Mỗi loài TVN sẽ thích ứng với một nhiệt độ khác nhau và được chia thành
các nhóm sau:

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

16


Khóa luận Tốt nghiệp 2015
•

Cao Thị Giang

Nhóm nhiệt rộng gồm các loài tảo thích ứng với khoảng nhiệt độ từ 10oC

đến 30oC như các loài tảo lục (Tetraselmis suesia, T.chui, Dunaliella tertiolecta,
Nanochloris atomus...), tảo silic (Chaetoceros calcitrans, C.gracilis...).
•

Nhóm các loài tảo chỉ phát triển tốt ở nhiệt độ từ 10oC đến 20oC như tảo

silic (Thalasiosira pseudonana...).
• Nhóm các loài tảo nhiệt đới và cận nhiệt đới phát triển tốt ở nhiệt độ 15oC
đến 30oC (Chaetoceros.ceratosporum, Isochrysissp, Pavlovasalina...).
Tóm lại theo Goldman 1977 mỗi loài TVN có khoảng nhiệt độ tối ưu
khác nhau để chung có thể phát triển tốt nhất. Điều này lý giải vì sao tuỳ từng mùa
mà một loài tảo nào đó trở lên chiếm ưu thế [3].
1.2.2.4. Các yếu tố khác.
Ảnh hưởng của độ mặn.
Độ mặn cũng có sự ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của TVN đặc biệt là
thành phần, hàm lượng sắc tố trong tế bào. Nhiều loài TVN có khả năng thích ứng
với độ mặn rộng (7%o-35%o) như: Isochrysis sp, Chaetoceros gracilis, C.calitrans,

Tetraselmis chuii. Trong khi một số loài lại không thể phát triển trong môi trường
có độ mặn thấp như Skeletonema costatum thích ứng với độ mặn từ 14-35%o, trong
khi đó Pavlova salima thích ứng với độ mặn từ 21-35%o.
Bên cạnh đó độ muối còn ảnh hưởng đến khả năng keo tụ của các hạt lơ lửng
(Hakanson,2006) [20], liên quan tới sự thay đổi về độ trong của nước và do đó cũng
điều chỉnh quá trình sản xuất sơ cấp. Nước càng mặn, keo tụ của các hạt lơ lửng
càng lớn và độ trong của nước càng giảm và ngược lại [19].
Ảnh hưởng của dòng chảy.
Sự xáo trộn trong cột nước liên quan đến nhiệt độ và sự phân tầng có vai trò
nhất định cho sự sinh trưởng và phát triển của TVN. Khi thuỷ triều xuống thấp,dòng
nước chuyển động chậm hơn thì tỷ lệ quang hợp và khả năng hấp thụ chất dinh
dưỡng tăng.. Mặt khác khi thuỷ triều lên, quang hợp được giảm do thiếu ánh sáng
do sự tăng độ đục và pha trộn của các sinh vật phù du vùng nước sâu hơn (Legendre
1981). Tốc độ dòng chảy rất quan trọng trong việc cân bằng giữa mức độ ánh sáng
và lượng dinh dưỡng cần thiết để duy trì sự sinh trưởng và phát triển của TVN.

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

17


Khóa luận Tốt nghiệp 2015

Cao Thị Giang

Các nguyên tố vi lượng.
Các nguyên tố vi lượng như Co, Fe, Mn, Mo cũng rất cần thiết đế sự phát triển
của TVN chúng tác động đến quá trình trình trao đổi chất của TVN, thường đóng
vai trò là các coenzyme cần thiết cho hoạt động xúc tác của nhiều enzym. Tuy vậy,
vai trò của các nguyên tố vi lượng đối với sự phát triển của TVN lại tương đối khác

nhau. Cu và Mn có tác động đối với TVN ở nồng độ thấp (µmol) thì Fe và Mo lại
kích thích sinh trưởng của TVN (Dawes 1998).
Sự ảnh hưởng của chúng cụ thể như sau:
• Cu: ảnh hưởng của đồng trong nước là làm suy yếu chức năng mạng lưới
thức ăn (Havens, 1994). Quá trình oxy hoá của ion đồng ở nồng độ cao, phổ biến là
đồng sunfat (CuSO4.5H2O) gây ra vỡ màng tế bào và phá huỷ TVN [19].
• Fe: tác động của Fe được thể hiện thông qua việc hợp chất chứa sắt tham
gia vào quá trình trao đổi chất bên trong của TVN và đóng vai trò thiết yếu là khử C
trong quang hợp và khử N. Thiếu Fe thường dẫn đến giảm sinh tổng hợp các sắc tố
quang hợp phá huỷ cấu trúc của màng quang hợp và làm giảm hiệu suất quang hợp
khiến cho TVN không thể phát triển tạo sự nở hoa trong nước (Ressom và cs,1994)
[17].
• Mo và Zn: TVN cũng cần các nguyên tố vi lượng như Mo và Zn để sinh
trưởng tuy nhiên nhu cầu sử dụng Mo thấp hơn nhiều so với Fe và Cu do Mo chỉ
tham gia vào quá trình trao đổi N. Thiếu Mo thì tốc độ cố định Nitơ và tốc độ khử
NO3- cũng sẽ bị giảm. Bên cạnh đó TVN lại cần Zn để có thể sinh trưởng tối ưu và
sản sinh ra độc tố (Resom và cs,1994) [17].
1.3. Sử dụng TVN trong quan trắc chất lượng môi trường nước.
Hiện nay trong quan trắc chất lượng môi trường nước người ta thường dùng
sinh vật chỉ thị (chỉ thị sinh học). Để hiểu thêm về vấn đề này ta cần hiểu được các
vấn đề sau:
• Thế nào là chỉ thị sinh học?
• TVN trong chỉ thị chất lượng nước.
• Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị và ứng dụng.

K18 – 1101 – Khoa Công nghệ Sinh học

18