Luận án tiến sĩ nghiên cứu đa dạng của họ bọ cánh cứng ăn lá chrysomelidae và mối qjuan hệ của chúng với thực vật trong điều kiện môi trường vườn quốc gia núi chúa tỉnh ninh thuận bằng phương pháp sinh học phân tử

Nghiên cứu đa dạng họ bọ cánh cứng Chrysomelidae và mối quan hệ với thực vật tại vườn quốc gia Núi Chúa, Ninh Thuận bằng phương pháp sinh học phân tử.

• Tác giả: Nguyễn Thị Định
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Jesús Gómez-Zurita
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Sinh thái học
• Đề tài: Nghiên Cứu Đa Dạng Họ Bọ Cánh Cứng Ăn Lá Tại Vườn Quốc Gia Núi Chúa, Ninh Thuận
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Các vấn đề liên quan đến luận án
• 1.2. Sử dụng công cụ sinh học phân tử để đánh giá đa dạng sinh học
• 1.3. Đa dạng sinh học và những vấn đề liên quan
• 1.4. Sử dụng công cụ sinh học phân tử để tăng tốc độ đánh giá đa dạng sinh học
• 1.5. Sự không đồng nhất của môi trường và ảnh hưởng của nó đến đa dạng sinh học
• 1.6. Chrysomelidae là đối tượng thích hợp để áp dụng công cụ sinh học phân tử trong đánh giá đa dạng sinh học và nghiên cứu sự phụ thuộc lẫn nhau trong hệ sinh thái
• 1.7. Tình hình nghiên cứu Chrysomelidae ở Việt Nam
• 1.8. Tình hình nghiên cứu Chrysomelidae trên thế giới
• 1.9. Khái quát về điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu
• 1.9.1. Vị trí địa lý
• 1.9.2. Khí hậu, thủy văn
• 1.9.3. Đặc điểm sinh thái thảm thực vật
• 1.9.4. Hệ động, thực vật
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp thu mẫu và phân chia sinh cảnh ở VQG Núi Chúa
• 2.2. Thiết kế và thu thập mẫu vật
• 2.3. Phân chia sinh cảnh trong khu vực thu mẫu ở VQG Núi Chúa
• 2.4. Phương pháp sinh học phân tử
• 2.4.1. Phương pháp xác định loài Chrysomelidae
• 2.4.2. Phương pháp xác định thức ăn của các loài Chrysomelidae ở VQG Núi Chúa
• 2.4.3. Đánh giá độ giàu loài tiềm năng của Chrysomelidae ở VQG Núi Chúa
• 2.4.4. Nhóm các phương pháp xác định mối liên quan của Chrysomelidae với điều kiện môi trường
• 2.4.5. Phân tích biến động của quần xã Chrysomelidae theo không gian
• 2.4.6. Phân tích sự sắp xếp hợp quy chuẩn (CCA) để tìm ra nhân tố tác động tới mối liên hệ giữa Chrysomelidae và thực vật chủ của chúng
• 2.4.7. Đánh giá đa dạng beta của mối tương tác giữa các loài Chrysomelidae và thực vật chủ của chúng theo độ cao (sinh cảnh)
• 2.4.8. Phân tích mô hình của mạng lưới tương tác giữa các loài Chrysomelidae và thực vật chủ của chúng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Phân định vùng chuyển tiếp sinh thái
• 3.2. Đa dạng loài Chrysomelidae thu được ở VQG Núi Chúa
• 3.3. Đa dạng loài Chrysomelidae thu được ở VQG Núi Chúa dựa trên đặc điểm hình thái
• 3.4. Đa dạng loài Chrysomelidae thu được ở VQG Núi Chúa dựa trên dữ liệu ADN
• 3.5. Tiềm năng đa dạng loài Chrysomelidae đạt được ở VQG Núi Chúa
• 3.6. Đánh giá độ giàu loài của Chrysomelidae ở VQG Núi Chúa
• 3.7. Thực vật chủ của Chrysomelidae
• 3.8. Sự biến đổi của quần xã Chrysomelidae và thức ăn của chúng theo sự thay đổi độ cao ở VQG Núi Chúa
• 3.9. Cấu trúc của quần xã Chrysomelidae xuyên qua không gian và độ cao ở VQG Núi Chúa
• 3.10. Ảnh hưởng của mô hình “mid-domain” (sự chiếm cứ giữa lãnh thổ) tới Chrysomelidae ở VQG Núi Chúa
• 3.11. Sự biến động của quần xã Chrysomelidae theo không gian
• 3.12. Sự thay đổi của tương tác giữa Chrysomelidae và thực vật chủ theo sự thay đổi của độ cao
• 3.13. Sự sắp xếp phù hợp với quy chuẩn. Đa dạng beta của tương tác Galerucinae và thực vật chủ theo sự thay đổi độ cao ở VQG Núi Chúa
• 3.14. Hoạt động bảo tồn ở VQG Núi Chúa cần chú ý đến sự mất môi trường sống của quần xã Chrysomelidae
• DANH SÁCH TÀI LIỆU TRÍCH DẪN
• DANH SÁCH CÁC CÔNG BỐ

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Đa Dạng Họ Bọ Cánh Cứng Ăn Lá

Nghiên cứu đa dạng của họ bọ cánh cứng ăn lá (Chrysomelidae) tại Vườn Quốc Gia Núi Chúa, Ninh Thuận, mang lại cái nhìn sâu sắc về sự phong phú của hệ sinh thái nơi đây. Họ bọ cánh cứng này không chỉ là một phần quan trọng trong chuỗi thức ăn mà còn có vai trò trong việc duy trì sự cân bằng sinh thái. Việc nghiên cứu này giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa chúng và thực vật, từ đó có thể đưa ra các biện pháp bảo tồn hiệu quả.

1.1. Đặc Điểm Sinh Thái Của Vườn Quốc Gia Núi Chúa

Vườn Quốc Gia Núi Chúa có hệ sinh thái đa dạng với nhiều loại thực vật và động vật. Đặc điểm khí hậu và địa hình nơi đây tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loài bọ cánh cứng. Sự đa dạng sinh học ở đây không chỉ phong phú mà còn đặc sắc, với nhiều loài chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng.

1.2. Vai Trò Của Bọ Cánh Cứng Trong Hệ Sinh Thái

Bọ cánh cứng ăn lá đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự phát triển của thực vật. Chúng không chỉ là thức ăn cho nhiều loài động vật khác mà còn giúp duy trì sự cân bằng sinh thái. Nghiên cứu về chúng giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ phức tạp trong hệ sinh thái.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Đa Dạng Họ Bọ Cánh Cứng

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nghiên cứu đa dạng họ bọ cánh cứng tại Vườn Quốc Gia Núi Chúa cũng gặp phải nhiều thách thức. Các yếu tố như biến đổi khí hậu, sự xâm lấn của loài ngoại lai và sự thay đổi môi trường sống đang đe dọa đến sự tồn tại của nhiều loài bọ cánh cứng. Việc nhận diện và bảo tồn các loài này là rất cần thiết.

2.1. Biến Đổi Khí Hậu Và Ảnh Hưởng Đến Đa Dạng Sinh Học

Biến đổi khí hậu đang làm thay đổi môi trường sống của nhiều loài bọ cánh cứng. Nhiệt độ tăng cao và sự thay đổi lượng mưa có thể ảnh hưởng đến sự phát triển và sinh sản của chúng. Điều này cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đưa ra các biện pháp ứng phó.

2.2. Sự Xâm Lấn Của Loài Ngoại Lai

Sự xâm lấn của các loài ngoại lai có thể gây ra sự cạnh tranh gay gắt với các loài bản địa. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sự đa dạng của họ bọ cánh cứng mà còn làm thay đổi cấu trúc của hệ sinh thái. Cần có các nghiên cứu để đánh giá tác động của vấn đề này.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Đa Dạng Họ Bọ Cánh Cứng

Nghiên cứu đa dạng họ bọ cánh cứng tại Vườn Quốc Gia Núi Chúa được thực hiện bằng nhiều phương pháp sinh học phân tử hiện đại. Các phương pháp này giúp xác định chính xác các loài và mối quan hệ của chúng với thực vật. Việc áp dụng công nghệ mới trong nghiên cứu sẽ mang lại kết quả chính xác hơn.

3.1. Sử Dụng Công Nghệ Sinh Học Phân Tử

Công nghệ sinh học phân tử cho phép xác định các loài bọ cánh cứng thông qua phân tích ADN. Phương pháp này giúp phát hiện các loài mới và đánh giá sự đa dạng sinh học một cách hiệu quả.

3.2. Phân Tích Mối Quan Hệ Giữa Bọ Cánh Cứng Và Thực Vật

Nghiên cứu mối quan hệ giữa bọ cánh cứng và thực vật chủ của chúng là rất quan trọng. Phân tích này giúp hiểu rõ hơn về cách thức tương tác giữa các loài trong hệ sinh thái và ảnh hưởng của chúng đến sự phát triển của thực vật.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Đa Dạng Họ Bọ Cánh Cứng Tại VQG Núi Chúa

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự đa dạng của họ bọ cánh cứng tại Vườn Quốc Gia Núi Chúa rất phong phú. Nhiều loài mới đã được phát hiện và ghi nhận. Những phát hiện này không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa trong việc bảo tồn đa dạng sinh học.

4.1. Đánh Giá Đa Dạng Loài Chrysomelidae

Kết quả cho thấy có nhiều loài Chrysomelidae mới được phát hiện tại VQG Núi Chúa. Điều này cho thấy sự phong phú của hệ sinh thái nơi đây và cần có các biện pháp bảo tồn phù hợp.

4.2. Mối Quan Hệ Giữa Chrysomelidae Và Thực Vật

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mối quan hệ giữa Chrysomelidae và thực vật chủ rất chặt chẽ. Sự thay đổi trong thành phần thực vật có thể ảnh hưởng đến sự phân bố và đa dạng của các loài bọ cánh cứng.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Đa Dạng Họ Bọ Cánh Cứng

Nghiên cứu đa dạng họ bọ cánh cứng ăn lá tại Vườn Quốc Gia Núi Chúa đã cung cấp nhiều thông tin quý giá về sự phong phú của hệ sinh thái. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu khoa học mà còn góp phần vào công tác bảo tồn đa dạng sinh học tại khu vực này.

5.1. Ý Nghĩa Của Nghiên Cứu Đối Với Bảo Tồn

Kết quả nghiên cứu giúp nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của việc bảo tồn đa dạng sinh học. Việc bảo tồn các loài bọ cánh cứng không chỉ bảo vệ hệ sinh thái mà còn bảo vệ các loài thực vật mà chúng phụ thuộc.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và sự xâm lấn của loài ngoại lai đến sự đa dạng của họ bọ cánh cứng. Các nghiên cứu này sẽ giúp đưa ra các biện pháp bảo tồn hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Các vấn đề liên quan đến luận án 1. Sử dụng công cụ sinh học phân tử để đánh giá đa dạng sinh học 1. Đa dạng sinh học và những vấn đề liên quan Định nghĩa đa dạng sinh học: Theo Luật Đa dạng sinh học (2008) thì “Đa dạng sinh học là sự phong phú về gen, loài sinh vật và hệ sinh thái trong tự nhiên”.

Ba cấp độ này làm việc cùng nhau để tạo ra sự phức tạp của sự sống trên Trái đất [1]. Sự đa dạng di truyền ở cấp độ cơ bản nhất của nó được thể hiện bởi sự khác biệt trong trình tự của các nucleotide (adenine: A, cytosine: C, guanine: G, thymine: T…) hình thành nên ADN trong các tế bào của sinh vật. ADN được chứa trong các nhiễm sắc thể có mặt trong tế bào; một số nhiễm sắc thể được chứa trong các bào quan của tế bào (ví dụ, các nhiễm sắc thể của ty thể và lục lạp). Mỗi một gen là một đoạn của ADN nằm trên nhiễm sắc thể và quy định một đặc tính cụ thể của một sinh vật.

Whittaker (1972) đưa ra 3 khái niệm đa dạng trong sinh thái học: đa dạng alpha, đa dạng bê ta và đa dạng gamma. Đa dạng alpha đánh giá đa dạng cho tập hợp mẫu từ một quần xã nhất định. Đa dạng beta đánh giá sự thay thế loài hay sự thay đổi thành phần sinh vật khi chuyển từ quần xã này sang quần xã khác. Đa dạng gamma đánh giá sự phong phú loài của một loạt sinh cảnh (một cảnh quan, một khu vực địa lý hoặc một hòn đảo), nó là hệ quả của đa dạng alpha của các quần xã thành phần và của đa dạng beta giữa chúng [2].

Mora et al. (2011) dự đoán có khoảng 8,7 triệu (± 1,3 triệu) loài có nhân trên toàn cầu; trong đó có khoảng 2,2 triệu (± 0,18 triệu) là sống dưới biển. Họ cho rằng khoảng 86% các loài đang tồn tại trên trái đất và 91% các loài trong đại dương vẫn đang chờ đợi mô tả [3]. Đến nay, tổng số loài mô tả được chấp nhận trên thế giới được ước tính là gần 1.000 loài và có khoảng 18.000 loài mới được miêu tả mỗi năm (năm 2007) (Chapman 2009) [4].

Nhiều loài đã tuyệt chủng trong lịch sử địa chất của trái đất. Lý do chính cho những sự tuyệt chủng là sự thay đổi môi trường hoặc sự cạnh tranh sinh học. Tỷ lệ tuyệt chủng gây ra bởi con người lớn hơn tỷ lệ tuyệt chủng tự nhiên của chúng khoảng từ 1. Hiện nay, sự tác động của con người 4 gây ra sự tuyệt chủng của các loài sinh vật trên trái đất là một trong những vấn đề môi trường lớn nhất đối với nhân loại (Pidwirny, 2015) [5].

Đánh giá đa dạng sinh học: Trong ba cấp độ đa dạng sinh học, cấp độ đa dạng loài gần như được áp dụng chủ yếu trong nghiên cứu sinh thái và bảo tồn sinh học, mặc dù các mức độ đa dạng của bậc phân loại cao hơn (chi, họ, bộ) hoặc mô hình đa dạng tiến hóa đôi khi cũng được coi là đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu cổ sinh vật học (Foote 1997; Roy et al. 1996; Raup và Sepkoski 1984) [6, 7, 8]. Do đó, các nhà sinh vật học thường đánh giá đa dạng sinh học thông qua đánh giá độ giàu loài. Có hai phương pháp chính để đánh giá độ giàu loài: (1) phương pháp đánh giá mang tính định tính bao gồm đa dạng loài alpha là tổng số loài trong một quần xã có trong một hệ sinh thái cụ thể.

Tính đa dạng beta mô tả mức độ dao động thành phần loài khi các yếu tố môi trường thay đổi. Tính đa dạng gamma áp dụng cho những khu vực rộng lớn hơn về mặt địa lý. Trong thực tế, ba chỉ số đa dạng này thường liên quan chặt chẽ với nhau. (2) Phương pháp đánh giá mang tính định lượng bao gồm đánh giá số lượng cá thể hay sinh khối của một loài, hay mật độ loài, đó là số lượng mỗi loài trong khu vực hay đơn vị thu mẫu, ví dụ như số lượng các loài trên một mét vuông (Magurran 2013) [9] và các chỉ số sinh thái.

Độ giàu loài (số lượng các loài trong một khu nghiên cứu) đại diện cho một thước đo duy nhất nhưng quan trọng, nó có giá trị như sự phổ biến chung của đa dạng sự sống nhưng nó phải được tích hợp với các số liệu khác để nắm bắt đầy đủ các mặt của đa dạng sinh học. Chỉ số sinh thái sử dụng số liệu định lượng để đo lường các khía cạnh của đa dạng sinh học, điều kiện sinh thái, sự có lợi, hoặc sự điều khiển các thay đổi, nhưng không có chỉ số sinh thái đơn lẻ để nắm bắt tất cả các mặt của đa dạng sinh học. Lý tưởng nhất, để đánh giá các điều kiện và xu hướng của đa dạng sinh học trên toàn cầu hoặc phần nhỏ hơn là đo lường sự phong phú của tất cả các sinh vật theo không gian và thời gian, sử dụng phân loại (chẳng hạn như số lượng các loài), đặc điểm chức năng (ví dụ cây cố định nitơ như đậu so với cây không cố định nitơ), và sự tương tác giữa các loài có ảnh hưởng đến động lực và chức năng của chúng (ví dụ ăn thịt, ký sinh, cạnh tranh, giúp thụ phấn, và ảnh hưởng của những tương tác này đến hệ sinh thái như thế nào). Thậm chí quan trọng hơn sẽ là đánh giá sự dịch chuyển của đa 5 dạng sinh học trong không gian hoặc thời gian.

Hiện nay, chúng ta không thể làm được điều này với độ chính xác cao bởi vì các số liệu còn thiếu. Khủng hoảng đa dạng sinh học: là sự mất đi của gen, các loài và các hệ sinh thái. Từ thế kỷ 17, có ít nhất 717 loài động vật và 87 loài thực vật đã mất đi.000 loài thực vật và động vật có nguy cơ cùng số phận (Danh sách đỏ IUCN). Vos et al.

(2015) ước tính rằng sự mất đi trong tự nhiên có thể gần với tỷ lệ 0,1 loài trên một triệu loài trên một năm và do đó tỷ lệ tuyệt chủng hiện nay là cao hơn 1000 lần so với tỷ lệ tự nhiên và trong tương lai có thể sẽ cao hơn 10. Levin (2002) cho thấy rằng trung bình cứ 20 phút có một loài trên trái đất bị mất đi. Sinh thái học ước tính rằng một nửa của tất cả các loài chim đang sống và động vật có vú sẽ biến mất trong vòng 200 hoặc 300 năm [12]. Nhân tố chính cho sự thay đổi đa dạng sinh học trong tương lai bao gồm sự thay đổi trong sử dụng đất, biến đổi khí hậu, lắng đọng Ni tơ, trao đổi sinh học và hấp thụ khí CO2 (Sala et al.

Hậu quả của sự tuyệt chủng có thể phá vỡ quá trình sinh thái quan trọng như thụ phấn và phát tán hạt giống, dẫn đến sự mất mắt xích trong lưới và chuỗi thức ăn dẫn đến sự sụp đổ của hệ sinh thái và làm cho tăng tỷ lệ tuyệt chủng tổng thể (Sodhi et al. Sau khi hiện tượng tuyệt chủng bùng phát này kết thúc, số lượng loài cũng có thể trở lại như mức trước nhưng chắc chắn sẽ có ít hơn nhóm phân loại bậc cao hơn so với hiện tại. Một sự thay đổi quy mô như vậy trong hệ sinh vật của trái đất sẽ làm nghèo đa dạng sinh học trên hành tinh trong nhiều triệu năm tới (Levin 2002) [12]. Trở ngại phân loại trong nghiên cứu đa dạng sinh học: Phân loại thường được nhắc đến là sự mô tả lý thuyết và thực hành, đặt tên và sắp xếp có hệ thống các sinh vật sống.

Công việc này là cần thiết cho sự hiểu biết cơ bản về đa dạng sinh học và bảo tồn. Việc thiếu tên khoa học và những khó khăn trong việc xác định loài trong nghiên cứu sinh thái là "trở ngại phân loại" (New, 1984) [15]. Điều này đang có ảnh hưởng rất lớn cho khoa học bảo tồn. Nhiều loài sẽ bị tuyệt chủng trước khi chúng được mô tả và chúng ta vẫn tiếp tục không biết chính xác có bao nhiêu loài trên hành tinh của chúng 6 ta.

Các "trở ngại phân loại" đã dẫn tới sự hiểu biết không đầy đủ về phần lớn đa dạng sinh học toàn cầu. Như vậy, với sự đa dạng loài rất cao trên hành tinh của chúng ta, có rất nhiều loài đang chờ được mô tả trong khi có nhiều trở ngại trong việc định danh loài, nhiều loài có nguy cơ bị tuyệt chủng trước khi được mô tả. Điều này dẫn đến chúng ta sẽ đánh giá đa dạng sinh học không được chính xác và các nhà khoa học đã tìm ra công cụ hữu dụng giúp đánh giá đa dạng sinh học nhanh và chính xác, đó là công cụ sinh học phân tử. Sử dụng công cụ sinh học phân tử để tăng tốc độ đánh giá đa dạng sinh học Sử dụng công cụ sinh học phân tử để đánh giá đa dạng loài Như đã đề cập ở trên, có ba cấp độ đa dạng sinh học: Đa dạng loài, đa dạng di truyền và đa dạng hệ sinh thái.

Sinh học phân tử là một lĩnh vực của sinh học liên quan đến quá trình phiên mã gen cho sản phẩm acid Ribonucleic (ARN), sự dịch mã của ARN thành protein và vai trò của những protein thể hiện trong chức năng tế bào (https://www.net/life-sciences/Molecular-Biology-Techniques. Mục đích chính của những kỹ thuật sinh học phân tử là có được trình tự ADN của gen mục tiêu. Những bước chính là: (1) tách triết ADN mục tiêu, (2) khuếch đại đoạn ADN mục tiêu (PCR) và (3) giải trình tự ADN: là việc xác định thứ tự của các nucleotide A, G, C và T có trong một phân đoạn của ADN mục tiêu. Hiện nay, kỹ thuật giải trình tự nhuộm màu là phương pháp chuẩn trong phân tích trình tự ADN.

Đến nay, kỹ thuật giải trình tự thế hệ tiếp theo (NGS) đã được áp dụng trong một loạt các trường hợp, bao gồm cả trình tự cả hệ gen, các trình tự mục tiêu, phát hiện vị trí ràng buộc của các yếu tố phiên mã và sự biểu hiện sao chép đa hình của ARN không mã hóa. Tùy thuộc vào mục tiêu của nhà khoa học nhưng mục đích cuối cùng là nhận được trình tự của ADN để so sánh giữa chúng với nhau. Mã vạch ADN dựa trên gen ty thể (thường xuyên nhất gen Cytochrome oxidase subunit I: COI) đã nổi lên như một công cụ hữu ích để xác định các loài động vật. Mã vạch ADN được sử dụng như một công cụ hiệu quả cho cả việc xác định các loài đã biết và phát hiện ra những loài mới (Hebert et al.

2003, 2010, Savolainen et al.