Bài giảng môn Đa dạng sinh học

161 trang phuongnguyen 70

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Đa dạng sinh học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_mon_da_dang_sinh_hoc.doc

Nội dung text: Bài giảng môn Đa dạng sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG TẬP THỂ LỚP CAO HỌC KHÓA 16 ĐA DẠNG SINH HỌC HÀ NỘI – 2008
MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 7 PHẦN I: ĐA DẠNG DI TRUYỀN 10 CHƯƠNG 1: GEN VÀ ĐỘT BIẾN GEN 10 1. TỔNG QUAN VỀ GEN 10 1.1. Định nghĩa gen 10 1.2. Cấu trúc của Gen 11 1.3. Chức năng của Gen 14 2. ĐỘT BIẾN GEN 15 2.1. Khái niệm đột biến và đột biến gen 15 2.2.Các dạng đột biến gen thường gặp 15 2.3.Nguyên nhân phát sinh đột biến gen 16 2.4. Hậu quả của đột biến gen 17 2.5. Sự biểu hiện của đột biến gen 17 2.6. Ý nghĩa của đột biến gen 18 3. ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GEN 19 3.1.Cách tiến hành kỹ thuật gen 19 3.2. Tạo ra các chủng vi sinh vật mới 20 3.3. Một số thành tựu chọn giống ở Việt Nam 22 CHƯƠNG II: ĐA DẠNG GEN 24 1. ĐA DẠNG GEN 24 1.1. Định nghĩa 25
Đa dạng sinh học 1.2. Tính đa dạng ở mức độ của các nhóm sinh vật 26 2. ĐA DẠNG GEN TRONG NÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM 29 2.1. Nguồn gen giống cây trồng, vật nuôi. 29 2.2. Đặc trưng đa dạng của nguồn gen 30 3 TÌNH TRẠNG SUY THOÁI ĐA DẠNG GEN 31 CHƯƠNG III: BẢO TỒN GEN 33 1. CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO TỒN NGUỒN GEN 33 1.1. Bảo tồn nguyên vị (In situ) 34 1.2. Bảo tồn chuyển vị (Ex situ) 34 2. CÁC BIỆN PHÁP BẢO TỒN NGUỒN GEN 35 2.1. Bảo tồn nguồn gen trong trang trại 35 2.2. Ngân hàng gen hạt giống 36 2.3. Ngân hàng gen đồng ruộng 38 2.4. Ngân hàng gen invitro 40 3. BẢO TỒN GEN ĐỘNG VẬT HOANG DÃ Ở VIỆT NAM 42 PHẦN II: ĐA DẠNG LOÀI 43 CHƯƠNG I. LOÀI VÀ ĐA DẠNG LOÀI 43 1. ĐỊNH NGHĨA LOÀI VÀ ĐA DẠNG LOÀI 43 2. ĐA DẠNG LOÀI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 44 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐA DẠNG LOÀI 49 CHƯƠNG II. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SUY GIẢM ĐA DẠNG LOÀI 51 1. NGUYÊN NHÂN TỰ NHIÊN 52 2. NGUYÊN NHÂN TỪ CON NGƯỜI 53 2.1. Sử dụng không bền vững các nguồn tài nguyên sinh vật 53 2
Đa dạng sinh học 2.2. Sự du nhập các loài ngoại lai 56 2.3. Xây dựng cơ bản làm mất đa dạng sinh học 57 2.4. Chiến tranh 58 2.5. Ô nhiễm môi trường 59 2.6. Tăng dân số 63 2.7. Di dân và tập quán du canh du cư 63 2.8. Sự nghèo đói 64 2.9. Mâu thuẫn trong các chính sách 65 CHƯƠNG III. ĐE DOẠ LOÀI VÀ BẢO TỒN 66 1. SÁCH ĐỎ IUCN VÀ SỰ TUYỆT CHỦNG 66 1.1. Sách đỏ IUCN 66 1.2. Sự tuyệt chủng (extinction) 68 2. BẢO TỒN LOÀI 73 2.1. Vì sao phải bảo tồn loài? 73 2.2. Các cấp độ bảo tồn loài 75 2.3. Công cụ bảo tồn loài 76 2.4. Bảo tồn loài ở Việt Nam 78 PHẦN III. ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI 81 CHƯƠNG I : HỆ SINH THÁI 81 1. CÁC KHÁI NIỆM 81 1.1. Khái niệm hệ sinh thái 81 1.2. Các khái niệm liên quan 81 2. CẤU TRÚC CỦA HỆ SINH THÁI 82 2.1. Cấu trúc hệ sinh thái chia theo thành phần 82 2.2. Cấu trúc hệ sinh thái chia theo chức năng 84 3. ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ SINH THÁI 85 3
Đa dạng sinh học 3.1. Tính cân bằng của hệ sinh thái – cân bằng sinh thái (ecological stability) 85 3.2. Dòng năng lượng trong hệ sinh thái 86 3.3. Dòng vật chất của hệ sinh thái, chu trình sinh địa hoá 87 4. CHỨC NĂNG CỦA HỆ SINH THÁI 87 4.1. Chức năng sinh thái và môi trường 87 4.2. Chức năng sản xuất – giá trị kinh tế 89 4.3. Chức năng xã hội và nhân văn 91 4.4. Các chức năng khác 92 5. DIỄN THẾ SINH THÁI 93 5.1. Khái niệm diễn thế sinh thái 93 5.2. Nguyên nhân dẫn đến diễn thế sinh thái 93 5.3. Các loại diễn thế 94 5.4. Tầm quan trọng thực tế của việc nghiên cứu diễn thế 96 6. CÁC KIỂU HỆ SINH THÁI CHÍNH 96 6.1. Các hệ sinh thái trên cạn 96 6.2. Các hệ sinh thái dưới nước 100 CHƯƠNG II : ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI 105 1. TỔNG QUAN VỀ ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI 105 1.1. Đa dạng hệ sinh thái 105 1.2. Nguyên tắc đánh giá đa dạng hệ sinh thái 105 2 CHỈ SỐ ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI 106 2.1. Tổng chỉ số đa dạng (Công thức Shannon) 106 2.2. Chỉ số bình quân 107 2.3. Các chỉ số khác 107 4
Đa dạng sinh học 3. ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH THÁI HỌC 107 4. ĐẶC TRƯNG CÁC HỆ SINH THÁI Ở VIỆT NAM 110 4.1. Hệ sinh thái trên cạn 111 4.2. Hệ sinh thái đất ngập nước 112 4.3. Hệ sinh thái biển 113 CHƯƠNG III. SUY GIẢM ĐA DẠNG HỆ SINH THÁI VÀ BẢO TỒN 115 1. NGUYÊN NHÂN TRỰC TIẾP 116 1.1. Mất và phá huỷ nơi cư trú 116 1.2. Sự thay đổi trong thành phần hệ sinh thái 117 1.3. Sự nhập nội các loài ngoại lai 118 1.4. Khai thác quá mức 119 1.5. Ô nhiễm 120 1.6. Suy giảm chất lượng nguồn nước 120 1.7. Biến đổi khí hậu 121 2. NGUYÊN NHÂN GIÁN TIẾP 121 2.1. Sự tăng dân số 122 2.2. Chính sách phát triển kinh tế 122 3. BẢO TỒN HỆ SINH THÁI 122 3.1. Xây dựng các Khu bảo tồn 123 3.2. Bảo tồn bên ngoài các Khu bảo tồn 126 3.3. Phục hồi nơi cư trú của sinh vật 126 PHẦN IV. KHU BẢO TỒN 128 CHƯƠNG I. KHÁI NIỆM VỀ KHU BẢO TỒN 128 1. KHÁI NIỆM VỀ KHU BẢO TỒN 128 2. VAI TRÒ CÁC KHU BẢO TỒN 128 5
Đa dạng sinh học 3. BẢO TỒN TRÊN THẾ GIỚI 129 3.1. Thực trạng 129 3.2. Tiêu chí xác định 130 3.3. Phân loại các Khu bảo tồn trên Thế giới 131 3.4. Giới thiệu về Vườn Quốc gia Granpadiso – Italia 133 4. PHÂN BIỆT GIỮA VƯỜN QUỐC GIA, KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN VÀ KHU DỰ TRỮ SINH QUYỂN 135 4.1. Vườn quốc gia 135 4.2. Khu dự trữ sinh quyển 140 4.3. Khu bảo tồn thiên nhiên 145 CHƯƠNG II: BẢO TỒN TẠI VIỆT NAM 147 1. THỰC TRẠNG ĐA DẠNG SINH HỌC VÀ BẢO TỒN TẠI VIỆT NAM 147 1.1. Các khu bảo tồn tại Việt Nam 147 1.2. Tiêu chí xác định các Khu bảo tồn ở Việt Nam 148 2. VẤN ĐỀ QUẢN LÝ CÁC KHU BẢO TỒN 149 2.1. Một số nguyên lý áp dụng ở các Khu bảo tồn và dân địa phương 149 2.2. Các vấn đề cần đổi mới trong quản lý cảnh quan: 150 3. CÁC KHÓ KHĂN TRONG QUẢN LÝ CÁC KHU BẢO TỒN TẠI VIỆT NAM 151 4. MỘT SỐ VƯỜN QUỐC GIA Ở VIỆT NAM 152 4.1. Vườn Quốc gia Cúc Phương 152 4.2. Vườn Quốc gia Cát Bà 154 4.3. Vườn quốc gia Ba Bể 156 4.4. Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng 157 TÀI LIỆU THAM KHẢO 160 6
Đa dạng sinh học LỜI NÓI ĐẦU Sự sống trên trái đất phụ thuộc vào tính đa dạng sinh học để duy trì những chức năng sinh thái để điều hoà nguồn nước và chất lượng, khí hậu, sự màu mỡ của đất đai, và những nguồn tài nguyên có thể canh tác. Chúng ta phụ thuộc vào các loài tự nhiên để tìm ra những tố chất hoá học mới có thể dùng làm thuốc và kiểm soát sâu bọ và cải thiện được mùa màng và chăn nuôi .Ở châu Á nhiệt đới, nhiều người hầu như hoàn toàn phụ thuộc vào đa dạng sinh học, và vì vậy tài sản cho hiện tại và tương lai của khu vực phải được bảo vệ. Đa dạng di truyền là tất cả các gen di truyền khác nhau của tất cả các cá thể thực vật, động vật, nấm, và vi sinh vật. Đa dạng di truyền tồn tại trong một loài và giữa các loài khác nhau . Đó là sự đa dạng về thành phần gen giữa các cá thể trong cùng một loài và giữa các loài khác nhau; là sự đa dạng về gen có thể di truyền được trong một quần thể hoặc giữa các quần thể. Bên cạnh đó nó còn biểu hiện sự đa dạng của các biến dị có thể di truyền trong một loài, một quần xã hoặc giữa các loài, các quần xã. Xét cho cùng, đa dạng di truyền chính là sự biến dị của sự tổ hợp trình tự của bốn cặp bazơ cơ bản, thành phần của axit nucleic, tạo thành mã di truyền. Đa dạng loài là cơ sở của đa dạng sinh học. Hiện nay, đa dạng sinh học trên thế giới đang suy giảm nghiêm trọng, sự biến mất của các loài chính là minh chứng do nét nhất cho sự suy giảm đó. Theo một đánh giá về số loài đã tồn tại trên trái đất thì có đến 99,9% số loài đa bị tuyệt chủng. Hay nói một cách khác, số các loài động vật, thực vật, vi sinh vật hiện có chỉ chiếm 0,1% tổng số loài đã từng sống trên hành tinh. Khác với các cuộc tuyệt chủng hàng loạt trong quá khứ, xảy ra chủ yếu do các hiện tượng thiên nhiên, tuyệt chủng hiện nay chủ yếu do con người. Cứ 100 loài bị tuyệt chủng thì có đến 99 loài là do con người. Ngoài ra, theo sau các cuộc tuyệt chủng hàng loạt trong quá khứ là sự hình thành loài mới để bù đắp 7
Đa dạng sinh học cho số loài bị mất đi, còn sự tuyệt chủng hàng loạt giai đoạn hiện nay không kèm theo sự hình thành loài mới (xem bảng 2). Theo hiểu biết hiện nay, trên thế giới có thể còn từ 5 - 100 triệu loài đang tồn tại (con số chắc chắn là khoảng 12,5 triệu loài); trong đó, 1,7 triệu loài đã được mô tả; số loài lớn nhất có lẽ là côn trùng (xem bảng 1). Thống kê số lượng các loài trên trái đất theo nhiều nguồn khác nhau nên cũng khác nhau. Cuộc sống của chúng ta hoàn toàn phụ thuộc vào các hệ sinh thái (HST) để tồn tại: từ nước chúng ta uống đến lương thực chúng ta ăn; từ biển cả cung cấp cho chúng ta những sản phẩm phong phú đến đất để chúng ta xây dựng nhà cửa Các HST cho ta hàng hoá và dịch vụ mà cuộc sống chúng ta không thể thiếu. Các HST lọc sạch không khí và nước, duy trì đa dạng sinh học, phân huỷ và tái quay vòng các chất dinh dưỡng, cũng như đảm bảo vô số các chức năng quan trọng khác. Tuy nhiên, các HST vẫn đang bị con người xâm phạm ngày càng nghiêm trọng. Trên khắp thế giới, con người sử dụng quá mức và lạm dụng các HST quan trọng, từ các rừng mưa nhiệt đới cho tới các rạn san hô, đồng cỏ, thảo nguyên gây suy thoái và phá huỷ các HST. Điều đó đã làm ảnh hưởng tới cuộc sống tự nhiên, thể hiện ở con số các loài bị đe doạ hay bị tuyệt chủng, đồng thời gây hại đến các lợi ích của con người qua việc làm cạn kiệt dòng tài nguyên mà chúng ta sống phụ thuộc. Cuộc sống nghèo khổ đã buộc nhiều người phải huỷ hoại các HST mà họ sống nhờ vào, ngay cả khi họ hiểu rằng, họ đang chặt cây hay bắt cá tới mức chúng không thể phục hồi được. Lòng tham hay sự táo tợn, sự không hiểu biết hay vô ý đều đẩy con người đến chỗ không đếm xỉa đến những giới hạn của tự nhiên để duy trì các HST. Khó khăn lớn nhất vẫn là con người ở mọi tầng lớp xã hội, từ những người dân bình thường đến các nhà hoạch định chính sách, không có khả năng tận dụng nguồn tri thức hiện có hoặc thiếu các thông tin căn bản về điều kiện thực tế và xu hướng phát triển trong tương lai xa của các HST. Điều đó sẽ dẫn tới các HST có nguy cơ bị phá huỷ gây ra những hậu quả nặng nề chưa từng thấy đối với quá trình phát triển kinh tế và cuộc sống của con người. Ngày nay, nhiều quốc gia đang trải qua những tác động do suy thoái các HST gây ra dưới rất nhiều hình thức: lũ lụt, hạn hán, mất mùa, thiếu lương thực thực phẩm, ô 8
Đa dạng sinh học nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, Vấn đề là chúng ta lại biết quá ít về toàn bộ tình trạng các HST của Trái đất. Chúng ta cần phải hiểu các HST của Trái đất tồn tại ra sao? Chúng ta có thể quản lý như nào để các HST vẫn duy trì tình trạng tốt và có hiệu suất trước những yêu cầu ngày càng tăng của con người? Việt Nam với tổng diện tích 330541 km2 trải dài từ vĩ độ 8o25’ đến 23o24’ vĩ độ Bắc, giáp biển Đông. Sự khác biệt lớn về khí hậu từ vùng xích đạo đến giáp vùng cận nhiệt đới cùng sự đa dạng về địa hình đã tạo nên sự đa dạng về thiên nhiên với khu hệ động thực vật vô cùng phong phú về thành phần loài. Theo các tài liệu thống kê, Việt Nam là một trong số 25 nuớc có mức độ đa dạng sinh học lớn nhất thế giới và xếp thứ 16 về mức độ sinh học (chiếm 6,5% số loài có trên thế giới, xem bảng 3). Tuy nhiên, Việt Nam cũng chính là một trong những nước mà đa dạng sinh học chịu áp lực lớn nhất của các hoạt động phát triển của con người. Trải qua nhiều năm chiến tranh, những năm nghèo đói và nhiều năm kinh tế phát triển mạnh mẽ cộng với sự gia tăng dân số rất nhanh sau chiến tranh, môi trường sinh thái nói chung và đa dạng sinh học nói riêng ở Việt Nam bị tàn phá nặng nề. Điển hình là diện tích rừng giảm mạnh, tỷ lệ che phủ giảm từ 45% trước năm 1945 xuống còn 23% những năm 1980. Trong những năm gần đây, tỷ lệ che phủ rừng có được nâng lên, công tác bảo vệ đa dạng sinh học có tiến bộ nhưng những mất mát là khó có thể bù đắp. 9
Đa dạng sinh học PHẦN I: ĐA DẠNG DI TRUYỀN CHƯƠNG 1: GEN VÀ ĐỘT BIẾN GEN 1. TỔNG QUAN VỀ GEN 1.1. Định nghĩa gen Khái niệm về gen đã trải qua 4 giai đoạn phát triển chính: Thời Mendel (1865), gen được hiểu như yếu tố bên trong, quyết định sự hình thành và phát triển một tính trạng bên ngoài. Còn về cách vận động thì gen vận động từ thế hệ này sang thế hệ kia theo quy luật vận động của nhiễm sắc thể trong giảm phân, mặc dù khi đó người ta chưa biết nhiễm sắc thể và giảm phân là gì. Vì vậy, có thể nói mỗi gen Mendel là một nhiễm sắc thể Năm 1909, W. Johannsen đã đưa ra khái niện về ”gen” như một đơn vị di truyền tách biệt, được phát hiện trong thí nghiệm phân tích lai của G. Mendel. Theo Johannsen thì: ”nhiều tính trạng của cơ thể được xác định bởi những mầm mống đặc biệt, tách biệt và độc lập, nói ngắn gọn hơn là bởi những cái mà chúng ta gọi là gen”. Quan niệm đó về gen tồn tại suốt cả giai đoạn phát triển của di truyền học kinh điển. Theo trường phái Morgan (1926) cho rằng: không phải một gen mà nhiều gen cùng nằm trên một nhiễm sắc thể và là các đơn vị không thể chia nhỏ hơn được nữa. Các đơn vị đó là: + Đơn vị đột biến, nghĩa là gen bị biến đổi như một tổng thể hoàn chỉnh. + Đơn vị tái tổ hợp, nghĩa là trao đổi chéo không bao giờ diễn ra ở bên trong gen, mà chỉ có thể diễn ra giữa các gen. + Đơn vị chức năng, nghĩa là tất cả các đột biến của một gen cùng làm biến đổi một chức năng di truyền; điều này thể hiện ở chỗ, hai thể đột biến khác nhau nếu đem lai với nhau thì không thể cho kiểu hình bình thường mà cho kiểu đột biến. 10
Đa dạng sinh học Theo giả thuyêt ”một gen – một enzim” của G.Beadle và E.Tatum (1940) cho rằng mỗi gen quyết định sự tồn tại và hoạt tính của một enzim. Với khoa học ngày nay đã định nghĩa gen là đoạn ADN có chiều dài đủ lớn (trung bình khoảng 1000-2000 bazo) để có thể xác định một chức năng. Chức năng sơ cấp của gen được xác định bởi một sợi polypeptid, không nhất thiết là cả một enzim. Các gen nằm trên nhiễm sắc thể ở trong nhân tế bào và xếp thành hàng trên nhiễm sắc thể, gọi là locut. Hình 1.1 . Một đoạn gen trong nhiễm sắc thể 1.2. Cấu trúc của Gen 1.2.1. Cấu trúc hóa học của gen Sợi ADN được cấu thành từ các đơn phân, gọi là các nucleotit, có 4 loại nucleotit: Adênin, Guanin, Cytosin, Thyamin. Trình tự sắp xếp của chúng trên gen quyết định chức năng của gen. Mỗi nucleotit (Nu) có KLPTTB 300 đvC, gồm 3 thành phần: đường Deoxirbo, axit photphoric và bazo nitric. Nu có chứa các nguyên tố: C, H, O, N, P. Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của gen 11
Đa dạng sinh học Gen thể hiện hiệu quả của mình thông qua sản phẩm do chúng sinh ra. Sản phẩm trực tiếp của gen là axit ribonucleic – ARN. Thành phần hóa học của ARN giống ADN nhưng chỉ khác ở chỗ trong ARN thì Thyamin được thay thế bằng Uracil. Phân tử ARN của một số gen có thể tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của cơ thể. Tuy nhiên, phần lớn ARN được dùng làm khuôn mẫu và vận chuyển axit amin trong quá trình tổng hợp protein. Protein là các chuỗi bao gồm các đơn vị nhỏ là axit amin, và trình tự các bazo trong ARN quyết định trình tự các axit amin trong protein theo quy luật của mã di truyền. Trình tự của các axit amin trong protein quyết định vai trò của protein là tham gia vào thành phần cấu trúc của cơ thể hay trở thành ezim xúc tác cho một phản ứng nào đó. Như vậy, những biến đổi trong ADN có thể dẫn tới những biến đổi trong cấu trúc của cơ thể hoặc những biến đổi trong các phản ứng hóa học của cơ thể 1.2.2. Cấu trúc không gian của gen (Watson,Cric – 1953) ADN là 1 chuỗi xoắn kép gồm 2 mạch PolyNu xoắn đều quanh 1 trục, từ trái sang phải, như 1 cái thang dây xoắn. Trong đó, tay thang là sự liên kết giữa phần tử đường và axit photphoric xen kẽ nhau, còn bậc thang là 1 cặp bazo nitric đứng đối diện và liên kết với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung, Adenin liên kết với Thyamin bằng 2 cầu nối hydro, Guanin liên kết với Cytosin bằng 3 cầu nối hydro. Kích thước ADN: Đường kính vòng xoắn: 2 nm, chiều dài vòng xoắn (mỗi vòng xoắn gồm 10 cặp Nu): 3.4nm.Một số loài virus và thể ăn khuẩn, ADN chỉ gồm 1 mạch PolyNu. Vi khuẩn của ti thể, lạp thể có dạng vòng xoắn kép. 12
Đa dạng sinh học Hình 1.3: Cấu trúc không gian của gen Hình 1.4. Liên kết của phân tử ADN Hình 1.5. Cơ chế tự nhân đôi của ADN 1.2.3. Liên kết của phân tử ADN và ý nghĩa + Các nucleotit trên một mạch đơn liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị (liên kết photphodieste) rất bền vững bảo đảm thông tin di truyền trên trên mỗi mạch đơn ổn định. + Giữa các nucleotit trên 2 mạch đơn liên kết với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung. Tuy là loại liên kết không bền nhưng do số lượng trên ADN lớn cho nên vẫn đảm bảo cấu trúc không gian ADN ổn định và dể bị cắt đứt khi tái bản. 13
Đa dạng sinh học 1.2.4. Cơ chế tự nhân đôi của ADN Xảy ra chủ yếu trong nhân tế bào, dưới tác dụng của enzym Polymeraza chuỗi xoắn kép ADN duỗi ra, 2 mạch đơn tách nhau dần. Mỗi nucleotit ở một mạch đơn sẽ kết hợp với một nucleotit tự do có trong nội bào tạo thành mạch đơn mới. Như vậy sẽ tạo nên 2 phân tử ADN “con”, trong đó mỗi phân tử ADN “con” có 1 mạch PolyNucleotit của ADN “mẹ”, mạch còn lại mới được tổng hợp nên. 1.2.5. Cơ chế tổng hợp ARN Dưới tác dụng của enzym Polymeraza chuỗi xoắn kép ADN duỗi ra làm cho 2 mạch đơn tách nhau dần ra. Các nucleotit trên 1 mạch đơn (mạch mã gốc) sẽ kết hợp với các ribonucleotit tự do lấy từ nội bào theo nguyên tắc bổ sung, Adenin liên kết với Uracil bằng 2 cầu nối hydro, Guanin liên kết với Cytosin bằng 3 cầu nối hydro. 1.3. Chức năng của Gen Điều hoà thông tin di truyền: Các Nu liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung nên chiều rộng ADN ổn định, các vòng xoắn ADN dễ liên kết với protein dẫn đến cấu trúc ADN ổn đinh, thông tin di truyền được điều hoà. Bảo quản thông tin di truyền: Nhờ quá trình tự nhân đôi, thông tin di truyền được truyền đạt nguyên vẹn từ thế hệ này sang thế hệ khác. Truyền đạt thông tin di truyền: trình tự sắp xếp các Nu trong ADN (gene) quy định trình tự sắp xếp axit amin trong protein, quy định tính trạng và đặc tính của cơ thể. 14
Đa dạng sinh học 2. ĐỘT BIẾN GEN 2.1. Khái niệm đột biến và đột biến gen Đột biến (hay biến dị di truyền) là những biến đổi bất thường trong vật chất di truyền (NST, ADN) dẫn đến sự biến đổi đột ngột của một hoặc một số tính trạng, những biến đổi này có thể di truyền cho các đời sau. Đột biến là một loại biến dị di truyền xảy ra do những biến đổi đột ngột về cấu trúc và số lượng trong vật chất di truyền, đã đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong tiến hóa, thúc đẩy sự đa dạng sinh giới. Một trong những nhân tố quyết định góp phần tạo nên thế giới sống đầy phong phú ngày nay, cho trái đất xanh, trong đó có loài người. Và bất chấp mọi chủ đích của con người, muốn hay không muốn, đột biến đã, vẫn và luôn xảy ra. Đột biến gen là những biến đổi trong số lượng, thành phần, trật tự các cặp nuclêôtit, xảy ra tại một điểm nào đó trên phân tử ADN. Những biến đổi đó dẫn đến những biến đổi trong cấu trúc phân tử protein và biểu hiện thành một biến đổi đột ngột về một tính trạng nào đó. Mỗi biến đổi ở một cặp nuclêôtít nào đó sẽ gây một đột biến gen. 2.2.Các dạng đột biến gen thường gặp Có nhiều loại đột biến khác nhau, song có những dạng đột biến thường gặp sau: - Mất một cặp nuclêôtit - Thêm một cặp nuclêôtít - Thay thế một cặp nuclêôtít - Đảo vị trí một cặp nuclêôtít 15
Đa dạng sinh học 2.3.Nguyên nhân phát sinh đột biến gen Do những rối loạn trong quá trình tự sao chép của phân tử ADN, hoặc làm đứt phân tử ADN, hoặc nối đoạn bị đứt vào ADN ở vị trí mới dưới ảnh hưởng phức tạp của môi trường trong và ngoài cơ thể. Trong thực nghiệm, người ta đã gây ra các đột biến nhân tạo bằng tác nhân vật lý hoặc hoá học. 2.3.1. Gây đột biến nhân tạo bằng tác nhân vật lý * Các tia phóng xạ: tia X, tia anpha, tia gamma, tia bêta, chùm nơtron, gây kích thích và ion hóa các nguyên tử khi chúng xuyên qua các mô sống. * Tia tử ngoại: tia có bước sóng từ 1000-4000A, đặc biệt là bước sóng 2570A được ADN hấp thụ nhiều nhất. * Sốc nhiệt: là sự tăng hoặc giảm nhiệt độ môi trường một cách đột ngột gây chấn thương bộ máy di truyền. Trong chọn giống thực vật người ta chiếu xạ với cường độ và liều lượng thích hợp vào hạt nảy mầm, đỉnh sinh trưởng của thân và cành, hạt phấn, bầu nhụy. Gần đây, người ta còn chiếu xạ vào mô thực vật nuôi cấy. 2.3.2. Gây đột biến nhân tạo bằng tác nhân hóa học Đây là những hóa chất mà khi vào tế bào chúng tác động trực tiếp lên phân tử ADN gây ra hiện tượng thay thế, mất hoặc thêm cặp nuclêôtit. Ngày nay, người ta đã phát hiện được những hóa chất được gọi là “siêu tác nhân đột biến” như: 5-brôm uraxin (5BU); EMS (êtylmêta sunfonat), đioxin, Để gây đột biến người ta có thể ngâm hạt khô hay hạt nảy mầm ở thời điểm nhất định trong dung dịch hóa chất có nồng độ thích hợp, tiêm dung dịch vào bầu 16
Đa dạng sinh học nhụy, quấn bông có tẩm hóa chất vào đỉnh sinh trưởng của thân hoặc chồi. Đối với vật nuôi, có thể cho hóa chất tác dụng lên tinh hoàn hoặc buồng trứng. 2.4. Hậu quả của đột biến gen Biến đổi trong dãy nuclêôtit của gen cấu trúc sẽ dẫn tới sự biến đổi trong cấu trúc của ARN thông tin và cuối cùng là sự biến đổi trong cấu trúc của prôtêin tương ứng. Đột biến thay thế hay đảo vị trí một cặp nuclêôtit chỉ ảnh hưởng tới một axit amin trong chuỗi pôlipeptit. Đột biến mất hoặc thêm một cặp nuclêôtit sẽ làm thay đổi các bộ ba mã hoá trên ADN từ điểm xảy ra đột biến cho đến cuối gen và do đó làm thay đổi cấu tạo của chuỗi pôlipeptit từ điểm có nuclêôtit bị mất hoặc thêm. Đột biến gen cấu trúc biểu hiện thành một biến đổi đột ngột gián đoạn về một hoặc một số tính trạng nào đó, trên một hoặc một số ít cá thể nào đó. Đột biến gen gây rối loạn trong quá trình sinh tổng hợp prôtêin, đặc biệt là đột biến ở các gen quy định cấu trúc các enzim, cho nên đa số đột biến gen thường có hại cho cơ thể. Tuy nhiên, có những đột biến gen là trung tính (không có hại, cũng không có lợi), một số ít trường hợp là có lợi. 2.5. Sự biểu hiện của đột biến gen Đột biến gen khi đã phát sinh sẽ được "tái bản" qua cơ chế tự nhân đôi của ADN. Nếu đột biến phát sinh trong giảm phân, nó sẽ xảy ra ở một tế bào sinh dục nào đó (đột biến giao tử), qua thụ tinh đi vào hợp tử. Nếu đó là đột biến trội, nó sẽ biểu hiện trên kiểu hình của cơ thể mang đột biến đó. Nếu đó là đột biến lặn, nó sẽ đi vào hợp tử trong cặp gen dị hợp và bị gen trội tương ứng át đi. Qua 17
Đa dạng sinh học giao phối, đột biến lặn tiếp tục tồn tại trong quần thể ở trạng thái dị hợp và không biểu hiện. Nếu gặp tổ hợp đồng hợp thì nó mới biểu hiện thành kiểu hình. Khi đột biến xảy ra trong nguyên phân, nó sẽ phát sinh trong một tế bào sinh dưỡng (đột biến xôma) rồi được nhân lên trong một mô, có thể biểu hiện ở một phần cơ thể, tạo nên thể khảm. Ví dụ trên một cây hoa giấy có những cành hoa trắng xen với những cành hoa đỏ. Đột biến xôma có thể được nhân lên bằng sinh sản sinh dưỡng nhưng không thể di truyền qua sinh sản hữu tính. Đột biến cấu trúc của gen đòi hỏi một số điều kiện mới biểu hiện trên kiểu hình của cơ thể. Vì vậy cần phân biệt, đột biến là những biến đổi trong vật chất di truyền, với thể đột biến là những cá thể mang đột biến đã biểu hiện ở kiểu hình. 2.6. Ý nghĩa của đột biến gen 2.6.1. Trong tiến hóa Phần lớn các đột biến tự nhiên là có hại cho cơ thể vì chúng phá vỡ mối quan hệ hài hòa trong kiểu gen, trong nội bộ cơ thể, giữa cơ thể và môi trường. Tuy đột biến thường có hại nhưng phần lớn gen đột biến là gen lặn. Chúng chỉ biểu hiện ra kiểu hình khi ở thể đồng hợp và trong điều kiện môi trường thích hợp. Cũng có một số là đột biến trội, có ý nghĩa trong chọn giống và tiến hóa. Đột biến tự nhiên được xem là nguồn nguyên liệu của quá trình tiến hóa bởi so với đột biến NST thì chúng phổ biến hơn, ít ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức sống và sự sinh sản của cơ thể. 2.6.2. Trong chọn giống 18
Đa dạng sinh học Trong chọn giống, đặc biệt là chọn giống cây trồng, người ta đã sử dụng các đột biến tự nhiên nhưng không nhiều vì những đột biến này chỉ chiếm tỉ lệ rất nhỏ từ 0,1- 0,2%. Từ những năm đầu thế kỷ XX, người ta đã gây đột biến nhân tạo bằng các tác nhân vật lý và hóa học để tăng nguồn gen biến dị cho quá trình chọn lọc. Năm 2002, diện tích trồng cây chuyển gen trên thế giới đã đạt tới 58,7 triệu ha. Trong số đó, cây đậu nành kháng thuốc diệt cỏ: 36,5 triệu ha; ngô kháng được sâu gây hại:7,7 triệu ha (theo Clive James, 2002). Đặc điểm nổi bật nhất của cây trồng biến đổi gen trong thời gian từ 1996- 2002 là tính kháng thuốc diệt cỏ, đứng thứ 2 là tính kháng sâu bệnh. Trong năm 2003, tổng diện tích trồng cây chuyển gen trên toàn cầu là 67,7 triệu ha. Ngoài ra, người ta đã tạo thành công các virut tiêu diệt các tế bào ung thư bằng chuyển gen. Các virut này tấn công và phá hủy các tế bào ung thư phổi và ruột kết. 3. ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GEN Công nghệ gen là ngành kỹ thuật về quy trình ứng dụng kỹ thuật gen Kỹ thuật gen là tập hợp những phương pháp tác động định hướng lên ADN cho phép chuyển gen từ một cá thể của một loài sang cá thể của loài khác. Trong sản xuất, công nghệ gen được ứng dụng trong việc tạo ra các sản phẩm sinh học, các chủng vi sinh vật mới, tạo ra các giống cây trồng và động vật biến đổi gen. 3.1.Cách tiến hành kỹ thuật gen Kỹ thuật gen được tiến hành thông qua các khâu sau: 19
Đa dạng sinh học + Khâu 1: tách ADN của tế bào cho và tách phân tử ADN dùng làm thể truyền từ vi khuẩn hoặc virus. + Khâu 2: tạo ADN tái tổ hợp (còn được gọi là ADN lai). ADN của tế bào cho và phân tử ADN làm thể truyền được cắt ở vị trí xác định nhờ các enzim cắt chuyên biệt, ngay lập tức, ghép đoạn ADN của tế bào cho vào ADN làm thể truyền nhờ enzim nối. + Khâu 3: chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận, tạo điều kiện cho gen đã ghép được biểu hiện. 3.2. Tạo ra các chủng vi sinh vật mới Tạo ra các chủng VSV mới có khả năng sản xuất nhiều loại sản phẩm sinh học (axit amin, prôtêin, vitamin, enzim, hoocmôn, kháng sinh ) với số lượng lớn và giá thành rẻ. Ngày nay, người ta đã cấy gen tổng hợp kháng sinh của xạ khuẩn vào những chủng vi khuẩn dễ nuôi và sinh sản nhanh như E.coli góp phần nâng cao hiệu qủa sản xuất các chất kháng sinh. Một thành tựu nổi bật trong thập niên 80 của thế kỷ XX là dùng chủng E.coli được cấy gen mã hoá hoocmôn insulin ở người trong sản xuất, vì vậy giá thành insulin để chữa bệnh đái tháo đường đã rẻ hơn rất nhiều so với trước đây. 3.2.1. Tạo ra các giống cây trồng biến đổi gen Nhiều gen quy định nhiều đặc điểm quý như năng suất và hàm lượng dinh dưỡng cao, kháng sâu bệnh, thời gian sinh trưởng ngắn, đã được đưa vào cây trồng. Người ta đã chuyển được gen quy định tổng hợp β-carôten (tiền vitamin) vào tế bào cây lúa và tạo ra giống luá giàu vitamin A, góp phần cải thiện tình 20
Đa dạng sinh học trạng thiếu vitamin của hơn 100 triệu trẻ em trên thế giới; chuyển gen kháng virut gây thối củ vào khoai tây Ở Việt Nam, trong điều kiện PTN đã chuyển được gen kháng rầy nâu, kháng sâu, kháng bệnh bạc lá, gen tổng hợp vitamin A, gen kháng virut, vào một số cây trồng như lúa, ngô, khoai tây, cà chua, cải bắp, thuốc lá, đu đủ. Ví dụ: Củ cải đường tam bội có năng suất cao hơn dạng lượng bội 10- 20%. Dưa chuột, dưa hấu tam bội không hạt cho năng suất cao, quả to. Rau muống tứ bội cho sản lượng gấp đôi dạng lượng bội. Gây đa bội còn làm tăng hàm lượng các chất hữu cơ có giá trị ở vừng, vitamin A ở ngô Những thể đột biến có lợi được chọn lọc và trực tiếp nhân giống thành giống mới hoặc dùng làm các dạng bố mẹ để lai tạo giống mới. Ví dụ: Dùng tia Gama xử lý giống lúa Mộc Tuyền tạo ra giống lúa MT1 chín sớm, cây thấp và cứng, chịu phèn, chịu chua, năng suất tăng 15-25% so với dạng gốc. 3.2.2. Tạo động vật biến đổi gen Trên thế giới, người ta đã chuyển gen sinh trưởng ở bò vào lợn, giúp cho hiệu quả tiêu thụ thức ăn cao hơn, hàm lượng mỡ ít hơn lợn bình thường. Đã chuyển được gen xác định mùi sữa ở người vào tế bào phôi bò cái làm cho sữa bò có mùi sữa người và dễ tiêu hóa dùng để nuôi trẻ trong vòng 6 tháng tuổi. Đã chuyển được gen tổng hợp hoomôn sinh trưởng và gen chịu lạnh từ cá Bắc Cực vào cá hồi và cá chép. Đến nay, động vật biến đổi gen chủ yếu dùng trong nghiên cứu sự biểu hiện của một số gen và sản xuất thử nghiệm một số prôtêin có giá trị cao. 21
Đa dạng sinh học 3.2.3. Mặt trái của việc ứng dụng công nghệ gen để sản xuất các sinh vật biến đổi gen GMO (Genetically modified organism") Trong giai đoạn hiện nay, cùng với sự gia tăng dân số, đồng nghĩa với nhu cầu của con người cũng ngày càng lớn. Để đáp ứng nhu cầu thị hiếu ngày càng cao đó, việc áp dụng khoa học kỹ thuật, điển hình công nghệ gen vào trong sản xuất nông nghiệp đã trở nên phổ biến. Tuy nhiên, các sản phẩm biến đổi gen này cũng có rất nhiều mặt hạn chế: + Sự biến mất của các loài địa phương. + Nhiều thực phẩm biến đổi gen có thể gây di ứng đối với người sử dụng. + Trong quá trình thực hiện kỹ thuật di truyền, gien mới chuyển vào làm hư hỏng hay đột biến một hoặc vài gen khác của thực vật, gây độc tố. 3.3. Một số thành tựu chọn giống ở Việt Nam 3.3.1. Gây đột biến nhân tạo rồi chọn cá thể đột biến ưu tú để tạo giống mới + Ở lúa: đã tạo ra các giống lúa có tiềm năng năng suất cao như giống lúa DT10, nếp thơm TK106, ., các giống lúa tẻ cho gạo có mùi thơm như tám thơm đột biến (năm 2002), gạo cho cơm dẻo và ngon như KML39, DT33, VLD95-19 . Viện Nghiên cứu lúa gạo Quốc tế đã chuyển thành công các gen quy định tổng hợp vitamin A, gen BT quy định khả năng kháng sâu đục thân, gen quy định hàm lượng nguyên tố vi lượng sắt, gen quy định hạt gạo có màu hồng vào 2 giống lúa tẻ đặc sản Nam Bộ là Nàng hương chợ Đào và Một bụi. + Ở đậu tương: giống đậu tương DT55 (năm 2002) được tạo ra bằng xử lí đột biến giống đậu tương DT74 có thời gian sinh trưởng rất ngắn (trong vụ xuân: 96 ngày, vụ hè: 87 ngày), chống đổ và chịu rét tốt, hạt to, màu vàng. 22
Đa dạng sinh học + Ở lạc: giống lạc V79 được tạo ra bằng chiếu xạ tia X vào hạt giống lạc bạch sa sinh trưởng khoẻ, hạt to trung bình và đều, vỏ dễ bóc, + Ở cà chua: giống cà chua hồng lan được tạo ra từ thể đột biến tự nhiên của giống cà chua Ba Lan trắng. 3.3.2. Phối hợp giữa lai hữu tính và xử lý đột biến Giống lúa A20 (năm 2002) được tạo ra bằng lai giữa 2 dòng đột biến :H20xH30. Giống lúa DT16 (năm 2002) được tạo ra bằng lai giữa giống DT10 với giống lúa đột biến A20. Giống lúa DT21 (năm 2002) được tạo ra bằng lai giữa giống lúa nếp 415 với giống lúa đột biến ĐV2 (từ giống lúa Nếp cái hoa vàng). 3.3.3. Thành tựu trong chọn giống vật nuôi Trong chọn giống vật nuôi, do qúa trình tạo giống mới đòi hỏi thời gian rất dài và kinh phí rất lớn nên người ta thường cải tiến giống địa phương, nuôi thích nghi hoặc tạo giống ưu thế lai. Ngoài ra người ta còn dùng công nghệ gen để phát hiện sớm giới tính của phôi (7 ngày sau khi thụ tinh), giúp cho người chăn nuôi bò sữa chỉ cấy các phôi cái, cò người chăn nuôi bò thịt thì chỉ cấy toàn phôi đực. Bên cạnh đó, người ta còn xác định được kiểu gen BB cho sản lượng sữa cao nhất, tiếp đó là kiểu gen AB, thấp nhất là kiểu gen AA. Nhờ đó, đã chọn nhanh và chính xác những con bò làm giống. 23
Đa dạng sinh học CHƯƠNG II: ĐA DẠNG GEN 1.ĐA DẠNG GEN Đa dạng gen (hay đa dạng di truyền) là đòi hỏi của bất kỳ loài nào để đảm bảo sự sinh sản, chịu đựng bệnh tật và khả năng thích nghi với các điều kiện môi trường luôn luôn thay đổi. Đa dạng di truyền trong một loài thường được thể hiện qua bản chất của sự sinh sản trong quần thể. Các cá thể trong quần thể thường khác nhau về di truyền với các quần thể khác. Điều này thể hiện qua những biến đổi di truyền trong hay giữa các quần thể. Đó là các thành phần của axit nucleic, cấu tạo của mã di truyền. Những biến đổi mới xuất hiện trong các cá thể do sự đột biến gen hay thể nhiễm sắc và trong các cơ thể do sự sinh sản hữu tính có thể lan rộng ra quần thể bởi sự tái tổ hợp. Một loại đa dạng di truyền khác được xác định ở tất cả mức độ của cơ thể bao gồm số ADN trong tế bào trong cấu trúc và số thể nhiễm sắc. Nguồn biến đổi di truyền này có mặt trong quần thể lai chéo đã tác động lên quần thể đó bằng sự chọn lọc cách sống khác nhau nhờ sự biến đổi tần số gen trong vốn gen đó và điều đó là tương đương với sự tiến hóa quần thể. Đặc điểm biến đổi gen là rõ nét: có thể tạo ra sự biến đổi tiến hóa tự nhiên và chọn lọc nhân tạo do quá trình nuôi trồng. Chỉ có một phần nhỏ (ít hơn 1%) nguyên liệu gen của cơ thể bậc cao là vượt ra ngoài hình dạng và chức năng của cơ thể. Tóm lại sự biến đổi di truyền xuất hiện do các cá thể có sự sai khác nhỏ về các gen của nó. Những đơn vị của thể nhiễm sắc được mã hóa đối với những protein đặc biệt. Sự sai khác nhỏ đó của gen được coi như những allen và các sự khác nhau tăng lên do đột biến tức là sự thay đổi ADN. Những biến đổi của các allen của một gen có thể tạo ra những dạng protein mà chúng khác về cấu trúc và chức năng và đến lượt mình sự khác nhau đó sẽ được thể hiện qua tính chất phát triển và sinh lý học của từng cá thể. Những biến đổi di truyền tăng lên khi con cháu nhận sự tái tổ hợp gen và thể nhiễm sắc từ bố mẹ của chúng qua sự tái tổ hợp gen qua sinh sản hữu tính. Các gen có sự trao đổi giữa các thể nhiễm sắc 24
Đa dạng sinh học và được sắp xếp lại trong khi lai chúng được thực hiện trong phân chia tế bào có tơ meiotic và sự tái tổ hợp mới được tạo ra khi các giao tử từ bố mẹ hợp nhất để tạo ra con cháu có nét độc đáo trong di truyền. Đột biến cung cấp những nguyên liệu cơ bản cho biến đổi về di truyền, khả năng loài sinh sản hữu tính sắp xếp lại một cách lộn xộn các allen trong sự tổ hợp làm tăng khả năng bất ngờ đối với sự biến đổi di truyền. Toàn bộ sự sắp xếp của gen và allen trong quần thể tạo thành vốn gen cho quần thể, trong khi đó tổ hợp allen của bất kỳ cá thể nào trong quần thể sẽ tạo ra các kiểu nhân của nó. Trong các môi trường đặc biệt các kiểu nhân cho ra các kiểu hình riêng thể hiện qua các đặc tính hình thái, sinh lý, giải phẫu, sinh hóa, Một số đặc tính của con người như gầy béo, sâu răng là do môi trường, còn màu mắt, nhóm máu, là do kiểu gen. Sự biến đổi gen trong quần xã được đo bằng: - Số lượng gen trong quần thể mà quần thể đó là đa hình - Số lượng allen trong gen đa hình. - Số lượng gen trong một số cá thể mà cá thể đó là đa hình. 1.1. Định nghĩa Đa dạng di truyền là tất cả các gen di truyền khác nhau của tất cả các cá thể thực vật, động vật, nấm, và vi sinh vật. Đa dạng di truyền tồn tại trong một loài và giữa các loài khác nhau . Đa dạng di truyền là sự đa dạng về thành phần gen giữa các cá thể trong cùng một loài và giữa các loài khác nhau; là sự đa dạng về gen có thể di truyền được trong một quần thể hoặc giữa các quần thể. Đa dạng di truyền là biểu hiện sự đa dạng của các biến dị có thể di truyền trong một loài, một quần xã hoặc giữa các loài, các quần xã. Xét cho cùng, đa 25
Đa dạng sinh học dạng di truyền chính là sự biến dị của sự tổ hợp trình tự của bốn cặp bazơ cơ bản, thành phần của axit nucleic, tạo thành mã di truyền. Tập hợp các biến dị gen trong một quần thể giao phối cùng loài có được nhờ chọn lọc. Mức độ sống sót của các biến dị khác nhau dẫn đến tần suất khác nhau của các gen trong tập hợp gen. Điều này cũng tương tự trong tiến hoá của quần thể. Như vậy, tầm quan trọng của biến dị gen là rất rõ ràng: nó tạo ra sự thay đổi tiến hoá tự nhiên cũng như chọn lọc nhân tạo . Chỉ một phần nhỏ (thường nhỏ hơn 1%) vật chất di truyền của các sinh vật bậc cao là được biểu hiện ra ngoài thành các tính trạng kiểu hình hoặc chức năng của sinh vật; vai trò của những ADN còn lại và tầm quan trọng của các biến dị gen của nó vẫn chưa được làm rõ. Ước tính cứ 109 gen khác nhau phân bố trên sinh giới thì có 1 gen không có đóng góp đối với toàn bộ đa dạng di truyền. Đặc biệt, những gen kiểm soát quá trình sinh hóa cơ bản, được duy trì bền vững ở các đơn vị phân loại khác nhau và thường ít có biến dị, mặc dù những biến dị này nếu có sẽ ảnh hưởng nhiều đến tính đa dạng của sinh vật. Đối với các gen duy trì sự tồn tại của các gen khác cũng tương tự như vậy. Hơn nữa, một số lớn các biến dị phân tử trong hệ thống miễn dịch của động vật có vú được quy định bởi một số lượng nhỏ các gen di truyền. 1.2. Tính đa dạng ở mức độ của các nhóm sinh vật 1.2.1. Sự đa dạng gen ở động vật Đối với các dữ liệu allozyme tức là trị số trung bình của dị hợp tử (H s tỉ lệ các locus mang 2 alen) ở loài động vật không xương sống lớn hơn động vật có xương sống. Lí do chính là nhiều nhóm cá thể phức tạp sống có xu hướng chia nhỏ quần thể hơn và những quần thể lớn hơn là một tổ hợp. Những quần thể lớn sự biến đổi di truyền lớn hơn quần thể nhỏ. 26
Đa dạng sinh học Nhìn chung, như chim, bò sát có mức độ biến đổi di truyền là tương tự, trái lại các loài lưỡng cư có mức độ cao hơn và các loài cá mức độ thấp hơn (Ward et al, 1992). Trong mỗi một nhóm cho dù mức độ đa dạng gen có khác nhau do các mô hình lịch sử và đời sống đã tạo ra các dòng gen và độ lớn của quần thể khác nhau. Tổng số dị hợp tử trong các loài bao gồm 2 thành phần: Sự khác nhau về gen giữa các cá thể trong quần thể và sự khác nhau giữa các quần thể. Số đo thông thường đã sử dụng về sự khác nhau trong quần thể là F st, tỉ số của dị hợp tử khác nhau giữa các quần thể. Giá trị trung bình của Fst là lớn nhất đối với một số động vật thân mềm, lưỡng cư, bò sát và động vật có vú; hầu hết các loài trong các nhóm đó cho thấy con số đáng kể của những quần thể bị phân chia. Khoảng 25 – 30% trung bình số loài thay đổi là do sự di truyền khác nhau trong quần thể. Cho dù trị số F st là khác nhau lớn, sự sắp xếp từ 0,0 (không có sự thay đổi trong quần thể) cho gần đến 1,0. Mặt khác ở chim và côn trùng cho thấy sự thay đổi nhỏ trong quần thể, có thể dự đoán mức độ cao ở dòng gen giữa chúng. Giá trị trung bình chỉ 1 – 10% của tổng số biến đổi của lòai chim hoặc loài côn trùng là đặc tính gây ra sự khác nhau trong quần thể. Do đó sự hiểu biết về sự phân bố địa lý của sự đa dạng gen là điều cần thiết đối với các nhà quản lý phải đối mặt với những quyết định về phân quần thể nào của các loài nguy cấp cần phải bảo vệ. 1.2.2. Sự đa dạng gen ở thực vật Số lớn của hệ thống sống của chúng tạo ra sự khác nhau trong cấu trúc di truyền của quần thể trong các loài thực vật nhiều hơn trong các loài động vật. Chẳng hạn những loài thụ phấn nhờ gió có mức độ dị hợp tử cao (H s=0,15 – 0,2). Tỷ lệ cao hơn là trong quần thể thực vật thụ phấn nhờ động vật (H s=0,09 – 0,12), cả hai nhóm này có mức độ cao hơn thực vật tự thụ phấn (H s=0,07). Ở thực vật tự thụ phấn cho thấy mức độ khác nhau vể mặt di truyền trong quần thể cao hơn những loài tạp giao trong sinh sản hoặc các loài cùng giao phối. Sự 27
Đa dạng sinh học phân bố về địa lý của các loài thực vật cũng là một thông số quan trọng điều khiển tính đa dạng gen trong và giữa các quần thể. Các loài thực vật với khu phân bố nhỏ thì sự thay đổi di truyền trong quần thể là trung bình và nhỏ hơn quần thể phân bố hẹp, quần thể mức độ vùng hoặc quần thể phân bố rộng. Tầm quan trọng biến đổi của allozyme ảnh hưởng đến sự thích ứng chưa biết nào đó. Những kinh nghiệm trong nghiên cứu đã gợi ý rằng sự khác nhau lớn về gen trong quần thể nó thể hiện những dấu hiệu thích ứng (Bradshaw, 1984). Những loài nuôi trồng mà được lựa chọn để nhân giống thường có sự giảm mức độ biến đổi gen, điều này có thể gây ra sâu bệnh hoặc giảm sự sinh sản. Chẳng hạn tính chống chịu của nấm mốc sương trong hạt kê không xuất hiện trong trồng trọt nhưng đã tìm thấy có liên quan với những chủng hoang dại ở Nigeria, trung tâm giống gốc. Tương tự, tính chống chịu virut của Khoai tây, Vi khuẩn, Nấm và Giun tròn đã tìm thấy ở những loài Khoai tây hoang dại ở dãy núi Andơ thuộc Nam Mỹ. Sự đa dạng gen ở những loài hoang dại đã liên quan đến thực vật bản xứ phải duy trì có thể sử dụng và để cải tạo những đặc tính ở các loài thực vật bản xứ. 1.2.3. Sự đa dạng gen ở các cơ thể sống khác Quy mô của đa dạng gen trong nhóm, những nghiên cứu về các loài thực vật và động vật không thể ước tính chính xác trong cùng một lúc mặc dù đã biết chắc quy mô đa dạng ở nấm và vi sinh vật nói riêng là đáng kể. Thí dụ sự khác nhau về mặt di truyền đã chứng minh trong những loài vi sinh vật đơn lẻ như Chlamydomonas reinhardtii với ít nhất 159 dòng biến đổi, Neurospora crassa trên 3000 và trên 3500 kiểu huyết thanh của Salmonella (Board on Agriculture, 1994). Quy mô lan rộng trong tự nhiên là không chắc chắn. 28
Đa dạng sinh học 2. ĐA DẠNG GEN TRONG NÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM Theo đánh giá của Jucovki (1970), Việt Nam là một trong 12 trung tâm nguồn gốc giống cây trồng của thế giới. Mức độ đa dạng sinh học của hệ thực vật vây trồng ở Việt Nam cao hơn nhiều so với dự đoán. 2.1. Nguồn gen giống cây trồng, vật nuôi. Ở Việt Nam, hiện nay đang sử dụng trong sản xuất nông nghiệp 16 nhóm các loài cây trồng khác nhau, với tổng số trên 800 loài cây trồng với hàng nghìn giống khác nhau, có 3 nhóm cây trồng đang được nông dân sử dụng. - Các giống cây trồng bản địa: Nhóm giống cây trồng này hiện nay đang chiếm vị trí chủ đạo đối với nhiều loại cây trồng. Trong đó nhóm giống cây trồng này có những giống đã được nông dân sử dụng và lưu truyền hàng nghìn năm nay. - Các giống cây trồng mới: Là những giống cây trồng có khả năng cho năng suất cao và có một số đặt tính tốt khác nhau như: phẩm chất nông sản tốt, khả năng chống chịu sâu bệnh cao được các nhà khoa học chọn lọc, lai tạo thành. Những năm gần đây các giống cây trồng được các nhà khoa học chọn lọc và lai tạo mới cũng như các loại giống cây trồng được nhập nội, trước khi đưa ra sản xuất rộng rãi, được hội đồng khoa học Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn xem xét công nhận. - Các giống cây trồng được nông dân ở các tỉnh biên giới trao đổi với nhau qua biên giới hoặc mua bán qua đường tiểu ngạch. Hiện nay, Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia đang bảo tồn 12.300 giống của 115 loài cây trồng. Đây là tài sản quý của đất nước, phần lớn không còn trong sản xuất và trong tự nhiên nữa. Một bộ phận quan trọng của số giống này là nguồn gen bản địa với nhiều đặc tính quý mà duy nhất chỉ có nước ta có. - Về vật nuôi, hiện nay Việt Nam có 14 loài gia súc và gia cầm đang được chăn nuôi chủ yếu bao gồm 20 giống lợn trong đó có 14 giống nội, 21 giống bò (5 giống nội), 27 giống gà (16 giống nội), 10 giống vịt (5 giống nội), 7 giống 29
Đa dạng sinh học ngan, (3 giống nội), 5 giống ngỗng (2 giống nội), 5 giống dê (2 giống nội), 3 giống trâu (2 giống nội), 1 giống cừu, 4 giống thỏ (2 giống nội), 3 giống ngựa (2 giống nội), bồ câu, hươu và nai (có khoảng 10 ngàn con hươu nai được nuôi trong toàn quốc). 2.2. Đặc trưng đa dạng của nguồn gen Các biểu hiện của kiểu gen (geno-type) ở Việt Nam rất phong phú. Riêng kiểu gen cây lúa (Oryza saltivaI) có đến hàng trăm kiểu hình (Phenotype) khác nhau, thể hiện ở gần 400 giống lúa khác nhau. Các kiểu gen ở Việt Nam thường có nhiều biến dị, đột biến. Trong đó có những biến dị xảy ra dưới tác động của các yếu tố tự nhiên ( sấm, chớp, bức xạ ), có những đột biến xảy ra do những tác nhân nhân tạo. Đây là một trong những nguồn tạo giống mới.DDSH gen ở Việt Nam chứa đựng khả năng chống chịu và tính mềm dẻo sinh thái cao của các kiểu gen (genotype). Bảng 1.1. Số giống cây trồng được công nhận chính thức (1977 – 2004) STT Loài cây trồng Số giống STT Loài cây trồng Số giống 1 Lúa 156 19 ớt 1 2 Ngô 47 20 Xoài 5 3 Khoai lang 9 21 Sầu riêng 5 4 Khoai tây 8 22 Chôm chôm 2 5 Khoai sọ 1 23 Nhãn 5 6 Sắn 2 24 Cam quýt 2 7 Đậu tương 22 25 Bưởi 4 8 Lạc 14 26 Dứa 2 30
Đa dạng sinh học 9 Đậu xanh 7 27 ổi 1 10 Vừng 1 28 Bông 9 11 Cà chua 14 29 Cao su 14 12 Cải bắp 3 30 Cà phê 14 13 Cải ăn lá 2 31 Chè 1 14 Cải củ 2 32 Dâu tằm 1 15 Dưa hấu 3 33 Mía 2 16 Dưa chuột 3 34 Hoa 2 17 Đậu côve leo 1 35 Cỏ ngọt 1 18 Đậu hà lan 2 Tổng số 35 358 [Nguồn: Khoa học công nghệ và phát triển nông thôn 20 năm đổi mới, bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn Việt Nam, 2005] 3. TÌNH TRẠNG SUY THOÁI ĐA DẠNG GEN Ngoài việc tạo ra các giống mới không phải là đảm bảo cho tính đa dạng của gen khi chưa biết trước những sản phẩm đó có gây hại cho con người hay không thì con người đã và đang tiêu diệt rất nhiều loài động vật và thực vật trên trái đất này. Trong thế kỷ 20, loài người đã tiêu diệt khoảng 700 loài động thực vật. Nhiều loài bị tuyệt chủng khi còn chưa được con người biết đến. Từ năm 1600 trước công nguyên đến năm 1900: trung bình 4 năm mất 1 loài. Từ năm 1900 đến 1980: 1 năm mất 1 loài. Từ 1980 đến 2000 : 1 ngày mất 1 loài. Dự báo từ 2001 đến 2010: 1 giờ mất 1 loài. 31
Đa dạng sinh học Cho đến cuối thế kỷ 20, loài người đã làm biến mất khoảng từ 20% đến 50% số loài trên Trái Đất. Suy thoái đa dạng sinh học làm cho loài người mất dần các nguồn tài nguyên quý giá ( lương thực, thực phẩm, dược liệu, nguyên vật liệu, gen, tiện nghi môi trường .) đồng thời phải chống chịu với các tai biến sinh thái ngày càng tăng (dịch bệnh gia súc, dịch hại cây trồng ) do mất cân bằng sinh thái. Suy thoái sinh học ở Việt Nam đến nay là rất đáng ngại. trong vòng khoảng 10 năm cuối thế kỷ 20, trên 700 loài động, thực vật Việt Nam đã biến mất hoặc bị đẩy vào tình trạng nguy hiểm, trong đó có hầu hết các giống loài có giá trị kinh tế cao như: - Động vật: Tê giác 1 sừng, voi, hổ, bò xám, bò tót, bò rừng, hươu xạ, hươu cà toong, hươu vàng, cheo cheo napu, vượn đen tuyền, vượn Hải Nam, vượn bạc má, vượn má hung, voọc đầu trắng, voọc mũi hếch, công, gà lôi lam, các cóc Tam Đảo, cá sấu . - Thực vật: sâm Ngọc Linh, bời lời, trắc, càte, trầm hương. 32
Đa dạng sinh học CHƯƠNG III: BẢO TỒN GEN Khi các loài sinh vật đang bị suy thoái và một số đang có nguy cơ tuyệt chủng thì chúng ta phải có những hình thức để bảo tồn các nguồn gen quý giá để lưu giữ cho các thế hệ mai sau. Bảo tồn sự đa dạng và di truyền là điều vô cùng quan trọng để giữ vững và cải thiện năng suất, phẩm chất các sản phẩm của hầu hết các cây trồng trọt vật chăn nuôi, thủy sản và lâm nghiệp. Theo báo cáo của tổ chức FAO và môi trường cho thấy: “Các đặc tính ưu tú về di truyền của các giống cây trồng, cây làm thuốc, các loài gia súc, gia cầm, các loài thủy sinh và các vi sinh vật kể cả ở dạng đã được thuần chủng và dạng hoang dại vô cùng cần thiết đối với các chương trình chọn giống để tăng năng suất, cải thiện phẩm chất, tạo tính kháng sâu bệnh, tạo sự thích nghi với các điều kiện môi trường khác nhau và nhiều đặc tính tốt”. Hiện nay, mọi người đều đồng ý rằng sự mất mát cây trồng diễn ra trong mấy chục năm qua là thật khủng khiếp, quá trình xói mòn di truyền dường như còn sẽ tiếp tục diễn ra với tốc độ nhanh hơn trong tương lai. Ví dụ như trong vòng 40 năm qua 95% giống lúa mỳ Hy Lạp đã bị mất do xu hướng thương mại. Do đó, việc thu thập, bảo tồn và khai thác nguồn di truyền cây trồng hợp lý cần sự nỗ lực của toàn thế giới. 1. CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO TỒN NGUỒN GEN Đa dạng sinh học cần được bảo tồn bằng một loạt các biện pháp nhằm đảm bảo an toàn cho các loài và các kho dự trữ gen như xây dựng và duy trì những khu vực bảo vệ, những chiến lược tổng thể kết hợp được các hoạt động kinh tế với hoạt động bảo vệ trên toàn khu vực. Các chính phủ thường quy hoạch những vùng có tầm quan trọng đặc biệt về tính đa dạng sinh học thành những Khu bảo tồn đa dạng sinh học. Bảo tồn đa dạng sinh học ở tất cả các mức 33
Đa dạng sinh học độ là duy trì một cách cơ bản các quần thể của các loài có thể thực hiện được hoặc các quần thể xác định được. Như vậy có thể hoặc là bảo vệ nguyên vị hoặc bảo vệ chuyển vị. Một số chương trình quản lý kết hợp cả hai tiếp cận này. 1.1. Bảo tồn nguyên vị (In situ) Bảo tồn In situ nguồn gen cây trồng là duy trì các loài cây trồng tại vùng xuất xứ, hay nói cách khác là bảo vệ trong tự nhiên hoang dại của chúng. Bảo tồn In situ là một hệ thống hoạt động vì nó cho phép các động lực tiến hóa tác động lên vật liệu bảo quản. Bảo tồn In situ liên quan nhiều đến địa điểm hơn là đến từng loài, cho nên đối tượng bảo tồn gồm cả các loài đã được xác định và chưa được xác định. Trong bảo tồn In situ chúng ta cần có các kiến thức về phạm vi môi trường sinh sống, về độ phong phú các loài và biến động quần thể. Bảo tồn In situ cho phép chúng ta nghiên cứu về loài trong phạm vi môi trường tự nhiên của chúng. Nó cũng là nguồn dự trữ tự nhiên của nguồn tài nguyên di truyền thực vật, trong đó rất nhiều loài chưa được xác định nhưng có thể có giá trị sử dụng cao trong tương lai. Loại bảo tồn này là hoàn toàn thích hợp đối với nhiều loài cây dại, kể cả những loài cây là họ hàng của những loài cây trồng. Bảo tồn đa dạng sinh học nguyên vị đang chiếm một tỉ lệ lớn hiện nay trên thế giới. Cách bảo vệ này hiệu quả hơn vì nó cho phép các quần thể tiếp tục thích nghi trong các điều kiện có được bằng các quá trình tiến hoá tự nhiên. 1.2. Bảo tồn chuyển vị (Ex situ) Bảo tồn Ex situ là phương pháp duy trì các loài cây ngoài phạm vi xuất xứ của chúng. Vườn thực vật, kho lạnh, ngân hàng gen, tập đoàn đồng ruộng là những phương tiện phục vụ cho bảo tồn Ex situ. 34
Đa dạng sinh học Nhiều loài sinh vật có thể bảo tồn bằng cách nuôi trồng hay nuôi trong chuồng. Cây cỏ cũng có thể bảo vệ trong ngân hàng hạt giống và các sưu tập germplasm. Đối với động vật cũng bằng kỹ thuật tương tự (bảo quản phôi, trứng, tinh trùng), nhưng phức tạp hơn. Điều rõ ràng là bảo vệ chuyển vị hiện nay chỉ có thể thực hiện được với một tỉ lệ rất nhỏ vì rất tốn kém. 2. CÁC BIỆN PHÁP BẢO TỒN NGUỒN GEN 2.1. Bảo tồn nguồn gen trong trang trại Là hình thức bảo tồn ĐDSH, cây trồng, gia súc trong trang trại. Đây là phương pháp được tồn tại từ rất lâu đời, vai trò bảo tồn nguồn gen chủ yếu là do nhân dân địa phương bảo vệ và khai thác sử dụng. Phương pháp này có ưu điểm là các giống địa phương có tính ổn định cao, có khả năng thích nghi với môi trường tốt hơn giống cải tiến. Ở nước ta hiện này có hàng nghìn giống cây trồng địa phương, có đặc tính nông sinh học quý đang tồn tại trong các trang trại của nông dân như: 400 giống lúa mùa địa phương ở các tỉnh phía nam, có khả năng chống chịu chua, phèn, nước mặn, nước sâu và khô hạn, nổi tiếng như giống lúa Một Bụi; các giống lúa chịu mặn ở các tỉnh phía Bắc: Cườm, Bầu, Chiêm Đá mà chưa giống mới nào có thể thay thế được; Các loại cây có giá trị: hồi, quế được gây trồng từ hàng trăm năm nay tại địa phương và vẫn được bảo vệ nguyên vẹn và phát triển rộng rãi. Trong lâm nghiệp một số loài cây có giá trị như Quế, hồi, dẻ Cao Bằng đã được nhân dân địa phương gây trồng tại chỗ từ hàng trăm năm nay và nguồn tài nguyên di truyền không chỉ được bảo vệ nguyên vẹn mà còn được phát triển rộng rãi ra các địa phương khác. Các giống mới cải tiến vì cần đầu tư cao và đắt đỏ chỉ thích hợp cho các vùng có điều kiện thâm canh hoặc giao lưu hàng hóa tốt. Do nhiều nguyên nhân, như điều kiện sinh thái, đất đai và phong tục tập quán nhiều giống thuộc nhiều loài cây có giá trị kinh tế nhất là đối với nền kinh tế địa phương khó có thể thay 35
Đa dạng sinh học thế bằng giống mới cải tiến. Ví dụ như các cây lương thực phụ, các loài rau, cây ăn quả địa phương như vải thiều Thanh Hà, nhãn lồng Hưng Yên, bưởi Đon Hùng, quýt Bắc Giang Những loài cây này có thể đã là những cây được nhân dân gieo trồng, nhưng cũng có thể là những loài mọc tự nhiên nhưng được cả cộng đồng bảo vệ, khai thác sử dụng. 2.2. Ngân hàng gen hạt giống Ngân hàng gen hạt giống là những bộ sưu tập hạt giống thu lượm từ các cây hoang dại và cây trồng. Hạt được lưu giữ trong điều kiện lạnh và khô trong một thời gian dài, sau đó lại cho nảy mầm. Hiện nay có hơn 50 ngân hàng hạt giống trên thế giới. Tuy nhiên kiểu bảo tồn này nhiều lúc cũng gặp khó khăn nhất định như mất điện, hỏng thiết bị có thể xảy ra bất ngờ. Kể cả khi được giữ lạnh thì hạt cũng dần dần mất khả năng nảy mầm do dự trữ năng lượng quá lâu và do tích tụ các biến đổi nguy hại. Có thể thấy phương pháp này có những điểm chính cần chú ý sau: * Hình thức lưu giữ: Lưu giữ ex-situ quỹ gen của các loài cây có hạt giống dễ tính (hạt giống Othordox). * Đối tượng: Cây có hạt giống Othordox. (dễ bảo quản). * Đặc điểm của phương pháp: Hạt giống được làm khô ở điều kiện đặc biệt và lưu giữ trong kho lạnh bảo quản nguồn gen ở các chế độ: + Dài hạn: Nhiệt độ -100C, Ẩm độ 40%, lưu giữ nguồn gen 50 năm + Trung hạn: Nhiệt độ 4 0C, Ẩm độ 45%, lưu giữ nguồn gen 25 - 30 năm + Ngắn hạn: Nhiệt độ 150C, Ẩm độ 60 - 65%, lưu giữ nguồn gen 3-5 năm Sau thời hạn đó phải nhân lại để đảm bảo chất lượng và trẻ hoá nguồn gen đang lưu giữ. Tuy nhiên trong điều kiện trang thiết bị hiện tại ở ngân hàng gen quốc gia, việc nhân lại nguồn gen được tiến hành sau khi lưu giữ 7 - 10 năm (đối với chế độ bảo quản dài hạn), 5-7 năm (đối với chế độ bảo quản trung hạn). 36
Đa dạng sinh học * Ưu điểm: Phương pháp lưu giữ này cho phép giữ nguyên trạng đặc tính di truyền của nguồn gen, bảo tồn 1 lượng lớn nguồn gen, có tính an toàn cao và thuận lợi cho việc quản lý và cung ứng. * Nhược điểm: Nguồn gen không tiến hoá trong tự nhiên, chịu ảnh hưởng điều kiện thiết bị, điện, mất khả năng nảy mầm do dự trữ năng lượng quá lâu. * Số lượng nguồn gen đang được lưu giữ: Đến đầu năm 2003 Ngân hàng gen hạt giống đang lưu giữ 10.300 giống của cây trồng có hạt. Để khắc phục nhược điểm của phương pháp này người ta phải gieo trồng định kỳ, chăm sóc và thu hoạch hạt giống mới để cất giữ. Cho đến nay hơn 2 triệu bộ sưu tập hạt giống đã có mặt trong các ngân hàng hạt giống nông nghiệp. Tuy nhiên những cây trồng có ý nghĩa khác cho từng khu vực như cây dược liệu, cây lấy sợi vẫn chưa được lưu giữ trong các ngân hàng này. Họ hàng hoang dại của các loại cây trồng vẫn chưa được tập hợp đầy đủ trong các ngân hàng hạt giống mặc dù các loài này vô cùng hữu ích trong các chương trình tạo giống cây trồng. Tuy nhiên cũng phải tất cả các loài đều có thể bảo tồn bằng hạt giống. Khoảng 15% số loài thực vật trên thế giới có hạt thuộc loại “bảo thủ”, tức là không thể tồn tại hoặc không thể chịu đưng được các điều kiện nhiệt độ thấp và kết quả là không thể cất giữ trong các ngân hàng hạt giống. Các loại cây trồng này có loài rất có giá trị như cao su, coca là không thể lưu giữ lâu. Phương pháp có thể lưu giữ các loài này chỉ bằng cách lưu giữ phôi sau khi đã loại bỏ vỏ áo ngoài của hạt, nội nhũ và các mô khác. Một số loài cũng được duy trì bằng phương pháp nuôi cấy mô trong những điều kiện có khống chế hoặc chúng được nhân giống bằng cắt chiết từ cây mẹ. Khoảng 60 – 70% các loài thực vật tái sinh và bảo tồn nòi giống của mình bằng phương thức tạo hạt hữu tính là có thể bảo quản hạt khô trong điều kiện lạnh – nhóm cây có hạt “orthodox”. Khi được làm khô, độ ẩm 5 – 7% hạt có thể kéo dài sự sống lâu trong kho lạnh. Theo lý thuyết thì có thể bảo toàn sức sống 37
Đa dạng sinh học của hạt tùy theo loài cây trên hàng trăm năm. Các kho bảo quản hạt vì thế sớm được đầu tư thành lập và là hình thức bảo quản exsitu quan trọng nhất. Tùy theo nhu cầu bảo quản dài, trung hay ngắn hạn mà các kho hạt có những trang thiết bị và kỹ thuật phù hợp. Tương ứng, các tập đòan hạt được giữ trong các điều kiện ngắn, trung và dài hạn còn được gọi là những tập đoàn công tác, họat động và cơ bản. 2.3. Ngân hàng gen đồng ruộng Đây là thuật ngữ chỉ các tập đoàn thực vật sống được duy trì ngoài khu cư trú tự nhiên của chúng. Chúng có thể là các tập đoàn trồng trên đồng ruộng, trong các công viên, các vườn thực vật Pương pháp này có những điểm chính cần chú ý sau: * Hình thức lưu giữ: Lưu giữ nguồn gen trên đồng ruộng thí nghiệm, trong chậu vại, nhà lưới, * Đối tượng: Những loài cây lâu năm như cây ăn quả, cây công nghiệp, cây thuốc, cây lấy gỗ, các loài cây có hạt “recalcitrant” – loại hạt không thích nghi với sấy khô và bảo quản lạnh, các loài cây có hạt “orthodox” và cây sinh sản vô tính khi chưa thiết lập được các ngân hàng hạt giống và in vitro thích hợp. * Phương pháp: Đối với cây hàng năm: Bảo tồn Ex-situ nếu ngân hàng gen đồng ruộng không phải tại nơi xuất xứ của loài cây cần bảo tồn, In-situ nếu ngân hàng gen đồng ruộng tại nơi xuất xứ của loài cây cần bảo tồn. Đối với cây lưu niên: Tạo lập các vườn bảo tồn quỹ gen cây lưu niên tại các cơ quan nghiên cứu khoa học hoặc các địa phương; Bảo tồn In situ tại vườn gia đình. * Đặc điểm của phương pháp: 38
Đa dạng sinh học + Bảo tồn ex - situ: - Ưu điểm: Bảo quản được lượng lớn các nguồn gen (Tập đoàn cơ bản), kết hợp đánh giá mô tả, theo dõi khả năng chống chịu sâu bệnh hại và các điều kiện sinh thái bất lợi đối với nguồn gen và các giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây trồng; làm giảm nguy cơ xói mòn nguồn gen trong tự nhiên. - Nhược điểm: Chi phí tốn kém, hạn chế sự tiến hoá tự nhiên của nguồn gen; nguy cơ xói mòn nguồn gen trong quá trình bảo quản do sâu bệnh và các điều kiện sinh thái bất lợi. + Bảo tồn in - situ: - Ưu điểm: Bảo đảm được quá trình tiến hoá tự nhiên của nguồn gen; hiệu quả khai thác sử dụng cao. - Nhược điểm: Chỉ bảo đảm áp dụng được đối với các nguồn gen đang có lợi ích cộng đồng; đòi hỏi phải thường xuyên nâng cao năng lực và ý thức của cộng đồng. * Số lượng nguồn gen đang được lưu giữ: Đến đầu năm 2003 Ngân hàng gen đồng ruộng đang lưu giữ 1.800 giống (gồm Bạc Hà, củ Mỡ, củ Nâu, Dong Riềng, Dong Trắng, củ Từ, Địa Liền, Gừng, Khoai Lang, Khoai Sọ, Sắn, Riềng, Nghệ ); Vườn tiêu bản quỹ gen cây lưu niên 192 giống của 22 loài cây lưu niên. 39
Đa dạng sinh học 2.4. Ngân hàng gen invitro Đây là tập đoàn các vật liệu di truyền được bảo quản trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo, trong điều kiện vô trùng. * Hình thức lưu giữ: Lưu giữ cây con, cơ quan, mô, phôi, tế bào, ADN của các nguồn gen trong điều kiện duy trì sinh trưởng tối thiểu hoặc ngừng sinh trưởng tạm thời. * Đối tượng: - Vật liệu sinh sản vô tính - Các loại cây có hạt - Các nguồn gen dùng để nhân nhanh phục vụ các chương trình chọn tạo và nhân giống, hạt giống và ngân hàng ADN. - Các loài cây khó bảo quản trong Ngân hàng gen hạt giống và Ngân hàng gen đồng ruộng. * Phương pháp: - Lưu giữ trong ống nghiệm các cơ quan, mô hoặc tế bào bằng kỹ thuật nuôi cấy mô nhằm duy trì nguồn gen dưới hình thức sinh trưởng chậm (phương pháp này đang được áp dụng tại NHG cây trồng quốc gia). - Bảo quản siêu lạnh trong Ni tơ lỏng (-196 oC) các đối tượng Callus, Protoplast, bao phấn, mô phân sinh, phôi. * Đặc điểm của phương pháp: + Ưu điểm: - Đảm bảo độ an toàn và sạch bệnh cao, có khả năng tạo quần thể cây đồng nhất với số lượng lớn. - Với phương pháp bảo quản siêu lạnh có thể bảo quản được lâu dài với số lượng lớn và độ ổn định. 40
Đa dạng sinh học - Hạn chế khả năng mất nguồn gen, nhất là các nguồn gen có nguy cơ xói mòn cao, các loài có nguy cơ bị tuyệt chủng, - Khả năng tái tạo, phục hồi các nguồn gen đã biến mất trong tự nhiên. + Nhược điểm: - Chi phí bảo quản lớn, đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao và trang thiết bị hiện đại. - Có khả năng tạo ra biến dị Soma với tần số biến dị khác nhau và ít lặp lại. * Số lượng giống cây trồng đang được lưu giữ: Hiện nay đang lưu giữ khoai Môn - Sọ. Có 3 loại kho bảo quản in vitro – ngắn, trung và dài hạn. Tùy theo nhu cầu bảo quản mà tốc độ sinh trưởng của vật liệu được làm giảm với mức độ khác nhau. Bảo quản ngắn hạn vật liệu là để cung cấp cho các nhu cầu chọn, tạo giống và nghiên cứu của mỗi cơ sở. Trong bảo quản bằng sinh trưởng chậm (trung hạn) tốc độ sinh trưởng của vật liệu được làm giảm một cách đáng kể bằng cách để ở điều kiện nhiệt độ và ánh sáng thấp hoặc làm giảm nồng độ oxy tiếp cận vật liệu. Bằng phương này có thể kéo dài thời gian cần cấy chuyển và như vậy làm giảm một cách đáng kể các chi phí cần thiết và nguy cơ phát sinh biến dị sinh dưỡng. Bảo quản trong hoặc trên mặt nitơ lỏng (156 0C) là phương pháp bảo quản dài hạn. Ở nhiệt độ đó các phản ứng sinh hóa của vật liệu bị làm ngưng đọng hoàn toàn và vì thế loại trừ được khả năng xảy ra biến dị sinh dưỡng. Tuy nhiên trong bảo quản đông lạnh sức sống và khả năng tái sinh của vật liệu lại là vấn đề cần quan tâm. Trong quá trình tái sinh cũng có thể xảy ra những biến dị sinh dưỡng nếu có qua quá trình phát triển “không có tổ chức cơ quan”. Mỗi giải pháp đã nêu đều có những hạn chế và thuận lợi nhất định, vì thế tùy mỗi trường hợp cụ thể mà lựa chọn giải pháp thích hợp nhất, có thể phải là kết hợp của nhiều giải pháp. 41
Đa dạng sinh học 3. BẢO TỒN GEN ĐỘNG VẬT HOANG DÃ Ở VIỆT NAM Hiện đã có 275 loài và phân loài thú, 1026 loài và phân loài chim, 500 loài cá nước ngọt, khoảng 2000 loài cá biển đã được nhận biết và còn nhiều loài động thực vật khác chưa được sưu tập, chứng tỏ nước ta là một trong những nước có tính đa dạng sinh học cao.Với 2 hình thức bảo tồn (nguyên vị và chuyển vi) và các chương trình bảo tồn các loại thú cụ thể chứng tỏ công tác bảo tồn nguồn gen động vật hoang dã đã được chú trọng. Tuy nhiên để bảo vệ được nguồn gen động vật hoang dã sự cần thiết phải có mối liên hệ chặt chẽ giữa các nhà khoa học, quản lý, dân cư địa phương và ở chính vườn Quốc gia và Khu bảo tồn, nơi đang lưu giữ các nguồn gen quí hiếm này. Chính phủ Việt Nam đã quan tâm đến việc bảo vệ nguồn gen động vật hoang dã, bảo vệ đa dạng sinh học. Năm 1962, Vườn Quốc gia đầu tiên được thành lập. Đó là Vườn Quốc gia Cúc Phương. Tháng 11/1997, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn (NN&PTNT) đã có báo cáo Chính phủ xem xét và quyết định danh mục các khu rừng đặc dụng ở Việt Nam gồm 101 khu, với tổng diện tích là 2 297 500 ha. Hệ thống rừng đặc dụng này được xây dựng nhằm bảo vệ các hệ sinh thái rừng, bảo vệ các nguồn gen động, thực vật, nhất là các loài động vật, thực vật quí hiếm và các loài có nguy cơ bị tiêu diệt. Đến nay, khi xem xét lại danh mục các khu rừng đặc dụng thì thấy còn một số hệ sinh thái điển hình còn nằm ngoài hệ thống này. Một số khu có diện tích còn nhỏ chưa đủ rộng để bảo vệ và bảo đảm sinh sống cho một số loài thú, nhất là một số loài thú lớn cần có nơi kiếm ăn rộng hơn như hổ, tê giác, bò xám, bò rừng,voi. Trong số những Khu bảo tồn có một số khu đặc biệt như Vườn Quốc gia Chàm Chim ở tỉnh Đồng Tháp để bảo vệ loài sếu cổ trụi và Khu bảo vệ Xuân Thủy ở cửa sông Hồng bảo vệ các loài chim nước di cư. Đây là khu bảo vệ Ramsar đầu tiên ở Việt Nam cũng như trong vùng Đông Nam Á. 42
Đa dạng sinh học PHẦN II: ĐA DẠNG LOÀI CHƯƠNG I. LOÀI VÀ ĐA DẠNG LOÀI 1. ĐỊNH NGHĨA LOÀI VÀ ĐA DẠNG LOÀI Có nhiều quan điểm khác nhau khi định nghĩa về loài. Ta có thể kể ra ba quan điểm chính: loài duy danh, loài hình thái và loài sinh học. Quan điểm duy danh có từ thế kỷ thứ 18 và tồn tại đến tận thế kỷ 20. Theo quan điểm này thì chỉ có các cá thể là tồn tại, còn loài là trừu tượng và do con người đặt ra. Theo quan điểm hình thái, ta dựa vào định nghĩa cấu tạo, hình thái của loài để xác định: Mỗi loài là một nhóm cá thể có đặc điểm hình thái, sinh lý, hoá sinh đặc trưng khác biệt với những nhóm cá thể khác. Tuy nhiên đối với những loài đồng hình phải căn cứ vào sự khác biệt về ADN như các loài vi khuẩn. Theo quan điểm sinh học, ta dựa vào định nghĩa sinh học của loài: Loài là một nhóm cá thể có khả năng giao phối với nhau để sinh sản ra thế hệ con hữu thụ, không giao phối sinh sản với nhóm khác. Một cách chung nhất, ta có thể định nghĩa: loài là cơ sở của bậc phân loại, có bộ mã di truyền ổn định, khó làm thay đổi bởi tác nhân của môi trường tự nhiên hoặc lai với loài khác. Bậc loài là một trong các bậc taxon cơ bản trong các bậc phân loại . Ví dụ. Bậc phân loại của giới thực vật gồm có 6 bậc taxon cơ bản là ngành, lớp, bộ, họ, chi, loài. Ngoài 6 bậc cơ bản trên người ta còn dùng các bậc trung gian như tông, nhánh, loạt, thứ, dạng. Đa dạng loài là sự phong phú về các loài được tìm thấy trong các hệ sinh thái tại một vùng lãnh thổ xác định thông qua việc điều tra, kiểm kê. Sự đa dạng về loài của một khu vực bao gồm số loài sinh vật sống trong khu vực đó. Tuy nhiên, số lượng các loài chỉ đơn thuần cho biết một phần về đa dạng sinh học, ẩn chứa trong thuật ngữ này là khái niệm về mức độ hoặc quy mô 43
Đa dạng sinh học của sự đa dạng; tức là những sinh vật có sự khác biệt rõ rệt về một số đặc điểm đặc thù sẽ có vai trò quan trọng đối với đa dạng sinh học hơn nhiều so với những sinh vật giống nhau. Để xác định mức độ đa dạng về loài của một khu vực nào đó phải xác định thành phần loài sống trong khu vực đó. 2. ĐA DẠNG LOÀI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Trên phạm vi toàn thế giới còn cần rất nhiều nổ lực để có thể hoàn thiện được danh mục đầy đủ các loài. Mỗi năm các nhà phân loại trên thế giới mô tả được khoảng 11.000 loài (chiếm từ 10 đến 30% các loài có trên thế giới), và như vậy, để có thể mô tả hết các loài trên thế giới (ước tính 10 đến 30 triệu loài) dự kiến phải tốn từ 750 năm đến 2.570 năm, trong khi đó có nhiều loài đa bị tuyệt chủng trước khi chúng được mô tả và đặt tên. Xét về đa dạng loài một cách cụ thể, ta có thể xem xét đa dạng loài theo các nhóm sinh vật. Như vậy, ta sẽ có: đa dạng vi sinh vật, tảo, thực vật không mạch, thực vật có mạch, côn trùng, động vật không xương sống, động vật có xương sống (xem bảng 2.1). Môi trường giàu có nhất về số lượng loài có lẽ ở các rừng nhiệt đới, rạn san hô, các hồ lớn ở vùng nhiệt đới và ở các biển sâu. Trong các rạn san hô, và các biển sâu, sự đa dạng sinh học thuộc nhiều ngành và lớp khác nhau. Sự đa dạng trong các biển sâu nhờ vào diện tích lớn, tính ổn định của môi trường cũng như vào sự biệt hoá của các loại nền đáy khác nhau. Đa dạng loài lớn nhất là ở vùng rừng nhiệt đới. Mặc dù rừng nhiệt đới chỉ chiếm 7% diện tích trái đất, chúng chứa hơn 1/2 loài trên thế giới. Khoảng 40% loài thực vật có hoa trên thế giới (100.000 loài) ở vùng nhiệt đới, trong khi 30% loài chim trên thế giới phụ thuộc vào những khu rừng nhiệt đới. Bảng 2.1. Thành phần các loài 44
Đa dạng sinh học Loài Số lượng Côn trùng 751000 Sinh vật đơn bào 30000 Thực vật 248500 Tảo 26900 Nấm 69000 Vi khuẩn 4800 Virus 1000 Động vật khác 281000 [Nguồn: Nguyễn Nghĩa Thìn ] Rạn san hô tạo nên một nơi tập trung khác về loài. Các loài san hô bé nhỏ tạo ra các hệ sinh thái san hô vĩ đại, là vùng biển tương đương với rừng nhiệt đới về sự phong phú loài và độ phức tạp. Rạn san hô lớn nhất thế giới là rạn San Hô Lớn (Great Barrier Reffs) ở bờ biển phía đông nước Úc, có diện tích là 349.000 km2. Rạn san hô này có hơn 300 loài san hô, 1500 loài cá, 4000 loài thân mềm, 5 loài rùa biển và là nơi sinh sản của khoảng 25 loài chim. Rạn san hô này chiếm 8% loài cá trên thế giới mặc dù chúng chỉ chiếm 0,1% diện tích đại dương. Bảng 5 dưới đây mô tả sự đa dạng về loài trên thế giới. Sự đa dạng về loài sẽ còn được đề cập ở phần sau, về các yếu tố ảnh hưởng đến đa dạng loài. Việt Nam được xếp vào nhóm các nước có đa dạng sinh học cao trên thế giới. Đến nay đã ghi nhận có 15.986 loài thực vật ở Việt Nam, trong đó có 4528 loài thực vật bậc thấp và 11.458 loài thực vật bậc cao, 10% trong số đó là các loài đặc hữu. Về động vật, đã thống kê được 307 loài giun tròn, 161 loài giun sán ký sinh ở gia súc, 200 loài giun đất, 145 loài ve giáp, 113 loài bọ nhảy, 7750 loài côn trùng, 260 loài bò sát, 120 loài ếch nhái, 840 loài chim, 310 loài và phân loài thú. Đa dạng loài ở Việt Nam có các đặc trưng sau: 45
Đa dạng sinh học - Số lượng loài sinh vật nhiều, sinh khối lớn. Bình quân trên 1km 2 lãnh thổ Việt Nam có 4,5 loài thực vật và gần 7 loài động vật, một mật độ đậm đặc. - Cấu trúc loài rất đa dạng. Nhiều loài có hàng chục dạng sống khác nhau. Cấu tạo quần thể thường rất phức tạp. - Khả năng thích nghi của loài cao. Sinh vật Việt Nam nói chung có khả năng chống chịu cao với mọi biến đổi của ngoại cảnh. Nhóm sinh vật Số loài Nhóm sinh vật Số loài Vi rút 1.000 Giun tròn 12.200 Vi khuẩn 1.000 Giun đốt 12.000 Thực vật đơn bào 4.760 Thân mềm 50.000 Nấm 70.000 Da gai 60.000 Tảo 26.900 Chân khớp 874.160 Địa y 18.000 Côn trùng 751.000 Rêu 22.000 Động vật có bao 1.250 Động vật đầu Dương xỉ 12.000 23 sống Thông đất 1.275 Cá không hàm 63 Thực vật hạt trần 750 Cá sụn 843 Thực vật hạt kín 250.000 Cá xương 18.150 Động vật nguyên sinh 30.000 Lưỡng cư 4.200 Thân lổ 5.000 Bà sát 6.300 Ruột khoang & Sứa lược 9.000 Chim 9.600 Giun dẹp 12.200 Thú 4.170 46
Đa dạng sinh học Bảng 2.2: Số lượng các loài sinh vật hiện đang sống trên Trái đất đã được mô tả (theo Lê Vũ Khôi) Bảng 2.3: Đánh giá số loài đã được mô tả (Lecointre and Guyader, 2001) Bậc phân loại Tên thường gọi Số loài mô tả %số loài đã được mô tả Bacteria Vi khuẩn 9.021 0,50 Archaea Vi khuẩn cổ 259 0,01 Bryophyta Rêu 15.000 0,90 Lycopodiophyta Thông đất 1.275 0,07 Filicophyta Dương xỉ 9.500 0,50 Coniferophyta Ngành Thông 601 0,03 Magnoliophyta Thực vật hạt kín 233.885 13,40 Fungi Nấm 100.800 5,80 "Porifera" Bọt biển 10.000 0,60 Cnidaria Ruột khoang 9.000 0,50 Rotifera Trùng Bánh xe 1.800 0,10 Platyhelminthes Giun dẹp 13.780 0,80 Nematoda Giun tròn 20.000 1,10 Mollusca Thân mềm 117.495 6,70 Annelida Giun đốt 14.360 0,80 Crustacea Giáp xác 38.839 2,20 Arachnida Nhện 74.445 4,30 Insecta Côn trùng 827.875 47,40 Echinodermata Da gai 6.000 0,30 Chondrichthyes Cá sụn 846 0,05 Actinopterygii Cá xương 23.712 1,40 Amphibia Lưỡng thê 4.975 0,30 Reptilia Bò sát 7.140 0,42 Aves Chim 9.672 0,60 Mammalia Thú 4.496 0,30 Các nhóm khác 193.075 11,00 47
Đa dạng sinh học Bảng 2.4. Sự phong phú về thành phần loài sinh vật ở Việt Nam Nhóm sinh vật Số loài đã xác Số loài có Tỷ lệ (%) định được trên thế giới giữa VN/TG 1.Vi tảo - Nước ngọt 1438 15000 9.6% - Biển 537 19000 2.8% 2.Rong-cỏ - Nước ngọt Khoang 20 2000 1% - Biển 667 10000 6.7% 3.Thực vật bậc cao khoảng 11400 220000 5% - Rêu 1030 22000 4.6% - Nấm lớn 826 50000 1.6% 4.Động vật không xương sống ở nước - Nước ngọt 794 80000 1% - Biển Khoảng 7000 220000 3.2% 5.Động vật không xương sống ở đất Khoảng 1000 30000 3.3% 6.Giun sán ký sinh ở gia súc 161 1600 10% 7.Côn trùng 7750 250000 3.1% 8.Cá - Nước ngọt Trên 700 - Biển 2458 9.Bò sát 296 6300 4.7% Bò sát biển 21 10.Lưỡng cư 162 4184 3.8% 11.Chim 840 9040 9.3% 12.Thú 310 4000 7.5% Thú biển 25 (Nguồn: Cục bảo vệ môi trường, Viện sinh thái và tài nguyên sinh vật, Cục bảo vệ và phát triển Nguồn lợi Thuỷ sản, Phạm Bình Quyền, 2005) 48
Đa dạng sinh học 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐA DẠNG LOÀI Các nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến sự đa dạng sinh học nói chung và đa dạng loài nói riêng có lẽ là các yếu tố môi trường sống như vị trí địa lý, địa hình, khí hậu, nhiệt độ, lượng mưa, dưỡng chất, độ muối. Nhìn chung, người ta nhận thấy rằng, sự giàu loài càng tăng khi vĩ độ giảm. Trên bình diện thế giới, các vùng dọc xích đạo có khí hậu gió ẩm mậu dịch thường có số loài cao như ở Nam Mỹ, Châu Phi, Đông Nam Á. Đối với hầu hết các nhóm sinh vật, sự đa dạng loài tăng về hướng nhiệt đới. Ví dụ như Kenia có 308 loài thú, trong khi đó Pháp chỉ có 113 loài mặc dù hai nước này có cùng diện tích. Sự tương phản này đặc biệt chặt chẽ đối với cây cỏ và thực vật có hoa: một hecta rừng Amazon ở Peru hay vùng đất thấp ở Malaisia có thể có đến hơn 200 loài cây, trong khi đó ở rừng Châu Âu hay nước Mỹ thì chỉ có khoảng 30 loài trong cùng diện tích. Kiểu đa dạng của các loài trên đất liền cũng giống như ở biển, nghĩa là cũng gia tăng sự đa dạng loài về phía nhiệt đới. Ví dụ rạn San hô lớn ở Úc, phía Bắc có 50 giống trong khi phía Nam chỉ có 10 giống san hô.Norman Myers, nhà sinh thái học Anh đưa ra khái niệm điểm nóng đa dạng sinh học vào 1988. Theo định nghĩa, điểm nóng là những nơi tập trung của đa dạng sinh học độc nhất. Chúng tao ra một sự đa dạng về những loài và hệ sinh thái bị đe doạ và xứng đáng sự chú ý bảo tồn. 25 điểm nóng đa dạng sinh học chứa 44% tất cả các loài thực vật và 35% tất cả các loài động vật có xương sống trên cạn chỉ chiếm 1,4% diện tích hành tinh (xem bảng 6). Trong những hệ sinh thái ở cạn, độ phong phú về loài thường tập trung ở những nơi có địa hình thấp. Nói cách khác, đa dạng giảm khi độ cao tăng. Trong một số trường hợp, địa hình đa dạng, phân cách mạnh cũng làm tăng đa dạng loài trong khu vực. Gentry đã chứng minh mối tương quan mạnh giữa độ giàu loài cây và độ mưa tuyệt đối hàng năm. Đa dạng sinh vật tăng khi lượng mưa tăng nhưng lại giảm ở những nơi có lượng mưa lớn và ít tăng hay không tăng khi mưa một lần 49
Đa dạng sinh học lớn từ 1000 - 1500mm/năm. Môi trường có độ khô càng cao thì càng kém đa dạng hơn môi trường có độ khô thấp. Người ta chỉ ra rằng đa dạng sinh học cao nhất ở nơi chất dinh dưỡng trung bình và giảm khi chất dinh dưỡng cao hơn. Ở các hệ sinh thái ven biển, tính đa dạng tăng khi độ muối tăng. Ngược lại, ở các hệ sinh thái nước ngọt, tính đa dạng lại giảm khi độ muối tăng (Brown, 1988). Bảng 2.5: Các “điểm nóng đa dạng sinh học” trên thế giới Các điểm nóng Thực vật Động vật Thực vật Động vật % hệ đặc hữu có xương đặc hữu có xương thực đặc hữu /100 km2 đặc hữu vật còn /100 km2 lại Madagascar & các đảo 9.704 771 16,4 1,3 9,9 trên Ấn Độ Dương Philippines 5.832 518 64,7 5,7 3,0 Sundaland 15.000 701 12,0 0,6 7,8 Rừng Đại Tây Dương 8.000 654 8,7 0,6 7,5 Caribbean 7.000 779 23,5 2,6 11,3 Indo- Miến Điện 7.000 528 7,0 0,5 4,9 Western Ghats & Sri 2.180 355 17,5 2,9 6,8 Lanka Vùng núi cực Đông và 1.500 121 75,0 6,1 6,7 các khu rừng ven biển [Nguồn: Myers. N., 2000]. Các yếu tố lịch sử cũng là nhân tố quan trọng trong xác định sự phân bố đa dạng loài trên thế giới. Những khu vực cổ địa lý, số loài tồn tại nhiều hơn nhiều so với những khu vực có tuổi địa lý trẻ hơn. Ví dụ biển Ấn Độ Dương và Tây Thái Bình Dương có số loài phong phú hơn so với biển Đại Tây Dương là biển trẻ hơn về địa lý. Những khu vực có lịch sử phát triển địa lý lâu dài hơn có nhiều thời gian hơn để các loài thích nghi phát tán từ nơi khác đến và thích nghi hoà nhập với điều kiện sống mới. 50
Đa dạng sinh học CHƯƠNG II. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SUY GIẢM ĐA DẠNG LOÀI Hiện nay việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên nói chung, tài nguyên sinh học nói riêng ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam thường là không bền vững. Bởi lẽ các nước có nguồn tài nguyên thiên nhiên trong đó có tài nguyên sinh học phong phú bao gồm cả về các hệ sinh thái, về thành phần loài và nguồn gen thì đều là những nước nghèo, đang phải đối mặt với những khó khăn về kinh tế. Đa dạng sinh học giảm sút do số lượng các loài trong hệ sinh thái bị suy giảm và số lượng các cá thể trong quần thể loài cũng bị suy giảm do 3 nguyên nhân chính: + Mất hoặc giảm nguồn thức ăn (do các loài cạnh tranh nhau hoặc bị con người khai thác mất). + Mất hoặc giảm nơi cư trú (do các loài cạnh tranh nơi sống hoặc bị con người cướp mất). + Do môi trường thay đổi làm cho các loài bản địa không còn thích nghi với điều kiện môi trường nữa, một phần trong số đó sẽ bị chết, một phần sẽ di chuyển để tìm tới nơi thích hợp hơn, một phần sẽ thay đổi bản thân để thích nghi với sự thay đổi của môi trường. Sự thay đổi khí hậu và môi trường sống đã buộc các sinh vật hoặc phải thay đổi để thích nghi bằng cách thay đổi chu kỳ sinh trưởng hoặc phát triển đặc điểm thích nghi mới trên cơ thể. Điều này có thể làm diệt vong nhiều loài nhưng có thể cũng tạo ra loài mới do những loài có tính biến dị di truyền cao. Có thể lấy ví dụ liên quan đến hiện tượng biến đôi khí hậu toàn cầu hiện nay: 51
Đa dạng sinh học Nhiệt độ nước biển tăng gây hiện tượng tẩy trắng san hô và là nguyên nhân gây chết trên diện rộng các dải san hô ngầm từ vùng biển Australia đến Caribbean. Loài chim biển Common Murre thay đổi thời gian sinh sản từ 24 ngày/thập kỷ thành 24 ngày/50 năm để thích ứng với hiện tượng nhiệt độ tăng lên. Loài chim hoàng anh Baltimore đang di chuyển về hướng bắc và sẽ sớm biến mất hoàn toàn khỏi khu vực Baltimore. Gấu Bắc cực đang đối mặt với nguy cơ khan hiếm thức ăn. Nhiều loài khác sẽ phải đương đầu với những thách thức bất thường. Ví dụ, giới tính của rùa biển mới sinh phụ thuộc vào nhiệt độ; khi nhiệt độ nóng lên số lượng rùa cái sinh ra sẽ tăng so với số lượng rùa đực. Ta có thể chia các nguyên nhân gây suy giảm đa dạng sinh học loài ra là 2 nguyên nhân chính: Nguyên nhân tự nhiên và nguyên nhân con người. Và hậu quả của các nguyên nhân này thường là làm suy giảm nguồn thức ăn, suy giảm nơi cư trú của các loài động thực vật và làm thay đổi môi trường. Ta có thể kể chi tiết như sau: 1. NGUYÊN NHÂN TỰ NHIÊN Nguyên nhân tự nhiên như cháy rừng, dộng đất, núi lửa, lũ lụt, hạn hán, bão là những nguyên nhân gây mất nơi cư trú, hủy hoại môi trường sống, thức ăn của nhiều lòai sinh vật hoặc tiêu diệt chúng dẫn đến việc suy giảm đa dạng sinh học tại các vùng xảy ra thiên tai. 52
Đa dạng sinh học 2. NGUYÊN NHÂN TỪ CON NGƯỜI Thông qua việc chiếm lĩnh các hệ sinh thái trên trái đất, con người thông qua các hoạt động của mình đã và đang trực tiếp và gián tiếp làm suy giảm nguồn tài nguyên đa dạng sinh học các loài trên trái đất. Bảng 2.6. Con người chiếm lĩnh các hệ sinh thái trên Trái đất 1. Sử dụng đất Việc sử dụng đất và khai thác tài nguyên theo nhu cầu của con người đã làm biến đổi ít nhất một nửa bề mặt vỏ Trái đất. 2. Chu kỳ tuần hoàn của Nitơ Các hoạt động hàng ngày của con người như trồng các cây cố định đạm, sử dụng phân có chứa nitơ, việc đốt nhiên liệu hóa thạch đã thải vào hệ sinh thái trên cạn một lượng ntơ nhiều hơn lượng nitơ xâm nhập các quá trình sinh học và vật lý học trong tự nhiên 3. Các chu kỳ tuần hoàn của Cácbon Vào giữa thế kỷ 21, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch của con người sẽ làm cho hàm lượng cacbon trong không khí tăng lên gấp hai lần [Nguồn: Nguyễn Nghĩa Thìn] 2.1. Sử dụng không bền vững các nguồn tài nguyên sinh vật Mở rộng đất nông nghiệp, lâm nghiêp xâm hại đến rừng và các hệ sinh thái khác: Mở rộng đất canh tác nông nghiệp có liên quan đến quá trình hình thành và phát triển của đất nước, là quy luật tất yếu phải xảy ra khi dân số tăng nhanh và văn hoá, kinh tế, xã hội ngày một phát triển. Ngày nay, phá rừng, xâm hại đến đất ngập nước để mở rộng đất canh tác không hợp lý là một trong những 53
Đa dạng sinh học nguyên nhân quan trọng làm suy thoái đa dạng sinh học vì làm mất nơi sống cùa nhiều loài thực vật, động vật. Chỉ tính riêng hình thức du canh đã tàn phá khoảng 13 triệu ha rừng trước đây thành đất trống đồi núi trọc. Khai thác gỗ làm cạn kiệt rừng, mất môi trường sống: Gỗ là sản phẩm lâm nghiệp rất quan trọng trong xây dựng. Tuy nhiên, khai thác gỗ quá mức làm kiệt quệ rừng. Khai thác gỗ phục vụ cho các mục tiêu khác nhau: làm gỗ chống hầm lò trong công nghiêp khai thác, khai thác gỗ làm đồ thủ công mỹ nghệ Kết quả là rừng bị cạn kiệt nhanh chóng cả về diện tích và chất lượng, nhiều loài thực vật, loài gỗ quý và những động vật sống trong rừng suy giảm số lượng và nhiều loài có nguy cơ bị tuyệt diệt Hơn 50% những nơi cư trú là các rừng nguyên sinh bị phá hủy tại 47 nước trong tổng số 57 nước nhiệt đới trên thế giới. Tại Châu Á nhiệt đới, 65% các nơi cư trú là các cánh rừng tự nhiên đa bị mất.Tốc độ phá hủy đặc biệt lớn tại các nước Philippines, Bangladesh, Sri Lanka, Việt Nam, Ấn Độ, các nước Châu Phi, đa làm mất phần lớn các các nơi cư trú của các loài hoang dã, trầm trọng nhất là các nước Gambia, Ghana và Ruanda. Tốc độ phá rừng hiện nay khác nhau tại nhiều nơi trên thế giới, tốc độ khá nhanh ở mức 1,5 đến 2% là các nước như Việt Nam, Paraguay, Mehico và Costa Rica. Tại vùng Địa Trung Hải, diện tích rừng nguyên sinh chỉ còn lại 10%. Đối với các loài động vật hoang dã quan trọng, phần lớn những nơi cư trú thích ứng của chúng đa bị phá huỷ, chỉ còn lại một số rất ít được bảo vệ. Ví dụ loài đười ươi khổng lồ ở Sumatra và Borneo đa mất 63% nơi sinh sống và chỉ còn 2% diện tích nơi sinh sống nguyên thuỷ của chúng được bảo tồn. Việc phá hủy các rừng mưa nhiệt đới là dấu hiệu đi kèm với việc mất các loài. Rừng nhiệt đới ẩm chiếm 7% diện tích bề mặt trái đất, nhưng ước tính chúng chứa hơn 50% tổng số loài trên trái đất. Diện tích ban đầu của rừng mưa nhiệt đới ước tính khoảng 16 triệu km 2. Kết hợp với việc khảo sát mặt đất, chụp ảnh không gian và số liệu viễn thám từ vệ tinh người ta thấy rằng vào năm 1982 54
Đa dạng sinh học chỉ còn lại 9,5 triệu km 2. Hằng năm có khoảng 180.000 km 2 rừng mưa bị mất, trong đó 80.000 km2 bị mất hoàn toàn và 100.000 km2 bị suy thoái đến mức cấu trúc loài và các diễn thế của hệ sinh thái phần lớn bị thay đổi. Người ta còn dự báo thêm rằng với tốc độ mất rừng như hiện nay thì đến năm 2040 sẽ còn lại một số rất ít rừng nhiệt đới nguyên vẹn trừ một số khu nhỏ được đặt dưới sự bảo tồn nghiêm ngặt. Khai thác củi làm suy giảm đa dạng sinh học: Thường xảy ra ở các nước chậm phát triển và đang phát triển như Việt Nam. Theo những số liệu thống kê, trong phạm vi cả nước, 90% năng lượng dùng trong các gia đình là lấy từ thực vật. Hàng năm, khoảng 21 triệu tấn củi được khai thác từ rừng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt trong gia đình như: nấu cám lợn, chế biến các sản phẩm nông nghiêp như chè, đường Khai thác các sản phẩm ngoài gỗ: Khoảng 2300 loài thực vật, các sản phẩm ngoài gỗ như song, mây, tre nứa, lá, cây, thuốc được khai thác cho những mục đích khác nhau: để dùng, để bán trên thị trường trong nước và xuất khẩu. Đặc biệt việc săn bắn, đuối bắt động vật hoang dã, khai thác cây dược liệu quý là mối đe doạ lớn đối với động vật, đặc biệt là đối với các loài quý hiếm, các loài có giá trị kinh tế cao, các loài có chức năng trong đấu tranh sinh học – cân bằng sinh thái trong quần xã ngày càng mất nhiều. Buôn bán động thực vật hoang dã: Hiện nay, tình trạng lùng sục, thu gom, mua bán, vận chuyển trái phép động vật hoang dã sống và các sản phẩm từ động thực vật, cả động thực vật quý hiếm ngày càng ra tăng. Vì vậy, buôn bán động thực vật hoang dã là một nguyên nhân quan trọng làm suy giảm đa dạng sinh học, thậm chí làm cho nhiều loài, đặc biệt là các loài quí hiếm, có giá trị kinh tế cao có nguy cơ tuyệt chủng ở từng khu vực và trên toàn thế giới. 55
Đa dạng sinh học 2.2. Sự du nhập các loài ngoại lai Cùng với việc xuất khẩu động thực vật hoang dã, việc du nhập một số giống mới cũng là nguyên nhân làm đa dạng sinh học trong các quốc gia khác nhau bị suy giảm. Phạm vi sống về địa lý của nhiều loài được giới hạn bởi các hàng rào do chính các yếu tố môi trường và khí hậu tạo ra ngăn cản sự phát tán. Các sa mạc, đại dương, đỉnh núi, và những dòng sông ngăn cản sự di chuyển của các loài. Con người đã làm thay đổi cơ bản đặc tính này bằng việc vận chuyển phát tán các loài trên toàn cầu. Tại thời kỳ trước cách mạng công nghiệp, con người mang các cây trồng và vật nuôi từ nơi này sang nơi khác khi họ tạo dựng những nơi định cư và các thuộc địa mới. Ngày nay đã có một lượng lớn các loài do vô tình hay cố ý, được đem đến những khu vực không phải là nơi cư trú gốc của chúng. Những loài đó đa được du nhập do các nguyên nhân sau đây: · Chế độ thuộc địa của các nước Châu Âu: những người Châu Âu mang đến một vùng thuộc địa mới mang theo các hàng trăm giống chim, thú của Châu Âu để làm cho phong cảnh ở đây trở nên thân quen với họ cũng như tạo ra thú vui săn bắn. · Nghề trồng cây cảnh và làm nông nghiệp: nhiều loài cây được mang đến và trồng tại những vùng đất mới như cây cảnh, cây nông nghiệp hoặc cây cho chăn nuôi gia súc. Rất nhiều loài trong số đó thoát vào tự nhiên và thâm nhập vào các loài bản địa. · Những sự vận chuyển không chủ đích: thường xảy ra là các hạt cỏ vô tình bị thu hoạch cùng các hạt ngũ cốc được đem bán và được gieo trên địa bàn mới. Chuột và các loài côn trùng cư trú bất hợp pháp trên máy bay, tàu thủy, các vectơ truyền bệnh, các động vật ký sinh được vận chuyển cùng với các động vật chủ của chúng. Các tàu thuyền thường mang theo các loài ngoại lai trong các khoang hầm. Các túi đất để dằn tàu thường mang theo các hạt cỏ và ấu trùng 56
Đa dạng sinh học sống trong đất. Các túi nước để dằn tàu đổ ra ở cảng thường đem theo các loại rêu tảo, động vật không xương sống và các loại cá nhỏ. Phần lớn các loài du nhập không sống được tại những nơi mới đến do môi trường không phải lúc nào cũng phù hợp với điều kiện sống của chúng. Dù vậy, vẫn có một tỷ lệ nhất định các loài nhập cư thiết lập được cuộc sống trên vùng đất mới và nhiều loài trong đó còn vượt trội, xâm lấn các loài bản địa. Các loài du nhập này thậm chí còn cạnh tranh với các loài bản địa để có được nguồn thức ăn và nơi ở. Các loài du nhập còn ăn thịt các loài bản địa cho đến khi chúng tuyệt chủng hoặc làm chúng thay đổi nơi cư trú đến mức nhiều loài bản địa không thể nào tồn tại được nữa. Một trong những lý do quan trọng khiến các loài du nhập dễ dàng chiếm lĩnh các nơi cư trú mới là ở nơi cư trú mới chưa có các loài thiên địch của chúng như các loài động vật là kẻ thù, các loài côn trùng và các loài ký sinh, gây bệnh. Các hoạt động của con người tạo nên những điều kiện môi trường không bình thường, như sự thay đổi các nguồn dinh dưỡng, gây cháy rừng, tăng lượng ánh sáng, tạo cơ hội cho các loài du nhập thích ứng nhanh hơn và loại trừ được các loài bản địa. 2.3. Xây dựng cơ bản làm mất đa dạng sinh học Cùng với sự gia tăng dân số là quá trình đô thị hoá diễn ra rất nhanh chóng trong thời gian gần đây. Đô thị hoá không chỉ diễn ra ở các nước công nghiệp phát triển mà còn ở các nước đang phát triển. Tuy nhiên, nếu như ở các nước công nghiệp phát triển, quá trình này diễn ra một cáhc tương đối có kiểm soát thì ở các nước đang phát triển, đô thị hoá hầu như là một quá trình tự phát. Đi kèm với quá trình đô thị hoá là các con đường, các khu đô thị, khu tập trung dân cư mới. Việc xây dựng cơ bản như làm đường giao thông, thuỷ lợi, khu công nghiệp, thuỷ điện, khu dân cư mới cũng là nguyên nhân trực tiếp làm mất môi trường sống, làm suy giảm đa dạng sinh học do diện tích các khu nông 57
Đa dạng sinh học nghiệp, các cánh rừng, đồng cỏ, thậm chí cả hồ ao, tức là các nơi sống của sinh vật, bị thu hẹp. Các hồ chứa được xây dựng hàng năm ở Việt Nam đã làm mất đi khoảng 30.000 ha rừng ( Lê Vũ Khôi). Ngoài việc bị phá hủy trực tiếp, các nơi cư trú nguyên là những khu vực rộng lớn của các loài thường bị chia cắt thành nhiều phần nhỏ do việc làm đường sá, ruộng vườn, xây dựng thành phố và nhiều hoạt động khác của con người. Những phần này thường bị cách ly khỏi những phần khác và hình thái cấu trúc cảnh quan bị thay đổi nhiều. Ngoài ra, việc phá hủy các nơi cư trú có thể hạn chế khả năng phát tán và định cư của loài. Rất nhiều loài chim, thú và côn trùng sống trong địa phận của rừng sẽ không vượt qua dù là một quảng ngắn khoảng diện tích trống vì có nhiều nguy cơ bị đánh bắt. Tác hại của việc chia cắt nơi cư trú sẽ làm giảm khả năng kiếm mồi của các loài thú. Ngoài ra nơi cư trú bị chia cắt cũng góp phần làm suy giảm quần thể và dẫn đến sự tuyệt chủng do quần thể lớn lúc đầu bị chia ra hai hay nhiều quần thể nhỏ. Các tiểu quần thể này rất dễ bị tổn thương do bị ức chế sinh sản và các vấn đề khác liên quan đến quần thể nhỏ. 2.4. Chiến tranh Chiến tranh huỷ diệt con người, cơ sở kinh tế, huỷ diệt rừng và huỷ diệt hệ động thực vật. Chiến tranh kèm theo nó là cháy rừng, phá huỷ rừng bằng các chất độc hoá học cũng đồng nghĩa là các động thực vật sinh sống trong hệ sinh thái rừng bị suy giảm và bị tiêu diệt. Trong giai đoạn từ năm 1961 đến năm 1975, 13 triệu tấn bom và 72 triệu lít chất độc hoá học rải xuống chủ yếu ở miền Nam Việt Nam đã huỷ diệt khoảng 4,5 triệu ha rừng ( Lê Vũ Khôi). Hậu quả của hoá chất độc do Mỹ rải ở miền nam Việt Nam trong chiến tranh cho đến nay vẫn còn gây nên hậu quả nghiêm trọng cho người dân Việt Nam, tồn dư trong đất, trong môi trường sống và trong cơ thể động thực vật ở 58
Đa dạng sinh học khu vực bị rải chất độc hoá học làm cho môi trường sống kém chất lượng, làm suy giảm đa dạng sinh học. 2.5. Ô nhiễm môi trường Sự tác động của ô nhiễm môi trường đến sự suy thoái đa dạng sinh học là rất lớn. Ô nhiễm môi trường kéo theo sự suy giảm, nghèo kiệt đa dạng sinh học ở các hệ sinh thái bị ô nhiễm. Nạn ô nhiễm môi trường gây ra bởi các nguồn thải, các loại hóa chất sử dụng trong nông nghiệp như phân bón hoá học, thuốc trừ sâu và chất thải công nghiệp cũng như chất thải sinh hoạt, ngoài ra là ô nhiễm không khí, ô nhiễm biển do tràn dầu 2.5.1. Ô nhiễm do các hoạt động sản xuất nông nghiệp: Sự nguy hại của thuốc trừ sâu được khuyến cáo từ những năm 1962. Nồng độ của DDT và các loại thuốc trừ sâu khác tích luỹ trong cơ thể sinh vật, tăng lên theo bậc cao dần của chuỗi thức ăn thông qua quá trình tích tụ sinh học (bioaccumulation) và khuếch đại sinh học (magnification) (xem bảng 8). Bảng 2.7. Hàm lượng tích lũy DDT ở các bậc dinh dưỡng ở nước và trên cạn (Nguồn : Lê Huy Bá. Độc học môi trường) Số lần khuếch đại Sinh vật Hàm lượng DDT (ppm) 80.000 Chim nước 1600,00 5.000 Cá 100,00 250 Tôm 5,00 1 Các loài tảo 0,02 75 Chim cổ đỏ 750,00 9 Giun đất 90,0 1 Đất 10,0 59
Đa dạng sinh học Việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu để phòng trừ các loài côn trùng gây hại cho cây trồng và phun vào nước để diệt các ấu trùng muỗi đa làm hại tới những quần thể khác sống trong thiên nhiên, đặc biệt đối với những loài chim ăn côn trùng, cá và các loại động vật khác bị ảnh hưởng bởi DDT hay các sản phẩm bán phân hủy của chúng. Khi nồng độ thuốc trừ sâu có độ độc lớn tích luỹ đến mức cao trong các tế bào cơ thể chim, như các loài diều hâu hay ó, thì chúng yếu đi và có xu hướng đẻ ra những quả trứng có vỏ mỏng hơn bình thường, vỏ này dễ vỡ trong quá trình ấp. Do vậy, trứng không thể nở thành con non và quần thể loài chim suy giảm một cách đáng kể. Tại các hồ và các cửa sông, dư lượng DDT và các loại thuốc trừ sâu khác được tích luỹ lại trong cơ thể các loại cá lớn như cá heo và các động vật biển khác. Trên các khu vực canh tác nông nghiệp, các loài côn trùng có ích hay các loài có nguy cơ bị tuyệt chủng cũng đều bị tiêu diệt cùng với các côn t rùng gây hại. 2.5.2. Hiện tượng phú dưỡng: Các khoáng chất vi lượng tuy rất cần cho cuộc sống của động vật và thực vật nhưng chúng cũng có thể gây hại khi xuất hiện ở nồng độ cao. Các chất thải của người, các loại phân bón hóa học, các chất tẩy rửa và các quá trình sản xuất trong công nghiệp thường xuyên thải ra một lượng lớn nitrat, photphat vào hệ sinh thái thủy vực, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng nước. nitrat và photphat với nồng độ cao sẽ gây ra sự nở hoa của các loài tảo sống trên bề mặt nước. Sự nở hoa của các loài tảo này có thể rất dày đặc đến mức lấn chiếm cả các loài động, thực vật nổi và che khuất những loài sống dưới tầng đáy. Khi lớp tảo bề mặt quá dày, phần dưới của chúng sẽ bị chết và chìm xuống đáy. Số lượng vi khuẩn và nấm phân hủy lớp xác tảo này sẽ tăng lên với cấp số nhân do nguồn dinh dưỡng mới được cung cấp thêm, hậu quả là chúng hấp thụ hầu hết lượng oxy hoà tan trong nước. Thiếu oxy, hầu hết các loài động vật sẽ chết. Kết quả quần xã bị suy 60
Đa dạng sinh học giảm, chỉ còn sót lại những loài thích nghi được với điều kiện nước bị ô nhiễm hay nước có lượng oxy hoà tan thấp. 2.5.3.Ô nhiễm công nghiệp: . * Mưa axít: nhiệt điện sử dụng nhiên liệu là than hay dầu đa thải ra một lượng lớn các khí NOx, SOx vào không khí, các khí này khi gặp hơi nước trong không khí sẽ tạo ra axit nitric và axit sulfuric. Các axit này liên kết với những đám mây và khi tạo thành mưa làm giảm độ pH của nước mưa xuống rất thấp. Mưa axit sẽ làm giảm độ pH của đất và của nước trong các hồ, ao, sông suối trên lục địa. Mưa axit đa tiêu diệt nhiều loài động và thực vật. Do độ axit của các hồ ao tăng lên, nhiều cá con của nhiều loài cá và cả những con cá trưởng thành cũng bị chết. Độ axit tăng và nước bị ô nhiễm là nguyên nhân chính làm suy giảm đáng kể các quần thể động vật lưỡng cư trên thế giới. Đối với phần lớn các loài động vật lưỡng cư, ít nhất một phần trong chu kỳ sống của chúng phụ thuộc vào môi trường nước, độ pH của nước giảm làm cho tỷ lệ trứng và ấu trùng bị chết tăng cao. ·* Sương mù quang hoá: Xe ô tô, các nhà máy điện và các hoạt động công nghiệp thải ra các khí hydrocacbon, khí NO. Dưới ánh sáng mặt trời, các chất này tác dụng với khí quyển và tạo ra khí ozon và các chất phụ phẩm khác, tất cả khí này được gọi chung là sương mù quang hóa (photo-chemical smog). Nồng độ ozon cao ở tầng khí quyển gần mặt đất sẽ giết chết các mô thực vật, làm cho cây dễ bị tổn thương, làm hại đến các quần xã sinh học, giảm năng suất nông nghiệp. Các quần xã sinh học trên toàn cầu cũng có thể bị phá hủy hay bị thay đổi do các hợp chất chứa nitơ trong không khí theo mưa và bụi lắng đọng tự do và do đó có thể ảnh hưởng đến nguồn sản xuất lương thực và thực phẩm. ·* Các kim loại độc hại: xăng có chứa chì, các hoạt động khai mỏ, luyện kim và các hoạt động công nghiệp khác thải ra một lượng lớn chì, thiếc và nhiều 61
Đa dạng sinh học loại kim loại độc hại khác vào khí quyển. Các hợp chất này trực tiếp gây độc cho cuộc sống của động và thực vật. 2.5.4. Sự thay đổi khí hậu toàn cầu: Những nhà khí tượng học ngày càng đồng ý với quan điểm cho rằng ở thế kỷ XXI khí hậu trái đất sẽ còn nóng lên từ khoảng 2-6 0C nữa vì sự gia tăng của khí CO2 và các khí khác. Tác hại của sự thay đổi nhanh chóng này vào các quần thể sinh học là rất lớn. Ví dụ như các vùng khí hậu ở khu vực ôn đới miền Bắc và miền Nam sẽ chuyển hoàn toàn về phía vùng cực. Các loài sống thích ứng với các khu rừng rụng lá phía Bắc Mỹ sẽ phải di cư từ 55 -1000 km về phía Bắc trong suốt thế kỷ XXI để thích ứng với điều kiện khí hậu thay đổi. Trong khi các loài có vùng phân bố rộng và dễ phát tán có thể thay đổi để thích ứng với sự thay đổi, thì đối với nhiều loài có vùng phân bố hẹp hoặc do khả năng phát tán kém nên việc tuyệt chủng là khó tránh khỏi. Hiện tượng nhiệt độ tăng dần lên còn làm các khối băng ở vùng cực tan ra. Do việc giải phóng một lượng nước lớn như vậy, trong vòng 50 -100 năm tới mức nước biển có thể tăng từ 0,2 -1,5 m. Mức nước biển dâng cao có thể làm ngập lụt những vùng đất thấp, những khu đất ngập nước ven bờ biển và nhiều thành phố lớn. Mực nước tăng có khả năng gây hại đến nhiều loài san hô, nhất là những loài chỉ tồn tại trong một độ sâu nhất định, nơi có ánh sáng và dòng chảy của nước phù hợp. Một số loài san hô không phát triển nhanh kịp với tốc độ nâng cao mực nước biển và dần dần chúng sẽ bị chết đuối. Sự hủy hoại còn lớn hơn nếu như nhiệt độ nước cũng tăng. Sự thay đổi khí hậu trái đất và nồng độ khí CO2 trong khí quyển gia tăng có thể làm thay đổi triệt để cấu trúc của các quần xã sinh học và sẽ chỉ còn một số loài có khả năng phát triển thích ứng với điều kiện sống mới. 62
Đa dạng sinh học 2.6. Tăng dân số Tăng trưởng dân số quá nhanh tạo ra áp lực rất lớn đối với đa dạng sinh học. Trên thực tế, sự gia tăng dân số hiện nay là rất nhanh, với tốc độ khoảng 1,7%/năm. Với tốc độ này, đến năm 2025, dân số thế giới sẽ đạt đến 9,5 tỷ. Nếu thế giới cần 200 năm từ những năm 1650 đến những năm 1850 để tăng gấp đôi dân số từ 500 triệu lên 1 tỷ người thì lại chỉ cần 47 năm từ năm 1930 đến năm 1987 để tăng gấp đôi dân số từ 2 tỷ lên 4 tỷ người và hiện đã đạt xấp xỉ 7 tỷ người. Trong khi dân số gia tăng nhanh như vậy thì các tính toán về năng lượng sơ cấp cho thấy Trái Đất chỉ có khả năng cung cấp năng lượng cho khoảng 13 - 15 tỷ người. Sự gia tăng dân số đòi hỏi gia tăng nhu cầu sinh hoạt, lương thực, thực phẩm, vật liệu xây dựng và các nhu cầu cần thiết khác trong khi lượng tài nguyên thì hạn hẹp, nhất là đất cho sản xuất nông nghiệp. Hệ quả tất yếu dẫn đến là phải mở rộng đất nông nghiệp, đất định cư và đất xây dựng vào đất rừng và làm cho đa dạng sinh học giảm. Ở vùng miền núi, tỷ lệ tăng dân số của các dân tộc ít người còn cao hơn. Khi nguồn lợi cần thiết cho nhu cầu hàng ngày không đủ, người dân địa phương ở miền núi lại tiếp tục tập quán du canh, lấy đất trồng lúa nương, hoa màu và cuộc sống của họ dựa chủ yếu vào nguồn tài nguyên rừng vì thế nguồn tài nguyên đa dạng sinh học ngày càng nghèo kiệt, tài nguyên thiên nhiên và các hệ sinh thái suy giảm nghiêm trọng. Nhưng người dân miền núi vẫn trong tình trạng nghèo khổ. 2.7. Di dân và tập quán du canh du cư Sự di chuyển người nghèo tới các vùng khác là bình thường, tuy nhiên cuộc di chuyển dân này đã làm thay đổi sự cân bằng dân số ở miền núi. Sau khi đến nơi ở mới, những người di dân dù là di dân theo kế hoạch hay di cư tự do lại khai thác rừng lấy đất cày cấy làm nông nghiệp, chặt cây để xây dựng nhà 63
Đa dạng sinh học ở Sự di cư theo kế hoạch hay di cư tự do đã là nguyên nhân quan trọng làm tăng dân số ở các địa phương và đã làm ảnh hưởng rõ rệt đến đa dạng sinh học của vùng này. Du canh là tập quán sản xuất nông nghiệp lâu dài của nhiều dân tộc ít người ở Việt Nam. Trong số 54 dân tộc thì có tới 50 dân tộc với khoảng 9 triệu dân có tập quán du canh và do sức ép của sự gia tăng dân số, mà tốc độ của tăng dân số miền núi là cao nhất, du canh trở thành một nguyên nhân quan trọng làm mất rừng, thoái hoá đất và kết quả là tạo nên cả một vùng đất trống đồi trọc rộng lớn như hiện nay. 2.8. Sự nghèo đói Ở hầu hết các nước chậm phát triển và đang phát triển trên thế giới. Việt Nam với khoảng 70% dân số ở nông thôn, là một nước phụ thuộc vào nông nghiệp và tài nguyên thiên nhiên. Khu vực nông nghiệp còn nghèo hơn nhiều so với khu vực công nghiệp, vùng nông thông nghèo hơn khu vực thành thị, mức chênh lệch giữa nông thôn và thành thị còn rất xa. Mức nghèo đói thay đổi theo các vùng, trong đó nghèo nhất là vùng núi phía bắc và cao nguyên tây nguyên. Ngay trong các Khu bảo tồn, 90% dân địa phương sống trong vùng đệm của Khu bảo tồn. Họ kiếm sống dựa vào nông nghiệp và khai thác tài nguyên sinh học trong hệ sinh thái rừng. Hầu hết người dân thiếu đất trồng trọt. Đời sống của họ rất thấp, khoảng 50% gia đình thuộc diện nghèo. Như vậy, vì nghèo đói buộc người dân phải khai thác rừng, khai thác động thực vật, bóc lột ruộng đất của mình, làm cho tài nguyên sinh vật ngày càng suy thoái nhanh chóng hơn. 64
Đa dạng sinh học 2.9. Mâu thuẫn trong các chính sách Các chính sách được soạn thảo và ban hành không đồng bộ, một số chủ trương chính sách nhằm kiểm soát tài nguyên sinh vật mang tính ứng phó ứng phó nhiều hơn là mang tính chủ động đã hoạch định sẵn. Các chủ trương đề ra nhằm ngăn chặn suy giảm đa dạng sinh học, nhưng thiếu các giải pháp kiểm soát chặt chẽ của các cấp quản lý. Đồng thời nhiều chính sách thiếu quan tâm đến mối quan hệ hữu cơ giữa cộng đồng địa phương với tài nguyên sinh vật, chưa đảm bảo tính thuyết phục nên tài nguyên sinh vật vẫn bị tác động và suy giảm. Chính sách quản lý phát triển tài nguyên sinh vật phục vụ cho các mục đích khác chưa được phối hợp đồng bộ trên cơ sở mẫu hình sử dụng bền vững tài nguyên. 65
Đa dạng sinh học CHƯƠNG III. ĐE DOẠ LOÀI VÀ BẢO TỒN 1. SÁCH ĐỎ IUCN VÀ SỰ TUYỆT CHỦNG 1.1. Sách đỏ IUCN Theo sách đỏ của IUCN (IUCN, 1994 và bản hướng dẫn áp dụng các chỉ tiêu sách đỏ cuả IUCN ở cấp quốc gia và khu vực) các cấp độ bị đe dọa được phân ra các cấp như sau: Tuyệt chủng- Extinct (EX): Loài bị tuyệt chủng trên toàn cầu là loài không còn cá thể nào sống sót tại bất kỳ nơi nào trên thế giới, các thông tin di truyền chứa đựng AND vĩnh viễn mất đi, loài không bao giờ còn có cơ hội phục hồi. Tuyệt chủng vùng-Region Extinct (RE): Một phân loại bị tuyệt chủng vùng khi cá thể cuối cùng có khả năng sinh sản còn sống trong một vùng nào đó đã chết hoặc biến mất khỏi vùng đó. Tuyệt chủng trong đời sống hoang dã- Extinct in the Wild (EW): Loài không còn sống sót trong toàn bộ vùng phân bố, kể cả trong một khu vực, nhưng chúng được tồn tại trong nuôi trồng, nuôi nhốt một quần thể hay nhiều quần thể được thuần hóa. Rất nguy cấp- Critically Endangered (CE) : Lòai còn lại một hoặc vài quần thể nhỏ không còn khả năng phục hồi số lượng Đang nguy cấp – Endangered (E,EN): Loài còn rất ít cá thể, có nhiều khả năng bị tuyệt chủng trong tương lai không xa. Trong số này kể cả những loài có số lượng cá thể bị giảm xuống tới mức lòai khó có thể tiếp tục tồn tại nếu nhân tố đe dọa vẫn tiếp diễn. Sẽ nguy cấp- Vulnerable (V,VU): Loài có thể bị tuyệt chủng trong tương lai gần vì các quần thể của chúng đang bị thu hẹp kích thước khắp mọi nơi thuộc vùng phân bố của lòai; khả năng tồn tại của loài này lâu dài lầ không chắc chắn. 66
Đa dạng sinh học Hiếm- Race: là những loài có số lượng cá thể ít, thường là do vùng phân bố hẹp hoặc là do mật độ quần thể thấp. Mặc dù loài này chưa phải đối mặt với những nguy hiểm tức thời song số lượng nhỏ khiến chúng rất dễ trở thành những loài có nguy cơ bị tuyệt chủng. Bị đe dọa tuyệt diệt- Threatened (T): Loài có thể thuộc một trong những cấp bảo tồn nêu trên nhưng do chưa được hiểu biết đầy đủ nên chưa được xếp vào cấp độ nào. Nguy cấp thấp- Lower risk (LR) Loài đã bị tác động, duy giảm số lượng, khu cư trú bị thu hẹp có nguy cơ bị tuyệt diệt, được chia ra các mức nhỏ: + Nguy cấp thấp đã được bảo tồn – LR Conservation dependent (LRcd) + Nguy cấp thấp gần bị đe dọa – LR Near Threatened (LRnt) + Nguy cấp thấp ít lo ngại – LR Least Concern (LRnc) Thiếu dẫn liệu- Data deficient (DD) Loài chưa đủ dẫn liệu để xếp hạng. Trong tiêu chí đánh giá của IUCN năm 1994 thì có 8 bậc. Bậc Ít nguy cấp (Lower Risk, LR) bao gồm 3 nhóm nhỏ là Sắp bị đe doạ, Ít quan tâm, và Phụ thuộc bảo tồn (Conservation Dependent, CD) (nay gộp vào nhóm Sắp bị đe dọa). Khi nói đến các loài, hay phân loài đang bị đe doạ, hoặc có nguy cơ tuyệt chủng thì có nghĩa là các loài thuộc bậc CE, EN, và VU. Sách đỏ IUCN công bố văn bản mới nhất (Sách đỏ 2004) vào ngày 17 tháng 11, 2004. Văn bản này đã đánh giá tất cả 38.047 loài, cùng với 2.140 phân loài, giống, chi và quần thể. Trong đó, 15.503 loài nằm trong tình trạng nguy cơ tuyệt chủng gồm 7.180 loài động vật, 8.321 loài thực vật, và 2 loài nấm. Danh sách cũng công bố 784 loài loài tuyệt chủng được ghi nhận từ năm 1500. Như vậy là đã có thêm 18 loài tuyệt chủng so với bản danh sách năm 2000. Mỗi năm một số ít các loài tuyệt chủng lại được phát hiện và sắp xếp vào 67