ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
========

PHẠM THẾ THƢ

NGHIÊN CỨU VI KHUẨN TRONG CHẤT NHẦY SAN HÔ
Ở HAI QUẦN ĐẢO CÁT BÀ VÀ LONG CHÂU, VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
========

PHẠM THẾ THƢ

NGHIÊN CỨU VI KHUẨN TRONG CHẤT NHẦY SAN HÔ
Ở HAI QUẦN ĐẢO CÁT BÀ VÀ LONG CHÂU, VIỆT NAM

Chuyên ngành: Vi sinh vật học
Mã số: 62 42 01 07

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Yvan Bettarel
2. PGS.TS. Bùi Thị Việt Hà

Hà Nội – 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Phạm Thế Thƣ, là nghiên cứu sinh của Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội, chuyên ngành Vi sinh vật học, mã số 62 42 01 07, khóa học 2011 –
2014, xin cam đoan:
Đề tài luận án Tiến sĩ Sinh học này là công trình nghiên cứu của riêng tôi thực hiện
dƣới sự hƣớng dẫn của Tiến sĩ Yvan Bettarel và PGS.TS. Bùi Thị Việt Hà. Các tài liệu
tham khảo và các kết quả nghiên cứu của các tác giả khác sử dụng trong luận án này với
mục đích phân tích và so sánh đã đƣợc trích dẫn đầy đủ, minh bạch, theo quy định và đúng
các nguồn công bố. Toàn bộ nội dung và các kết quả nghiên cứu trong luận án đều đảm
bảo tính trung thực, có đủ độ tin cậy, đảm bảo tính mới mẻ, không trùng lặp và chƣa từng
đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Nghiên cứu sinh

Phạm Thế Thư


LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành luận án này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Yvan Bettarel
và PGS.TS. Bùi Thị Việt Hà đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian thực hiện luận án.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trƣờng
biển, Phòng Sinh vật Phù du và Vi sinh vật biển, các thầy cô thuộc Bộ môn Vi sinh
vật học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều
kiện thuận lợi trong quá trình tôi học tập và thực hiện luận án này.

Xin chân thành cảm ơn TS. Thierry Bouvier (Viện Nghiên cứu Phát triển - IRD,
Pháp) trong việc hƣớng dẫn phân tích mẫu trên máy đo dòng tế bào (Flow
Cytometry); ThS. Corrine Bouvier (IRD, Pháp) trong việc hƣớng dẫn phân tích đa
dạng vi khuẩn bằng phƣơng pháp điện di biến tính (DGGE); ThS. Nguyễn Thị
Thanh Thủy (Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ƣơng) trong việc phân tích mẫu trên kính
hiển vi điện tử; PGS.TS. Nghiêm Ngọc Minh và ThS. Cung Thị Ngọc Mai thuộc
Viện Công nghệ Sinh học (IBT) đã tạo điều kiện cho tôi phân tích mẫu trên máy
DGGE tại Phòng Công nghệ Sinh học Môi trƣờng (IBT); ThS. Nguyễn Đăng Ngải,
Viện Tài nguyên và Môi trƣờng (IMER) trong việc thu mẫu và phân loại các loài
san hô; ThS. Justine Brune (IRD, Pháp), TS. Chu Văn Thuộc, ThS. Cao Văn
Lƣơng, ThS. Phạm Văn Lƣợng và CN. Trịnh Văn Quảng (IMER) trong việc khảo
sát thu mẫu và đo các thông số môi trƣờng.
Luận án thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam (mã số VAST07.03/11-12); đề tài Nghị định thƣ Việt – Pháp
nghiên cứu về ảnh hưởng của muội than tới hệ vi sinh vật biển Vịnh Hạ Long và đề
tài ―CORINE‖ thuộc chƣơng trình EC2CO (Pháp).
Cuối cùng, xin cảm ơn những ngƣời thân yêu trong gia đình, đã là nguồn động
viên lớn giúp tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Nghiên cứu sinh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................
LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................
MỤC LỤC ........................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ......................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................. 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................. 9
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 13

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 16
1.1. San hô và rạn san hô................................................................................... 16
1.1.1. Khái niệm về san hô và rạn san hô ........................................................ 16
1.1.2. Giá trị và thực trạng của san hô............................................................. 18
1.2. Dinh dƣỡng và quan hệ giữa các đối tác trong holobiont san hô .............. 20
1.3. Đặc điểm và chức năng của lớp chất nhầy trong đời sống của san hô ...... 22
1.4. Bệnh và tác nhân gây bệnh trên san hô ...................................................... 24
1.4.1. Một số khái niệm và quan điểm về bệnh............................................... 24
1.4.2. Thực trạng bệnh trên san hô ................................................................. 26
1.4.3. Bệnh dải trắng (White plague) trên san hô ........................................... 29
1.5. Vi khuẩn, vi rút và sức khỏe san hô ........................................................... 30
1.6. Vi khuẩn trong hệ thống phòng vệ của lớp chất nhầy san hô .................... 34
1.7. Đặc điểm môi trƣờng tự nhiên và san hô vùng nghiên cứu ...................... 37
1.7.1. Đặc điểm môi trƣờng tự nhiên vùng nghiên cứu ................................. 37
1.7.2. Thực trạng và xu hƣớng biến động của san hô vùng nghiên cứu ........ 39
1.7.3. Tình hình dịch bệnh trên san hô vùng nghiên cứu ............................... 41
1.8. Luận giải các vấn đề và giả thuyết nghiên cứu của luận án ....................... 42
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 45
2.1. Địa điểm, thời gian và đối tƣợng nghiên cứu ............................................ 45

1


2.1.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ......................................................... 45
2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................ 45
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 48
2.2.1. Phác đồ nghiên cứu của luận án ............................................................ 48
2.2.2. Phƣơng pháp thu và xử lý mẫu ngoài thực địa ..................................... 49
2.2.3. Phƣơng pháp phân tích chất lƣợng nƣớc............................................... 51
2.2.4. Phƣơng pháp định lƣợng vi rút và vi khuẩn (Leruste và cs, 2012;

Patel và cs, 2007) .................................................................................. 51
2.2.5. Phƣơng pháp nuôi cấy vi khuẩn dị dƣỡng và Vibrio ............................ 55
2.2.6. Phƣơng pháp xác định tỉ lệ tế bào vi khuẩn có hoạt động hô hấp
bằng máy đo dòng tế bào – Flow Cytometry (Marine và cs, 2013) ..... 55
2.2.7. Phƣơng pháp đánh giá đa dạng chức năng của vi khuẩn bằng đĩa
sinh thái - Biolog Ecoplate (Christian và Lind, 2006) ......................... 56
2.2.8. Phƣơng pháp xác định đa dạng di truyền quần xã vi khuẩn bằng
kỹ thuật điện di biến tính (DGGE) ....................................................... 59
2.2.8.1. Phƣơng pháp tách chiết DNA tổng số (Muyzer và cs, 1993) .......... 59
2.2.8.2. Phƣơng pháp phản ứng chuỗi trùng hợp (Muyzer và cs, 1993)....... 59
2.2.8.3. Điện di kiểm tra sản phẩm DNA tổng số và sản phẩm PCR ........... 60
2.2.8.4. Phƣơng pháp điện di biến tính - DGGE (Marine và cs, 2013;
Muyzer và cs, 1993) ......................................................................... 60
2.2.9. Phƣơng pháp hình thái học so sánh trên kính hiển vi điện tử truyền
qua (TEM)............................................................................................. 61
2.2.10. Phƣơng pháp đọc trình tự nucleotide ................................................. 62
2.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu.......................................................................... 63
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN .............................. 64
3.1. Đặc điểm của quần xã vi khuẩn trong lớp chất nhầy của san hô khỏe
mạnh ........................................................................................................... 64

2


3.1.1. Mật độ vi khuẩn và vi rút tổng số trong lớp chất nhầy của san hô ...... 64
3.1.2. Tỉ lệ các nhóm hình thái vi khuẩn ......................................................... 69
3.1.3. Mật độ vi khuẩn dị dƣỡng và nhóm vi khuẩn Vibrio ............................ 70
3.1.4. Đặc điểm hoạt động của vi khuẩn trong chất nhầy san hô.................... 72
3.1.4.1. Tỷ lệ vi khuẩn có hoạt động hô hấp ................................................. 72
3.1.4.2. Hoạt động chuyển hóa chất hữu cơ .................................................. 73

3.1.5. Đa dạng di truyền của vi khuẩn trong chất nhầy san hô ....................... 77
3.1.5.1. Số lƣợng đơn vị phân loại phân tử trong quần xã vi khuẩn ............. 77
3.1.5.2. Mật độ DNA của các đơn vị phân loại ............................................ 80
3.1.5.3. Sự phân bố của các đơn vị phân loại trong các quần xã vi
khuẩn ................................................................................................. 81
3.1.5.4. Hệ số đa dạng Shannon (H’) của các quần xã vi khuẩn................... 83
3.1.6. Đặc điểm phân loại học vủa vi khuẩn trong lớp chất nhầy san hô ....... 84
3.2. Đặc điểm quần xã vi khuẩn trong lớp chất nhầy của san hô bị bệnh......... 97
3.2.1. Mật độ vi khuẩn tổng số trong lớp chất nhầy san hô bị bệnh ............... 98
3.2.2. Vi khuẩn dị dƣỡng và nhóm Vibrio trong chất nhầy san hô bị bệnh .... 99
3.2.3. Tỷ lệ vi khuẩn có hoạt động hô hấp trong chất nhầy san hô bị bệnh .... 100
3.2.4. Số lƣợng đơn vị phân loại phân tử của quần xã vi khuẩn trong chất
nhầy san hô bị bệnh .............................................................................. 102
3.2.5. Khả năng chuyển hóa các chất hữu cơ của vi khuẩn trong chất
nhầy san hô bị bệnh .............................................................................. 102
3.2.6. Hình thái của vi khuẩn phân bố trong lớp chất nhầy san hô bị bệnh .... 105
3.3. Bàn luận về kết quả nghiên cứu ................................................................. 110
3.3.1. Sự khác biệt của quần xã vi khuẩn trong lớp chất nhầy giữa các
loài san hô ............................................................................................. 110
3.3.2. Sự khác biệt của quần xã vi sinh vật trong chất nhầy san hô so với
trong môi trƣờng nƣớc và vai trò của chúng trong sức khỏe san hô .... 111

3


3.3.3. Sự khác biệt của quần xã vi sinh vật trong chất nhầy san hô giữa
hai khu vực nghiên cứu và vai trò của chúng trong sức khỏe san
hô........................................................................................................... 114
3.3.4. Hoạt động của vi khuẩn và vi rút liên quan tới sức khỏe san hô .......... 118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 123

Kết luận ............................................................................................................ 123
Kiến nghị .......................................................................................................... 124
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN
QUAN TỚI LUẬN ÁN...................................................................................... 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 126
Tài liệu tiếng Việt................................................................................................ 125
Tài liệu tiếng Anh................................................................................................ 125
PHỤ LỤC ........................................................................................................... i

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Nội dung đƣợc viết tắt

AWCD

Average Well Color Development – Giá trị trung bình của sự
tăng độ mầu trong mỗi giếng thí nghiệm

BAC

Mật độ tổng tế bào vi khuẩn

BAM

Bacteriophage Adherence to Mucus – Thể thực khuẩn gắn với
dịch nhầy


BOD

Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu ô xy sinh hóa

C-BAC

Counting bacteria – Số lƣợng tế bào vi khuẩn đƣợc đếm

CFU

Colony forming unit - Đơn vị hình thành khuẩn lạc

Chl a

Chlorophyll a

CNRS

Centre National de la Recherche Scientifique – Trung tâm nghiên
cứu khoa học quốc gia (Pháp)

COD

Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu ô xy hóa học

CTC

5-cyano-2, 3-ditolyl tetrazolium clorua


CTD

Conductivity, Temperature and Depth – Độ dẫn điện, nhiệt độ,
độ sâu

CV

Phần trăm độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình

C-VIB

Counting viruse – Số lƣợng hạt vi rút đƣợc đếm

DGGE

Denaturing Gradient Gel Electrophoresis – Điện di biến tính

DNA

Deoxyribonucleic Acid

DO

Dissolved Oxygen – Ô xy hòa tan

DOC

Dissolved Organic Carbon – Các bon hữu cơ hòa tan

DOM


Dissolved Organic Matter – Chất hữu cơ hòa tan

HST

Hệ sinh thái

Ig

Immunoglobulin

5


IRD

Institute of Research for the Development – Viện Nghiên cứu
Phát triển (Pháp)

ISI

International Scientific Indexing – Chỉ số khoa học quốc tế

MCB

Mean for Cat Ba area – Giá trị trung bình đƣợc tính cho khu vực
Cát Bà

MLC


Mean for Long Chau area – Giá trị trung bình đƣợc tính cho khu
vực Long Chau

Mmuc

Mean for coral mucus - Giá trị trung bình đƣợc tính cho các mẫu
chất nhầy san hô

Msw

Mean for sea water - Giá trị trung bình đƣợc tính cho các mẫu
môi trƣờng nƣớc

MT

Môi trƣờng nƣớc xung quanh

NCBI

National Center for Biotechnology Information – Trung tâm
Thông tin Công nghệ Sinh học quốc gia (Mỹ)

DN

Dịch nhầy san hô

ND

Not done - Không xác định


OD

Optical density – Mật độ quang

OTU

Operational Taxonomic Unit – Đơn vị phân loại

PCR

Polymerase Chain Reaction – Phản ứng chuỗi trùng hợp

QXVK

Quần xã vi khuẩn

RNA

Ribonucleic Acid – Axit ribonucleotit

SDS

Đệm sodium dodecylsulfate

SH

San hô

TAE


Đệm Tris-acetate-EDTA

TCBS

Thiosulfate Citrate Bile Salts Sucrose Agar - Môi trƣờng nuôi
cấy vi khuẩn Vibrio

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

6


TE

Tris-EDTA buffer - Dung dịch đệm

TEM

Transmission Electron Microscopy – Kính hiển vi điện tử truyền
qua

UV

Ultra Violet – Tia cực tím

VBR

Virus-to-bacterium ratio - Tỉ lệ vi rút so với vi khuẩn


VIR

Vi rút tổng số

VK

Vi khuẩn

VR

Vi rút

7


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1. Thông số môi trƣờng khu vực Cát Bà và Long Châu, 2003

38

và 2012
Bảng 2.1. Tên khoa học của các loài san hô nghiên cứu và ký hiệu


46

mẫu
Bảng 2.2. Phân nhóm 31 nguồn carbon trên bản Biolog Ecoplate

56

Bảng 3.1. Các thông số về vi khuẩn, vi rút trong MT chất nhầy san hô

66

và MT nƣớc, ở hai khu vực Cát Bà và Long Châu
Bảng 3.2. Kết quả kiểm định ANOVA một yếu tố của các thông số

67

nghiên cứu giữa các môi trƣờng và các khu vực nghiên cứu
Bảng 3.3. Thành phần đơn vị phân loại và tần số bắt gặp của chúng

81

Bảng 3.4. Mức độ tƣơng đồng của các đơn vị phân loại nghiên cứu

84

đối với một số trình tự nucleotide trên NCBI
Bảng 3.5. Mức độ tƣơng đồng của các chủng vi khuẩn nghiên cứu với

89


các trình tự nucleotide trên NCBI
Bảng 3.6. Thành phần loài vi sinh vật có thể có đã đƣợc ghi nhận

95

trong lớp chất nhầy san hô ở hai vùng nghiên cứu
Bảng 3.7. Sự khác biệt về các thông số môi trƣờng nƣớc ở hai khu

114

vực (Cát Bà, Long Châu) tại thời điểm thu mẫu (5/2012)
Bảng 3.8. Hệ số tƣơng quan Pearson giữa các đặc điểm của vi rút và
quần xã vi khuẩn trong chất nhầy san hô khu vực Cát Bà và
Long Châu

8

121


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1.

Cấu tạo một polyp (a) và tế bào gai dùng bắt mồi của san


15

hô (b)
Hình 1.2.

Mô hình lát cắt dọc của các loại hình thái rạn san hô

17

Hình 1.3.

Số lƣợng bài báo ISI có liên quan tới san hô và chất nhầy

21

san hô (Bythell và Wild, 2011)
Hình 1.4.

Cấu trúc lát cắt dọc một polyp san hô (Rosenberg và cs,

23

2007b)
Hình 1.5.

Ba yếu tố hình thành bệnh (Snieszko, 1974)

25


Hình 1.6.

Mô hình về vai trò của vi rút trong hệ thống phòng vệ

35

(kháng khuẩn) của lớp chất nhầy san hô (Barr và cs,
2013b)
Hình 1.7.

Giả thuyết về (a) điều kiện môi trƣờng thay đổi làm xáo

43

trộn cấu trúc quần xã vi khuẩn trên san hô và về (b) vi rút
kiểm soát sức khỏe san hô (Bettarel và cs, 2014)
Hình 2.1.

Sơ đồ hai khu vực nghiên cứu (quần đảo Cát Bà và Long

45

Châu, Việt Nam)
Hình 2.2.

Ảnh hai loài san hô ở trạng thái khỏe mạnh và bị bệnh

46

dải trắng

Hình 2.3.

Phác đồ giải quyết các vấn đề nghiên cứu của luận án

47

Hình 2.4.

Thu mẫu nƣớc, san hô và chất nhầy của san hô ngoài

49

thực địa
Hình 2.5.

Hình ảnh biểu thị các bƣớc xử lý chính trong phân tích

53

Hình 2.6.

Sơ đồ các bƣớc định lƣợng vi rút, vi khuẩn trên kính hiển

54

vi huỳnh quang

9



Hình 2.7.

Sơ đồ thí nghiệm bằng đĩa sinh thái - Biolog Ecoplate

57

Hình 2.8.

Sơ đồ các bƣớc trong kỹ thuật lát cắt siêu mỏng

60

Hình 3.1.

Mật độ vi khuẩn và vi rút trong chất nhầy của các loài

63

san hô và trong môi trƣờng nƣớc
Hình 3.2.

Mật độ vi khuẩn, vi rút trong chất nhầy của các họ san hô

64

Hình 3.3.

Tỉ lệ các nhóm hình thái vi khuẩn trong chất nhầy san hô,

68


và trong môi trƣờng nƣớc vùng nghiên cứu
Hình 3.4.

Mật độ vi khuẩn dị dƣỡng và nhóm Vibrio trong chất

70

nhầy san hô
Hình 3.5.

Tỷ lệ tế bào vi khuẩn có hoạt động hô hấp trong chất

71

nhầy san hô
Hình 3.6.

Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ của các quần xã vi

72

khuẩn trong chất nhầy san hô
Hình 3.7.

Khả năng chuyển hóa các nhóm chất hữu cơ của hai quần

73

xã vi khuẩn trong chất nhầy san hô và trong môi trƣờng

nƣớc vùng nghiên cứu
Hình 3.8.

Khả năng chuyển hóa các chất hữu cơ của quần xã vi

75

khuẩn trong chất nhầy san hô và trong môi trƣờng nƣớc
Hình 3.9.

Điện di đồ sản phẩm PCR của các mẫu nghiên cứu

76

Hình 3.10.

Các đơn vị phân loại trên bản điện di đồ biến tính

77

(DGGE) của các mẫu nghiên cứu
Hình 3.11.

Số lƣợng đơn vị phân loại di truyền của các quần xã vi

78

khuẩn trong chất nhầy san hô và môi trƣờng nƣớc ở hai
vùng nghiên cứu
Hình 3.12.


Cây tƣơng đồng của các quần xã vi khuẩn giữa các mẫu
nghiên cứu dựa trên thành phần các đơn vị phân loại di
truyền

10

79


Hình 3.13.

Tổng mật độ DNA từ các OTU của các quần xã vi khuẩn

80

trong chất nhầy san hô và trong môi trƣờng nƣớc vùng
nghiên cứu
Hình 3.14.

Chỉ số đa dạng sinh học H’ của quần xã vi khuẩn trong

82

chất nhầy san hô và trong môi trƣờng nƣớc vùng nghiên
cứu
Hình 3.15.

Sơ đồ nhánh về tƣơng quan di truyền giữa một số đơn vị


86

phân loại với các trình tự đã đƣợc công bố trên NCBI
Hình 3.16.

Sơ đồ nhánh về tƣơng quan di truyền giữa một số chủng

93

vi khuẩn với các trình tự trên NCBI
Hình 3.17.

Vi khuẩn tổng số trong chất nhầy san hô khỏe mạnh và bị

98

bệnh
Hình 3.18.

Vi khuẩn dị dƣỡng và nhóm Vibiro trong chất nhầy san

99

hô khỏe và bị bệnh
Hình 3.19.

Tỷ lệ vi khuẩn hoạt động hô hấp trong chất nhầy san hô ở

100


trạng thái khỏe mạnh và bị bệnh
Hình 3.20.

Số lƣợng OTU trong chất nhầy san hô khỏe mạnh và bị

101

bệnh
Hình 3.21.

Khả năng chuyển hóa các chất hữu cơ của quần xã vi

102

khuẩn trong chất nhầy san hô bị bệnh dải trắng
Hình 3.22.

Khả năng chuyển hóa các nhóm chất hữu cơ của quần xã

103

vi khuẩn trong chất nhầy san hô bị bệnh dải trắng
Hình 3.23.

Trung bình khả năng chuyển hóa chất hữu cơ của quần xã

104

vi khuẩn trong chất nhầy san hô khỏe mạnh và bị bệnh
dải trắng

Hình 3.24a. Hình ảnh lát cắt mỏng của mô san hô Acropora
hyacinthus khỏe mạnh trên kính hiển vi điện tử

11

105


Hình 3.24b. Hình ảnh lát cắt của mô san hô Acropora hyacinthus bị

105

bệnh dải trắng trên kính hiển vi điện tử
Hình 3.25a

Hình ảnh hiển vi điện tử của tế bào Zooxanthellae trên

106

san hô Goniopora pectinata khỏe và bị bệnh dải trắng (k
- khỏe, b - bệnh)
Hình 3.25b. Hình ảnh hiển vi điện tử của tế bào vi khuẩn trên

106

Goniopora pectinata bị bệnh dải trắng
Hình 3.25c. Hình ảnh hiển vi điện tử của vi rút có trong mẫu san hô
Goniopora pectinata bị bệnh dải trắng

12


106


MỞ ĐẦU
Hệ sinh thái rạn san hô đóng vai trò quan trọng đối với hệ sinh vật biển và
đối với đời sống của con ngƣời, chúng là nơi sinh cƣ của các sinh vật biển và
là nơi khai thác thủy sản làm thực phẩm cung cấp cho hơn 500 triệu ngƣời.
Tuy nhiên, các hệ sinh thái rạn san hô đã và đang bị suy giảm rất mạnh mẽ,
trong đó một trong những nguyên nhân chính gây ra sự suy giảm là dịch bệnh.
Hơn nữa, nguyên nhân gây bệnh dịch san hô hiện vẫn chƣa đƣợc xác định rõ
ràng. Do đó, các nghiên cứu về quá trình sinh thái và sinh lý dẫn đến các bệnh
trên san hô, trong đó có vai trò của vi sinh vật là hết sức có ý nghĩa. Chúng
không chỉ cung cấp thông tin khoa học về sinh thái vi sinh vật trên san hô mà
còn góp phần cung cấp cơ sở cho việc xác định các tác nhân gây bệnh cho san
hô, hƣớng tới bảo vệ, phục hồi và phát triển bền vững các hệ sinh thái san hô.
San hô cùng với các vi sinh vật khác nhau trên chúng, nhƣ vi khuẩn, vi tảo,
vi nấm, vi rút… tạo thành một tập đoàn sinh vật gọi là holobiont san hô.
Trong đó, vi khuẩn, đặc biệt là hệ vi khuẩn trong lớp dịch nhầy có vai trò và
chức năng quan trọng đối với sự sống của san hô, nhƣ chức năng dinh dƣỡng
(cung cấp phần lớn nhu cầu nitơ cho san hô) và chức năng bảo vệ (bằng cách
tổng hợp chất kháng sinh chống lại tác nhân gây bệnh). Mặt khác, trong môi
trƣờng thủy vực, vi rút là một yếu tố sinh học phổ biến, phong phú nhất, có sự
đa dạng và đóng vai trò quan trọng nhất trong việc kiểm soát số lƣợng vi
khuẩn. Tuy nhiên, số lƣợng và vai trò của vi rút trên san hô vẫn chƣa đƣợc
biết nhiều, đặc biệt là về mối quan hệ giữa vi rút với san hô và với các nhóm
sinh vật khác trong holobiont theo hƣớng hỗ sinh hay có thể gây bệnh cho san
hô. Do vậy, những thông tin về vi khuẩn, vi rút và vai trò hoạt động của
chúng trong holobiont san hô có liên quan tới sức khỏe san hô là hết sức có ý
nghĩa.


13


Mặt khác, mặc dù san hô ở Việt Nam cũng đã và đang bị suy thoái mạnh
mẽ trên khắp các vùng biển, trong đó có nguyên nhân từ dịch bệnh. Tuy nhiên,
chƣa có một công trình nghiên cứu nào đƣợc thực hiện liên quan tới bệnh trên
san hô nói chung và vi sinh vật trên san hô nói riêng.
Xuất phát từ những lý do trên, việc thực hiện luận án “Nghiên cứu vi
khuẩn trong chất nhầy san hô ở hai quần đảo Cát Bà và Long Châu, Việt
Nam” là hết sức có ý nghĩa và mang tính cấp thiết.
Luận án đƣợc thực hiện với các mục tiêu và nội dung nghiên cứu đƣợc đặt
ra cụ thể nhƣ sau:
MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN
1) Có đƣợc sự hiểu biết về các đặc điểm của quần xã vi khuẩn trong chất
nhầy san hô ở hai quần đảo Cát Bà và Long Châu, Việt Nam.
2) Có đƣợc cơ sở khoa học về mối tƣơng quan giữa các hợp phần vi khuẩn, vi
rút và môi trƣờng có liên quan tới sức khỏe của san hô.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1) Tìm hiểu các đặc điểm quần xã vi khuẩn trong lớp chất nhầy của các loài
san hô khác nhau, sự khác biệt của chúng theo trạng thái sức khỏe của san
hô và giữa môi trƣờng chất nhầy so với môi trƣờng nƣớc.
2) Xác định ảnh hƣởng của sự khác nhau về điều kiện môi trƣờng giữa quần
đảo Cát Bà và Long Châu tới quần xã vi khuẩn trong lớp chất nhầy của san
hô nghiên cứu.
3) Xác định mối tƣơng quan giữa vi khuẩn và vi rút trong môi trƣờng chất
nhầy san hô cũng nhƣ sự biến động của của chúng theo trạng thái sức khỏe
của san hô.
4) Tìm hiểu vai trò và cơ chế hoạt động của vi khuẩn trong hệ thống phòng
vệ của lớp chất nhầy san hô.


14


Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
1) Bổ sung một số dữ liệu mới, có tính hệ thống và đồng bộ về quần xã vi
khuẩn và vi rút trong lớp chất nhầy của 12 loài san hô phân bố tại khu vực
quần đảo Cát Bà và Long Châu, Việt Nam.
2) Cung cấp thêm cơ sở khoa học có liên quan tới vai trò và hoạt động của vi
khuẩn, vi rút trên san hô, và có liên quan tới sức khỏe san hô.
3) Góp phần phát triển hƣớng nghiên cứu bệnh trên san hô nhằm hƣớng tới
bảo vệ, phục hồi và phát triển bền vững các hệ sinh thái san hô đang bị suy
giảm trên khắp các vùng biển Việt Nam.
ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
Luận án đƣợc xem là công trình nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam về vi
khuẩn và vi rút trên san hô, về vai trò của chúng trong dịch bệnh của san hô.
Luận án đã cung cấp các cơ sở khoa học minh chứng đƣợc bốn vấn đề sau:
(1) Có sự khác nhau lớn về quần xã vi khuẩn trong lớp chất nhầy san hô so
với trong môi trƣờng nƣớc, cũng nhƣ giữa các loài và giữa các chi san hô.
(2) Có mối tƣơng quan giữa vi rút với sự phong phú và đa dạng (di truyền và
chức năng) của vi khuẩn trong lớp chất nhầy san hô.
(3) Các đặc điểm hóa học của lớp chất nhầy san hô cùng với hệ vi sinh vật
trong đó (vi khuẩn, vi rút) đã tạo nên khả năng thích ứng nhất định của san
hô trƣớc sự thay đổi của điều kiện môi trƣờng nƣớc.
(4) Điều kiện môi trƣờng có vai trò thúc đẩy hoạt động của bacteriophage trên
san hô, làm tăng cƣờng sự ổn định hoặc suy giảm sức khỏe của san hô.

15



CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. San hô và rạn san hô
1.1.1. Khái niệm về san hô và rạn san hô
Theo Nguyễn Đăng Ngải và cộng sự (2008), san hô là tên gọi chung của
của lớp động vật bậc thấp (Anthozoa), thuộc ngành động vật ruột khoang
(Coelenterata) trong hệ thống phân loại động vật. San hô là những cá thể hình
trụ nhỏ (gọi là polyp), có hàng xúc tu ở trên đầu để bắt mồi trong môi trƣờng
nƣớc (Hình 1.1). Chúng tồn tại và phân bố rộng rãi ở nhiều vùng biển khác
nhau.

b

a
Súc tua

Miệng
Ruột
Xƣơng
Polyp

Hình 1.1. Cấu tạo một polyp (a) và tế bào gai dùng bắt mồi của san hô
(b)
[Nguồn ảnh: />Trong lớp san hô có nhiều bộ khác nhau nhƣ: san hô cứng, san hô mềm,
san hô xanh, san hô đen, san hô lửa…. nhƣng quan trọng và ý nghĩa nhất là bộ
san hô cứng (Scleractinian) hay còn gọi là san hô tạo rạn hoặc san hô đá. San
hô thƣờng sống ở vùng biển nông ven bờ vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, trải
dài từ khoảng 30o vĩ tuyến bắc đến 30o vĩ tuyến nam, nơi mà nhiệt độ nƣớc

16



biển hiếm khi xuống dƣới 18oC. Diện tích phân bố của san hô trên toàn thế
giới lên đến 600 ngàn km2.
Polyp san hô có thể phát triển bằng hai cách: đẻ trứng (sinh sản hữu tính)
và nảy chồi (sinh sản vô tính). Khi sinh sản hữu tính, polyp san hô đẻ ra trứng
và tinh trùng. Trứng thụ tinh tiếp tục phát triển và tạo nên ấu trùng san hô với
kích thƣớc nhỏ bé và phát triển thành polyp san hô. Theo cách thứ hai (mọc
chồi), những polyp nhỏ đầu tiên xuất hiện ở mặt bên của polyp cũ và lớn dần
thành những polyp riêng biệt với bộ xƣơng do tự chúng sinh ra.
Các yếu tố của môi trƣờng tự nhiên nhƣ ánh sáng, trầm tích, độ muối, biên
độ triều, nhiệt độ và độ sâu đều có ảnh hƣởng trực tiếp đến sự phân bố, giới
hạn sinh trƣởng và phát triển của san hô và rạn san hô.
Các cá thể san hô (polyp) sống cạnh nhau tạo thành các tập đoàn, với nền
móng là đá vôi đƣợc hình thành từ các xác san hô chết, vỏ hoặc xƣơng của
các loài sinh vật khác, tạo thành rạn san hô (AAB và cs, 2008). Một số rạn san
hô có thể có diện tích lên tới hàng trăm kilomet vuông. Các rạn san hô đƣợc
phân chia thành 4 loại phổ biến (Hình 1.2): (1) Rạn riềm (fringing reef): là
dạng phổ biến, có cấu trúc đơn giản với sự phát triển đi lên của nền đá vôi từ
sƣờn dốc thoải ven biển, ven đảo. Do tồn tại ở gần bờ, bị ảnh hƣởng bởi sự
đục nƣớc, nên chúng hiếm khi vƣơn đến độ sâu lớn. (2) Rạn dạng nền
(platform reef): có cấu trúc đơn giản đặc trƣng bởi sự cách biệt với đƣờng bờ
và có thể thay đổi lớn về hình dạng. (3) Rạn chắn (barrier reef): đƣợc phát
triển trên gờ của thềm lục địa. Rạn chắn là cấu trúc rạn nổi lên từ biển sâu và
nằm xa bờ. (4) Rạn san hô vòng (atoll): là những vùng rạn rộng lớn nằm ở
vùng biển sâu. Mỗi rạn san hô vòng là tập hợp của các đảo nổi và bãi ngầm
bao bọc một đầm (lagoon) rộng lớn với đƣờng kính có thể lên đến 50 km.

17



a

b

c

d

Hình 1.2. Mô hình lát cắt dọc của các loại hình thái rạn san hô (a – Rạn riềm,
b – Rạn nền, c – Rạn chắn, d – Rạn vòng; (nguồn ảnh:
/>1.1.2. Giá trị và thực trạng của san hô
Hệ sinh thái rạn san hô là hệ sinh thái có sự đa dạng sinh học cao trên trái
đất, chúng là nơi khai thác nguồn lợi sinh vật biển làm thực phẩm cung cấp
cho hơn 500 triệu ngƣời (Hoegh-Guldberg và cs, 2011). Ngoài ra, các rạn san
hô còn có nhiều giá trị to lớn khác nhƣ giá trị du lịch, giá trị bảo vệ bờ biển,
giá trị bảo tồn…, ƣớc tính hàng năm các rạn san hô mang lại trị giá kinh tế
khoảng 375 tỉ đô la (Costanza và cs, 1997). Các rạn san hô là nơi hoạt động
kinh tế của hàng triệu ngƣời trên 100 quốc gia khác nhau. Khu vực các rạn
san hô và vùng ven biển lân cận là nơi tạo ra lƣợng hàng hoá, và dịch vụ
chiếm khoảng 38 % trong tổng số lƣợng hàng hóa và dịch vụ đƣợc tạo ra từ
toàn bộ các hệ sinh thái trên toàn trái đất, và nhiều lƣợng tạo ra từ tổng các hệ
sinh thái trên cạn (Cesar và cs, 2003). Ở Hawai, giá trị kinh tế trực tiếp từ rạn
san hô đóng góp ít nhất 360 triệu đô la hàng năm cho nền kinh tế địa phƣơng
(Cesar và Van Beukering, 2004).

18


Tuy nhiên, các rạn san hô trên toàn thế giới đã và đang phải đối mặt với sự

suy thoái và hủy diệt đến từ thiên nhiên và hoạt động của con ngƣời (Baker và
cs, 2008; Hughes và cs, 2003), chúng đang phải tiếp tục đối mặt với nguy cơ
suy giảm và thậm chí có thể còn suy giảm nhanh hơn trong thời gian tới
(Carpenter và cs, 2008; Pandolfi và cs, 2011). Khoảng 60 % các rạn san hô
hiện đang bị đe dọa bởi các hoạt động của con ngƣời và gần 10 % các rạn san
hô đã bị hƣ hại nghiêm trọng hoặc bị phá hủy (Cesar và cs, 2003). Một trong
các dấu hiệu chính thể hiện sự suy thoái của san hô là sự xuất hiện của các
bệnh lý mới, đã và đang gây ảnh hƣởng đến rạn san hô trên toàn thế giới
(Pollock và cs, 2011; Rosenberg và cs, 2009). Mặc dù có sự nỗ lực của cộng
đồng khoa học quốc tế nhằm bảo vệ di sản sinh học này, nhƣng các quá trình
sinh thái và sinh lý dẫn đến các bệnh trên san hô vẫn chƣa đƣợc chứng minh
rõ ràng.
Tác động của hoạt động nhân sinh lên hệ sinh thái rạn san hô đang ngày
càng gia tăng trên từng vùng cũng nhƣ trên mức độ toàn cầu. Con ngƣời đang
gây tác động lớn lên các rạn san hô, trong đó phải kể đến việc khai thác quá
mức, gây ô nhiễm môi trƣờng ven biển, và phá hủy vật lý tới các rạn san hô.
Trên quy mô toàn cầu, biến đổi khí hậu đang là mối đe dọa lớn cho các rạn
san hô. Sự tăng lên của nồng độ CO2 trong khí quyển là một trong những
nguyên nhân làm tăng nhiệt độ đại dƣơng cũng nhƣ làm axit hóa đại dƣơng
(Harvell và cs, 2007). Sự tác động từ con ngƣời cũng nhƣ từ tự nhiên đã và
đang phá vỡ sự cân bằng động trong các mối quan hệ cộng sinh đa đối tác của
san hô (Rohwer và cs, 2010). Mỗi yếu tố tác động cũng nhƣ sự tác động cộng
hƣởng của các yếu tố có thể đƣa đến nhiều áp lực cho sự sống của san hô, dẫn
đến san hô bị bệnh và cuối cùng là san hô chết (Hoegh-Guldberg và cs, 2007).
San hô ở Việt Nam vớ

ổng số 800 loài san hô của thế giới,

phân bố rộng rãi từ Bắc tới Nam, hiện cũng đã và đang chịu nhiều sức ép từ tự


19


nhiên và con ngƣời, nhƣ đánh bắt cá bằng thuốc nổ, hóa chất độc, khai thác
san hô bừa bãi, hoạt động du lịch và các hoạt động kinh tế xã hội khác. Hiện
nay, ƣớc tính chín phần mƣời trong số hơn 1000 km vuông rạn san hô ở Việt
Nam đang ở tình trạng nguy cấp, 96% san hô đang bị đe dọa, trong đó 75% bị
đe dọa nghiêm trọng và rất nghiêm trọng (AAD và cs, 2005).
Trƣớc tình hình trên, việc bảo vệ, phục hồi và phát triển hệ sinh thái rạn
san hô đang đƣợc xem là hết sức quan trọng và cấp bách.
1.2. Dinh dƣỡng và quan hệ giữa các đối tác trong holobiont san hô
San hô cứng lấy thức ăn bằng cách tự bắt mồi và sử dụng các hợp chất hữu
cơ đƣợc tạo ra bởi vi tảo và vi khuẩn cộng sinh trên chúng. Ngƣợc lại, san hô
cung cấp cho tảo nơi sống và các chất bài tiết nhƣ phospho và nitrat. Tảo đáp
ứng tới 80% nhu cầu thức ăn tổng số cho san hô, vi khuẩn cộng sinh trên san
hô có thể cung cấp tới 50% nhu cầu ni tơ cho san hô (Ferrer và Szmant, 1988).
Do vậy, mặc dù hầu hết các rạn san hô tồn tại trong môi trƣờng nghèo chất
dinh dƣỡng vô cơ nhƣ phosphat, nitrat và sắt nhƣng chúng lại có năng suất
sinh cao. Vì mỗi loài san hô có đặc trƣng riêng về sinh trƣởng, nhu cầu thức
ăn và khả năng sinh sản nên mỗi loài cũng có khả năng thích ứng riêng với sự
tác động của bão tố, sinh vật ăn thịt, bệnh tật và sinh vật hại. Mỗi loài san hô
cũng có sự cạnh tranh với các loài san hô khác về không gian, ánh sáng và các
lợi ích khác. Kết quả của các mối quan hệ và sự cân bằng động giữa chúng đã
tạo nên tính đa dạng sinh học cao của quần xã san hô. Đặc biệt, có sự cộng
sinh đa dạng và phong phú giữa san hô và các vi sinh vật khác, bao gồm vi
khuẩn, vi khuẩn cổ (Archaea), vi rút, vi nấm, vi tảo…, tất cả chúng tạo thành
một tập đoàn sinh vật gọi là Holobiont san hô (Knowlton và Rohwer, 2003).
Trong đó, vi tảo cộng sinh san hô (zooxanthellae) đã đƣợc biết đến nhƣ một
đối tác cộng sinh bắt buộc của san hô, chúng cung cấp phần lớn dinh dƣỡng
các bon cho nhu cầu của vật chủ san hô thông qua quá trình quang hợp và góp


20


phần vào quá trình hình thành xƣơng của san hô (Muscatine và Weis, 1992).
Do vậy, trong holobiont san hô thì từng nhóm sinh vật đều có vai trò và sự
ảnh hƣởng của chúng tới các nhóm sinh vật khác, cũng nhƣ tới vật chủ san hô.
Vi sinh vật có tính đa dạng cao và chiếm số lƣợng nhiều nhất trong các
sinh vật có liên quan đến san hô và rạn san hô, với ƣớc tính có hơn 100 triệu
vi khuẩn trên một cm2 của một san hô khỏe mạnh (Paul và cs, 1986). Có gần
một tỷ vi khuẩn và 10 tỷ vi rút trong mỗi lít nƣớc biển khu vực rạn san hô
(Bowler và cs, 2009). Hệ vi khuẩn đã đƣợc biết là đóng vai trò quan trọng
trong chức năng của hệ sinh thái, tham gia các chu trình sinh địa hóa và các
quá trình sinh thái của hệ (Balser và cs, 2006) và có khả năng thực hiện chức
năng quan trọng trong môi trƣờng rạn san hô. Một số nghiên cứu đã chứng
minh rằng, có sự khác biệt về thành phần loài của vi khuẩn giữa một số loài
san hô (Bourne và Munn, 2005; Rohwer và cs, 2002) và chúng đóng vai trò
tích cực trong việc duy trì sức khỏe và khả năng phục hồi của san hô
(Rosenberg và cs, 2007b). Lớp chất nhầy, bộ xƣơng và các mô của san hô
khỏe mạnh đều có sự hiện diện một số lƣợng lớn các sinh vật, trong đó có vi
tảo, vi khuẩn và vi khuẩn cổ mang lại nhiều lợi ích cho san hô nhƣ quá trình
quang hợp, cung cấp các chất dinh dƣỡng và chống lại sự nhiễm trùng (Kim,
2006). Vi sinh vật cũng là đối tƣợng đầu tiên của holobiont phản ứng với các
tác động của môi trƣờng, vì chúng có khả năng phát triển nhanh, trao đổi chất
mạnh so với san hô hoặc vi tảo zooxanthellae (Rohwer và cs, 2010). Ngày
càng có nhiều bằng chứng cho thấy rằng, vi khuẩn sống trên san hô có vai trò
quan trọng trong chu trình sinh hóa của các loài san hô, nhƣ một số san hô có
vi khuẩn cộng sinh tham gia chu trình ni tơ, bao gồm cả quá trình nitrat hóa,
đồng hóa amoni, amôn hóa và ô xy hóa khử amôn (Kimes và cs, 2010; Olson
và cs, 2009; Raina và cs, 2009). Một số vi khuẩn sống trên san hô đã đƣợc

xác định là có gen cố định nitơ (Olson và cs, 2009) có vai trò trong việc

21