Đa dạng sinh học ( biodiversity)

Đa Dạng Sinh Học ( biodiversity)  Nội dung trình bày:  Khái niệm về đa dạng sinh học  Đa dạng di truyền  Đa dạng loài  Đa dạng hệ sinh thái  Định lượng về mức độ đa dạng sinh học  Giá trị & công dụng của đa dạng sinh học Tiến hóa và đa dạng sinh học Giáo viên: PGS.TS Trịnh Đình Đạt - Nhóm 1 Đa dạng sinh học và đa dạng di truyền A. Đa dạng sinh học I. Khái niệm đa dạng sinh học theo công ước đa dạng sinh học. II. Một số khái niệm khác về đa dạng sinh học. III. Hệ thống đa dạng sinh học. B. Đa dạng di truyền. 1. Khái niệm về gen. 2. Đa dạng di truyền. 3. Nguyên nhân của đa dạng di truyền. 4. Các phương pháp phân tích đa dạng di truyền. 5. Ý nghĩa của đa dạng di truyền. A. Đa dạng sinh học I. Khái niệm đa dạng sinh học theo công ước đa dạng sinh học. II. Một số khái niệm khác về đa dạng sinh học. III. Hệ thống đa dạng sinh học. Đa dạng sinh học. I. Theo Công ước Đa dạng sinh học: Khái niệm "Đa dạng sinh học" (biodiversity, biological diversity) có nghĩa là sự khác nhau giữa các sinh vật sống ở tất cả mọi nơi, bao gồm: các hệ sinh thái trên cạn, trong đại dương và các hệ sinh thái thuỷ vực khác, cũng như các phức hệ sinh thái mà các sinh vật là một thành phần,...; thuật ngữ này bao hàm sự khác nhau trong một loài, giữa các loài và giữa các hệ sinh thái. Thuật ngữ "đa dạng sinh học" lần đầu tiên được Norse and McManus (1980) định nghĩa, bao hàm hai khái niệm có liên quan với nhau là: đa dạng di truyền (tính đa dạng về mặt di truyền trong một loài) và đa dạng sinh thái (số lượng các loài trong một quần xã sinh vật). Nay có ít nhất 25 định nghĩa nữa cho thuật ngữ "đa dạng sinh học. Định nghĩa được đưa ở trên là định nghĩa được dùng trong Công ước Đa dạng sinh học. II. Các định nghĩa khác về Đa dạng sinh học. 1) Đa dạng sinh học là tính đa dạng của sự sống dưới mọi hình thức, mức độ và mọi tổ hợp, bao gồm đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái . [FAO]. 2) Đa dạng sinh học là tính đa dạng của gen di truyền, kiểu gen và các bộ gen cũng như mối quan hệ của chúng với môi trường ở mức phân tử, loài, quần thể và hệ sinh thái (FAO, 1990). 3) Đa dạng sinh học là tính đa dạng, trạng thái khác nhau về đặc tính hoặc chất lượng (R.Patrick,1983). 4) Đa dạng sinh học là sự đa dạng của các sinh vật trên trái đất, bao gồm cả sự đa dạng về di truyền của chúng và các dạng tổ hợp. Đây là một thuật ngữ khái quát về sự phong phú của sinh vật tự nhiên, hỗ trợ cho cuộc sống và sức khoẻ của con người . Khái niệm này bao hàm mối tương tác qua lại giữa các gen, các loài và các hệ sinh thái (Reid & Miller, 1989). 5) Đa dạng sinh học là sự phong phú về sự sống trên trái đất, bao gồm hàng triệu loài thực vật, động vật và vi sinh vật, cũng như các thông tin di truyền mà chúng lưu giữ và các hệ sinh thái mà chúng tạo nên (AID, 1989). 6) Đa dạng sinh học là tính đa dạng của sự sống và các quá trình hoạt động của nó (U .S. Forest Service, 1990). 7) Đa dạng sinh học bao gồm tất cả các loài thực vật, động vật, vi sinh vật, các hệ sinh thái và quá trình sinh thái học mà chúng tham gia . Đây là khái niệm bao trùm cho mức độ phong phú của tự nhiên, bao gồm cả số lượng và tần số xuất hiện của các hệ sinh thái, các loài và các gen di truyền trong một tổ hợp xác định. (McNeely et al., 1990). 8) Đa dạng sinh học là tính đa dạng của sự sống ở mọi cấp độ tổ chức, biểu hiện bởi số lượng và tần số xuất hiện tương đối của các đối tượng (gen, sinh vật, hệ sinh thái) (EPA, 1990). 9) Đa dạng sinh học là tính đa dạng về di truyền, phân loại và hệ sinh thái của các sinh vật sống ở một vùng, một môi trường, một hệ sinh thái xác định hoặc toàn bộ trái đất (McAllister, 1991). 10) Đa dạng sinh học là toàn bộ sự đa dạng và khác nhau giữa các sinh vật sống và trong chính sinh vật đó, cũng như đối với các hệ sinh thái mà các sinh vật tồn tại trong đó; bao hàm cả đa dạng hệ sinh thái hoặc đa dạng quần xã, đa dạng loài và đa dạng di truyền (Pending legislation, U .S. Congres 1991). 11) Đa dạng sinh học là tính đa dạng của sự sống và các quá trình hoạt động của nó. Bao gồm tính đa dạng về các sinh vật sống, sự khác biệt về mặt di truyền giữa chúng và các quần xã, các hệ sinh thái mà chúng tồn tại trong đó. (Keystone Dialogue, 1991). 12) Đa dạng sinh học là tính đa dạng và sự khác nhau của tất cả động vật, thực vật và vi sinh vật trên trái đất, có thể được phân thành 3 cấp: đa dạng di truyền (biến thiên trong loài), đa dạng loài, và đa dạng sinh cảnh (Overseas Development Administration, 1991). 13) Đa dạng sinh học là toàn bộ các gen di truyền, các loài và các hệ sinh thái trong một vùng (WRI, IUCN and UNEP, 1992). 14) Đa dạng sinh học là toàn bộ sự đa dạng của sự sống trên trái đất. Bao gồm tất cả các gen di truyền, các loài, các hệ sinh thái và các quá trình sinh thái (ICBP, 1992). 15) Dadangj sinh học là toàn bộ sự đa dạng và sự khác nhau giữa các sinh vật sống và trong chính sinh vật đó, các tổ hợp sinh vật và các hệ sinh thái hướng sinh cảnh. Thuật ngữ bao gồm các mức đa dạng hệ sinh thái, loài và sinh cảnh, cũng như trong một loài (đa dạng di truyền) (Fiedler & Jain, 1992). 16) Đa dạng sinh học là tính đa dạng của sinh vật ở mọi cấp độ, từ những biến dị di truyền trong cùng một loài đến sự đa dạng của các loài, giống/chi, họ và thậm chí cả các mức phân loại cao hơn; bao gồm cả đa dạng hệ sinh thái, gồm cả các quần xã sinh vật trong các sinh cảnh cụ thể và các điều kiện vật lý mà chúng sinh sống trong đó (Wilson, 1992). 17) Đa dạng sinh học là phức hệ vượt quá sự hiểu biết và có giá trị không thể đo đếm được, đa dạng sinh học là toàn bộ tính đa dạng của sự sống trên trái đất (Ryan, 1992). 18) Đa dạng sinh học là tính đa dạng về cấu trúc và chức năng của các dạng sống ở các mức di truyền, quần thể, loài, quần xã và hệ sinh thái (Sandlund et al., 1993). 19) Đa dạng sinh học là toàn bộ đa dạng di truyền, đa dạng loài và đa dạng sinh thái, cũng như những tác động tương hỗ giữa chúng, trong một vùng xác định, tại một thời điểm xác định (di Castri, 1995). 20) Đa dạng sinh học là toàn bộ các mức tổ chức về mặt di truyền học, các cấp phân loại và sinh thái học, cũng như mối tương tác theo thứ bậc, tại các mức độ tổ hợp khác nhau (di Castri & Younốs, 1996). Theo Lê Trọng Cúc (2002): Đa dạng sinh học (Biodiversity) là sự giàu có, phong phú và đa dạng nguyên liệu di truyền, loài và các hệ sinh thái. Theo Nguyễn Nghĩa Thìn (2005): Đa dạng sinh học là khoa học nghiên cứu về tính đa dạng của vật sống trong thiên nhiên, từ các sinh vật phân cắt đến các động vật và thực vật (trên cạn cũng như dưới nước) và cả loài người chúng ta, thể hiện từ mức độ phân tử đến các cơ thể, các loài và các quần xã mà chúng sống. III. Hệ thống đa dạng sinh học. 1. Đa dạng di truyền hay đa dạng gen (gen trong các quần thể của loài). 2. Đa dạng loài (đa dạng,phong phú các loài). 3. Đa dạng hệ sinh thái ( sự phong phú về các hệ sinh thái). B. Đa dạng di truyền Đa dạng di truyền I. Khái niệm về gen. II. Đa dạng di truyền. III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền. IV. Các phương pháp phân tích đa dạng di truyền V. Ý nghĩa của đa dạng di truyền. I. Khái niệm về gen Theo thời gian, quan niệm về gen cũng thay đổi, cùng với tiến bộ về khoa học kỹ thuật và công cụ nghiên cứu. Theo Mendel gen được biểu hiện như một yếu tố bên trong, quyết định sự hình thành và phát triển của một tính trạng bên ngoài. Gen vận động từ thế hệ này sang thế hệ khác theo quy luật hòa hợp. Theo Morgan nhiều gen nằm trên cùng một nhiễm sắc thể và là các đơn vị không thể chia nhỏ hơn nữa.Các đơn vị đó là:  Đơn vị đột biến  Đơn vị tái tổ hợp  Đơn vị chức năng I. Khái niệm về gen G. Beadle và Tatum đưa ra giả thuyết một gen - một enzyme: dựa trên kết quả nghiên cứu đột biến khuyết dưỡng ở Neurosporal (đột biến làm mất khả năng tổng hợp một chất trao đổi nào đó cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của tế bào). Ngày nay, theo quan điểm sinh học phân tử gen được định nghĩa là đoạn AND có chiều dài đủ lớn để có thể xác định một chức năng. Năm 1953, cấu trúc gen dạng B được tìm ra bởi James D. Watson and Francis Crick.Đã mở ra một thời kỳ mới cho những nghiên cứu quan trọng trong sinh học. II. Đa dạng di truyền 1. Khái niệm: đa dạng di truyền hay đa dạng gen là tập hợp những biến đổi của các gen và các kiểu gen trong nội bộ loài. 2. Biểu hiện đa dạng di truyền. a) Các kiểu gen (genotype), các vốn gen (genopool) khác nhau trong mỗi quần thể trong các quần thể mỗi loài.  Kiểu gen (genotyp): là toàn bộ các gen trong tê bào của cơ thể sinh vật. Trong thực tế khi nói tới kiểu gen của một cơ thể, người ta xét một vài cặp gen nào đó liên quan đến các cặp tính trạng nghiên cứu.  Genotyp có hai phần:  Gồm các đơn vị riêng lẻ (các gen) quy định tính trạng này hay tính trạng khác  Các tính tác động tương hỗ giữa các gen nên mang tính thống nhất trọn vẹn, điều hoà toàn bộ quá trình sống. II. Đa dạng di truyền 2. Biểu hiện đa dạng di truyền. a) Các kiểu gen (genotype), các vốn gen (genopool) khác nhau trong mỗi quần thể trong các quần thể mỗi loài. VD: Tính trạng màu sắc mắt, màu thân ở ruồi giấm: II. Đa dạng di truyền 2. Biểu hiện đa dạng di truyền. b) Các quần thể khác nhau của một lòai có kiểu gen khác nhau, vốn gen khác nhau, kiểu hình khác nhau. VD: Vốn gen giống lúa TH3-3 năg suất cao, chịu được mọi loại đất, mọi địa hình, khả năng chống chịu sâu bệnh cao (giảm 50% chi phí thuốc trừ sâu)…(tìm ra bởi PGS Nguyễn Thị Trâm nguyên giảng viên Trường Đại học Nông nghiệp 1) Đa dạng các loài cá ven sông hồng Đa dạng các loài chim III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền Gồm các nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp làm thay đổi quần thể. - Đột biến (gen, NST). - Tái tổ hợp gen trong sinh vật sinh sản hữu tính. - Di nhập gen. - Sự phiêu bạt gen. - Sự sinh sản phân hóa. - Chọn lọc tự nhiên và nhân tạo. III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền 1. Đột biến. Gồm: - Đột biến gen. - Đột biến nhiễm sắc thể. - Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc của gen liên quan đến một hoặc một vài cặp nu như mất, thêm, thay thế… kết quả của đột biến có thể hình thành những alen mới quy định cùng tính trạng. VD: Đột biến hồng cầu hình liềm - Đột biến nhiễm sắc thể là những biến đổi trong cấu trúc và số lượng nhiễm sắc thể như đảo đoạn, lặp đoạn, chuyển đoạn. VD: Chuối nhà là thể tam bội 1. Đột biến. Tính trạng mới xuất hiện trong các cá thể bởi gen và nhiễm sắc thể mang đột biến dược truyền lại thế hệ sau qua sinh sản hữu tính có thể phổ biến qua quần thể bởi sự tái tổ hợp. Số lượng tái tổ hợp của các dạng khác nhau của mỗi gen là rất lớn tạo nên sự đa dạng các tổ hợp gen trong quần thể. Sự lan truyền đột biến trong quần thể không chỉ phụ thuộc vào tần số đột biến của gen mà còn phụ thuộc vào mức độ ảnh hưởng của đột biến đến khả năng sống,khả năng sinh sản của cá thể. III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền 2. Tái tổ hợp gen trong sinh vật sinh sản hữu tính. Tái tổ hợp sinh sản hữu tính (còn gọi là biến dị tổ hợp) là tổ hợp lại các vật chất di truyền vốn có của ông bà tổ tiên. + Nguyên nhân: do quá trình giao phối. + Cơ chế phát sinh: xảy ra do sự phân li độc lập và tổ hợp tự do của các nhiễm sắc thể trong giảm phân và thụ tinh, do hoán vị gen, do tương tác gen. + Biểu hiện: Sự sắp xếp lại các tính trạng vốn có của bố mẹ, tổ tiên, hoặc xuất hiện tính trạng mới. + Ý nghĩa: Là nguồn biến dị thường xuyên và vô tận ở sinh vật, tăng tính đa dạng cho sinh giới, là nguồn nguyên liệu quan trọng trong chọn giống và tiến hoá. III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền 2. Tái tổ hợp gen trong sinh vật sinh sản hữu tính III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền 3. Di nhập gen. - Di nhập gen là hiện tượng dịch chuyển của một số cá thể quần thể này sang quần thể khác một cách chủ động hoặc bị động, làm thay đổi cấu trúc quần thể. - Mức độ thay đổi này sẽ càng lớn khi số lượng cá thể di nhập càng lớn và sự sai khác về tần số gen giữa quần thể gốc với quần thể có các cá thể di cư. III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền 4. Sự phiêu bạt gen. - sự phiêu bạt gen là sự thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể hoàn toàn mang tính chất thống kê và ngẫu nhiên do quần thể nhỏ. Nguyên nhân là do đối với với quần thể nhỏ, số cá thể cảu quần thể thực tế tham gia sinh sản càng nhỏ, khả năng giao phốido đó khả năng duy trì các gen qua các thế hệ giảm, dẫn đến gen bị mất dần, tỷ lệ dị hợp giảm qua từng thế hệ. Tuy nhiên, đối với quần thể lớn, hiện tượng này ít có ý nghĩa. III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền 5. Sự sinh sản phân hóa. - Là hiện tượng hạn chế hay bị mất đi sự giao phối tự do giữa các cá thể, ảnh hưởng mạnh tới cấu trúc quần thể. QT giao phấn, tự thụ phấn=> tự thụ phấn=>giảm tỉ lệ dị hợp tử Quần thể ban đầu Quần thể sau n thế hệ 1AA : 2Aa : 1aa (2^n -1) AA + 2Aa +(2^n - 1)aa III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền 6. Chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo. a) Chọn lọc tự nhiên, là áp lực tác động lên sinh vật, gây ra bởi các yếu tố môi trường sống và các sinh vật khác (cùng loài, khác loài). Dẫn tới sự phân hóa quần thể theo hướng thích ứng tích cực với môi trường sống. VD: Các loài cây có hoa sỡ sặc sỡ thu hút côn trùng. Các loài cây có hoa sỡ sặc sỡ thu hút côn trùng. Các loài cây có hoa sỡ sặc sỡ thu hút côn trùng. III. Nguyên nhân của đa dạng di truyền 6. Chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo. b) Chọn lọc nhân tạo, áp lực chọn lọc tác động lên sinh vật, gây ra bởi các hoạt động của con người. Sự phân hóa cảu quần thể thích nghi cao độ mới nhu cầu của con người. VD: Các loài gà cảnh. Các loài gà cảnh. Các loài gà cảnh. IV. Các phương pháp phân tích đa dạng di truyền Hiện nay có nhiều phương pháp để phân tích đa dạng di truyền. - Các chỉ thị phân tử (RAPD, AFLP, RFLP, SSR…) - Giải trình tự DNA. - Phân tích protein, enzyme, izozyme. - Phân tích bộ nhiễm sắc thể. Nguyên tắc chung của các phương pháp là dựa trên mức độ tương đồng vật chất di truyền, xác định quan hệ học hàng, là nền tảng để đánh giá mức độ đa dạng sinh vật. V. Ý nghĩa của nghiên cứu đa dạng di truyền - Nghiên cứu đa dạng di truyền giúp đánh giá sự đa dạng, thành phần các kiểu gen trong tự nhiên, từ đó đề ra kế hoạch khai thác và bảo tồn hợp lý. - Nghiên cứu đa dạng di truyền giúp cho việc chọn giống và lai tạo cá nòi, giống gốc có kiểu gen khác nhâu. - Từ những hiểu biết về nghiên cứu đa dạng di truyền, là cơ sở cho việc tạo ra đựoc những giống mới bằng công nghệ di truyền. - Sự đa dạng di truyền nói riêng, đa dạng sinh vật nói chung là điều kiện cho sự phát triển và tồn tại lâu dài của sự sống trên trái đất, vì vậy bảo vệ và phát triển đa dạng sinh học là bảo vệ chính chúng ta. Nhờ nghiên cứu đa dạng di truyền, giúp ta biết đựoc tình trạng nguy cơ của các sinh vật hiện nay, dự đoán dự báo chiều hướng biến đổi, từ đó có con người phương pháp khoa học tác động tích cực, phù hợp. Đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái I. ĐA DẠNG LOÀI Nội dung 1. Khái niệm loài 2. Khái niệm đa dạng loài 3. Nguyên nhân gây nên tính đa dạng loài 4. Định lượng đa dạng sinh học 5. Biểu hiện của sự đa dạng loài 6. Đa dạng loài trên thế giới 7. Đa dạng loài ở Việt Nam 8. Ý nghĩa của đa dạng loài 1. Khái niệm loài  “Loài là một nhóm quần thể sinh sản tự nhiên, cách ly sinh sản với các nhóm quần thể khác”. (Ernt Mayr – 1991)  Định nghĩa về hình thái của loài: Loài là một nhóm các cá thể có những đặc tính hình thái, sinh lý, sinh hoá đặc trưng khác biệt với những nhóm cá thể khác.  Định nghĩa về sinh học của loài: Một loài có thể được phân biệt như là một nhóm cá thể có thể giao phối với nhau để sinh sản, thế hệ con cái hữu thụ và không thể giao phối sinh sản với các cá thể của các nhóm khác. 2. Khái niệm đa dạng loài  Đa dạng loài là số lượng và sự đa dạng của các loài được tìm thấy tại một khu vực nhất định tại một vùng nào đó.  Đa dạng loài là tất cả sự khác biệt trong một hay nhiều quần thể của một loài cũng như với quần thể của các loài khác nhau.  Có lẽ do thế giới sự sống chủ yếu được xem xét ở khía cạnh loài, nên thuật ngữ “đa dạng sinh học” thường được dùng như một từ đồng nghĩa của “đa dạng loài”. Và bởi vậy đa dạng loài thường được coi là nhân tố cơ bản của đa dạng sinh học.  Nếu xét trên khái niệm số lượng loài đơn thuần, thì sự sống trên trái đất chủ yếu bao gồm côn trùng và vi sinh vật. 3. Nguyên nhân gây nên tính đa dạng loài  Sự tương tác giữa môi trường sống và các cá thể của loài cũng như giữa các loài là yếu tố quyết định trong việc tạo nên tính đa dạng về loài.  Môi trường tác động đến hình thái, tập tính của sinh vật và sự chọn lọc sinh sản đặc biệt là phương thức quyết định sự hình thành hay diệt vong 1 loài.  Khi quần thể của loài bị tách biệt với nhau, không còn mối quan hệ với nhau thì sự phân ly về tính trạng và hệ gen xảy ra kèm theo động lực phân tử: đột biến… hình thành nhiều allen cũng như tính trạng, từ đó hình thành nên loài mới.  Trích số liệu “NATURAL PROCESSES WHICH ACCELERATE THE EVOLUTIONARY SEARCH” - Wirt Atmar AICS Research, Inc. PO Box 4691, University Park, NM 88003 USA  Số liệu từ Mr.John M. Owens, Ph.D’s Corse - Unit 2. Cellular Structure, Function, Regulation, and Genetics - Lecture 11. Evolution and Gene Expression 4. Định lượng đa dạng sinh học  Các chỉ số toán học về đa dạng sinh học đã được thiết lập để mô tả sự đa dạng loài ở các phạm vi địa lý khác nhau.  Đa dạng α Số lượng loài trong một quần xã hay hệ sinh thái được mô tả - đây là chỉ số thông dụng nhất để diễn tả đa dạng sinh học.  Đa dạng : mức độ dao động thành phần loài khi các điều kiện môi trường thay đổi.  Đa dạng  áp dụng đối với một vùng địa lý rộng lớn gồm nhiều sinh cảnh và được định nghĩa là “một tỷ lệ mà ở đấy các loài thêm vào được bắt gặp là những sự thay thế địa lý trong một dạng nơi ở thuộc các vùng khác nhau”.  Đa dạng α xuất phát từ một khái niệm phổ biến về sự phong phú của loài (species richness) và có thể sử dụng để so sánh số lượng loài trong các hệ sinh thái khác nhau. 4. Định lượng đa dạng sinh học  Có nhiều phương thức khác nhau để định lượng đa dạng sinh học, tuy vậy, độ phong phú về loài là chỉ số thông dụng nhất để diễn tả đa dạng sinh học vì các lý do sau: ♪ Áp dụng thực tế: độ phong phú về loài đã được minh chứng về khả năng định lượng trong thực tế ♪ Thông tin có sẵn: một số lượng lớn thông tin có sẵn về độ phong phú của loài. Đặc biệt là các thông tin này được đưa vào máy tính để các vùng xa xôi có thể sử dụng. ♪ Tính đại diện: độ phong phú của loài có thể đại diện cho nhiều loại đa dạng sinh học khác nhau.  Ứng dụng rộng rãi: đơn vị loài thường được coi như là đơn vị trong quản lý, luật pháp, chính trị và truyền thống