Giáo trình phương pháp nghiên cứu sinh học cá

Bài giảng Phương pháp nghiên cứu sinh học cá ThS. PHẠM THANH LIÊM ThS. TRẦN ĐẮC ĐỊNH GIÁO TRÌNH PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SINH HỌC CÁ TỦ SÁCH ĐẠI HỌC CẦN THƠ 2004 Phương pháp nghiên cứu sinh học cá 2 THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH 1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ 1. Phạm Thanh Liêm Sinh năm: 1967 Bộ môn: Sinh học và Bệnh học Thủy sản Khoa Thủy sản Trường Đại học Cần Thơ Email: ptliem@ctu.edu.vn 2. Trần Đắc Định Sinh năm: 1965 Bộ môn: Quản lý và Kinh tế nghề Cá Khoa Thủy sản Trường Đại học Cần Thơ Email: tddinh@ctu.edu.vn 2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG Giáo trình có thể dùng tham khảo cho những ngành nào: Nuôi trồng thủy sản, Bệnh học Thủy sản, Quản lý nghề cá, Nông học Có thể dùng cho các trường nào: Đại học, Cao đẳng Các từ khoá: phương pháp nghiên cứu, phuơng pháp thu mẫu, cố định mẫu, hình thái cá, sinh học dinh dưỡng, sinh học sinh sản, mô học, tuổi và tăng trưởng, sinh học quần thể, đánh giá trữ lượng cá Yêu cầu kiến thức trước khi học môn này: Sinh học đại cương Đã xuất bản chưa, nếu có thì nhà xuất bản nào : Chưa xuất bản Phương pháp nghiên cứu sinh học cá 3 MỤC LỤC THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ ................................................................................................ 2 1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ ........................................................................................ 2 2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG .................................................................... 2 MỤC LỤC ........................................................................................................................... 3 CHƯƠNG MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 6 I. GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................................. 6 1. Khái quát .................................................................................................................. 6 2. Lịch sử phát triển của nghiên cứu cá ....................................................................... 6 3. Tầm quan trọng của phương pháp nghiên cứu và mục tiêu của giáo trình .............. 6 II. NỘI DUNG CỦA GIÁO TRÌNH ............................................................................... 7 CHƯƠNG I: PHƯƠNG PHÁP THU VÀ XỬ LÝ MẪU .................................................... 8 I.1. GIỚI THIỆU .............................................................................................................. 8 I.2. PHƯƠNG PHÁP THU MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU ............................................ 8 I.2.1. Nguyên tắc trong thu mẫu .................................................................................. 8 I.2.1.1. Định danh chính xác mẫu thu ...................................................................... 8 I.2.1.2. Chọn địa điểm thu mẫu ................................................................................ 9 I.2.1.3. Chuẩn bị biểu mẫu ....................................................................................... 9 I.2.2. Thu mẫu phân tích ở phòng thí nghiệm .............................................................. 9 I.2.3. Kỹ thuật bảo quản mẫu ..................................................................................... 10 I.2.4. Kỹ thuật cố định mẫu cho các nghiên cứu mô học ........................................... 12 I.2. CÂU HỎI ÔN TẬP ................................................................................................. 13 I.3. TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 13 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI CÁ .................................. 14 II.1. NGUYÊN LÝ TRONG ĐO MẪU CÁ .................................................................. 14 II.2. ĐO CHIỀU DÀI VÀ KHỐI LƯỢNG CÁ ............................................................. 14 II.3. CÁC CHỈ TIÊU HÌNH THÁI ................................................................................ 15 II.4. CÁC CHỈ TIÊU SỐ LƯỢNG ................................................................................ 18 II.5. CÁC CHỈ SỐ SINH TRẮC .................................................................................... 19 II.6. TƯƠNG QUAN CHIỀU DÀI KHỐI LƯỢNG VÀ HỆ SỐ ĐIỀU KIỆN ............. 20 II.6.1. Tương quan chiều dài và khối lượng .............................................................. 20 II.6.2. Hệ số điều kiện ................................................................................................ 21 II.7. CÂU HỎI ÔN TẬP ................................................................................................ 21 II.8. TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 22 CHƯƠNG III: KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU MÔ HỌC .................................................... 23 III.2.1. Cố định mẫu (Fixation) .................................................................................. 23 III.2.1.1. Các loại hóa chất cố định mẫu ................................................................ 24 III.2.1.2.Chọn dung dịch cố định ........................................................................... 25 III.2.1.3. Phương pháp cố định: ............................................................................. 25 III.2.1.4. Rửa mô sau khi cố định .......................................................................... 26 III.2.2. Cắt tỉa và định hướng cho mẫu mô đã được cố định (Trimming and Orientation) ................................................................................................................ 26 III.2.3. Loại nước, làm trong mẫu, ngấm paraffin (Dehydration, Clearing, Infiltration) ................................................................................................................. 26 III.2.4. Đúc khối (Embedding) ................................................................................... 28 III.2.5. Phương pháp cắt mẫu (Sectioning) ................................................................ 29 III.2.5.1. Cắt lạnh (frozen sectioning) .................................................................... 29 III.2.5.2. Cắt mô đúc trong khối paraffin ............................................................... 29 Phương pháp nghiên cứu sinh học cá 4 III.2.5.3. Cách chuẩn bị các dung dịch để dán mẫu như sau: ................................ 30 III.2.6. Nhuộm màu (Staining) ................................................................................... 30 III.3. CÂU HỎI ÔN TẬP ............................................................................................... 32 III.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 33 CHƯƠNG IV: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DINH DƯỠNG CÁ .......................... 34 IV.1. THỨC ĂN TỰ NHIÊN CỦA CÁ ........................................................................ 34 IV.1.1. Sinh vật phù du (plankton) ............................................................................ 34 IV.1.2. Sinh vật tự bơi (Nekton) ................................................................................ 34 IV.1.3. Sinh vật đáy (Benthos) .................................................................................. 34 IV.1.4. Chất vẩn (Detritus) ........................................................................................ 34 IV.2. PHỔ DINH DƯỠNG ............................................................................................ 35 IV.3. CÁC CHỈ SỐ SINH TRẮC .................................................................................. 36 IV.3.1. Tương quan chiều dài ruột ............................................................................. 36 IV.3.2. Chỉ số no (index of fullness) của ống tiêu hóa và cường độ bắt mồi (feeding intensity) .................................................................................................................... 37 IV.3.3. Phương pháp phân tích thức ăn trong ruột cá ................................................ 37 IV.3.3.1. Phương pháp số lượng ............................................................................ 38 IV.3.3.2.Phương pháp thể tích ............................................................................... 39 IV.3.3.3. Phương pháp trọng lượng ....................................................................... 39 IV.3.4. Sự phát triển các cơ quan tiêu hóa và mối liên hệ với tập tính dinh dưỡng .. 39 IV.3.5. Hệ số chọn lựa thức ăn .................................................................................. 40 IV.3.5.1.Chỉ số ưu thế (index of preponderance): ................................................. 40 IV.3.5.2.Chỉ số tương quan (index of Relative importance): ................................ 40 IV.3.6. Các chỉ tiêu đánh giá nhu cầu dinh dưỡng của cá ......................................... 41 IV.4. CÂU HỎI ÔN TẬP .............................................................................................. 42 IV.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 42 CHƯƠNG V:PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SINH HỌC SINH SẢN ........................ 44 V.1. XÁC ĐỊNH GIỚI TÍNH ........................................................................................ 44 V.2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA TUYẾN SINH DỤC ............................. 44 V.3. XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ THÀNH THỤC SINH DỤC THEO CHIỀU DÀI CƠ THỂ 47 V.4. HỆ SỐ THÀNH THỤC ......................................................................................... 48 V.5. NGHIÊN CỨU SỰ THÀNH THỤC DỰA TRÊN ĐƯỜNG KÍNH TRỨNG ...... 48 V.6. SỨC SINH SẢN .................................................................................................... 49 V.6.1. Sức sinh sản tương đối (relative fecundity) .................................................... 50 V.6.2. Sức sinh sản đặc biệt (specific fecundity) ....................................................... 50 V.7. MỐI LIÊN HỆ GIỮA SỨC SINH SẢN VÀ CÁC CHỈ TIÊU SINH HỌC KHÁC ........................................................................................................................................ 51 V.8. CÂU HỎI ÔN TẬP ................................................................................................ 52 V.9. TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 52 CHƯƠNG VI: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TUỔI VÀ SINH TRƯỞNG ............... 53 VI.1. NGHUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH TUỔI ..................................................................... 53 VI.2. XÁC ĐỊNH TUỔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG VẢY ................................ 53 VI.3. XÁC ĐỊNH TUỔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP DUNG ĐÁ TAI ............................ 54 VI.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TUỔI DỰA VÀO CÁC PHẦN XƯƠNG KHÁC ........................................................................................................................................ 55 VI.5. PHƯƠNG PHÁP TẦN SUẤT CHIỀU DÀI ........................................................ 55 VI.6. THÀNH PHẦN TUỔI VÀ QUAN HỆ GIỮA TUỔI VÀ CHIỀU DÀI .............. 56 VI.7. TĂNG TRƯỞNG TUYỆT ĐỐI VÀ TĂNG TRƯỞNG TƯƠNG ĐỐI ............... 57 Phương pháp nghiên cứu sinh học cá 5 VI.8. TÍNH NGƯỢC CHIỀU DÀI CÁ VÀ SỰ TĂNG TRƯỞNG .............................. 58 VI.9. PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CONG TĂNG TRƯỞNG ...................................... 58 VI.10. CÂU HỎI ÔN TẬP ............................................................................................ 59 VI.11. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 59 CHƯƠNG VII: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SINH HỌC QUẦN THỂ .................. 60 VII.3.1. Mục đích ....................................................................................................... 61 VII.3.2. Các phương pháp đánh dấu .......................................................................... 61 VII.3.2.1.Dùng hóa chất và thuốc nhuộm: ............................................................. 61 VII.3.2.2. Cắt một phần của cơ thể cá: .................................................................. 61 VII.3.2.3. Gắn trên cá một vật có ký hiệu riêng: ................................................... 61 VII.4. SỰ BIẾN ĐỔI QUẦN THỂ VÀ CÁC MÔ HÌNH DỰ BÁO QUẦN THỂ ....... 62 VII.5. SỰ KHAI THÁC BỀN VỮNG QUẦN THỂ ..................................................... 63 VII.6. CÂU HỎI ÔN TẬP ............................................................................................. 64 VII.7. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 64 CHƯƠNG VIII: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG CÁ ................................ 65 VIII.1. MỤC TIÊU CỦA VIỆC ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG ....................................... 65 VIII.2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH DẤU VÀ BẮT LẠI .................................................. 65 VIII.2.1. Điều kiện áp dụng ....................................................................................... 65 VIII.2.2. Nguyên lý .................................................................................................... 65 VIII.3.1. Điều kiện áp dụng ....................................................................................... 65 VIII.3.2. Nguyên lý .................................................................................................... 65 VIII.4. PHƯƠNG PHÁP DÙNG SÓNG ÂM ............................................................... 66 VIII.4.1. Điều kiện áp dụng ....................................................................................... 66 VIII.4.2. Nguyên lý .................................................................................................... 66 VIII.5. PHƯƠNG PHÁP DỰA TRÊN DIỆN TÍCH QUÉT CỦA LƯỚI KÉO ............ 66 VIII.5.1. Điều kiện áp dụng ....................................................................................... 66 VIII.5.2. Nguyên lý .................................................................................................... 67 VIII.5.2.1.Xác định diện tích quét của lưới ........................................................... 67 VIII.5.2.2. Ước tính trữ lượng ............................................................................... 67 VIII.6. PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO SỰ SUY GIẢM ................................................. 68 VIII.6.1. Điều kiện áp dụng ....................................................................................... 68 VIII.6.2. Nguyên lý .................................................................................................... 68 VIII.7. PHƯƠNG PHÁP QUAN SÁT .......................................................................... 68 VIII.7.1. Điều kiện áp dụng ....................................................................................... 68 VIII.7.2. Nguyên lý .................................................................................................... 69 VIII.8. CÂU HỎI ÔN TẬP ............................................................................................ 69 VIII.9. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 69 Phương pháp nghiên cứu sinh học cá 6 CHƯƠNG MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU CHUNG 1. Khái quát Nguồn lợi thủy sản (gọi ngắn gọn là cá theo nghĩa rộng) ngày càng được đánh giá là một nguồn tài nguyên quan trọng trong các loại hình thủy vực. Cá cung cấp nguồn chất đạm đáng kể cho cuộc sống con người ở rất nhiều quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, những năm gần đây nguồn lợi cá có xu hướng suy giảm do việc khai thác quá mức và việc thay đổi vùng sinh sống của chúng. Royce (1972) cho rằng chính sự suy giảm nguồn lợi cá đã là cơ hội cho ra đời một lĩnh vực khoa học tìm hiểu về vấn đề sinh học của chúng. Khoa học về nghiên cứu sinh học cá đã giúp rất nhiều trong việc xác định biến động quần thể, tương quan chiều dài và trọng lượng, hình thái phân loại, sinh sản, tuổi, sinh trưởng, dinh dưỡng và thức ăn, trở nên cực kỳ quan trọng không chỉ bổ sung các khiếm khuyết kiến thức hiện tại mà còn có thể sử dụng trong quản lý khai thác và nuôi các động vật thủy sản. Từ đó, phương pháp nghiên cứu sinh học cá ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nghiên cứu về các đối tượng động vật thủy sản. 2. Lịch sử phát triển của nghiên cứu cá Lịch sử nghiên cứu cá chưa phát triển lâu, mặc dù nghề khai thác và nuôi cá được biết là phát triển trước đó rất nhiều. Có lẽ nghiên cứu sinh học cá chỉ bắt đầu sau thế kỷ 18 khởi đầu là các nghiên cứu về ngư loại học, mà lúc nầy cũng tập trung nhiều về hình thái và phân bố (Biswas, 1993). Người đầu tiên viết về các loài cá ở Ấn Độ là Block (Day, 1878), sau đó là hàng loạt các báo cáo viết về hình thái cá như Hamilton (1822), Cuvier và Valenciennes (1824-1849). Đến đầu thế kỷ 20 thì các nghiên cứu về ngư loại học phát triển nhanh về nhiều lĩnh vực như (i) hình thái và phân bố; (ii) phân loại; (iii) sinh lý và sinh hóa; (iv) sinh thái; (v) bệnh học; (vi) cấu trúc quần thể; (vii) di truyền; và (viii) bảo tồn,.. hàng loạt các nghiên cứu về sinh học cá đã được tiến hành như nghiên cứu về sinh học sinh sản của nhiều loài cá khác nhau như của Hickling (1930), Clark (1934), về tuổi và sinh trưởng của các loài các biển và cá nước ngọt như của Van Oosten (1929), Hickling (1933), Ford (1933), Pillay (1958), về đánh giá trữ lượng quần thể như Ricker (1954, 1975), Welcomme (1975, 1979), 3. Tầm quan trọng của phương pháp nghiên cứu và mục tiêu của giáo trình Trong nghiên cứu các vấn đề về thức ăn, sinh trưởng, sinh sản, biến động quần thể, của cá đều cần có một phương pháp phù hợp và chuẩn mực để có thể đưa ra các nhận định hay đánh giá chính xác và có thể so sánh kết quả giữa các nghiên cứu. Hiện nay có rất nhiều phương pháp nghiên cứu sinh học cá được viết trong nhiều tài liệu khác nhau ở các cấp độ khác nhau. Nhiều nhà nghiên cứu làm việc ở các quốc gia phát triển (Tây Âu, Nhật Bản, Mỹ,..) luôn sử dụng các phương pháp mới, phức tạp và ứng dụng công nghệ thông tin hay thiết bị hiện đại, tất nhiên sẽ tiết kiệm thời gian, cho kết quả chính xác hơn, nhưng chi phí có thể cao hơn. Phương pháp nghiên cứu sinh học cá 7 Ở một số quốc gia, hay đối với một số đối tượng bắt đầu tiếp cận với phương pháp nghiên cứu cá (như sinh viên) thì rất cần các phương pháp đơn giản và dễ ứng dụng. Trên ý tưởng đó, giáo trình nầy được biên soạn trên cơ sở tổng hợp nhiều phương pháp đã ứng dụng trong nghiên cứu cá và trình bày có tính logic và dễ hiểu nhằm phục vụ cho sinh viên chuyên ngành thủy sản bậc đại học. Giáo trình nầy vì thể chỉ trình bày một số phương pháp quan trọng và phổ biến ở dạng cụ thể và ít trình bày các lý luận sâu cho từng phương pháp. Học qua giáo trình nầy sinh viên có thể ứng dụng ngay vào các nghiên cứu của mình để phục vụ cho các nghiên cứu làm luận văn hay chuyên đề tốt nghiệp và có thể ứng dụng cho các nghiên cứu đơn giản trong công tác. II. NỘI DUNG CỦA GIÁO TRÌNH Giáo trình được kết cấu thành 8 chương, với những kiến thức cơ bản nhất trong nghiên cứu sinh học bao gồm: - Chương 1: Phương pháp thu và xử lý mẫu - Chương 2: Phương pháp nghiên cứu hình thái cá - Chương 3: Phương pháp nghiên cứu mô học - Chương 4: Phương pháp nghiên cứu dinh dưỡng - Chương 5: Phương pháp nghiên cứu sinh học sinh sản - Chương 6: Phương pháp nghiên cứu tuổi và sinh trưởng - Chương 7: Phương pháp nghiên cứu sinh học quần thể - Chương 8: Phương pháp đánh giá trữ lượng cá Phương pháp nghiên cứu sinh học cá 8 CHƯƠNG I: PHƯƠNG PHÁP THU