Luận án Nghiên cứu đặc điểm di truyền, sinh học và sinh thái học của cá bống glossogobius aureus và glossogobius sparsipapillus phân bố một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ PHAN HOÀNG GIẺO NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM DI TRUYỀN, SINH HỌC VÀ SINH THÁI HỌC CỦA CÁ BỐNG Glossogobius aureus VÀ Glossogobius sparsipapillus PHÂN BỐ MỘT SỐ TỈNH ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: 94 20 201 NĂM 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ PHAN HOÀNG GIẺO MÃ SỐ NCS: P0919004 NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM DI TRUYỀN, SINH HỌC VÀ SINH THÁI HỌC CỦA CÁ BỐNG Glossogobius aureus VÀ Glossogobius sparsipapillus PHÂN BỐ MỘT SỐ TỈNH ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: 94 20 201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS. TS. ĐINH MINH QUANG PGS. TS. TRƯƠNG TRỌNG NGÔN NĂM 2023 i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đinh Minh Quang và PGS.TS. Trương Trọng Ngôn đã tận tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, cũng như thực hiện các chuyên đề và luận án, viết và đăng các bài báo đáp ứng yêu cầu chương trình đào tạo. Tôi xin trân trọng gởi lời cảm ơn đến PGS.TS. Nguyễn Văn Thành, PGS.TS. Nguyễn Minh Chơn, TS. Trương Thị Bích Vân và tập thể Thầy Cô Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Cần Thơ đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành các hồ sơ, thủ tục trong suốt thời gian học tập tại trường. Tôi xin cảm ơn tập thể Thầy Cô Bộ môn Sinh học, Khoa Sư phạm, Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ thí nghiệm và các thiết bị cần thiết trong thời gian thực hiện luận án. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn Tập đoàn Vingroup – Công ty CP đã tài trợ cho tôi theo Chương trình học bổng thạc sĩ, tiến sĩ trong nước của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF), Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn với mã số VINIF.2021.TS.146 đã giúp tôi tập trung hơn cho quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án. Cảm ơn các em sinh viên và các bạn học viên cao học trong nhóm nghiên cứu về đề tài liên quan đã đồng hành cùng tôi trong quá trình thực hiện luận án. Sau cùng tôi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình tôi, mọi người luôn quan tâm, động viên và tạo điều kiện cả về vật chất lẫn tinh thần để tôi chuyên tâm hoàn thành chương trình đào tạo. Nghiên cứu sinh ii TÓM TẮT Nghiên cứu được thực hiện nhằm cung cấp dẫn liệu về đặc điểm di truyền của giống cá bống Glossogobius cũng như đặc điểm sinh học và sinh thái học dinh dưỡng của hai loài cá Glossogobius aureus và Glossogobius sparsipapillus ở Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu và Cà Mau. Kết quả phân tích trình tự vùng gen COI của ba loài G. aureus, G. sparsipapillus và Glossogobius giuris thuộc giống cá bống Glossogobius cho thấy chưa có sự phân tách thành các loài riêng biệt mà nằm xen kẽ trong các nhánh nhỏ của cây phát sinh loài với khoảng cách di truyền giữa ba loài là 0,158. Tương tự, khi phân tích trình tự vùng gen Cytb cho thấy ba loài thuộc giống cá bống Glossogobius có quan hệ di truyền chặt chẽ với nhau, trong đó khoảng cách di truyền của ba loài 0,01. Hai loài G. aureus và G. sparsipapillus thuộc nhóm cá tăng trưởng bất đẳng ưu thế chiều dài cá hơn khối lượng cơ thể do giá trị b (2,68±0,03 SE ở loài G. sparsipapillus và 2,70±0,12 SE ở loài G. aureus) thu được từ phương trình hồi quy giữa chiều dài tổng và khối lượng của hai loài nhỏ hơn 3. Cả hai loài G. aureus và G. sparsipapillus thích ứng tốt với môi trường sống do hệ số điều kiện lớn hơn 1. Hệ số này không có sự khác biệt giữa cá đực và cá cái, giữa mùa khô và mùa mưa nhưng có sự khác biệt giữa hai nhóm cá (thành thục và chưa thành thục sinh dục). Khối lượng đá tai ở các loài cá này có quan hệ chặt chẽ với chiều dài, chiều cao cơ thể, chiều dài đầu của cá và thể hiện mối quan hệ chặt chẽ giữa khối lượng đá tai với khối lượng cơ thể cá ở cả bốn điểm nghiên cứu do có hệ số xác định tương đối cao (r2>0,62), điều này cho thấy đá tai có thể dùng để ước lượng sự tăng trưởng của cá. Loài G. aureus và loài G. sparsipapillus cùng thuộc nhóm cá ăn động vật và tính ăn này không có sự thay đổi giữa cá đực và cá cái cũng như không có sự thay đổi trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cá. Phổ thức ăn của hai loài G. aureus và G. sparsipapillus chủ yếu là cá nhỏ và giáp xác. Hai loài cá G. aureus và G. sparsipapillus có cường độ bắt mồi và khả năng tích trữ năng lượng cao do chỉ số sinh trắc dạ dày, hệ số béo của chúng tương đối cao. Tỷ lệ đực - cái của loài G. aureus và loài G. sparsipapillus xấp xỉ 1: 1. Tuổi thọ tối đa của hai quần thể G. aureus và G. sparsipapillus tương đối cao và quần thể của hai loài cá này có xu hướng bị khai thác quá mức do tỷ lệ chết do khai thác tương đối cao. Vì vậy, để đảm bảo khai thác hợp lý và phát triển bền vững nguồn lợi những loài thuộc giống Glossogobius ở khu vực nghiên cứu, người dân nên hạn chế đánh bắt những cá thể có kích thước nhỏ hơn chiều dài đánh bắt đầu tiên (>10,1 cm ở loài G. aureus và >7,3 cm ở loài G. sparsipapillus). Từ khoá: cá ăn động vật, gen COI, gen Cytb, Glossogobius, tăng trưởng bất đẳng, đá tai iii ABSTRACT The study was conducted to provide data on the goby genus Glossogobius’s genetic characteristics and the biological and nutritional ecological traits of Glossogobius aureus and Glossogobius sparsipapillus distributed in Can Tho, Soc Trang, Bac Lieu, and Ca Mau. The COI sequence analysis results of three species, including G. aureus, G. sparsipapillus và Glossogobius giuris, show that they had not been separated but alternated in small branches of these three species' phylogenetic tree, with the genetic distance between the three species being 0.158. Similarly, when analyzing the Cytb gene, three species of Glossogobius were closely related, and the genetic distance of the three species was 0.01. Both G. aureus and G. sparsipapillus belong to the group of fish with negative allometry with the dominant increase of fish total length due to b-value (2.68±0.03 SE in G. sparsipapillus and 2.70±0.12 SE G. aureus) obtained from the length-weight relationship of the two species were <3. G. aureus and G. sparsipapillus were observed to adapt well to the habitat due to the ecosystem, as their condition factor was>1. Their b-value did not vary with sex and season but changed with fish size. The otolith mass of these fishes was closely related to the fish’s length, weight, body height, and head length due to a relatively high determination coefficient value (r2>0.62), suggesting that the otolith can be used to estimate fish growth. Both G. aureus and G. sparsipapillus were carnivorous and belonged to the group of aggressive fish with a food composition of main crustaceans and small fish. These two fish species had a strong ability to catch prey and a high energy storage capacity due to their relatively high gastrosomatic index. The sex ratio of the two species was approximately 1:1. The maximum lifespan of G. aureus and G. sparsipapillus was relatively high, and the populations of these two fish species tended to be overfished as the fishing mortality was relatively high. Therefore, local authorities should advise people to avoid catching fish with a total length lower than the first captured length (>10.1 cm in G. aureus and >7.3 cm in G. sparsipapillus) to ensure proper exploitation of Glossogobius resources in the study area. Keywords: carnivore, COI gene, Cytb gene, Glossogobius, negative allometry, otolith iv LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Phan Hoàng Giẻo, là nghiên cứu sinh, niên khoá 2019 – 2022. Tôi xin cam kết luận án này là công trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân tôi được sự hướng dẫn của PGS.TS. Đinh Minh Quang và PGS. TS. Trương Trọng Ngôn. Các thông tin được sử dụng tham khảo trong đề tài luận án được thu thập từ các nguồn đáng tin cậy, đã được kiểm chứng, được công bố rộng rãi và được tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng ở phần Danh mục Tài liệu tham khảo. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án này là do chính tôi thực hiện một cách nghiêm túc, trung thực và không trùng lắp với bất cứ luận án nào khác đã được công bố trước đây. Tôi xin lấy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này. Người hướng dẫn Tác giả thực hiện PGS. TS. Đinh Minh Quang PGS.TS. Trương Trọng Ngôn v CHẤP THUẬN CỦA HỘI ĐỒNG Luận án này với tựa đề là “Nghiên cứu đặc điểm di truyền, sinh học và sinh thái học của cá bống Glossogobius aureus và Glossogobius sparsipapillus phân bố một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long”, do nghiên cứu sinh Phan Hoàng Giẻo thực hiện theo sự hướng dẫn của PGS.TS. Đinh Minh Quang và PGS.TS. Trương Trọng Ngôn. Luận án đã báo cáo và được Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ thông qua ngày: . Luận án đã được chỉnh sửa theo góp ý và được Hội đồng đánh giá luận án xem lại Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 Thư ký Phản biện 1 Phản biện 2 Chủ tịch Hội đồng Phản biện 2 Uỷ viên 1 Uỷ viên 2 vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i TÓM TẮT ....................................................................................................................... ii LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................iv CHẤP THUẬN CỦA HỘI ĐỒNG ................................................................................. v MỤC LỤC ......................................................................................................................vi DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................. viii DANH SÁCH HÌNH ......................................................................................................ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................................xi Chương 1: GIỚI THIỆU .................................................................................................. 1 1.1 Đặt vấn đề .............................................................................................................. 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................. 2 1.2.1 Mục tiêu chung ............................................................................................... 2 1.2.2 Mục tiêu cụ thể ............................................................................................... 2 1.3 Ý nghĩa của nghiên cứu ......................................................................................... 2 1.3.1 Ý nghĩa khoa học ............................................................................................ 2 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................ 2 1.4 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 3 1.5 Điểm mới của luận án ............................................................................................ 3 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................. 5 2.1 Khái quát về khu vực nghiên cứu .......................................................................... 5 2.2 Sơ lược về danh pháp quốc tế của các loài nghiên cứu ......................................... 7 2.3 Khái quát về đặc điểm gen ty thể ở cá ................................................................... 7 2.3.1 Gen ty thể trong việc định danh loài ở cá ....................................................... 7 2.3.2 Gen ty thể trong đánh giá đa dạng di truyền cá ............................................ 12 2.4 Khái quát về một số đặc điểm sinh học cá .......................................................... 14 2.4.1 Hệ số điều kiện ............................................................................................. 14 2.4.2 Đặc điểm tăng trưởng ................................................................................... 15 2.4.3 Cấu trúc và vai trò của đá tai ........................................................................ 16 2.5 Khái quát về một số đặc điểm sinh thái học cá ................................................... 18 2.5.1 Sinh thái học dinh dưỡng .............................................................................. 18 2.5.2 Sinh thái học quần thể .................................................................................. 25 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................... 28 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ....................................................................... 28 3.1.1 Thời gian ....................................................................................................... 28 3.1.2 Địa điểm ....................................................................................................... 28 3.2 Phương tiện nghiên cứu ....................................................................................... 29 3.2.1 Thiết bị phục vụ nghiên cứu ......................................................................... 29 3.2.2 Hoá chất ........................................................................................................ 29 3.3 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 29 3.3.1 Sơ lược các nội dung nghiên cứu ................................................................. 29 3.3.2 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 30 3.4 Phương pháp thu mẫu .......................................................................................... 30 3.5 Phương pháp phân tích mẫu ................................................................................ 30 3.5.1 Sự biến động yếu tố môi trường ở khu vực nghiên cứu ............................... 30 3.5.2 Đặc điểm di truyền ....................................................................................... 31 3.5.3 Đặc điểm hình thái học của hai loài ............................................................. 35 vii 3.5.4 Đặc điểm dinh dưỡng ................................................................................... 37 3.5.5 Cấu trúc quần thể Glossogobius aureus và Glossogobius sparsipapillus .... 39 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 41 4.1 Điều kiện môi trường tại khu vực nghiên cứu ..................................................... 41 4.2 Đặc điểm di truyền .............................................................................................. 43 4.2.1 Kết quả đo nồng độ và độ tinh sạch của các mẫu DNA của 03 loài thuộc giống Glossogobius thu được tại 4 điểm nghiên cứu ...................................................... 43 4.2.2 Đặc điểm di truyền của giống Glossogobius dựa trên trình tự gen COI ...... 43 4.2.3 Đặc điểm di truyền của giống Glossogobius dựa trên trình tự gen Cytb ..... 50 4.3 Đặc điểm hình thái học của hai loài thuộc giống Glossogobius ......................... 56 4.3.1 Hình thái học ................................................................................................ 56 4.3.2 Hình thức tăng trưởng .................................................................................. 65 4.3.3 Hình dạng đá tai và sự tương quan giữa đá tai với kích thước cơ thể cá ..... 69 4.4 Đặc điểm dinh dưỡng .......................................................................................... 76 4.4.1 Hệ số điều kiện ............................................................................................. 76 4.4.2 Hệ số béo Clark ............................................................................................ 78 4.4.3 Tính ăn .......................................................................................................... 80 4.4.4 Cường độ bắt mồi ......................................................................................... 82 4.4.5 Phổ thức ăn ................................................................................................... 83 4.4.6 Cấu trúc quần thể của hai loài Glossogobius aureus và Glossogobius sparsipapillus ........................................................................................................ 96 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ...................................................................... 101 5.1 Kết luận.............................................................................................................. 101 5.2 Đề xuất ............................................................................................................... 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 103 viii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Danh pháp của các loài nghiên cứu ................................................................ 7 Bảng 2.2: Tính ăn của một số loài cá ở Đồng bằng sông Cửu Long ............................. 19 Bảng 2.3: Tham số tăng trưởng von Bertalanffy ở một số loài cá bống ....................... 26 Bảng 3.1: Toạ độ các điểm nghiên cứu thực địa ........................................................... 28 Bảng 3.2: Trình tự đoạn mồi khuếch đại một số gen trong ty thể ................................. 32 Bảng 3.3: Thành phần phản ứng PCR ........................................................................... 32 Bảng 3.4: Chu kỳ nhiệt PCR sử dụng mồi Fish F/Fish R ............................................. 32 Bảng 3.5: Chu kỳ nhiệt PCR sử dụng mồi GcytbH/GcytbL ......................................... 33 Bảng 3.6: Chu kỳ nhiệt PCR sử dụng mồi GluMuq1-F/Mixcyto937-2R ..................... 33 Bảng 4.1: Biến động nhiệt độ (oC) ở các điểm nghiên cứu ........................................... 41 Bảng 4.2: Biến động độ mặn (‰) ở các điểm nghiên cứu ............................................ 42 Bảng 4.3: Kết quả đo nồng độ và độ tinh sạch của các mẫu DNA ............................... 43 Bảng 4.4: Tỷ lệ phần trăm các loại nucleotit của vùng gen COI của 3 loài thuộc giống Glossogobius ................................................................................................................. 44 Bảng 4.5: Sự tương đồng về trình tự nucleotit vùng gen COI của ba loài thuộc giống Glossogobius trong nghiên cứu với các loài trên Ngân hàng gen (NCBI) .................... 46 Bảng 4.6: Khoảng cách di truyền giữa những mẫu của các loài thuộc giống Glossogobius ....................................................................................................................................... 48 Bảng 4.7: Tỷ lệ % các loại nucleotit của vùng gen Cytb ở ba loài thuộc giống Glossogobius ................................................................................................................. 51 Bảng 4.8: Sự tương đồng về trình tự nucleotit vùng gen Cytb của ba loài thuộc giống Glossogobius trong nghiên cứu với các loài trên Ngân hàng gen (NCBI) .................... 53 Bảng 4.9: Khoảng cách di truyền giữa các mẫu của giống Glossogobius .................... 54 Bảng 4.10: Sự khác biệt di truyền giữa ba loài của giống Glossogobius ...................... 55 Bảng 4.11: Biến động chỉ số hình thái theo giới tính ở loài Glossogobius aureus ....... 63 Bảng 4.12: Biến động chỉ số hình thái theo mùa ở loài Glossogobius aureus .............. 63 Bảng 4.13: Biến động chỉ số hình thái theo địa điểm ở loài Glossogobius aureus ....... 64 Bảng 4.14:Mối quan hệ chiều dài – khối lượng và mô hình tăng trưởng loài Glossogobius aureus theo tháng.................