ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG
NGUYỄN THỊ PHƯỚC TRÂM
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG LÊN SỰ
SINH TRƯỞNG VÀ KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP
PROTEIN TRÊN TẢO ARTHROSPIRA PLATENSIS
NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
CCCC
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHẠM THỊ MỸ
CÁN BỘ ĐỒNG HƯỚNG DẪN: TS. TRỊNH ĐĂNG MẬU
Đà Nẵng, năm 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong đồ án là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả khóa luận
Nguyễn Thị Phước Trâm
LỜI CẢM ƠN
Ðể hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn quý
thầy cô bộ môn Công nghệ sinh học, khoa Sinh - Môi truờng, truờng Ðại học Sư
phạm - Ðại học Ðà Nẵng.
Tôi xin bày tỏ lòng biết on chân thành và sâu sắc đến Cô Phạm Thị Mỹ và
Thầy Trịnh Đăng Mậu, người đã tận tâm huớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện khóa luận.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô giáo – những nguời đã trực tiếp
giảng dạy, truyền đạt cũng như giúp tôi trau dồi kiến thức và kĩ năng thực hành
thí nghiệm trong suốt quá trình tôi thực hiện đề tài khoá luận của mình.
Xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2018
Sinh viên
Nguyễn Thị Phước Trâm
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
2. Mục tiêu đề tài: ................................................................................................... 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: .......................................................................... 2
3.1. Ý nghĩa khoa học: ........................................................................................... 2
3.2. Ý nghĩa thực tiễn: ............................................................................................ 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3
1.1 KHÁI QUÁT VỀ TẢO ARTHROSPIRA PLATENSIS .................................... 3
1.1.1 Đặc điểm phân loại........................................................................................ 3
1.1.2. Hình thái và cấu tạo...................................................................................... 3
1.1.3. Giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học .......................................................... 3
1.1.4. Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản ................................................................ 4
1.3. TỔNG QUAN VỀ ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC, CƯỜNG ĐỘ CHIẾU SÁNG
VÀ SẮC TỐ QUANG HỢP CÓ TRONG ARTHROSPIRA PLATENSIS ............. 8
1.4. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ ẢNH HƯỞNG
CỦA ÁNH SÁNG ĐẾN TỐC ĐỘ SINH TRƯỞNG CỦA TẢO ARTHROSPIRA
PLATENSIS ............................................................................................................ 9
1.4.1. Một số nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 9
1.4.2. Một số nghiên cứu trong nước ................................................................... 10
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
.............................................................................................................................. 12
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ...................................................................... 12
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ......................................................................... 12
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................. 12
2.3.2. Phương pháp xác định tốc độ sinh trưởng của tảo ..................................... 13
2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng protein (Kjeldahl)................................ 13
2.3.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm................................................................... 14
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 29
Kết luận ................................................................................................................ 29
Kiến nghị .............................................................................................................. 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 30
Tài liệu tiếng Việt................................................................................................. 30
Tài liệu tiếng Anh ................................................................................................. 30
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 33
DANH MỤC BẢNG
Số hiệu bảng
Tên
Trang
1.1
Các trị số năng lượng của ánh sáng
8
3.1
Sự thay đổi mật độ tảo A.platensis ở điều
kiện phổ ánh sáng khác nhau với cường độ
3000 lux sau 37 ngày nuôi
15
3.2
Sự thay đổi mật độ tảo A.platensis sau 37
ngày nuôi cấy ở các phổ ánh sáng và cường
độ ánh sáng khác nhau
18
3.3
Sự thay đổi hàm lượng protein của tảo
A.platensis sau 37 ngày nuôi tảo với điều
kiện phổ ánh sáng khác nhau
22
3.4
Sự thay đổi hàm lượng protein tảo
25
A.platensis sinh tổng hợp được sau 37 ngày
nuôi ở các phổ và cường độ ánh sáng khác
nhau
3.5
Hàm lượng protein sau 37 ngày nuôi cấy ở
phổ ánh sáng xanh với cường độ 1000 –
4000 lux của tảo A.platensis
27
DANH MỤC HÌNH
Số hiệu
Tên
Trang
1.1
Tảo Arthrospira platensis
3
2.1
Sơ đồ thí nghiệm
12
3.1
Tốc độ sinh trưởng trung bình của tảo A.platensis
sau 37 ngày nuôi ở các phổ ánh sáng khác nhau
16
3.2
Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng lên tốc độ
sinh trưởng trung của tảo A.platensis sau 37 ngày
nuôi cấy
19
3.3
Đường cong sinh trưởng của tảo A.platensis nuôi
ở phổ ánh sáng xanh đỏ và đỏ với các ngưỡng
cường độ ánh sáng khác nhau
20
3.4
Sự ảnh hưởng của phổ ánh sáng lên khả năng
tổng hợp protein của tảo A.platensis
23
3.5
Sự ảnh hưởng của cường độ ánh sáng lên hàm
lượng protein trung bình của tảo A.platensis sau
37 ngày nuôi cấy
26
3.6
Hàm lượng protein trung bình của tảo A.platensis
sau 37 ngày nuôi ở phổ ánh sáng xanh với cường
độ 1000 - 4000 lux
28
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Vi tảo là các sinh vật đơn bào, sinh trưởng bằng quang tự dưỡng nhờ quá
trình quang hợp, hoặc dị dưỡng, hoặc cả hai hình thức [14]. Vi tảo có vai trò rất
quan trọng trong tự nhiên và trong đời sống nhân loại. Trong các thủy vực nước
ngọt tảo cung cấp oxy và hầu hết làm thức ăn sơ cấp cho cá và các động vật thủy
sinh khác. Một số loại vi tảo còn được nuôi trồng công nghiệp để tạo ra những
nguồn thức ăn cho ngành nuôi tôm hay các loại thực phẩm chức năng giàu dinh
dưỡng cho con người [1].
Arthrospira là vi tảo lam rất giàu dinh dưỡng với hàm lượng protein chiếm
tới 56 – 77% khối lượng khô, giàu vitamin, chất khoáng, acid amin và các acid
béo thiết yếu [10]. Bên cạnh đó, khả năng thích ứng tốt với yếu tố môi trường,
điều kiện và kỹ thuật nuôi đơn giản cũng là một trong những lợi thế trong nuôi
sinh khối loài tảo này. Do đó, tảo A.platensis đã được nghiên cứu, sản xuất và
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống; làm thực phẩm chức năng, nguồn
dinh dưỡng bổ sung thiết yếu, thuốc chữa bệnh (ung thư, HIV/AIDS, viêm gan,
tiểu đường…), mỹ phẩm (chăm sóc da và tóc), thức ăn chăn nuôi và xử lý nước
thải [3].
Ở quy mô công nghiệp, tảo Arthrospira thường được nuôi trong các bể hở
dưới ánh sáng mặt trời nhằm tiết kiệm năng lượng [2]. Tuy nhiên phương pháp
này vẫn gặp một vài vấn đề. Dưới điều kiện ánh sáng mặt trời, cường độ ánh
sáng khác nhau có thể ức chế vi tảo phát triển do năng lượng ánh sáng không đủ
vào mùa mưa hoặc bức xạ quá mức vào buổi trưa trong mùa hè gây ra hiện tượng
“photoinhibition” [23]. Vì vậy việc nuôi vi tảo dưới ánh sáng nhân tạo với điều
kiện về cường độ và phổ ánh sáng thích hợp sẽ giúp giải quyết được vấn đề này.
Ánh sáng là nguồn năng lượng chính cho quá trình quang hợp, góp phần
vào việc sản xuất nguồn sinh khối cho vi tảo. Trong đó, cường độ ánh sáng và
phổ ánh sáng là hai yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ quang hợp của
2
tảo [24]. Trong tảo có 3 nhóm sắc tố quang hợp chính: Chlorophin – hấp thụ ánh
sáng lục và đỏ, Carotenoid – hấp thụ ánh sáng tím và lục, Phycobillin – hấp thụ
ánh sáng lục, vàng và da cam [8]. Tùy vào từng loại ánh sáng và cường độ các
sắc tố quang hợp có trong tảo sẽ hoạt động khác nhau từ đó hàm lượng dinh
dưỡng có trong tảo cũng khác đi. Dựa vào khả năng hấp thụ của các sắc tố quang
hợp, các sắc tố hấp thụ năng lượng chủ yếu ở bước sóng 400 ÷ 450 nm và 600 ÷
680 (nm) [8]. Theo nghiên cứu của U.K. Chauhan và Neeraj Pathak (2010) [25]
cho thấy, cường độ ánh sáng tối ưu cho sự sinh trưởng của tảo Arthrospira là
1000 – 4000 lux. Việc nghiên cứu và xác định phổ ánh sáng, cường độ thích hợp
nuôi tảo Arthrospira giúp tiết kiệm thời gian cũng như đem lại hiệu quả kinh tế
cho người nuôi. Tuy nhiên cho đến nay có rất ít nghiên cứu nói rõ về ảnh hưởng
kết hợp của từng loại ánh sáng và cường độ chiếu sáng lên tốc độ sinh trưởng
cũng như khả năng sinh tổng hợp protein của tảo Arthrospira.
Xuất phát từ những cở sở trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát ảnh
hưởng của ánh sáng lên sự sinh trưởng và khả năng sinh tổng hợp protein
trên tảo Arthrospira platensis”.
2. Mục tiêu đề tài:
- Đánh giá ảnh hưởng của phổ ánh sáng và cường độ ánh sáng lên sự sinh
trưởng của tảo Arthrospira platensis.
- Đánh giá ảnh hưởng của phổ ánh sáng và cường độ ánh sáng lên khả
năng sinh tổng hợp protein trên tảo Arthrospira platensis.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
3.1. Ý nghĩa khoa học:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học về sự ảnh
hưởng của phổ ánh sáng và cường độ ánh sáng đến tốc độ sinh trưởng và khả
năng sinh tổng hợp protein của tảo Arthrospira platensis, từ đó làm cơ sở nghiên
cứu tối ưu hóa điều kiện nuôi tảo cho hiệu suất cao nhất.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả của đề tài là cơ sở để xây dựng quy trình nuôi tảo ở quy mô công
nghiệp đạt hiệu quả kinh tế cao.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 KHÁI QUÁT VỀ TẢO ARTHROSPIRA PLATENSIS
1.1.1 Đặc điểm phân loại
Về phân loại khoa học [2], tảo
Arthrospira thuộc:
Giới
(phylum):
(domain):
Bacteria;
Cyanobactera;
lớp
ngành
(class):
Chroobacteria; bộ (order): Oscillatoriales;
họ (family): Phormidiaceae; chi (genus):
Arthrospira; loài (species): Arthrospira
platensis (A. platensis).
Hình 1.1. Tảo Arthrospira
platensis
1.1.2. Hình thái và cấu tạo
A. platensis là tảo lam, dạng sợi, đa bào. Dạng xoắn ốc của sợi hoặc các
tảo bào đoạn là đặc trưng của chi và được duy trì trong môi trường lỏng hoặc môi
trường nuôi trồng. Sự có mặt của không bào đầy khí trong tế bào cùng với dạng
xoắn ốc của các sợi làm thành những tấm thảm nổi. Sợi tảo có độ dài từ 50500µm và chiều rộng từ 3-8µm [2].
1.1.3. Giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học
Hơn 1000 năm trước tổ tiên của người Aztect ở Mexico đã biết thu hái A.
platensis ở các hồ kiềm tính, phơi dưới ánh nắng mặt trời và dùng làm thực
phẩm. Tuy nhiên lúc này họ vẫn chưa biết đây thật sự là gì và có giá trị như thế
nào về mặt dinh dưỡng. Cho đến năm 1963, các nhà nghiên cứu viện Dầu mỏ
Pháp đã quan tâm đến các báo cáo về bánh tảo khô gọi là dihê được các thổ dân
của miền Kanem (Kanembu) xung quanh hồ Chad ở Trung Phi dùng để ăn. Năm
1964 nhà thực vật học người Bỉ J. Leonard tham gia cùng những người Bỉ thám
hiểm Sahara đã thấy có dihê trong các chợ của một làng vùng Kanem. Khi quan
sát dưới kính hiển vi, dihê gồm các sợi tảo A. platensis [2]. Hơn 20 năm sau,
nhiều nghiên cứu về giá trị dinh dưỡng cũng như chức năng sinh học của tảo
4
Arthrospira đã được khám phá và công bố rộng rãi không chỉ ở Pháp mà ở cả
nhiều nước khác như Mỹ, Nhật, Canada, Đài Loan…Hầu hết các nghiên cứu đều
chỉ ra rằng tảo Arthrospira rất giàu protein (60-70%) trong khi thịt bò loại I chỉ
có 21%, thịt gà ta - 20,3%...Trong tảo Arthrospira, các acid amin như leucine,
isoleucine, valine, methionine và tryptophan đều có mặt với hàm lượng vô cùng
cao [1]. Cơ quan quản lý dược phẩm và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã công nhận
đây là một trong những nguồn protein tốt nhất.
Tảo A.platensis không chỉ được biết đến như một loại thực phẩm giàu dinh
dưỡng mà nó còn có khả năng tăng cường hệ miễn dịch, giúp cơ thể phòng chống
được nhiều loại bệnh. Với tỷ lệ 1%, acid gama linolenic cùng với vitamin E có
tác dụng chống vữa xơ động mạch, điều hòa huyết áp, bảo vệ gan và các tế bào
thần kinh. Các nguyên tố vi lượng như K, Mg, Fe, Mn, Zn cũng rất có lợi cho
hoạt động của hệ thần kinh và tim mạch, kích thích sự đáp ứng miễn dịch của cơ
thể [2]. Thành phần phycocyanin có tác dụng oxy hóa nên làm ức chế độc tố gan
hepatotoxin, có thể dùng tảo Arthrospira hỗ trợ điều trị bệnh viêm gan, suy gan,
làm giảm cholesterrol máu, viêm da lan tỏa, bệnh tiểu đường, loét dạ dày tá tràng
và suy yếu hoặc viêm tụy, bệnh đục thủy tinh thể và suy giảm thị lực, bệnh rụng
tóc, làm giảm cholesterrol máu, hạn chế các tai biến về tim mạch, khả năng ức
chế virus và nâng cao sức đề kháng [10]. Những nghiên cứu mới đây còn cho
thấy A. platensis còn có khả năng ức chế quá trình sao mã của một số loài virus.
Vào năm 1996-1997, một nhóm khoa học gia người Nhật là Hayashi K., Hayashi
T. và Kojma I. đã phân lập và xác định cấu trúc một hoạt chất mới trong tảo
Arthrospira là Spirulan (Ca-Sp) có tác dụng chống oxy hóa, tăng cường miễn
dịch và ức chế sự phát triển nhiều loại virus như virus HIV [16]. Hiện nay tảo A.
platensis được coi như một tiềm năng trong việc điều trị căn bệnh thế kỷ
HIV/AIDS.
1.1.4. Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản
a) Sự sinh trưởng
5
Sinh trưởng của tảo Arthrospira trải qua 4 giai đoạn: thích nghi, tăng
trưởng, cân bằng và suy vong. Với chế độ dinh dưỡng thích hợp và điều kiện sinh
lý học thuận lợi, các quá trình ấy xảy ra như sau:
+ Pha thích nghi (Lag phase): là giai đoạn tảo thích nghi với môi trường
mới. Ở giai đoạn này trong tế bào tảo diễn ra sự vô hiệu hóa các enzyme, sự giảm
tốc độ trao đổi chất của tảo giống. Tế bào tảo sẽ có sự gia tăng kích thước nhưng
không có sự phân chia. Một số yếu tố khuyếch tán được tạo ra do chính các tế
bào thì cần cho quá trình cố định carbon. Hoạt động trao đổi chất của các tế bào
Arthrospira trong giai đoạn này có tác dụng ức chế sự hoạt động của các độc tố
nào đó có mặt trong môi trường, hay giúp Arthrospira thích nghi với môi trường
có chứa một vài chất có nồng độ quá cao. Giai đoạn này kéo dài hay ngắn liên
quan đến tính chất của môi trường. Nếu tính chất hóa học của môi trường mới sai
khác nhiều với môi trường nhân giống cũ thì giai đoạn thích nghi sẽ kéo dài. Nếu
cấy tảo giống vào môi trường mới lúc tảo giống đang ở giai đoạn thích nghi hay
từ giai đoạn tử vong thì giai đoạn thích nghi này sẽ kéo dài.
+ Pha tăng trưởng (Log phase): là giai đoạn mà tế bào phân chia rất nhanh
và liên tục. Sinh trưởng logarit là sinh trưởng đồng đều, tức là các thành phần tế
bào được tổng hợp với tốc độ tương đối ổn định. Tốc độ tăng trưởng trong giai
đoạn này tùy thuộc vào kích thước tế bào, cường độ ánh sáng và nhiệt độ và môi
trường dinh dưỡng. Nếu cân bằng dinh dưỡng hay các điều kiện môi trường thay
đổi sẽ dẫn đến sự sinh trưởng không đồng đều. Phản ứng này rất dễ quan sát thấy
khi làm thực nghiệm chuyển tế bào từ một môi trường nghèo dinh dưỡng sang
một môi trường giàu dinh dưỡng hơn hoặc ngược lại thì cũng có kết quả về sự
sinh trưởng không đồng đều như vậy.
+ Pha cân bằng (Stationary phase): khi có một vài nhân tố xuất hiện như
sự giảm sút của yếu tố dinh dưỡng nào đó, tỷ lệ cung cấp oxy và carbonic, sự
thay đổi pH, sự hạn chế ánh sáng hay sự xuất hiện các yếu tố ngăn cản sự phân
chia các tế bào do một chất độc nào đó...thì quá trình sinh trưởng của tảo sẽ bị ức
chế, đây là giai đoạn đầu của pha tăng trưởng chậm. Tuy nhiên, pha này diễn ra
6
rất nhanh với sự cân bằng được tạo ra giữa tốc độ tăng trưởng và các nhân tố giới
hạn, nó được xem là pha quân bình.
+ Pha suy vong (Death phase): khi các chất dinh dưỡng trở nên cạn kiệt
không đủ cung cấp cho sự sinh trưởng và trao đổi chất đến mức trở nên độc hại,
tảo sẽ bị suy tàn gọi là pha chết. Giống như giai đoạn logarit, sự tử vong của
quần thể vi sinh vật cũng có tính logarit (tỷ lệ tế bào chết trong mỗi giờ là không
đổi). Tổng số tế bào sống và tế bào chết không thay đổi vì các tế bào chết chưa bị
phân hủy. Ở giai đoạn này, tảo chết theo phương thức logarit nhưng sau khi số
lượng tế bào đột nhiên giảm xuống thì tốc độ chết của tế bào chậm lại. Đó là do
một số cá thể sống lại nhờ có tính đề kháng đặc biệt mạnh. Vì điều này và những
nguyên nhân khác làm cho đường cong của giai đoạn suy vong có thể khá phức
tạp.
b) Sự sinh sản
Tảo A.platensis sinh sản theo phương thức sinh sản vô tính Từ một sợi tảo
mẹ, hình thành nên những đoạn Necridia (gồm các tế bào chuyên biệt cho sự sinh
sản). Trong các Necridia hình thành các đĩa lõm ở hai mặt và sự tách rời tạo các
hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa này. Trong sự phát triển, dần dần
phần đầu gắn tiêu giảm, 2 đầu hormogonia trở nên tròn nhưng vách tế bào vẫn có
chiều dày không đổi. Các hormogonia phát triển, trưởng thành và chu kì sinh sản
được lập đi lập lại một cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời của tảo. Trong thời kì
sinh sản tảo A.platensis nhạt màu ít sắc tố xanh hơn bình thường [17].
1.2. VAI TRÒ CỦA ÁNH SÁNG ĐỐI VỚI SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT
TRIỂN CỦA TẢO
Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận cung cấp cho nhu cầu của
quang hợp. Một đặc tính quan trọng của ánh sáng là mang năng lượng. Năng
lượng của ánh sáng được tính theo phương trình của Einstein [8] :
E = hγ = hC / λ
Trong đó:
E: năng lượng của Photon (eV) hay của Einstein (Kcalo)
h: hằng số Planck (6,625.10 -34 J.s)
7
γ: tần số ánh sáng
λ: bước sóng ánh sáng (nm)
C: tốc độ ánh sáng (3.10 10 cm/s)
Từ công thức trên, chúng ta có thể tính được năng lượng của các tia sáng
khác nhau. Năng lượng được tính theo đơn vị eV hay Kcalo.
Bảng 1.1. Các trị số năng lượng của ánh sáng
TT Bước sóng
Tần số
E/Photon
E/Einstein
Photon
λ (nm)
(γ = c/ λ)
(eV)
(Kcalo)
/Kcalo
1
400
760
3,12
71
0,83.1023
2
500
600
2.5
57
1,05.1023
3
600
500
2.08
48
1,25. 1023
4
700
428
1.78
42
1,44. 1023
Các số liệu ở bảng 1.1 cho thấy năng lượng của ánh sáng tỷ lệ với λ. Trong
vùng ánh sáng sinh lý (380-800 nm), tia đỏ có năng lượng bé nhất, ngược lại số
Photon/Kcalo lại lớn nhất. Một tính chất rất quan trọng khác của ánh sáng là nhờ
mang năng lượng nên ánh sáng có tính chất quang hoá. Đó là khả năng gây ra
những biến đổi lý hoá của các chất khi các phân tử hấp thu được các Photon. Các
phân tử khi nhận năng lượng từ Photon truyền cho sẽ chuyển sang trạng thái giàu
năng lượng hơn - đó là trạng thái hoạt hoá hay trạng thái kích động điện tử
(excited) [8]. Từ trạng thái hoạt hoá các phân tử mới thực hiện các biến đổi tiếp
theo:
A + h γ → A*
Trong đó: A là trạng thái không hoạt động
A* là trạng thái kích thích
Năng lượng ánh sáng được tảo sử dụng thông qua quang hợp để tổng hợp
nên sinh khối tế bào từ CO2 và nước. Ở nhóm tảo bậc cao (nhân thực) có cơ quan
chuyên biệt làm nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng đó là lục lạp (chứa nhiều sắc tố
quang hợp). Đối với tảo lam do không có lục lạp nên các các sắc tố quang hợp
được phân bố khắp nguyên sinh chất. Nồng độ và thành phần sắc tố quang hợp
8
khác nhau giữa các nhóm tảo, nhưng tất cả các tảo nước ngọt (bao gồm cả tảo
lam) đều chứa chlorophyll-a và β-caroten. Chlorophyll-a hấp thụ tối đa bước
sóng 430-680 nm và là sắc tố quang hợp chính, nó sử dụng ánh sáng mặt trời để
chuyển hóa CO2 và nước thành đường và oxy [8].
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6 O2
Ngoài chlorophyll-a, các nguyên tố phụ bao gồm β-caroten, xanthophylls và
chlorophyll-b cũng tham gia phản ứng quang hợp. Các sắc tố quang hợp này có
điểm hấp thụ ánh sáng cực đại ở những bước sóng khác so với chl-a, do vậy cho
phép tảo có thể sử dụng một dải bước sóng rộng hơn [9].
Như vậy nhận thấy rằng ánh sáng đóng vai trò quan trọng đối với sự phát
triển của tảo.
1.3. TỔNG QUAN VỀ ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC, CƯỜNG ĐỘ CHIẾU SÁNG
VÀ SẮC TỐ QUANG HỢP CÓ TRONG ARTHROSPIRA PLATENSIS
Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm
trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (380nm – 700nm). Giống
như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt
chuyển động gọi là photon. Đối với những sinh vật quang tự dưỡng thì hạt
photon có vai trò vô cùng quan trọng. Hạt photon được tế bào của những sinh vật
này hấp thụ như một chất dinh dưỡng, tùy thuộc vào bước sóng thì quá trình
quang hợp diễn ra cũng khác nhau, tùy thuộc vào từng nguồn ánh sáng mà tốc độ
sinh trưởng cũng khác nhau.
Cường độ chiếu sáng cũng là một yếu tố tiên quyết đối với quá trình nuôi
tảo. Tùy vào mức độ chiếu sáng mà nó ảnh hưởng trực tiếp đến trung tâm hoạt
động PS II. Khi cường độ chiếu sáng không đủ, tảo sẽ không có đủ năng lượng
để sinh trưởng. Trường hợp cường độ chiếu sáng quá cao ức chế sự hoạt động
của PS II và thậm chí là phá hủy nó, quá trình truyền năng lượng không thể xảy
ra nên tảo sẽ chết [23]. Khi cường độ chiếu sáng thấp lại không đủ năng lượng
cho tảo sinh trưởng và phát triển.
Để quá trình quang hợp diễn ra, bắt buộc phải có sắc tố quang hợp. Sắc tố
quang hợp là những chất được sinh vật tạo ra mà có màu sắc do sự hấp thụ màu
9
sắc chọn lọc. Chức năng chính của nó là thực hiện quá trình quang hợp. Trong
tảo A.platensis có nhiều nhóm sắc tố quang hợp nhưng có 3 nhóm chính:
Chlorophin – hấp thụ ánh sáng lam và đỏ, Carotenoid – hấp thụ ánh sáng tím và
lam, Phycobillin – hấp thụ ánh sáng lam, vàng và da cam. Đối với từng phổ ánh
sáng và cường độ thì khả năng hấp thụ của mỗi sắc tố là khác nhau [24]. Vai trò
của sắc tố quang hợp trong tảo vô cùng quan trọng. Nhờ quá trình quang hợp tảo
có được nguồn năng lượng tạo ra các hợp chất mong muốn để đáp ứng nhu cầu
của cơ thể. Với hoạt động của từng loại sắc tố thì hợp chất được tạo ra cũng khác
nhau. Và để thúc đẩy quá trình này thì cần phổ ánh sáng đặc trưng và cường độ
thích hợp. Và dựa vào hàm lượng các sắc tố cũng như khả năng hấp thụ ánh sáng
có trong tảo thì phổ ánh sáng phù hợp là 400-450nm và 600-680nm với 4 mức
cường độ chiếu sáng 1000 lux, 2000 lux, 3000 lux, 4000 lux.
1.4. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ ẢNH
HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐẾN TỐC ĐỘ SINH TRƯỞNG CỦA TẢO
ARTHROSPIRA PLATENSIS
1.4.1. Một số nghiên cứu trên thế giới
A.platensis được phát hiện vào năm 1964 khi J. Leonard cùng những người
Bỉ khác đi thám hiểm vùng đất Sahara. Chúng là một loài vi tảo dạng xoắn, sống
trong môi trường giàu bicarbonate (HCO3-) và độ kiềm cao (8.5 – 11) [2]. Cho
đến ngày nay A.platensis vẫn được các nhà khoa học trên thế giới hết sức quan
tâm bởi hàm lượng dinh dưỡng có trong tảo và tiềm năng của tảo A.platensis
trong ngành dược liệu. Đã có rất nhiều nghiên cứu về việc tối ưu hóa các điều
kiện nuôi cấy tảo A.platensis [4], [6]. Trong đó phổ ánh sáng và cường độ chiếu
sáng là hai yếu tố vô cùng quan trọng khi nuôi tảo.
Trong nghiên cứu của Chih – Yu Wang và cộng sự (2007) [24], khảo sát sự
ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến sự sinh trưởng của Arthrospira platensis
cho kết quả là ánh sáng đỏ ảnh hưởng nhiều nhất đến tốc độ sinh trưởng với
cường độ ánh sáng là 3000µmol/m2/s. Đèn xanh dương cho kết quả thấp nhất. Từ
kết quả này cho thấy, trong công nghiệp nuôi tảo việc sử dụng ánh sáng đỏ sẽ cho
hiệu quả kinh tế cao nhất.
10
Năm 2011 Probir Das và công sự [19], nghiên cứu về việc nuôi tảo
Nannochloropsis.sp trong môi trường quan tự dưỡng và hỗn hợp dưới ánh sáng
đơn sắc. Tảo được nuôi cấy trong điều kiện quang tự dưỡng và hỗn hợp (bổ sung
glycerol như nguồn carbon) trong 3 phổ ánh sáng đơn sắc đỏ, xanh lá cây, xanh
dương và ánh sáng trắng đối chứng. Tốc độ tăng trưởng tối đa cụ thể là xanh
dương > trắng > xanh lá cây > đỏ. Tốc độ tăng trưởng tối đa ở phổ ánh sáng xanh
dương lần lượt 0,64 và 0.66 µmax/d tương ứng với môi trường quang tự dưỡng và
hỗn hợp. Thành phần acid béo của Nannochloropsis.sp có sự thay đổi giữa các
phổ ánh sáng khác nhau. Năng suất FAME tối đa từ Nannochloropsis.sp là
20,45% và 15,11% trên trọng lượng sinh khối khô ở phổ ánh sáng xanh lá cây.
Tuy nhiên năng suất FAME thể tích tối đa đã đạt được với môi trường quang tự
dưỡng và hỗn hợp lần lượt là 55,13 và 111,96 mg/l khi tế bào tiếp xúc với phổ
ánh sáng xanh dương, do năng suất sinh khối cao nhất. Từ nghiên cứu này ta thấy
được phổ ánh sáng không chỉ ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng mà còn ảnh
hưởng đến nhiều hợp chất khác có trong tảo. Tùy vào từng loại tảo thì sự ảnh
hưởng là khác nhau.
1.4.2. Một số nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, cho đến hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu về
A.platensis.
Năm 2009, Ngô Thụy Thùy Tâm [4] nghiên cứu về việc phát triển nuôi sinh
khối tảo Spirulina platensis trong phòng thí nghiệm. Nghiên cứu này nhằm tìm ra
mật độ nuôi cấy và tỷ lệ thu sinh khối tảo thích hợp. Thí nghiệm 1 được tiến hành
gồm 3 nghiệm thức lặp lại 3 lần với 3 mật độ khác nhau là 10.000tb/ml ;
30.000tb/ml; 50.000tb/ml. Thí nghiệm 2 gồm 3 nghiệm thức và 3 lần lặp lại
nhưng với tỷ lệ thu sinh khối khác nhau: NT1 (25%/ngày); NT2 (30%/ngày) và
NTĐC (0%/ngày). Kết quả cho thấy khi nuôi ở mật độ ban đầu là 30.000tb/ml và
tỷ lệ thu sinh khối tảo 25%/ngày sẽ cho kết quả tốt nhất.
Năm 2016, Trần Thị Lê Trang [6] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của cường
độ ánh sáng lên sinh trưởng, hàm lượng protein và lipid của tảo Spirulina platesis
nuôi trong nước mặn. Tảo được nuôi trong bình 500ml với độ mặn 30 – 32‰, ở
11
5 mức cường độ ánh sáng: 1.000, 2.000, 3.000, 4.000 và 5.000 lux. Kết quả cho
thấy: cường độ ánh sáng ảnh hưởng lên sinh trưởng của tảo, ở 1.000, 2.000,
3.000, 4.000 và 5.000 lux đạt mật độ cực đại lần lượt là 1,23 OD; 1,36 OD; 1,64
OD; 0,95 OD và 0,84 OD (P< 0,05), trong đó mức 3000lux đạt mật độ cực đại ở
ngày nuôi thứ 13. Cường độ ánh sáng cũng ảnh hưởng lên hàm lượng protein và
lipid của tảo, ở 1000 lux hàm lượng protein và lipid lần lượt đạt 51,09% và
8,28%, ở 2000 lux (đạt 60,14% và 10,05%), đạt cao nhất ở 3000 lux (67,78% và
13,15%), 4000 lux (45,22%; 6,81%) và 5000lux (38,71% và 5,65%) (P<0,05).
Từ đó có thể nuôi tảo S. platensis trong nước mặn ở cường độ ánh sáng 3000 lux
là thích hợp nhất.
Bên cạnh những nghiên cứu về tối ưu điều kiện nuôi thì ở Việt Nam một số
nhà nghiên cứu còn đi sâu đánh giá vai trò dinh dưỡng cũng như vai trò sinh học
của tảo Spirulina ở lĩnh vực thực phẩm. Một số công trình điển hình dưới đây:
Năm 2015, Nguyễn Ngọc Thạnh và cs [5] đã phân lập và tuyển chọn những
chủng vi khuẩn Lactic ứng dụng trong lên men sữa chua có bổ sung tảo
Spirulina. Nghiên cứu đã phân lập được 7 chủng cho độ phân giải là cao nhất.
Nhưng sản phẩm sữa chua lên men có bổ sung tảo Spirulina thì chủng
Lactobacillus plantarum được đánh giả cảm quan các chỉ tiêu theo TCVN
7030:2002 đạt cao nhất là 14,07/15 điểm. Sữa chua là sản phẩm lên men từ sữa
vốn dĩ đã tốt cho cơ thể nhờ việc cung cấp các lợi khuẩn cho hệ tiêu hóa của con
người nay còn được bổ sung thêm Spirulina – “siêu thực phẩm” đã được FAO
chứng nhận. Việc bổ sung này đã tạo ra một sản phẩm mới vừa có giá trị dinh
dưỡng, vừa có giá trị về mặt sinh học và đầy triển vọng trong tương lai.
Từ những công trình khoa học trên đây cho thấy, các nghiên cứu trong nước
về tảo A.platensis chủ yếu quan tâm điều kiện nuôi và đánh giá giá trị dinh dưỡng
mà có rất ít công trình khảo sát vai trò của ánh sáng đến tốc độ sinh trưởng và
sinh tổng hợp protein của chúng.
12
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
-
Giống tảo Arthrospira platensis được cung cấp bởi Học viện Nông nghiệp
Hà Nội.
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Khảo sát ảnh hưởng của các ánh sáng đơn sắc (đỏ, xanh, đỏ kết hợp xanh
và trắng) với cường độ chiếu sáng 1000lux, 2000lux, 3000lux, 4000lux lên tốc
độ sinh trưởng của tảo A.platensis trong điều kiện phòng thí nghiệm.
- Khảo sát ảnh hưởng của các ánh sáng đơn sắc (đỏ, xanh, đỏ kết hợp xanh
và trắng) với cường độ chiếu sáng 1000lux, 2000lux, 3000lux, 4000lux lên khả
năng sinh tổng hợp protein của tảo A.platensis trong điều kiện phòng thí nghiệm.
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài tiến hành nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Tảo thuộc khoa SinhMôi trường, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng từ 10/2017-5/2018.
Giống tảo
Spirulina platensis
Làm thuần
Nhân giống
Khảo sát ảnh hưởng của các
phổ ánh sáng và cường độ lên
tốc độ sinh trưởng của tảo
Khảo sát ảnh hưởng của các phổ
ánh sáng và cường độ lên khả
năng sinh tổng hợp protein của
tảo
Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm
13
2.3.1. Phương pháp nhân giống tảo Arthrospira platensis
- Nhân giống cấp 1: Chuyển 1ml giống A.platensis vào ống nghiệm 15ml có
chứa 10ml môi trường Zarrouk
- Nhân giống cấp 2: Chuyển 10ml giống A.platensis vào bình tam giác
250ml có chưa 90ml môi trường Zarrouk.
Khi đã có đủ lượng giống, ta chuyển sang nuôi sinh khối lớn A.platensis.
Nuôi sinh khối lớn trong bình nhựa chứa 2l môi trường Zarrouk.
2.3.2. Phương pháp xác định tốc độ sinh trưởng của tảo
Tốc độ sinh trưởng của tảo được xác định thông qua việc đo mật độ quang
(OD) của môi trường nuôi tại bước sóng 680 nm
Nguyên tắc: Dựa vào độ cản quang của tế bào.
Tốc độ sinh trưởng: µ = ln (Nt – N0)/(t – t0)
Trong đó: Nt, N0 là mật độ tảo ở thời điểm t và thời điểm ban đầu t0 (OD); t
là thời gian (ngày)
2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng protein (Kjeldahl)
Hàm lượng protein trong tảo được tính thông qua việc xác định nitơ tổng số
theo phương pháp Kjeldahl.
- Nguyên lý: Vô cơ hóa mẫu bằng H2SO4 đậm đặc và chất xúc tác với mục
đích chuyển hóa toàn bộ nito trong mẫu về dạng muối (NH4)2SO4. Sau đó
dùng NaOH đậm đặc để đẩy NH3 ra khỏi thiết bị chưng cất vào cốc hứng
chứa H2SO4 0.1N dư. Cuối cùng dùng NaOH 0.1N chuẩn độ lại H2SO4 dư.
- Tính kết quả:
Trong đó:
+ 0.0014 – số g nito tương ứng 1ml H2SO4 0.1N; VH2SO4 – số ml H2SO4 0.1N
trong cốc hứng; V’H2SO4 – số ml H2SO4 0.1N dư; + m – khối lượng mẫu (g)
- Xem thêm -
.PDF 
43 
154 
148 
