1
MỞ ĐẦU
Tảo silic (Bacillariophyceae hay diatom) là một nhóm tảo có hàm lượng lipid
và acid béo cao, có tiềm năng ứng dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học ở quy mô
công nghiệp, đặc biệt là sản xuất biodiesel. Tảo silic phân bố hết sức rộng rãi trên
Trái Đất: trên thân cây ở đỉnh núi cao, trên đất, đá ẩm, mọi thủy vực nước ngọt,
nước lợ, nước mặn [6]. Trong hệ phù du dưới biển, tảo silic là nhóm chiếm ưu thế,
đặc biệt ở những vùng biển giàu dinh dưỡng [42]. Tảo silic được cho là nhóm phù
du nhân thật quan trọng nhất, tạo ra khoảng 20-25% tổng sinh khối sơ cấp ở các
thủy vực trên cạn và khoảng 40% sinh khối sơ cấp ở biển [28]. Do có hàm lượng
lipid cao nên từ lâu tảo silic đã được sử dụng làm thức ăn cho ấu trùng tôm, cá,
động vật thân mềm như Phaeodactylum, Chaetoceros, Skeletonema,
Thalassiosira, [38]. Một số loài tảo silic còn được dùng để sản xuất các chất béo
không no có giá trị như EPA, AA và DHA [16]. Một số vi tảo rất phổ biến cho sản
xuất lipid đó là Chlorella, Crypthecodinium, Cylindrotheca, Nitzschia vì năng suất
sinh khối cao nên năng suất lipid đạt từ 20-50% sinh khối khô [71]. Trong đó, hàm
lượng lipid chính là chìa khóa để tuyển chọn các chủng làm nguyên liệu cho sản
xuất biodiesel [63]. Chi phí cao do năng suất lipid thấp là một vấn đề, gây trở ngại
cho việc sản xuất thương mại dầu diesel sinh học có nguồn gốc từ vi tảo. Những
nghiên cứu nuôi cấy vi tảo trong phòng thí nghiệm hoặc điều kiện ngoài trời cho
thấy rằng để có được hàm lượng lipid cao cần có những kỹ thuật cảm ứng tạo lipid
hoặc gây sốc (stress) cho môi trường nuôi vi tảo [63].
Trong nuôi tảo nói chung, nguồn tảo giống, chất dinh dưỡng và điều kiện
môi trường nuôi là những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng và thành phần
sinh hoá của tảo. Các thành phần dinh dưỡng đa lượng (C, N, P) và vi lượng ảnh
hưởng rất lớn đến sinh trưởng của tảo, đặc biệt trong điều kiện nuôi với mật độ
cao[38]. Trong các nguyên tố đa lượng thì nitrogen (N) và phosphorus (P) có vai trò
quan trọng hơn cả. N có vai trò quan trọng trong thành phần và cấu trúc của protein,
thành phần cấu tạo nên bộ máy quang hợp và hệ enzym. Nitrogen là thành phần
của acid amin, nucleotide, hormone, coenzyme,… Thiếu nitrogen, sườn carbon
2

3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẢO SILIC
1.1.1. Đặc điểm chung
- Sinh thái: Trong môi trường nước, tảo là nhóm sinh vật chiếm ưu thế,
trong đó, vi tảo ở các tầng trên của biển đóng vai trò quan trọng trong chu trình
carbon, oxygen, nitrogen, phosphorus, silicon và những thành phần khác. Trong hệ
phù du ở biển, tảo silic là nhóm chiếm ưu thế, đặc biệt ở những vùng biển giàu dinh
dưỡng. Tảo silic thường gặp nhất ở trong môi trường nước kể cả ở nước ngọt và
biển. Chúng chiếm ưu thế trong hệ phù du, đặc biệt khi các cột nước động và giàu
dinh dưỡng. Hầu hết tảo silic sống ở tầng đáy như trên đá, sỏi, cát, bùn, bề mặt động
thực vật ở đáy hồ, sông, biển. Đại đa số chúng quang hợp, do đó chúng chỉ hạn chế
ở các tầng nông [22].
- Cấu trúc tế bào: Tế bào tảo silic hầu hết có kích thước từ 10-200 μm theo
chiều lớn nhất. Tế bào chứa nguyên sinh chất và thành tế bào bao quanh, có các bào
quan của thực vật nhân thật, bao gồm nhân, thể Golgi, Ty thể, Lục lạp. Nhân khá dễ
dàng nhận thấy, thường nằm ở trung tâm tế bào bởi các cầu hoặc sợi của nguyên
sinh chất, hoặc nằm về một phía của tế bào. Lục lạp có màu nâu, vàng kim hoặc
vàng xanh với một lượng lớn carotenoid, chủ yếu là β-carotene, fucoxanthin,
diatoxanthin và diadinoxanthin. Màu sắc của tế bào là do các carotenoid, chúng che
phủ các chlorophylla, c1, c2. Khi bị tổn thương hoặc xử lý bằng acid, tế bào chuyển
thành màu xanh do carotenoid bị phá hủy làm lộ ra các chlorophyll [22].
Có hai nhóm tảo silic chính: tảo silic lông chim và tảo silic trung tâm. Tảo
silic lông chim thường có mảnh vỏ dài, lưỡng cực, đa số đối xứng hai bên. Tuy
nhiên một số tảo silic lông chim không đối xứng hai bên, chẳng hạn Cymbella,
Gomphonema, đó là do sự phát triển không đều của bào tử và dễ biến dạng từ bên
này sang bên kia đai. Tảo silic trung tâm có dạng đối xứng tỏa tròn [22].
Tảo silic có cấu tạo đơn bào, sống đơn độc hay thành tập đoàn dạng pamella,
dạng sợi, dạng chuỗi, dạng dải, dạng sao….Tế bào có nhân lưỡng bội, có cấu trúc

Các tế bào dạng lưỡng bội giảm phân tạo giao tử. Một giao tử sẽ rời bỏ lớp vỏ silica
để hợp nhất vào giao tử kia. Sau đó, hình thành một khối cầu lớn, được bao bọc bởi
một màng hữu cơ. Bên trong khối cầu này, một vỏ mới với kích thước tối đa được
tạo thành và chu trình mới bắt đầu [22].
5
1.1.2. Chi Pleurosigma
Hình 1.1. Pleurosigma sp. (PLTA)
Lớp Bacillariophyceae (Haeckel 1878)
Phân lớp Bacillariophycidae (Haeckel 1878) Mann 1990
Bộ Naviculales (Bessey 1907)
Họ Pleurosigmataceae (Mereschkowsky 1903)
Chi Pleurosigma (Smith 1852) [27].
Mô tả chung: Tế bào đơn độc, hai đầu nhọn hơi uốn nhẹ, chiều dài vỏ hình
mũi mác, thường có đường sigma. Đường rãnh thường có hình sigma, trung tâm
hoặc lệch tâm. Vân mịn, có các đốm nhỏ trong các đường xiên và ngang. Sinh chất
phân bố khắp tế bào. Nhân trung tâm thường nhỏ và tròn. Chiều dài 60-68 µm,
chiều rộng 12-15 µm. Khoảng 16 loài Pleurosigma đã được mô tả bởi Smith (1852).
Pleurosigma angulatum, P. aestuarii, P. affine, P. normani, P. nubecula, P.
peragalli, P. stuxbergii…[27].
1.1.3. Chi Nitzschia
Hình 1.2. Nitzschia sp. (NITA)
6
Lớp Bacillariophyceae
Bộ Bacillariales Hendey 1937
Họ Bacillariaceae Ehrenberg 1831
Chi Nitzschia Hassall 1845 [9].
Mô tả chung: Tế bào sống đơn độc. Chiều dài 90-94 µm, chiều rộng mặt vỏ
5-7 µm. Sinh chất phân bố 2 đầu tế bào. Hai đầu tế bào thuôn nhọn, ở giữa hơi
phình to. Không thấy vân. Nội sinh chất ít.
1.2. ỨNG DỤNG CỦA TẢO SILIC

trọng của ấu trùng của nhiều loài cá, tôm và sinh vật hai mảnh vỏ. PUFA có khả
năng duy trì tốc độ tăng trưởng của ấu trùng cao và cho tỷ lệ sinh sản cao. Như vậy,
PUFA là một trong những chỉ số quan trọng nhất cho việc đánh giá giá trị dinh
dưỡng thức ăn thủy sản [37].
Nhận thức về lợi ích của PUFA đối với người và động vật, thêm vào đó là sự
cạn kiệt của dầu cá (là nguồn cung cấp PUFA chính hiện nay) đã dẫn đến việc tìm
kiếm nguồn PUFA rẻ tiền trong vài năm qua. Trong thực tế, cá không tự tổng hợp
được PUFA mà tích lũy qua thức ăn là các vi tảo giàu PUFA. Vi tảo, đặc biệt là
nguồn gốc biển, giàu PUFA trong tế bào rất được các nhà khoa học quan tâm,
nghiên cứu [46].
1.2.2. Ứng dụng của tảo silic trong nuôi trồng thủy sản
Tảo đơn bào là thức ăn tươi sống đặc biệt quan trọng cho tất cả các giai đoạn
phát triển của động vật thân mềm hai mảnh vỏ (Bivalvia) như: hầu, vẹm, điệp,
sò. Chúng còn là thức ăn cho ấu trùng của hầu hết các loài tôm, cá, ốc và cho
các động vật phù du. Đã có hàng trăm loài tảo được thử nghiệm làm thức ăn
nhưng cho tới nay chỉ khoảng hai mươi loài tảo đơn bào được sử dụng rộng rãi
trong nuôi trồng thủy sản [70].
Vi tảo là nguồn cung cấp vitamin quan trọng cho các đối tượng nuôi thuỷ
sản. Theo thống kê của Brown (2002), hàm lượng acid ascorbic (vitamin C) trong vi
tảo có sự khác nhau rất lớn giữa các loài (16 mg/g khối lượng khô ở tảo
Chaetoceros muelleri; 1,1 mg/g ở tảo Thalassiosira pseudonana). Còn lại các
vitamin khác (thiamin – B1, riboflavin – B2, pyridoxine – B6, cyanocobalamin –
B12, biotin, pyridoxine…) chỉ khác nhau từ 2 – 4 lần giữa các loài tảo. Điều này
8
chứng tỏ rằng, việc lựa chọn một cách cẩn thận các loại vi tảo kết hợp với nhau sẽ
cung cấp đầy đủ vitamin cho chuỗi thức ăn của động vật nuôi thủy sản [20].
Hiện nay, trên thế giới có khoảng 40 loài vi tảo được nuôi sử dụng làm thức
ăn trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, ở Việt Nam chủ yếu mới phân lập và làm
thức ăn trong nuôi trồng thủy sản chủ yếu 2 loài Skeletonema costatum và
Chaetoceros sp Hiện nay, ở nước ta các giống vi tảo này chủ yếu được nhập khẩu

chu đáo, tận dụng được nguồn nước không sử dụng và dễ dàng hấp thụ chất dinh
dưỡng [25]. Biodiesel là hỗn hợp các ester giữa acid béo và alkyl thu được thông
qua quá trình chuyển vị ester của dầu thực vật hay mỡ động vật. Nguồn nguyên liệu
lipid dầu thực vật hay mỡ động vật bao gồm 90-98% khối lượng là các triglyceride
và một lượng nhỏ các mono và diglyceride, acid béo tự do chiếm khoảng 1-5%,
phần còn lại là các phospholipid, phosphatide, carotene, tocopherol, hợp chất
sulphur, và một ít nước [18].
Biodiesel chủ yếu được sản xuất từ dầu của đậu nành và các loại rau quả, cọ,
hoa hướng dương, hạt cây cải dầu cũng như dầu phế thải từ các nhà hàng. Sử dụng
nguồn nguyên liệu thực vật để sản xuất biodiesel dẫn đến việc mở rộng diện tích
trồng trọt, áp lực trong sự thay đổi sử dụng đất trồng và sự gia tăng các cánh đồng
canh tác có thể dẫn tới cạnh tranh đất đai và làm mất đi sự đa dạng sinh học do sự
lấn chiếm rừng và các vùng sinh thái quan trọng [54]. Vi tảo được xem là ứng cử
viên tiềm năng cho sản xuất biodiesel bởi một số lí do:
Nguồn nguyên liệu là sinh khối vi tảo, có thể góp phần giảm bớt được những
đòi hỏi bức thiết về mặt bằng nhờ có hiệu suất năng lượng cao hơn trên mỗi đơn vị
diện tích đất cũng như không cạnh tranh ảnh hưởng tới đất nông nghiệp. Hơn nữa,
biodiesel sản xuất từ vi tảo ảnh hưởng đến môi trường thấp hơn và có cùng chất
lượng so với các nguồn nhiên liệu hiện nay [55].
Vi tảo phát triển rất nhanh chóng và nhiều loài tảo có lượng dầu phong phú.
Mức dầu 20 – 50% là phổ biến ở vi tảo. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, lượng
dầu lý tưởng có thể đạt 56 – 60% tổng sinh khối khô bằng kỹ thuật di truyền hoặc
kỹ thuật nuôi cấy dị dưỡng [57].
10
Thực tế, vi tảo có hiệu suất dầu cao nhất trong số các cây trồng lấy dầu đa
dạng khác. Có thể so sánh hiệu suất nuôi trồng vi tảo với việc khai thác các nguồn
sinh khối khác qua bảng số liệu sau.
Bảng 1.1. So sánh vi tảo với các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel khác [71]
Nguồn
Hàm lượng dầu

36 5366 2 4747
Vi tảo
(lượng dầu thấp)
30 58700 0,2 51927
Vi tảo
(lượng dầu trung bình)
50 97800 0,1 86515
Vi tảo
(lượng dầu cao)
70 136900 0,1 121104
Vi tảo có khả năng quang hợp hiệu quả hơn bất kỳ loại sinh khối thực vật nào
khác, quá trình quang hợp của vi sinh vật là quá trình tái sinh sử dụng năng lượng
mặt trời để chuyển hóa thành một dạng năng lượng dự trữ mới dưới dạng các liên
kết hóa học, ngoài ra con người hoàn toàn có thể chủ động sản xuất sinh khối vi tảo
với số lượng lớn. Vì vậy nếu có thể thu hồi năng lượng với năng suất cao từ chúng
thì sinh khối vi tảo được xem là một nguồn tài nguyên đầy hứa hẹn để sản xuất
nhiên liệu, và vi tảo có thể được xem như một nguồn năng lượng thay thế cho
nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt dần [18]. Hơn nữa, theo tiêu chuẩn
biodiesel của tổ chức kiểm tra nguyên liệu Mỹ (ASTM), biodiesel từ dầu vi tảo có
các thuộc tính tương tự với biodiesel tiêu chuẩn, và nó cũng an toàn hơn vì có nhiệt
độ phát cháy cao.
11
Những ưu điểm khi nuôi cấy vi tảo như nguồn tài nguyên sinh khối tảo được
xem là các cơ thể sống có khả năng thu nhận năng lượng mặt trời để tạo ra các hợp
chất hữu cơ rất hiệu quả [77].
- Tảo được xếp vào loài thực vật không có hệ mạch dẫn, đa phần đều thiếu cơ
quan sinh sản phức tạp [77].
- Vi tảo dễ dàng nuôi cấy để sản xuất một số hợp chất đặc thù chọn lọc, có giá
trị kinh tế với nồng độ cao như protein, carbohydrate, lipid và các sắc tố dựa vào
các điều kiện sinh trưởng đa dạng [77]. Từ đó có thể tối ưu hóa môi trường để thu

bào. Nó cũng có vai trò quan trọng đối với khả năng chịu stress sinh lí của các vi
sinh vật bao gồm tảo silic [23].
Lipid là ester của acid béo và rượu, chúng bao gồm một nhóm lớn các hợp chất
hữu cơ có cấu trúc khác nhau như lipid, sáp, phospholipid, glycolipid, … [23].
Lipid sản xuất bởi vi tảo thường bao gồm lipid trung tính, lipid phân cực
(polarlipids), ester sáp, sterol và hydrocarbon, cũng như các dẫn xuất prenyl như
tocopherols, carotenoids, terpene, quinines và các dẫn xuất pyrrole như chlorophyl.
Lipid sản xuất bởi vi tảo có thể được nhóm lại thành hai loại: lipid tích trữ (lipid
không phân cực) và lipid cấu trúc (lipid phân cực) [37].
Lipid lưu trữ ở dạng TAG (Triacylglyceride) là chủ yếu, cấu tạo bởi các acid
béo bão hòa và không bão hòa đơn, một số nhóm có thể được chuyển vị để sản xuất
dầu diesel sinh học. TAG là sản phẩm tích trữ phong phú, có thể dễ dàng cung cấp
năng lượng chuyển hóa cho tế bào. Nói chung, TAG chủ yếu được tổng hợp dưới
ánh sáng, lưu trữ trong tế bào chất, và sau đó dùng để tổng hợp lipid phân cực trong
bóng tối [73].
Lipid cấu trúc thường có một hàm lượng acid béo không bão hòa đa (các acid
béo có nhiều liên kết đôi - PUFA), cũng là những dưỡng chất cần thiết cho động vật
thủy sản và con người. Lipid phân cực (phospholipid) và sterol là thành phần cấu
trúc quan trọng của màng tế bào có vai trò như một hàng rào thấm có chọn lọc cho
các tế bào và các bào quan. Những lipid này duy trì chức năng màng sinh học, tham
gia một loạt các quá trình trao đổi chất. Ngoài chức năng cấu trúc, một số lipid phân
cực đóng vai trò trung gian (hoặc tiền thân của trung gian) trong con đường tín hiệu
của tế bào (ví dụ: lipid inositol, sphingolipids, các sản phẩm oxy hóa) và đóng một
vai trò trong việc đáp ứng với những thay đổi của môi trường. Sự sẵn có của các
chất dinh dưỡng, tốc độ phản ứng enzyme đều có thể hạn chế sự tổng hợp lipid. Sản
xuất các chất béo dự trữ đặc biệt là nguồn tài nguyên năng lượng lớn và do đó
thường xảy ra ở điều kiện sinh trưởng giảm [37].
1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN SỰ SINH
TRƯỞNG VÀ TÍCH LŨY LIPID CỦA TẢO SILIC
13

Để tiếp nhận ánh sáng, thực vật phiêu sinh có bộ sắc tố cấu thành từ nhiều
nhóm sắc tố khác nhau, bao gồm 3 loại chính: chlorophyll hấp thụ ánh sáng lam và
đỏ; carotenoid hấp thụ ánh sáng lam và lục; phycobilin hấp thu ánh sáng lục, vàng
và da cam. Tất cả các loài tảo đều có chlorophylla, giữ vai trò trung tâm của hệ
thống quang hợp. Các loại chlorophyll khác có thể có hay không tùy mỗi loài. Ở tảo
silic, chỉ có chlorophyllc mà không có loại b và d . Các nhóm sắc tố phụ chia nhau
không gian trong hệ thống quang hợp để thu nhận tối đa nguồn năng lượng chiếu
xuống, rồi truyền năng lượng đó vào trung tâm phản ứng là chlorophylla [6]. Tỉ lệ
chlorophyll trên sinh khối cũng như hiệu suất quang hợp trên mỗi đơn vị
chlorophyll của mỗi loài có ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của chúng. Khi so sánh
tảo 2 roi và tảo silic, Chan (1980) đã phát hiện tỷ lệ carbon trên chlorophylla (C/Chl
a) của tảo silic thấp hơn, và tỉ lệ tốc độ quang hợp tối đa với carbon nội bào
14
(P
max
/C) cao hơn tảo hai roi. Điều này giải thích được tốc độ tăng trưởng cao của
tảo silic trong các thủy vực tự nhiên [45].
Ánh sáng tác động lên vi tảo thông qua hệ thống sắc tố tập trung trong các
lục lạp. Số lượng và kích thước trong tế bào tảo có vai trò rất lớn trong việc xác
định hàm lượng chlorophyll, như ở Skeletonema costatum có hai lục lạp to chiếm
phần lớn thể tích tế bào [2]. Cường độ chiếu sáng, chất lượng quang phổ, thời gian
chiếu sáng là các yếu tố được quan tâm. Cường độ chiếu sáng đóng vai trò quan
trọng nhưng nhu cầu về nó lại thay đổi lớn tùy theo độ sâu và mật độ tảo trong môi
trường nuôi cấy.
Ở một cường độ chiếu sáng nhất định, tốc độ tăng trưởng (µ) của thực vật
phiêu sinh chịu ảnh hưởng rõ rệt của sự thất thoát năng lượng do hô hấp, quá trình
chủ yếu để chuyển hóa các sản phẩm sơ cấp của quá trình quang hợp thành vật chất
mới cho tế bào (ví dụ như protein) [2].
Bên cạnh đó, tốc độ tăng trưởng cũng lệ thuộc nhiều vào tỉ lệ Chl:C, phản
ánh hiệu suất hấp thu năng lượng của mỗi loài. Tỉ lệ Chl:C càng cao tức tế bào càng

tối, 14h sáng vào mùa hè và 12h sáng, 12h tối vào mùa đông [75].
1.4.1.2. Ảnh hưởng của độ mặn
15
Độ mặn ảnh hưởng tới sinh trưởng, phát triển của các loài vi tảo, đặc biệt là
tảo nước mặn. Tuy nhiên, có nhiều loài có phổ chịu muối rất rộng. Khi độ mặn của
môi trường tăng cao (sốc muối), tế bào thực vật phiêu sinh có một số cơ chế thích
nghi, tăng cường sinh tổng hợp các chất điều hòa thẩm thấu, duy trì cân bằng nội
môi nhằm đảm bảo sự tồn tại của chúng trong môi trường, như sản sinh glycerol (ở
Dunaliella), sản sinh glucose và proline (ở Chlorella emersonii), tích lũy β-carotene
(ở Dunaliella), … [47].
Đối với Skeletonema costatum độ mặn tối ưu cho sinh trưởng là từ 18-30‰
[72]. Nitzschia hungarica có khả năng chịu mặn cao và không sinh trưởng được ở
độ mặn trên 52‰, không có khác biệt lớn về tốc độ sinh trưởng ở độ mặn từ 17-
35‰. Amphora coffeaeformis đạt tốc độ sinh trưởng lớn nhất ở độ mặn 35‰ và
giảm mạnh ở độ mặn từ 52‰ trở lên [66].
Rudiyanti (2011) đã khảo sát ảnh hưởng của độ mặn đến tốc độ sinh trưởng
của S. costatumở các độ mặn khác nhau: 23 ‰; 26 ‰; 29 ‰; 32 ‰ và 35 ‰ thì sau
54 giờ nuôi cấy mật độ tế bào đạt được tương ứng là 2,5 x 10
4
tb/mL; 2,58 x 10
4
tb/mL; 3,03 x 10
4
tb/mL; 4,08 x 10
4
tb/mL và 3,16 x 10
4
tb/mL. Nghiên cứu cho
thấy độ mặn tốt nhất cho Skeletonema costatum sinh trưởng nhanh và đạt được mật
độ cao nhất trong thời gian ngắn là 32 ‰ [58].

đều làm chậm sinh trưởng của tảo. Mỗi loại tảo sinh trưởng tối ưu ở một độ pH nhất
định của môi trường. Độ pH thay đổi có thể gây ra các tác động rất rõ trên nhiều
quá trình sinh học khác nhau như khả năng phân ly muối và phức chất (gián tiếp
gây độc và ức chế tăng trưởng), tính hòa tan của muối kim loại, hàm lượng độc tố
của tảo độc [7].
Các loài khác nhau sẽ thích hợp với các mức pH khác nhau, chẳng hạn loài
Skeletonema costatum sinh trưởng ổn định ở pH 6,5-8,5 và giảm khi pH >9 [70].
Thornton (2009) khi nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến tổng hợp carbonhydrate ở
Chaetoceros muelleri đã nhận thấy, tốc độ sinh trưởng không bị ảnh hưởng trong
khoảng từ 7,4- 8,2. Tuy nhiên lại giảm mạnh ở pH 6,8 [74].
1.4.1.5. Ảnh hưởng của chế độ sục khí
Trong môi trường tự nhiên, dưới sự tác động của sóng gió, thủy triều, các
tầng nước bị phân tầng giúp cho tảo đủ dinh dưỡng và ánh sáng cần thiết để quang
tổng hợp. Trong môi trường nuôi nhân tạo các yếu tố trên được đảm bảo qua hình
thức sục khí. Trong nuôi cấy, sự sục khí là rất quan trọng bởi vì: 1) Không khí là
một nguồn carbon (từ CO
2
) cho quang hợp; 2) Cung cấp CO
2
như là sự cân bằng
giữa CO
2
và HCO
3
-
làm ổn định pH; và 3) Sục khí trong môi trường giữ cho chất
dinh dưỡng và tế bào phân phối đều trong môi trường, giảm sự che ánh sáng hoặc
ức chế quang hợp (làm giảm quang hợp vì sự vượt quá giới hạn của ánh sáng) và
tránh sự phân tầng nhiệt độ ở hệ thống nuôi cấy ngoài trời [26].
Theo Sanchez và cs. (1993), điều kiện thích hợp nhất để tạo ra được sinh

hơn so với nuôi ở các nhiệt độ thấp hơn (6-8
o
C). Tốc độ tăng trưởng cao của loài
này cũng giúp độ dài chuỗi cao hơn, kể cả trong điều kiện nuôi cấy hay trong tự
nhiên. Chuỗi dài sẽ giúp chúng lơ lửng ở các tầng nước trên, nhằm tận dụng được
các yếu tố hóa lý thuận lợi cho quá trình tăng trưởng [69].
18
Trong các nguyên tố đa lượng thì nitrogen (N) và phosphorus (P) có vai trò
quan trọng hơn cả. N có vai trò quan trọng trong thành phần và cấu trúc của protein,
thành phần cấu tạo nên bộ máy quang hợp và hệ enzym. Nitrogen là thành phần
của acid amin, nucleotide, hormone, coenzyme,… Thiếu nitrogen, sườn carbon
không được dùng cho sự tổng hợp các hợp chất nitrogen (tỷ lệ C/N cao) [8].
Các loài thực vật phiêu sinh thường sử dụng nitrogen từ các nguồn nitrate và
muối ammonium. Nếu ammonium là nguồn nitrogen duy nhất cho tảo thì môi
trường pH môi trường sẽ giảm xuống rõ rệt, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của
chúng. Các nguồn nitrogen dạng oxi hóa cần được khử trước khi tham gia phản ứng
với các chất hữu cơ: nitrate được khử thành nitrite nhờ enzyme nitrate reductase,
tiếp đó nitrite

được nitrite reductase khử thành ammonium. Nếu môi trường có đồng
thời ammonium và nitrate thì tảo sẽ sử dụng ammonium trước, sau đó mới dùng
nitrate [2].
Việc đồng hóa ammonium để chuyển sang các dạng hợp chất chứa nitrogen
khác, kéo theo sự hao tổn nguồn carbonhydrate dự trữ trong tế bào và hiệu suất sinh
tổng hợp protein khi sử dụng nguồn nitrogen dạng khử (ammonium, ure) thấp hơn
so với dạng oxi hóa (nitrate). Ngược lại, sự đồng hóa NO
3
-
đòi hỏi các cơ chế vận
chuyển bổ sung cũng như sinh tổng hợp các enzyme nitrite reductase và nitrate

thương mại khi sản xuất dầu diesel sinh học có nguồn gốc từ vi tảo. Những nghiên
cứu nuôi cấy vi tảo trong phòng thí nghiệm hoặc điều kiện ngoài trời nhận thấy rằng
để có được hàm lượng lipid cao cần gây stress môi trường bên ngoài hoặc áp dụng
kỹ thuật cảm ứng lipid [37].
Nhiều vi tảo sản xuất FA bão hòa và không bão hòa trong điều kiện sinh
trưởng lý tưởng sẽ có giá trị dinh dưỡng cao, nhưng ít lý tưởng cho nhiên liệu sinh
học. Tuy nhiên, quá trình tổng hợp lipid trung tính dưới dạng TAG có thể được sản
xuất bởi nhiều loài trong điều kiện căng thẳng, và các lipid này đều phù hợp để sản
xuất nguyên liệu cho diesel sinh học. Sự xuất hiện và mức độ của TAG phụ thuộc
vào loài hoặc chủng cụ thể, và bởi gen di truyền của sinh vật đó [37].
Tổng hợp và tích lũy một lượng lớn các TAG cũng làm thay đổi đáng kể
thành phần FA trong vi tảo khi được đặt trong điều kiện stress như thiếu dinh
dưỡng, kích thích môi trường vật lý. Đã có một loạt các nghiên cứu thực hiện kỹ
thuật cảm ứng lipid trong vi tảo như việc gây thiếu chất dinh dưỡng, trong đó gồm
thiếu lượng N hoặc P bổ sung vào môi trường, chiếu xạ ánh sáng, độ pH, nhiệt độ,
kim loại nặng và các hóa chất khác [37].
20
1.4.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng dinh dưỡng
Hàm lượng dinh dưỡng có tác động đáng kể đến sự phát triển của vi tảo, tích
lũy lipid của chúng và thành phần acid béo (FA). Khi lượng dinh dưỡng hạn chế,
gây stress môi trường cho vi tảo luôn làm giảm mạnh quá trình phân chia tế bào.
Tuy nhiên nếu có đủ ánh sáng và CO
2
cho quang hợp, thì hoạt động sinh tổng hợp
của các acid béo vẫn được duy trì trong một số loài tảo dưới những điều kiện stress
như vậy. Vì tăng trưởng của tảo (sự phân chia tế bào) chậm lại do đó sự tổng hợp
các hợp chất của màng tế bào mới ít đi, thay vào đó các tế bào chuyển hướng tổng
hợp, tạo nên TAG. Trong những điều kiện này, sản xuất TAG có thể xem như là
một cơ chế bảo vệ tế bào vi tảo [37].
Thiếu dinh dưỡng là một trong những hướng nghiên cứu sử dụng rộng rãi

kể đến thành phần lipid tảo đã được chứng minh thành công trong một nghiên cứu
chi tiết về chế độ ánh sáng khác nhau lên tảo silic Thalassiosira pseudonana [37].
1.4.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ đã được chứng minh là có ảnh hưởng lớn đến thành phần acid
béo của vi tảo. Một xu hướng chung đó là nhiệt độ giảm làm tăng FA không bão
hòa và khi nhiệt độ tăng làm tăng FA bão hòa đã được quan sát thấy ở nhiều loài
vi tảo [37].
Nhiều thay đổi trong cấu trúc lipid làm thay đổi tính chất vật lý của màng
tế bào để đảm bảo các chức năng bình thường (ví dụ độ thấm ion, quá trình
quang hợp và hô hấp) có thể vẫn tiếp tục được giữ nguyên. Sự thay đổi thường
thấy nhất của lipid màng sau sự thay đổi nhiệt độ là một sự thay đổi trong acid
béo bất bão hòa [37].
Trong một nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ, tảo silic P. tricornutumthe
đạt hàm lượng PUFA và EPA cao nhất so với khối lượng khô tương ứng là 4,9 và
2,6%, khi nhiệt độ từ 25°C giảm xuống 10°C trong 12 giờ, tăng 120% so với điều
kiện tối ưu cho sinh trưởng [7].
1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ LIPID CỦA TẢO SILIC
1.5.1. Tình hình nghiên cứu về lipid của tảo silic trên thế giới
Từ những năm 1940, người ta rất quan tâm đến nuôi sinh khối tảo, không
22
phải chỉ dùng cho nghề nuôi thủy sản mà còn vì nhiều mục đích khác như: cải tạo
đất, lọc nước thải, nguồn thực phẩm cho con người hay thức ăn tươi sống. Để phục
vụ cho mục đích nuôi thủy sản, nhiều loài tảo khác cũng được nghiên cứu nuôi
trong điều kiện phòng thí nghiệm hoặc ở quy mô sản xuất. Tùy theo từng loài tảo và
đặc điểm của chúng mà mỗi loài đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng đối
với ấu trùng tôm [3]. Những loài được sử dụng nhiều nhất là tảo silic (Skeletonema
costatum, Thalassiosirapseudonana, Chaetoceros gracilis, Chaetoceros calcitrans),
tảo roi (Isochrysis galbana, Tetraselmis suecica, Monochrysis lutheri) và tảo lục
Chlorella sp. Trong đó, các loài tảo silic thường được dùng làm thức ăn cho tôm biển
như Chaetoceros gracilis, Skeletonema costatum; cho cá biển như Chaetoceros

costatum và Chaetoceros calcitrans dùng cho ấu trùng tôm. Bể nuôi thường là bể
làm bằng sợi thủy tinh có thể tích 1.000 lít hay bể ximăng 4.000 lít [3].
Theo Lavens và cs (1996), có hơn 40 loài vi tảo được nuôi như những chủng
thuần khiết trong các hệ thống chuyên sâu được sử dụng làm thức ăn cho nuôi trồng
thủy sản, bao gồm tảo silic, tảo roi, tảo lục và tảo lam [38]. Những loài được sử dụng
nhiều nhất là tảo silic (Skeletonema costatum, Thalassiosirapseudonana,
Chaetoceros gracilis, Chaetoceros calcitrans), tảo roi (Isochrysis galbana,
Tetraselmis suecica, Monochrysis lutheri) và tảo lục Chlorella sp. Trong đó, các loài
tảo silic thường được dùng làm thức ăn cho tôm biển như Chaetoceros gracilis,
Skeletonema costatum; cho cá biển như Chaetoceros gracilis [50].
Trong quá trình phát triển của lĩnh vực sản xuất tôm giống, người ta đã chế
biến ra nhiều loại thức ăn nhân tạo để thay thế một phần hoặc toàn bộ tảo silic. Tuy
nhiên, đến nay tảo silic vẫn được xem là thức ăn tươi sống rất quan trọng của ấu
trùng tôm. Leway và cs (1993) đã nghiên cứu về ảnh hưởng của các nguồn thức ăn
tươi sống và nhân tạo đến sự tăng trưởng, tỉ lệ sống, hoạt động của enzyme tiêu hóa
và thành phần của protein trong cơ thể của tôm he Nhật Bản, kết quả cho thấy: ấu
trùng zoea sử dụng tảo Chaetoceros gracilis và thức ăn nhân tạo có sức tăng trưởng
tương đương nhau, nhưng đến giai đoạn mysis, nếu cho ăn thức ăn nhân tạo thì sẽ
dẫn đến trọng lượng khô và hàm lượng protein trong cơ thể của ấu trùng thấp hơn
so với ấu trùng cho ăn hỗn hợp Chaetocerosvà Artemia [3].
24
Năm 2000, Ying và cs đã nghiên cứu thành phần acid béo và lipid tổng số
của 6 chủng tảo silic (Nitzchia frustrula, Nitzschia closterium, Nitzschia incerta,
Navicula pelliculosa, Phaeodactylum tricornutum, Synedra fragilaroides). Các
chủng được nuôi ở điều kiện xác định và thu hoạch ở cuối pha sinh trưởng [78].
Một số loài tảo silic đã được Tan và cs (1996) đề xướng cho sản xuất EPA
như Nitzschia sp., Navicula sp., Phaeodatylum sp. [68]. Fernández và cs (2010) đã
nghiên cứu sản xuất EPA trong photobioreactor, năng suất tối đa thu được là 30
mg/L/ngày đối với ống đường kính 0,06m và 50 mg/L/ngày đối với ống đường kính
0,03 m [28]. Sheehan và cs (1998) với Chương trình các loài ở nước nhằm sản xuất

sp

.

[22].
Trình tự gen của một số tảo silic cũng đã được giải mã như Thalassiosira
pseudonana [16], Phaeodactylum tricornutum [21] cho phép tác động vào vật chất
di truyền của chúng để nâng cao khả năng sinh lipid. Sheehan và cs (1998) đã phân
25
lập và chuyển thành công acetyl-CoA carboxylase (ACC - enzyme xúc tác cho một
bước quan trọng trong quá trình tổng hợp lipid ở tảo) từ Cyclotella cryptica vào
Navicula saprophila. Gen mã hóa cho enzyme này cũng được phân lập và tạo dòng.
Tuy nhiên, những thí nghiệm chuyển gen ACC vào đã không chứng tỏ được khả
năng làm tăng tích lũy lipid có tăng lên. Điều này gợi ra những giả thuyết rằng chỉ
biểu hiện quá mức gen ACC thôi có thể chưa hiệu quả để tăng cường toàn bộ quá
trình sinh tổng hợp lipid [63]. Ryu và cs (2010) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các
nhiệt độ khác nhau trong điều kiện thiếu Si đến hàm lượng lipid tổng số đối với
Nitzschia frustulum. Chủng được nuôi trong photobioreactor ở hai giai đoạn. Đầu
tiên, các tế bào được nuôi 7 ngày để làm thiếu Si với nhiệt độ 22°C. Sau đó, nuôi
thêm hai ngày ở khoảng nhiệt độ 12-37°C. Sự thay đổi trong hàm lượng lipid tổng
số nuôi ở nhiệt độ được thay đổi giữa 17-32°C là nhỏ, chỉ 15% khối lượng tươi so
với trước khi thay đổi nhiệt độ. Tuy nhiên, nó tăng lên tới 21% đối với các tế bào
sinh trưởng dưới 12°C và giảm mạnh tới 7% ở nhiệt độ cao hơn 37°C [59].
Smith (1852) nghiên cứu tập trung vào cấu trúc, hình thái vỏ của chi Pleurosigma,
định danh các loài, chưa có nhiều nghiên cứu sâu về sinh trưởng, hàm lượng lipid,
thành phần acid béo và các cảm ứng tạo lipid trên các loài trong chi này.
Bảng 1.2. Hàm lượng lipid của một số chủng tảo [15]