TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT MÔI TRƯỜNG TĂNG TRƯỞNG TỐI
ƯU VÀ KIỂM TRA ĐỊNH TÍNH LIPID
CỦA VI TẢO TETRASELMIS
Ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Sinh viên thực hiện : CAO HOÀNG SƠN
Giáo viên hướng dẫn : ThS. LÊ THỊ MỸ PHƯỚC
Niên khóa : 2004 - 2009Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2010
Cao Hoàng Sơn
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08
SVTH: Cao Hoàng SơnNgành công nghệ sinh học nông nghiệp
i
MỤC LỤC
Trang
Mục lục ........................................................................................................................... i
Danh mục bảng .................................................................................................................... v
Danh mục hình..................................................................................................................... vi
Danh mục biểu đồ .............................................................................................................. vii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu đề tài...................................................................................... 2
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu chung về tảo ................................................................................ 3
2.1.1. Các dạng cấu trúc cơ thể. ............................................................................. 3
2.1.1.1. Cấu trúc đơn giản............................................................................................ 3
2.1.1.2. Cấu trúc amíp.................................................................................................. 4
2.1.1.3. Cấu trúc palmella ............................................................................................ 4
2.1.1.4. Cấu trúc hạt ..................................................................................................... 4
2.1.5.2. Nhiệt độ ......................................................................................................... 18
2.1.5.3. Độ mặn ........................................................................................................... 18
2.1.5.4. Ảnh hưởng của pH. ......................................................................................... 19
2.1.6. Phân bố .......................................................................................................... 20
2.2. Giới thiệu chung về tảo Tetraselmis ........................................................... 21
2.2.1. Vị trí phân loại ................................................................................................ 21
2.2.2. Đặc điểm sinh học ......................................................................................... 21
2.3. Sơ lược về công nghệ sản xuất đại trà vi tảo .............................................. 24
2.3.1. Lịch sử nghiên cứu ......................................................................................... 24
2.3.2. Các kiểu bể nuôi trồng tảo .............................................................................. 25
2.3.2.1. Hệ thống bể nông (shallowponds) ................................................................. 26
2.3.2.2. Hệ thống bể dài (Rayceways) ........................................................................ 26
2.3.2.3. Hệ thống nghiêng (cascade) .......................................................................... 27
2.3.2.4. Hệ thống bể phản ứng quang sinh dạng ống ................................................. 27
2.3.2.5. Hệ thống bể lên men ...................................................................................... 28
2.3.3. Tách sinh khối .............................................................................................. 28
2.3.3.1. Phương pháp li tâm ........................................................................................ 28
2.3.3.2. Phương pháp lọc ............................................................................................. 29
2.3.3.3 Phương pháp tạo bông .................................................................................... 29
2.3.4. Sấy sinh khối ................................................................................................. 30
2.3.4.1. Phương pháp sấy phun .................................................................................... 30
2.3.4.2. Sấy mặt trời..................................................................................................... 31
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08
SVTH: Cao Hoàng SơnNgành công nghệ sinh học nông nghiệp
iii
4.1. Thí nghiệm 1.................................................................................................. 49
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08
SVTH: Cao Hoàng SơnNgành công nghệ sinh học nông nghiệp
iv
4.1.1. Phương trình đường tuyến tính giữa mật độ và độ hấp thu ..................... 49
4.1.2. Tăng trưởng của tảo tetraselmis trên các môi trường thử nghiệm .......... 50
4.1.3. So sánh tăng trưởng của tảo tetraselmis trên 4 môi trường ..................... 54
4.1.4. Thảo luận ...................................................................................................... 55
4.2. Thí nghiệm 2: Kiểm tra định tính lipid ...................................................... 56
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Kết Luận ....................................................................................................... 58
Đề nghị ........................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt .......................................................................................... 60
Tài liệu tiếng anh .......................................................................................... 60
Tài liệu Internet ............................................................................................ 60
PHỤ LỤC
Phụ lục .......................................................................................................... 62
Bảng 3.7 Thành phần dinh dưỡng môi trường Walne ................................................... 40
Bảng 3.8 Thành phần dinh dưỡng môi trường Walne TM ............................................ 40
Bảng 3.9 Thành phần môi trường TT3 .......................................................................... 41
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08
SVTH: Cao Hoàng SơnNgành công nghệ sinh học nông nghiệp
vi
DANH MỤC HÌNH Trang
Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp
vii
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 4.1 Đường tuyến tính giữa độ hấp thu ánh
sáng và mật độ của tảo Tetraselmis .................................................................................... 49
Biểu đồ 4.2 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên môi trường F/2 ...................... 50
Biểu đồ 4.3 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên môi trường TT3 .................... 51
Biểu đồ 4.4 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên môi trường Walne ................. 52
Biểu đồ 4.5 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis
trên môi trường Walne TM .................................................................................................. 53
Biểu đồ 4.6 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên 4 môi trường ......................... 54 Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08
SVTH: Cao Hoàng SơnNgành công nghệ sinh học nông nghiệp
1
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Tetraselmis hay còn gọi là platymonas, được biết đến đầu tiên là loài vi tảo biển
dùng làm thức ăn có chất lượng cao cho ấu trùng các loài nhuyễn thể như trai, sò,
ngao, hàu,…Ngày nay, tảo Tetraselmis được biết đến như là nguồn lipid tự nhiên, với
hàm lượng lipid khá lớn, rất thuận lợi để sản xuất nhiên liệu sinh học.
Trong bối cảnh hiện nay, cùng với sự phát triển như vũ bão của quá trình công
nghiệp hóa là sự khai thác quá mức những nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là
nguồn nhiên liệu hóa thạch, điều đó đã khiến cho nguồn năng lượng truyền thống (dầu
mỏ, than đá, khí thiên nhiên) ngày càng cạn kiệt. Cụ thể theo thông tin của EU (tháng
1/2007), tiêu thụ năng lượng toàn cầu sẽ tăng lên gấp đôi từ 10 tỉ tấn quy ra dầu / năm
thành 22 tỉ tấn quy ra dầu / năm đến năm 2050. Giáo sư Nghê Duy Đấu, viện sĩ công
trình đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh) cho biết theo bộ năng lượng Mỹ và ủy ban năng
lượng thế giới dự báo nguồn năng lượng hóa thạch không còn nhiều: dầu mỏ còn 39
năm, khí thiên nhiên 60 năm, than đá 111 năm.
Theo Trung tâm năng lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ năng lượng của khu vực
này năm 2002 là 280 triệu tấn và tăng lên 583 triệu tấn vào năm 2020. Indonesia là
nước có nguồn năng lượng hóa thạch lớn nhất trong các nước ASEAN, tuy nhiên hiện
1.2. Mục tiêu đề tài
- khảo sát một số môi trường giúp tăng sinh sinh khối tảo tetraselmis. Nhằm xác định
môi trường tốt nhất để nuôi trồng tảo tetraselmis phục vụ công tác giữ giống, nghiên
cứu loài tảo này trong phòng thí nghiệm và dần tiến xa hơn đến việc nuôi trồng đại trà
với quy mô lớn.
- Xác định định tính lượng lipid có trong tảo tetraselmis. Nhằm tạo tiền đề cho các đề
tài kế tiếp trong việc tạo stress giúp tăng lượng lipid, phục vụ cho đề tài nghiên cứu
cấp nhà nước về chiết xuất dầu từ tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học (bio diesel).
(Phaeophycota)có thể đạt kích thước tương đương với một cây nhỏ. Tuy là những sinh
vật tương đối đơn giản nhưng ngay trong những tế bào nhỏ nhất cũng có thể thấy sự
thể hiện hoàn hảo ở cấp độ tế bào.
Khả năng sinh sản và cấu tạo cơ quan sinh sản rất sai khác. Màu sắc của tảo
cũng không giống nhau, bởi vì ngoài diệp lục, tảo còn mang nhiều loại chất màu và
che khuất diệp lục.
Những tảo đang tồn tại không phải là nhóm cơ thể đồng đều, thống nhất về cơ
thể và nguồn gốc. Hiện nay tảo được xác nhận là tập hợp của một số ngành thực vật
đặc biệt, độc lập về nguồn gốc và tiến hóa. Mỗi một ngành tảo trong hệ thống phân
loại tương ứng với ngành vi khuẩn hay ngành nấm.
Như vậy, từ “tảo” có ý nghĩa sinh học lớn, bao gồm các thực vật bậc thấp có
diệp lục, sống chủ yếu ở trong nước. [3]
2.1.1. Các dạng cấu trúc cơ thể
Cơ thể của tảo rất đa dạng, khác nhau về hình thái và kích thước. chỉ ở tảo nâu
và tảo hồng, cơ quan dinh dưỡng của chúng có cấu trúc phức tạp , còn các ngành tảo
khác cơ thể của chúng rất đơn giản. Trong quá trình của chủng loại phát sinh luôn luôn
có sự lặp lại của những dạng cấu trúc đơn giản, chỉ rõ sự tiến hóa của tảo đi từ đơn
giản đến phức tạp.
2.1.1.1. Cấu trúc đơn giản (mônat) (từ chữ la tinh monas có nghĩa là đơn độc)Có đặc điểm ở chỗ tế bào có roi. Phần lớn tế bào thường có hai roi (ít khi 1 hay
4 hay nhiều hơn) nên có khả năng di chuyển. tế baò có hình trái xoan thuôn, hình quả
lê hay gần như tròn, các dạng khác ít hơn. Tảo có thể là đơn bào hay tập đoàn, được
cấu thành từ một số hay nhiều tế bào hầu như giống nhau về hình dạng và chức phận.
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn
Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp
4
Tế bào hình sợi phần lớn giống nhau hay đôi khi một số (ở gốc hay ở ngọn) tế bào có
hình dạng và cấu tạo riêng biệt.
Hình 2.1.
cấu trúc mônat dạng đơn bào
Vi tảo Phacotus [15]
Hình 2.2.
Cấu trúc dạng hạt
Vi tảo Asterococcus [15]
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn
Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp
5
Nhiều tảo dạng sợi có cấu trúc sợi nằm ngang trên bề
mặt giá thể và từ đó tỏa ra các sợi thẳng đứng (gọi là cấu
trúc dị sợi: heterotrichales:heteros – khác, trichos – lông). [3]
2.1.1.6. Cấu trúc dạng bản
Gồm những tảo có dạng bản hình lá rộng hay
hẹp. chúng được hình thành từ cấu trúc dạng sợi trong
cá thể phát sinh của chúng. ở đây các tế bào phân chia
theo chiều ngang và chiều dọc, kết quả tạo nên dạng
bản. nhiều tảo nâu và tảo hồng ở biển có cấu trúc này.
Tản dạng bản có chiều dày gồm hai lớp tế bào đôi khi hình thành dạng ống. [3]
2.1.1.7. Cấu trúc ống (siphon)
Thường gặp ở một số tảo mà cơ thể dinh dưỡng của chúng chỉ là một tế bào
vôi (CaCO
3
) và có khi bởi lớp ô xít sắt. màng tế bào tảo silic và tảo vàng ánh thường
nhiễm chất silic (SiO
2
.nH
2
O). [3]
2.1.2.2. Chất nguyên sinh
Chất nguyên sinh phủ kín tế bào hay là ở đa số loài nó phân bố thành lớp nằm
sát màng, phần lớn tế bào có một hoặc hai không bào lớn hoặc nhiều không bào nhỏ
hơn với dịch tế bào nối với chất nguyên sinh. Tế bào thường có một hoặc nhiều nhân
trong chất nguyên sinh có những bản chứa chất diệp lục và các chất màu khác mà ở tảo
được gọi là thể màu (chromatophore). [3]
2.1.2.3. Thể màu và chất dự trữ
Thể màu có hình dạng khác nhau như dạng bản, băng xoắn, hình sao, hình
mạng lưới, hình đĩa, hình hạt. thể màu ổn định với những chi riêng rẽ hay với nhóm
phân loại lớn, tăng số lượng bằng cách phân chia.
Trong thể màu có các thể đặc biệt gọi là hạch tạo bột hay pyrenoid thường chỉ
thấy ở đa số tảo và rêu Anthoceros. Đó là những thể protein hình cầu hay hình có góc,
xung quanh sắp xếp các hạt tinh bột hay hydratcacbon. Chất dự trữ của hầu hết tảo lục
là tinh bột dạng hạt xếp xung quanh perynoid hay không trực tiếp trên thể màu, còn ở
tảo khác là hydratcacbon và mỡ. [3]
2.1.2.4. Không bào
Đối với tảo có cấu trúc monas, trong tế bào của chúng chứa đầy chất nguyên
sinh và chứa không bào với dịch tế bào. Với các loài sống ở nước ngọt, trong chất
nguyên sinh ở phần cuối tế bào chứa một hay một vài không bào co bóp, mở ra và bóp
lại theo nhịp điệu. chúng làm nhiệm vụ thải ra ngoài tế bào các sản phẩm không cần
thiết của quá trình trao đổi chất. đồng thời chúng cũng làm chức phận điều chỉnh sự
thẩm thấu đưa ra khỏi tế bào phần nước thừa do ở môi trường nước ngọt, lượng muối
Một đặc điểm phân biệt tảo với các thực vật không có hoa khác là tảo thiếu một
thành đa bào quanh túi bào tử (ngoại trừ túi tinh ở Charophyceae) [3]
2.1.3.1. Sinh sản sinh dưỡng
Sinh sản sinh dưỡng của tảo thực hiện bằng những phần riêng rẽ (đa bào hay
đơn bào) của cơ thể, thường không chuyên hóa về chức phận sinh sản. Tảo đơn bào
sinh sản bằng cách phân chia tế bào. Tảo tập đoàn phân tách thành các tập đoàn nhỏ
hay hình thành tập đoàn mới bên trong tế bào mẹ (Volvocales, Protococcales). Sinh
sản sinh dưỡng của tảo dạng sợi bằng sự tách sợi ra thành các đoạn hay bằng đoạn đứt
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn
Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp
8
ngẫu nhiên của sợi. một số ít tảo tạo thành cơ quan chuyên hóa của sinh sản sinh
dưỡng như hình thành chồi ở Chara. [1], [3]
2.1.3.2. Sinh sản vô tính
Sinh sản vô tính là hình thức sinh sản phổ biến của tảo thực hiện bằng sự hình
thành các bào tử chuyên hóa. Ở đa số tảo, bào tử này chuyển động, có cấu trúc monas,
không có màng tế bào và gọi là động bào tử, phần lớn ít có sai khác nhau, đôi khi có
sai khác chút ít so với tế bào sinh dưỡng.
Động bào tử bơi lội một thời gian ngắn, tạo vỏ bọc và nẩy mầm thành cơ thể
mới.
Ở hàng loạt tảo, bào tử của sinh sản vô tính không chuyển động và được gọi là bào tử
bất động (aplanospore). Tùy theo từng trường hợp mà có những tên gọi khác nhau. [1],
[3]
2.1.3.3. Sinh sản hữu tính
hợp này, giao tử nhỏ chuyển động được gọi là tinh trùng (spermatozoid). Tinh trùng
thụ tinh với noãn cầu (oogone) không chuyển động và có kích thước lớn hơn. Tế bào
tảo, trong đó hình thành tinh trùng gọi là túi tinh (antheridium) còn tế bào chứa noãn
cầu (một hay rất ít khi một vài) gọi là túi noãn (oogonium), ở tảo hồng gọi là
carpogone.
Ngoài ra, ở tảo còn có quá trình sinh sản hữu tính đ ặc biệt theo lối tiếp hợp
(zygonamy). Hai tế bào liên kết với nhau bằng những mấu lồi, không có vách ngăn và
kết hợp chất nguyên sinh, không có roi và không có sự phân hóa bên ngoài thành các
giao tử đực và cái.
Sự kết hợp nhân trong quá trình sinh sản hữu tính làm tăng gấp đôi số lượng
nhiễm sắc thể trong hợp tử. Số lượng nhiễm sắc thể gấp đôi lên gọi là lưỡng bội
(diploid), số lượng nhiễm sắc thể nhỏ hơn hai lần gọi là đơn bội (haploid).
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn
Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp
10
Sự chuyển nhiễm sắc thể từ lưỡng bội sang đơn bội ở thực vật bậc cao tiến hành
trong thời gian phân chia sinh sản trước khi hình thành bào tử. Còn ở thực vật bậc thấp
và ở tảo, sự phân chia giảm nhiễm tiến hành trong các thời gian khác nhau của chu
trình sinh sản của chúng. Ở mỗi loài có sự luân phiên chính xác của thể bào tử
(sporophyte) và thể giao tử (gametophyte) với sự phân chia giảm nhiễm tiến hành như
ở thực vật bậc cao, trước khi hình thành bào tử ra thể bào tử (sporophyte) và từ bào tử
phát triển ra thể giao tử (gametophyte). Ở rất nhiều tảo, sự phân chia nhân lần đầu tiên
trong hợp tử được giảm nhiễm và tất cả chu trình sống của tảo tiến hành trong giai
đoạn đơn bội. hợp tử chỉ là đơn bội và rất khó coi hợp tử là thế hệ. những tảo như vậy
không có sự luân phiên thế hệ mà chỉ có sự luân phiên giai đoạn nhân.
Khi đời sống của tảo tiến hành trong pha lưỡng bội (diploid) và pha đơn bội
(haploid) chỉ có ở giao tử, trước khi hình thành giao tử có sự giảm nhiễm
Nồng độ trong
1L môi trường
C CO
2
, HCO
3
-
, CO
3
, các chất hữu cơ gr
O O
2
, H
2
O, các chất hữu cơ gr
H H
2
O, H
2
S, các chất hữu cơ gr
N
N
2
, NH
4
+
, NO
3
-
, NO
4
.7H
2
O, acid amin gr
Mg Muối của CO
3
2+
, SO
4
2-
, Cl
-
, … gr
Cl Muối của Na
+
, K
+
, Ca
2+
, NH
4
+
, gr
Fe FeCl
3
, Fe(NH
4
)
2
SO
O mg
B H
3
BO
3
mg
Mo Molypdat Na
+
hoặc NH
4+
mg
V Na
3
VO
4
.16H
2
O mg
Sr Muối của SO
4
2-
, Cl
-
mg
Cu Muối của SO
4
, K
+
, Ca
2+
, NH
4
+
mg
Se Na
2
SeO
3
mgCác môi trường dinh dưỡng dùng cho nuôi trồng tảo phải dựa theo nhu cầu dinh
dưỡng của từng loài. Mặc dù vậy, việc xác định chính xác nồng độ của từng yếu tố
dinh dưỡng cho một loài nào đó là rất khó khăn vì nồng độ dinh dưỡng tối ưu phụ
thuộc rất nhiều vào mật độ quần thể, ánh sáng, nhiệt độ và pH môi trường. [1]
2.1.4.1. Dinh dưỡng carbon
- carbon vô cơ
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn
Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp
12
Trong môi trường nước, carbon vô cơ có thể ở dạng H
Cho nên enzyme này là tác nhân điều khiển nồng độ CO
2
, H
+
, HCO
3
-
và CO
3
2-
trong tế bào. Có thể tóm tắt vai trò được giả thiết của CA như sau:
- vận chuyển CO
2
đến lục lạp và trung tâm cacboxyl hóa.
- Cung cấp chất nền cho RiDP- carboxylase thông qua tăng cường quá trình cố
định CO
2
khi tăng ái lực của enzyme cacboxyl hóa đối với CO
2
.
- Giúp CO
2
vượt qua màng lục lạp (giảm trở ngại khuếch tán)
- Là bơm carbonat.
Trong nuôi trồng đại trà vi tảo, giá trị pH cần được giữ ở mức tối ưu cho từng
loài và hạn chế tối đa việc mất mát carbon. Điều này được thực hiện nhờ đưa thêm vào
môi trường CO
2
+ H
2
O
H
2
CO
3
H
+
+ HCO
3
-
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn
Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp
13
tảo chlorella và Scenedesmus. Một ví dụ điển hình của dinh dưỡng carbon hữu cơ là
nguồn acid acetic được cung cấp thường xuyên cho tảo Chlorella sản xuất tại Đài
Loan. Trong trường hợp này acid acetic vừa là nguồn carbon vừa là yếu tố điều chỉnh
pH của môi trường nuôi trồng.[1]
2.1.4.2. Dinh dưỡng nitơ
Nitơ chiếm từ 1- 10 % trọng lượng khô tế bào tảo. Khả năng cố định N
2
chỉ có
ở tảo prokaryotae, trong khi hầu hết tảo có thể sử dụng nitơ dưới dạng NO
3
- không phải tất cả các loài thuộc Cyanobacteria cố định nitơ.
- Cố định ni tơ ở Cyanobacteria được tiến hành trong các cơ thể đơn bào, dạng
sợi, có hoặc không có tế bào dị hình.[1]
N
2
+ 6H
+
+ 6e
-
+ 12Mg ATP 2NH
3
+ 12 MgADP +12Pi
Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn
Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp
14
- Đồng hóa nitrat và nitrit
Ni tơ được hấp thụ dưới dạng oxy hóa như NO
3
-
và NO
2
-
cần phải được khử
trước khi tham gia vào phản ứng với các chất hữu cơ.
Những nghiên cứu mới đây cho thấy ở thực vật và tảo, có hai loại enzyme xúc
tác cho phản ứng khử hoàn toàn nitrat thành amôn:
Phân tử lượng của NiR khoảng 60.000 – 70.000. Nói chung enzyme này rất
giống với NiR ở thực vật bậc cao. [1]
- Đồng hóa amôn
Nhiều loài tảo sử dụng amôn làm nguồn nitơ. Nếu trong môi trường đồng thời
có amôn và nitrat thì tảo sẽ sử dụng hết amôn sau đó mới dùng nitrat. Các tế bào tảo
nuôi trong môi trường thiếu ni tơ là công cụ rất lý tưởng để nghiên cứu hấp thu và
NO
3
-
+ 2e
-
+ Nitrate reductase
NO
2
-
+ 6e
-
+ Nitrite reductase NH
4
+
Copyright: Tài liệu đại học ©