Sinh học - Sinh học và kỹ thuật nuôi vi tảo

SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT NUÔI VI TẢOI. Vài đặc điểm sinh học của vi tảo Vi tảo = tảo đơn bàoTảo là lớp thấp nhất trong hệ thực vật: quang hợp! AS 6CO2 + 12H2O  (CH2O)6 + 6H2O + 6O2Thành phần sinh hoá của tảo: giàu dinh dưỡng + Protein + HUFA (axit béo cao phân tử không no): đặc biệt quan trọng đối với ấu trùng tôm cá biển + Vitamine CTăng trưởng quần thể tảo12345 Thời gianMật độ tảoGiai đoạn đầuGiai đoạn tăng trưởng nhanhGiai đoạn tăng trưởng chậmGiai đoạn quân bìnhGiai đoạn suy tànĐiểm thu hoạch tối ưuMột số loài tảo quan trọngHình dạng: tảo đơn bào, hình cầu, không có tiêm mao, không có khả năng di chuyển chủ động. Màng tế bào có vách cellulose bao bọc Kích thước 2-5 μm Ðộ mặn 0-35 ppt (thích hợp 10-20 ppt)Nhiệt độ: 10-35 oC (thích hợp 25-35 oC)Ánh sáng: 4.000-30.000 lux pH: 6,5 – 7,5Hình 1: Tảo Chlorella Ngành: ChlorophytaLớp: ChlorophyceaeBộ: ChlorococcalesHọ: OocystaceaeGiống: Chlorella Beijenrinck, 1890ChlorellaThành phần dinh dưỡng Bột đường: 20-30 % Chất béo: 10-20 % với đa số các acd béo không no Đạm: 50 % chứa hầu hết acid amin thiết yếuVitamin: chứa hầu hết các vitamin, vitamin C (0,3-0,6 μm)Chất kháng khuẩn: ChlorellinChất tăng trưởng CGF (Chlorella growth factor) Thành phần dinh dưỡng phụ thuộc vào sự có mặt của nitơ trong môi trường. Môi trường thiếu đạm, hàm lượng đạm trong Chlorella giảm, carbohydrate tăng lên.DunaliellaDunaliella là tảo lục đơn bào, hai roi có chiều dài bằng nhau, không có màng cellulose. Hình dạng: đa dạng có hình cầu, hình oval, hình phểu, hình elip, hình trứng, hình quả lê và thay đổi theo điều kiện môi trường Kích thước tế bào thay đổi theo điều kiện nuôi và cường độ ánh sáng, thông thường từ 9-11m. Có tính hướng quang, Hình 3: Tảo Dunaliella Ngành: ChlorophytaLớp: ChlorophyceaeBộ: VolvocalesHọ: DunaliellaceaeGiống Dunaliella Teodorescco, 1904 +Điều kiện môi trường: - Nhiệt độ: -35oC đến 40oC (thích hợp 20oC đến 40oC) - Nồng độ muối:2-59 ppt (thích hợp 20-23 ppt) - pH: 1-11 phụ thuộc loài (D.tertiolecta: 7-8) + Thành phần dinh dưỡng - Đạm: 50%.Đạm giảm xuống còn 25% trong trường hợp thiếu đạm - Đường: 20%, sẽ tăng lên đến 50% trong môi trường thiếu đạm - chất béo: 8%. - Hàm lượng carotene cao có khi lên đến 14% trọng lượng khô của tế bào giúp Dunaliella có thể chống lại cường độ ánh sáng cao - Hàm lượng glycerol cao giúp Dunaliella tồn tại trong môi trường có nồng độ muối cao.Dunaliella (tt)hàm lượng carotene được tế bào Dunaliella tích luỹ và chúng bao bọc vùng ngoại biên của lục lạp vì vậy có thể hoạt động như một màng lọc ánh sáng Hàm lượng glycerol bên trong tế bào cao có thể xem như chất hoà tan có thể điều hoà áp suất thẩm thấuHàm lượng glycerol và  carotene trong tế bào tảo sinh ra cao nhất khi nuôi trong điều kiện bất lợi (glycerol trong nồng độ muối cao) tuy nhiên năng suất tảo thu được cao nhất ở nồng độ muối thấp hơn. Vì vậy, trong điều kiện sản xuất glycerol và  carotene nên chia làm 2 giai đoạn: đầu tiên nuôi trong điều kiện tối ưu để sản xuất lượng sinh khối tảo cao nhất sau đó chuyển sang nồng độ muối cao hơn, hàm lượng dinh dưỡng thấp để kích thích sự tạo thành glycerol và carotene.Spirulina Spirulina là tảo lam, đa bào, dạng sợi có hình xoắn (môi trường lỏng), hình trôn ốc (môi trường đặc). Đường kính tế bào từ 1-12m. Chiều dài chiều dài chuỗi có thể đến 110m. Hình 4: Spirulina - Điều kiện môi trường: + Nồng độ muối: 0-70ppt + pH: thích hợp 8,3 –11 + Nhiệt độ: 12-40oC (thích hợp 35-37 oC)- Thành phần dinh dưỡng: +Đạm: 50 đến 70% , +Chất béo: 16,6% +Đường: 15 %. + Hàm lượng caroten caoNgành: CyanophytaLớp: NostocalesBộ: NostocalesHọ: OscillariaceaeGiống: SpirulinaTetraselmis Tetraselmis là tảo lục, đơn bào với 4 roi có chiều dài bằng nhau, có khả năng di chuyển Kích thước tế bào:10-50m. Sinh sản bằng cách nhân đôi. Hai tế bào con mang đầy đủ roi trước khi tách khỏi vỏ. Hình 5: Tetraselmis Tetraselmis thường di chuyển nhanh theo đường thẳng, cơ thể xoay tròn. Đa số các loài có tính hướng quangTrứng nghỉ (4 tb con) hình thành trong điều kiện môi trường bất lợi (thiếu dinh dưỡng kéo dài 6-8 tuần hoặc pH 9).Ngành: PrasinophytaLớp: PrasinophyceaeBộ: PyramymonadalesHọ: PlatymonadaceaeGiống:TetraselmisSkeletonemaSkeletonema costatum là tảo khuê dạng chuỗi (4-15m). Tế bào có vỏ silic.Khi phân chia tế bào, kích cỡ tế bào giảm dần  7m bào tử có kích cỡ rất to chuỗi tế bào sẽ được hình thành trở lại. Điều kiện môi trường +Nhiệt độ: 3-34oC (thích hợp là 25-27oC). +Độ mặn 15-34 ‰, tốt nhất là 25-29 ‰. +Cường độ ánh sáng: 500-10.000 lux Hình 6: S.costatum Ngành: BacillariophytaLớp:CoscinodiscophyceaeBộ: ThalassiosiralesHọ:SkeletonemaceaeGiống:SkeletonemaChaetoceros C. cancitrans và C. gracilis là tảo những tế bào tảo khuê trung tâm đơn bào có hình vuông hoặc chữ nhật Kích thước tế bào 5-7 m Điều kiện môi trườngNhiệt độ thích hợp nhất là 25-30oCNồng độ muối:thích hợp 17-25‰. Cường độ ánh sáng:500-10.000 lux. Hình 7: C. calcitrans Ngành: BacillariophytaLớp:CoscinodiscophyceaeBộ:ChaetocerotalesHọ:ChaetocerotaceaeGiống:ChaetocerosIsochrysis galbanaLà tảo thuộc ngành tảo vàng ánh, có 2 roi, có khả năng di chuyển kích thước 3-5m giá trị dinh dưỡng cao. Hàm lượng DHA caokhi đưa ra nuôi đại trà ngoài trời thì gặp nhiều khó khăn (bổ sung vitamin, nhiệt độ ổn định). Hình 8: Isochrysis galbanaNgành:HaptophytaLớp:PrymnesiophyceaeBộ:IsochrysidalesHọ: IsocchrysidaceaeGiống:Isochrysis galbanaThành phần sinh hóa của tảo Thành phần sinh hóa của tảo (tt)Khả năng hạn chế sự phát triển của Vibrio (Nanvier, 1999)Kỹ thuật nuôi vi tảo1. Yêu cầu chung trong nuôi tảoĐiều kiện môi trường nuôiMôi trường dinh dưỡng nuôi tảoDụng cụ - phương tiệnKỹ thuật khử trùng và vô trùng2. Qui trình kỹ thuật nuôi tảoPhân lậpGiữ giốngNuôi tăng sinh (nuôi sinh khối)Yêu cầu chung trong nuôi tảoĐiều kiện môi trườngNhiệt độ: thích hợp 20-24°C,khoảng chịu đựng 16-35°CĐộ mặn: tốt nhất 20-24‰ cho tảo biểnÁnh sáng: thích hợp 1.000-10.000 lux, ánh sang nhân tạo tốt nhất là đèn neon với chu kỳ chiếu sáng ≥ 16 giờ/ngàypH: thích hợp 7-9Sục khí giúp: * Tảo lơ lửng * Tiếp xúc đều với ánh sáng và dinh dưỡng * Ổn định nhiệt độ * Cung cấp CO2 và O2 Yêu cầu chung trong nuôi tảoMôi trường dinh dưỡngGồm hỗn hợp các chất đa lượng và vi lượngĐa lượng gồm các chất vô cơ như Nitrate, Phosphore và Silicate (đối với tảo khuê)Vi lượng gồm các muối kim loại và có thể cả hỗn hợp vitamineMột số môi trường dinh dưỡng phổ biến là: Walne, Conway, Liao... Thành phần các chất trong môi trường WalneHệ thống cung cấp khíBộ lọc khí (Fox, 1983)Yêu cầu chung trong nuôi tảoDụng cụ phương tiệnNuôi tảo có thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm, trong trại với mái che trong suốt hay ngoài trời. Phòng thí nghiệm nên được trang bị với hệ thống đèn Neon, giá đỡ, máy điều hoà nhiệt độ và một số máy khử trùng (UV, Ozone). Các dụng cụ và bể nuôi tảo có thể có nhiều dạng, kích cỡ và vật liệu khác nhau như ống nghiệm, bình tam giác, keo lớn (cho nuôi tảo trong phòng thí nghiệm), thùng hay bể 200 lít-10m3. Các bể có thể bằng ximăng hay composite. Các túi nhựa cũng được dùng nuôi tảo rất tốt.Hệ thống thổi khí cũng rất cần thiết trong nuôi tảo nhằm đảm bảo tảo nuôi được sục khí liên tục. Yêu cầu chung trong nuôi tảoKhử trùng và vô trùngVô trùng là một trong những khâu rất quan trọng trong nuôi tảo, đặc biệt là tảo giống nhằm tránh tảo bị nhiễm tạp. Các dụng cụ và phương pháp cũng tương tự như kỹ thuật vô trùng trong phòng thí nghiệm vi sinh hay phòng thí nghiệm bệnh họcTrong phương pháp khử trùng dụng cụ phòng thí nghiệm như ống nghiệm, bình tam giác, keo thuỷ tinh, que cấy... cần được khử trùng bằng cách cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 180°C trong 2 giờ (Khử trùng khô)Nước nuôi tảo với thể tích nhỏ có thể được khử trùng bằng cách cho vào tủ hấp tiệt trùng (Autoclave) với nhiệt độ 120°C và áp suất 20 psi. Thời gian hấp là 15 phút đối với thể tích nhỏ hơn 1 lít hay 20-45 phút với thể tích lớn 10-20 lít. (khử trùng ướt)Đối với thể tích lớn, trước khi sử dụng cần xử lý nước bằng hoá chất như Chlorine với liều lượng 1-2ppm. Nếu có điều kiện nên xử lý nước bằng đèn cực tím (UV). (Xử lý nước) Kỹ thuật nuôi tảo Phân lập tảo giốngCó 3 phương pháp phân lập tảo như sau Phương pháp pha loãng Phân lập bằng Pipette mao dẫn Phân lập trên môi trường dinh dưỡng agar Ngoài ra, việc phân lập tảo còn có thể áp dụng phương pháp như dùng kháng sinh, phương pháp chiếu sáng để tách những loài tảo có tính hướng quang và có khả năng di động. Phân lập tảo giốngPhương pháp pha loãnggiọt mẫuPha loãng lần thứ haiPha loãng lần thứ nhấtPha loãng lần thứ ba- Phân lập bằng Pipette mao dẫnĐĩa petriGiọt mẫuAgar dinh duỡng- Phân lập trên môi trường dinh dưỡng agar Kỹ thuật nuôi tảo Phương pháp giữ tảo giốngTrên môi trường thạch hoặc trong môi trường lỏngGiữ trong ống nghiệm 20mlGiữ trong tủ lạnh 4-10°C có ánh sáng yếu (750-1000 lux), không sục khíĐịnh kỳ cấy chuyền để tránh tảo giàPhương pháp giữ và nhân giống tảoKỹ thuật nuôi tảoCác phương pháp nuôiNuôi kín – nuôi hởNuôi trong phòng – nuôi ngoài trờiNuôi từng đợt – nuôi bán liên tục – liên tụcNuôi chung – nuôi riêngCác hệ thống nuôi tảoCác hệ thống nuôi tảo (tt)Sơ đồ hệ thống nuôi tảo liên tục(1)Bể chứa nước biển có dinh dưỡng (4) Điện trở phụ thuộc vào ánh sáng(2) Máy bơm (5) Bộ lọc (0,45 µm)(3) Rơle cảm ứng (6) Bể nuôi tảo (40L) (7) 6 bóng đèn huỳnh quang 80 WCác hệ thống nuôi tảo (tt)Thu hoạch và sử dụng tảoƯớc đoán tuổi thu hoạchMàu sắcMật độThời gian nuôi Cách thu hoạchLý học: bơm trực tiếp, lọc, ly tâmHoá học: Al2(SO4)3 nồngđộ 150 ppm: tảo nổi trên bề mặt hoặc FeCl3, NaOH: tảo kết tủa kích thước, tính chất không thích hợp cho các loài ăn lơ lửng Bảo quản - sử dụngăn tươiTrử lạnh: 1-2 tuầnĐông lạnh: chất bảo quản (cryprotective agent = CPA): methanol (5%) dimethylsulphoxide (5-8%), glycerol, glucoseSấy khô