Sinh học và kỹ thuật nuôi vi tảo

SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT NUÔI VI TẢO I. Vài đặc điểm sinh học của vi tảo Vi tảo = tảo đơn bào Tảo là lớp thấp nhất trong hệ thực vật: quang hợp! AS 6CO2 + 12H2O  (CH2O)6 + 6H2O + 6O2 Thành 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 C Tăng trưởng quần thể tảo Điểm thu hoạch tối ưu Một số loài tảo quan trọng Hình 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 – 7,5 Ngành: Chlorophyta Lớp: Chlorophyceae Bộ: Chlorococcales Họ: Oocystaceae Giống: Chlorella Beijenrinck, 1890 Chlorella Thành 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 yếu Vitamin: chứa hầu hết các vitamin, vitamin C (0,3-0,6 μm) Chất kháng khuẩn: Chlorellin Chất 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. Dunaliella Dunaliella 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, Ngành: Chlorophyta Lớp: Chlorophyceae Bộ: Volvocales Họ: Dunaliellaceae Giống 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) haìm læåüng carotene âæåüc tãú baìo Dunaliella têch luyî vaì chuïng bao boüc vuìng ngoaûi biãn cuía luûc laûp vç váûy coï thãø hoaût âäüng nhæ mäüt maìng loüc aïnh saïng Haìm læåüng glycerol bãn trong tãú baìo cao coï thãø xem nhæ cháút hoaì tan coï thãø âiãöu hoaì aïp suáút tháøm tháúu Haìm læåüng glycerol vaì  carotene trong tãú baìo taío sinh ra cao nháút khi nuäi trong âiãöu kiãûn báút låüi (glycerol trong näöng âäü muäúi cao) tuy nhiãn nàng suáút taío thu âæåüc cao nháút åí näöng âäü muäúi tháúp hån. Vç váûy, trong âiãöu kiãûn saín xuáút glycerol vaì  carotene nãn chia laìm 2 giai âoaûn: âáöu tiãn nuäi trong âiãöu kiãûn täúi æu âãø saín xuáút læåüng sinh khäúi taío cao nháút sau âoï chuyãøn sang näöng âäü muäúi cao hån, haìm læåüng dinh dæåîng tháúp âãø kêch thêch sæû taûo thaình glycerol vaì 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. - 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 cao Ngành: Cyanophyta Lớp: Nostocales Bộ: Nostocales Họ: Oscillariaceae Giống: Spirulina Tetraselmis  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. Tetraselmis thường di chuyển nhanh theo đường thẳng, cơ thể xoay tròn. Đa số các loài có tính hướng quang Trứng 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: Prasinophyta Lớp: Prasinophyceae Bộ: Pyramymonadales Họ: Platymonadaceae Giống:Tetraselmis Skeletonema Skeletonema 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 Ngành: Bacillariophyta Lớp:Coscinodiscophyceae Bộ: Thalassiosirales Họ:Skeletonemaceae Giống:Skeletonema Chaetoceros  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 trường Nhiệt độ thích hợp nhất là 25-30oC Nồng độ muối:thích hợp 17-25‰. Cường độ ánh sáng:500-10.000 lux. Ngành: Bacillariophyta Lớp:Coscinodiscophyceae Bộ:Chaetocerotales Họ:Chaetocerotaceae Giống:Chaetoceros Isochrysis galbana Là 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 cao khi đưa ra nuôi đại trà ngoài trời thì gặp nhiều khó khăn (bổ sung vitamin, nhiệt độ ổn định). Ngành:Haptophyta Lớp:Prymnesiophyceae Bộ:Isochrysidales Họ: Isocchrysidaceae Giống:Isochrysis galbana Thành 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 tảo 1. Yêu cầu chung trong nuôi tảo Điều kiện môi trường nuôi Môi trường dinh dưỡng nuôi tảo Dụng cụ - phương tiện Kỹ thuật khử trùng và vô trùng 2. Qui trình kỹ thuật nuôi tảo Phân lập Giữ giống Nuôi tăng sinh (nuôi sinh khối) Yêu cầu chung trong nuôi tảo Điều kiện môi trường Nhiệt độ: thích hợp 20-24°C,khoảng chịu đựng 16-35°C Độ mặn: tốt nhất 20-24‰ cho tảo biển Ánh sáng: thích hợp 1.000-10.000 lux, ánh sang nhân tạo tốt nhất là đèn neon với chu kỳ chiếu sáng ≥ 16 giờ/ngày pH: thích hợp 7-9 Sục 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 tảo Môi trường dinh dưỡng Gồm hỗn hợp các chất đa lượng và vi lượng Đa 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 vitamine Một số môi trường dinh dưỡng phổ biến là: Walne, Conway, Liao... Thành phần các chất trong môi trường Walne Hệ thống cung cấp khí Bộ lọc khí (Fox, 1983) Yêu cầu chung trong nuôi tảo Dụng cụ phương tiện Nuôi 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 tảo Khử trùng và vô trùng Vô 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 học Trong 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 giống Có 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 giống Phương pháp pha loãng - Phân lập bằng Pipette mao dẫn - Phân lập trên môi trường dinh dưỡng agar Kỹ thuật nuôi tảo Phương pháp giữ tảo giống Trên môi trường thạch hoặc trong môi trường lỏng Giữ trong ống nghiệm 20ml Giữ trong tủ lạnh 4-10°C có ánh sáng yếu (750-1000 lux), không sục khí Định kỳ cấy chuyền để tránh tảo già Phương pháp giữ và nhân giống tảo Kỹ thuật nuôi tảo Các phương pháp nuôi Nuôi kín – nuôi hở Nuôi trong phòng – nuôi ngoài trời Nuôi từng đợt – nuôi bán liên tục – liên tục Nuôi chung – nuôi riêng Các hệ thống nuôi tảo Các 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 W Các hệ thống nuôi tảo (tt) Thu hoạch và sử dụng tảo Ước đoán tuổi thu hoạch Màu sắc Mật độ Thời gian nuôi Cách thu hoạch Lý học: bơm trực tiếp, lọc, ly tâm Hoá 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 dụng ăn tươi Trử lạnh: 1-2 tuần Đông lạnh: chất bảo quản (cryprotective agent = CPA): methanol (5%) dimethylsulphoxide (5-8%), glycerol, glucose Sấy khô