CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẢO 1. Khái niệm về tảo, vi tảo biển Tảo (algae) là những thực vật bậc thấp (thực vật có bào tử, cơ thể không phân chia thành thân, rễ, lá). Trong tế bào (TB) tảo có chứa diệp lục và chúng sống chủ yếu dưới nước.
Vi tảo (microalgae) là tất cả những loại tảo có kích thước hiển vi tức là muốn quan sát được chúng thì phải sử dụng kính hiển vi. Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm 2/3. Vai trò quan trọng của vi tảo thể hiện qua quá trình quang hợp hấp thụ CO2, cung cấp O2 cho các sinh vật khác trên trái đất, khép kín vòng tuần hoàn vật chất và làm tăng tốc độ quay vòng của các chu trình đó [11]. Cơ thể tảo được gọi là tản (thallus) vì thiếu thân, rễ, lá nhưng chúng lại có chlorophyll a sắc tố quang hợp điển hình của thực vật.
Hầu hết tảo sống trong môi trường nước như nước mặn, lợ, ngọt. Tảo có cấu trúc từ đơn bào đến đa bào. Nhìn chung, tế bào tảo có một số đặc điểm cấu trúc tương tự như thực vật bậc cao như có vách ngăn bằng xellulose, có lục lạp và có chlorophyll. Cấu trúc dạng tản thường gặp của tảo gồm cấu trúc mônát, cấu trúc palmella, cấu trúc hạt, cấu trúc sợi, cấu trúc dạng bản, cấu trúc ống.
Tảo có mặt ở khắp nơi trên trái đất, từ đỉnh núi cao cho đến dưới đáy biển sâu, thậm chí ở độ sâu khoảng 200 m dưới biển nếu như nước biển ở đó rất sạch. Những loài tảo sống trong các thủy vực được gọi là tảo phù du (Phytoplankton), những tảo sống bám đáy thủy vực, bám trên các vật sống hay các thành tàu thuyền được gọi là tảo đáy (Phytobentos). Dạng tảo cộng sinh với nấm thành Địa y cũng là dạng phân bố rất rộng rãi và nhiều loài được khai thác làm dược phẩm, nước hoa, phẩm nhuộm và các mục đích kinh tế khác (hiện đã biết hơn 20.000 loài Địa y thuộc 400 chi khác nhau). Phân loại Căn cứ vào màu sắc, sự có mặt của các chất dự trữ, thành phần vỏ, cấu tạo nhân TB người ta có thể chia tảo thành những ngành khác nhau.
Đỗ Thị Ánh Sao 3 Lớp: KS. 11-04 Căn cứ vào màu sắc (thành phần sắc tố), tảo được chia thành 10 ngành khác nhau bao gồm: 1.Tảo lam: Cyanophyta 2.Tảo vàng: Chrysophyta 3.Tảo nâu: Phaeophyta 4.Tảo sillic: Bacillariophya 5.Tảo giáp: Pyrophyta 7.Tảo mắt: Euglenophyta 8.Tảo lục: Chlorophyta 9.Tảo vòng: Charophyta 10.Tảo vàng: Xanhthopy Mặt khác, căn cứ vào sự có mặt của các chất dự trữ, thành phần vỏ, cấu tạo nhân tế bào mà người ta chia tảo thành những ngành sau: 1/ Ngành Tảo lục (Chlorophyta): Các chi Closterium, Coelastrum, Dyctyosphaerium, Scenedesmus, Pediastrum, Staurastrum, Dunaliella, Chlamydomonas, Haematococcus, Tetraselmis, Chlorella,… 2/ Ngành Tảo lông roi lệch (Heterokontophyta): Các chi Melosira, Asterionella, Cymatopleurra, Somphonema, Fragilaria, Stephanodiscus, Navicula, Malomonas, Dinobryon, Peridinium, Isochrysis, Chaetoceros, Phaeodactylum, Skeletonema, Nitzschia. 3/ Ngành Tảo mắt (Euglenophyta): Các chi Phacus, Trachelomonas, Ceratium. 4/ Ngành Tảo đỏ (Rhodophyta): Các chi Porphyridium, Rhodella.
Sinh sản, sinh dưỡng của tảo Nhìn chung tảo có 3 phương thức sinh sản chính là sinh sản sinh dưỡng, sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính. Sinh sản sinh dưỡng: 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 ra thành các tập đoàn nhỏ hay hình thành tập đoàn mới ở bên trong tế bào mẹ của cá thể (Volvocales, Protococcales).
Sinh sản sinh dưỡng của tảo dạng sợi tiến hành bằng cách tách sợi ra thành các đoạn hoặc đoạn đứt ngẫu nhiên của sợi. Sinh sản vô tính: Hình thức sinh sản phổ biến của tảo được thực hiện bằng sự hình thành các bào tử chuyên hóa. Đa số tảo có các bào tử chuyển động, có cấu trúc mônát, không có màng tế bào và được gọi là động bào tử (zoospore). Động bào tử bơi lội một thời gian ngắn, tạo vỏ bọc và nảy mầm thành một cơ thể mới.
Những Đỗ Thị Ánh Sao 4 Lớp: KS. 11-04 bào tử sinh sản vô tính không chuyển động ở hàng loạt tảo gọi là bào tử bất động (aplanospore). Sinh sản hữu tính : Được thực bằng những tế bào chuyên hóa gọi là giao tử và kèm theo quá trình sinh sản hữu tính. Với tảo chưa tiến hóa (Volvocales) quá trình sinh sản hữu tính tiến hành bằng sự kết hợp toàn vẹn của cả cơ thể (hologamy = toàn giao).
Đa số các bào tử sinh sản hữu tính bằng dung hợp hai tế bào trần để tạo thành hợp tử (zygote). Hợp tử được bao phủ màng dày và nhanh chóng nảy mầm (ở nhiều tảo biển) hay là chuyển sang trạng thái nghỉ (chủ yếu ở tảo nước ngọt), sau đó nảy mầm hình thành động bào tử hay trực tiếp hình thành tảo mới. Nếu hai giao tử kết hợp giống nhau về hình dạng và kích thước thì quá trình sinh sản hữu tính gọi là đẳng giao (isogamy). Nếu hai giao tử chuyển động nhưng một giao tử lớn hơn giao tử kia thì gọi quá trình sinh sản hữu tính là dị giao (heterogamy) [10].
Sinh trưởng của tảo Sự sinh trưởng của tảo nuôi trồng trong điều kiện vô trùng được đặc trưng bởi 5 pha [39] được thể hiện ở hình 1. Năm pha sinh trưởng của vi tảo +/ Pha chậm hoặc cảm ứng (1): Tảo sinh trưởng chậm, mật độ TB tăng ít do phải thích nghi dần với môi trường sống mới. +/ Pha sinh trưởng theo hàm số mũ (2): Ở pha này mật độ TB tăng nhanh. Đỗ Thị Ánh Sao 5 Lớp: KS.
11-04 +/ Pha giảm tốc độ sinh trưởng (3): Sự phân chia TB sẽ chậm lại khi các chất dinh dưỡng, ánh sáng, độ pH, CO2 hoặc các yếu tố lý hóa khác bắt đầu hạn chế sự sinh trưởng. +/ Pha ổn định (4): Mật độ TB tương đối ổn định, không thay đổi do các yếu tố hạn chế và tốc độ sinh trưởng ở trạng thái cân bằng. +/ Pha tàn lụi (5): Chất lượng môi trường trở nên xấu đi, các chất dinh dưỡng suy kiệt tới mức không thể duy trì được sự sinh trưởng. Mật độ TB giảm mạnh.
Vai trò của vi tảo Vi tảo có vai trò rất quan trọng trong tự nhiên và trong đời sống của con người. Trong các thuỷ vực tảo cung cấp oxy và là mắt xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn của thủy vực, cung cấp hầu hết thức ăn sơ cấp cho cá cũng như các động vật thuỷ hải sản khác. Nhiều loại tảo biển còn được khai thác để sản xuất agar, alginate, sản phẩm giàu iot, làm phân bón. Nhiều tảo đơn bào được nuôi trồng công nghiệp để tạo ra những nguồn thức ăn cho ngành nuôi trồng thủy sản hay thực phẩm chức năng bổ dưỡng giàu protein, vitamin và khoáng dùng cho người.
Tảo còn được sử dụng trong xử lí ô nhiễm môi trường, làm phân bón, góp phần giảm nhẹ sự biến đổi khí hậu toàn cầu (sử dụng tảo để giảm thiểu hiệu ứng nhà kính), góp phần trong việc giải quyết vấn đề an ninh năng lượng (sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo). Tuy nhiên, ứng dụng phổ biến nhất hiện nay của vi tảo là làm thức ăn trong nuôi trồng thuỷ sản và tách chiết những chất có hoạt tính sinh học có thể thương mại hóa được. Vai trò của vi tảo được thể hiện qua 7 lĩnh vực sau: +/ Thực phẩm cho con người và động vật Hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng vi tảo vào làm thực phẩm chức năng cho con người ngày càng được chú trọng hơn. Việc sử dụng vi tảo làm nguồn protein đơn bào đã được nghiên cứu và sản xuất từ rất lâu.
Spirulina đã được sử dụng cách đây cả thế kỷ, sinh khối tảo Chlrella đã được đóng viên và sử dụng như một loại thức ăn bổ dưỡng, tảo khô Spirulina. Vi tảo có hàm lượng protein cao, trung bình từ 50 - 60% trọng lượng khô [10]. Protein là một hợp chất dinh dưỡng rất quan trọng đối với con người cũng như các sinh vật sống. Bất kỳ một protein đơn bào nào trước khi trở thành thức ăn cho con người cũng đều trải qua thử nghiệm.
Ví dụ: Sinh khối tảo Spirulina đã được Đỗ Thị Ánh Sao 6 Lớp: KS. Trong những năm gần đây về sử dụng tảo nói chung và vi tảo nói riêng làm nguồn dinh dưỡng cho con người đã thu hút sự quan tâm của những nhà khoa học, nhà sản xuất và người tiêu dùng. Ví dụ như hàm lượng protein trong tảo Spirulina vào loại cao nhất trong các thực phẩm hiện nay (chiếm đến 60 - 70% sinh khối khô của tảo, cao hơn trong thịt bò 3 lần, đậu tương 2 lần). Cứ 1 kg tảo xoắn Spirulina chứa 55 mg vitamin (VTM) B1, 40 mg VTM B2, 3 mg VTM B6, 2 mg VTM B12, 113 mg VTM PP, 190 mg VTM E, 4000 mg carotenoit trong đó β-caroten khoảng 1700 mg (cao hơn 1000 lần so với hàm lượng này ở cà rốt), 0,5 mg axít folic, axít linolenic 13,784 mg, axít γ-linolenic là 11,980 mg.
Hàm lượng chất khoáng chiếm khá cao, sắt là 580 - 646 mg/kg, canxi, kali, photpho đều khoảng 1000 - 3000 mg/kg (cao hơn hàm lượng canxi trong sữa là 500%) [58]. Sinh khối tảo có giá trị dinh dưỡng cao và không có độc tố. Tuy nhiên cho đến nay việc sử dụng tảo làm nguồn thực phẩm đang còn nhiều hạn chế vì giá thành cao thử nghiệm dinh dưỡng chưa đủ thuyết phục, do thiếu cơ chế kiểm tra chất lượng thường xuyên và thói quen dùng loại thức ăn truyền thống của người tiêu dùng. Trong tương lai vi tảo hứa hẹn sẽ là một nguồn thực phẩm sử dụng phổ biến trong mọi gia đình.
Các kết quả nghiên cứu về việc thử nghiệm bổ sung sinh khối tảo vào trong khẩu phần thức ăn cho các loại gia cầm đã cho thấy một triển vọng rất tốt cho việc sử dụng sinh khối vi tảo trong chăn nuôi các loại gia cầm khác nhau. Những vi tảo thường được sử dụng là Chlorella, Spirulina, Oocystis, Scenedesmus, Micractinium. Trong hơn 20 năm qua, huyền phù tảo Cholrella đã được làm đồ uống cho gia súc có sừng ở một số nước thuộc SNG. Việc đưa sinh khối tảo như Cholrella, Scenedesmus, Spirulina vào khẩu phần thức ăn của gà với tỉ lệ 7,5 - 10% là giải pháp có lợi về kinh tế.
Những thí nghiệm gần đây cho thấy việc bổ sung tảo tươi vào khẩu phần thức ăn của gà mái đẻ giúp tăng tỷ lệ đẻ và hàm lượng VTM A Đỗ Thị Ánh Sao 7 Lớp: KS. Do đó, việc ứng dụng vi tảo vào ngành chăn nuôi đang được coi là một hướng đi đầy tiềm năng và có triển vọng nhất.