Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa Công Nghệ Sinh Học Về Tảo Schizochytrium

Nghiên cứu vòng đời của vi tảo biển dị dưỡng Schizochytrium mangrovei PQ6, khám phá tiềm năng ứng dụng trong sinh học và công nghiệp.

• Tác giả: Đỗ Thị Ánh Sao
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Diễm Hồng
• Trường học: Viện Đại học Mở Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Về Tảo Schizochytrium
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• Danh Mục Hình
• Danh Mục Bảng
• Danh Mục Các Từ Viết Tắt
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẢO
• 1.1.1. Khái niệm về tảo, vi tảo biển
• 1.1.2. Sinh sản, sinh dưỡng của tảo
• 1.1.3. Sinh trưởng của tảo
• 1.1.4. Vai trò của vi tảo
• 1.2. Giới thiệu chung về chi vi tảo biển Schizochytrium
• 1.2.1. Vị trí, phân loại của Schizochytrium
• 1.2.2. Chu trình sống của Schizochytrium
• 1.2.3. Tình hình nghiên cứu Schizochytrium
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.3.1. Vật liệu và hóa chất
• 1.3.2. Thiết bị, dụng cụ
• 1.3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.3.4. Chuẩn bị tế bào tảo S. mangrovei PQ6 để quan sát vòng đời
• 1.3.5. Các bước tiến hành. Xử lý số liệu
• 1.3.6. Ảnh hưởng của tuổi khuẩn lạc lên sự phát sinh hình thái tế bào tảo Schizochytrium mangrovei PQ6
• 1.3.7. Khảo sát chế độ nuôi lên sự phát sinh hình thái tảo Schizochytrium mangrovei PQ6
• 1.4. Các dạng tế bào trong chu trình sống của Schizochytrium mangrovei PQ6
• 1.4.1. Các kiểu phân chia tế bào trong chu trình sống của Schizochytrium mangrovei PQ6
• 1.4.2. Các kiểu phân chia tế bào. Nhận dạng một số kiểu phân chia tế bào dựa vào kích thước tế bào
• 1.4.3. Nhận dạng một số kiểu phân chia tế bào dựa vào sự phân bố không gian của tế bào
• 1.4.4. Vòng đời của tảo Schizochytrium mangrovei PQ6
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tảo Schizochytrium Nghiên Cứu Khoa Học

Giới thiệu tổng quan về Tảo Schizochytrium, một chi vi tảo biển dị dưỡng thuộc họ Thraustochytrid, giới Stramenophile. Loài tảo này được biết đến như một nguồn tiềm năng cho sản xuất thương mại DHA. Nó cũng được ứng dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy hải sản, làm giàu luân trùng và Artemia cung cấp thức ăn cho ấu trùng tôm cá. Sinh khối của chúng cũng được sử dụng làm thức ăn cho gà mái đẻ ra trứng giàu DHA. Ở Việt Nam, các chủng vi tảo của chi này cũng đã được phân lập và nuôi cấy thành công trong các hệ thống nuôi khác nhau. Theo tài liệu gốc, hàm lượng lipid của Schizochytrium có thể chiếm trên 70% sinh khối khô. Việc nghiên cứu và ứng dụng Schizochytrium mang lại tiềm năng lớn cho ngành công nghiệp thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.

1.1. Giới thiệu chi tiết về Tảo Schizochytrium

Schizochytrium là một chi vi tảo biển dị dưỡng, thuộc họ Thraustochytrid. Chi này nổi tiếng với khả năng sản xuất DHA (axit docosahexaenoic), một loại axit béo omega-3 quan trọng cho sức khỏe con người và động vật. Tảo Schizochytrium có cấu trúc tế bào đặc biệt và khả năng thích nghi với nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Schizochytrium có thể phát triển nhanh chóng và tích lũy lượng lớn lipid, làm cho nó trở thành một nguồn DHA tiềm năng. Nghiên cứu sâu hơn về chi tảo này sẽ mở ra nhiều ứng dụng trong công nghiệp và y học.

1.2. Ứng dụng Schizochytrium trong Công Nghệ Sinh Học

Schizochytrium được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sinh học, đặc biệt trong sản xuất DHA quy mô công nghiệp. Quá trình nuôi trồng Schizochytrium được tối ưu hóa để đạt năng suất cao và giảm chi phí sản xuất. Lipid chiết xuất từ tảo Schizochytrium được sử dụng trong thực phẩm chức năng, thức ăn chăn nuôi và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe. Ngoài ra, sinh khối tảo Schizochytrium còn có thể được sử dụng trong sản xuất biodiesel. Công nghệ sinh học liên quan đến Schizochytrium đang ngày càng phát triển, mang lại nhiều lợi ích kinh tế và sức khỏe.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Nuôi Trồng Tảo Schizochytrium

Nghiên cứu và nuôi trồng Tảo Schizochytrium đối mặt với một số thách thức. Một trong số đó là tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy để tăng sinh khối tảo và hàm lượng DHA. Các yếu tố như ảnh hưởng của ánh sáng, ảnh hưởng của nhiệt độ, và ảnh hưởng của dinh dưỡng cần được kiểm soát chặt chẽ. Bên cạnh đó, cần phát triển các phương pháp chiết xuất DHA hiệu quả và bền vững. Các nghiên cứu về di truyền học phân tử và chu trình sống của Schizochytrium còn nhiều hạn chế. Giải quyết những thách thức này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và tính khả thi của việc sản xuất DHA từ tảo Schizochytrium.

2.1. Ảnh hưởng của dinh dưỡng đến sinh khối và DHA

Dinh dưỡng đóng vai trò then chốt trong việc quyết định sinh khối và hàm lượng DHA của tảo Schizochytrium. Tỷ lệ carbon và nitrogen trong môi trường nuôi cấy cần được điều chỉnh để tối ưu hóa sự phát triển của tảo. Việc bổ sung các chất dinh dưỡng đặc biệt, như glycerol và glutamate, có thể tăng cường sản xuất lipid và DHA. Ngoài ra, các yếu tố vi lượng và vitamin cũng cần được cung cấp đầy đủ. Nghiên cứu về ảnh hưởng của dinh dưỡng đến sinh khối tảo và DHA là rất quan trọng để phát triển các phương pháp nuôi trồng hiệu quả.

2.2. Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy cho Schizochytrium

Để tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy cho tảo Schizochytrium, cần kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như nhiệt độ, độ pH, độ mặn và nồng độ oxy hòa tan. Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của tảo Schizochytrium thường nằm trong khoảng 25-30°C. Độ pH cần được duy trì ở mức trung tính hoặc hơi kiềm. Việc cung cấp đủ oxy hòa tan là rất quan trọng để đảm bảo quá trình hô hấp và sản xuất lipid của tảo. Các nghiên cứu về tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy sẽ giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất DHA từ tảo Schizochytrium.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Vòng Đời Tảo Schizochytrium

Nghiên cứu về vòng đời của tảo Schizochytrium là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về quá trình sinh sản và phát triển của loài tảo này. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm quan sát hình thái tế bào dưới kính hiển vi, phân tích di truyền, và theo dõi sự thay đổi trong sinh khối tảo và hàm lượng lipid theo thời gian. Việc xác định các giai đoạn trong chu trình sống của Schizochytrium sẽ giúp tối ưu hóa quy trình nuôi cấy và cải thiện năng suất sản xuất DHA. Nghiên cứu này cũng có thể cung cấp thông tin quan trọng cho việc phân loại và bảo tồn các chủng tảo Schizochytrium khác nhau.

3.1. Quan sát hình thái tế bào và phân chia tế bào

Việc quan sát hình thái tế bào và phân chia tế bào của tảo Schizochytrium dưới kính hiển vi là một phương pháp quan trọng để nghiên cứu vòng đời của tảo. Các giai đoạn phân chia tế bào, như nguyên phân và giảm phân, có thể được xác định dựa trên cấu trúc và sự thay đổi của nhiễm sắc thể. Kích thước tế bào và hình dạng của các tế bào con cũng có thể cung cấp thông tin quan trọng về chu trình sống của tảo. Việc sử dụng các kỹ thuật nhuộm màu và hình ảnh tiên tiến có thể cải thiện độ chính xác của quan sát.

3.2. Phân tích di truyền và hệ gen của Schizochytrium

Phân tích di truyền và hệ gen của tảo Schizochytrium có thể cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc gen và chức năng của các gen liên quan đến sản xuất lipid và DHA. Các kỹ thuật như giải trình tự gen, PCR và phân tích đa hình đơn nucleotide (SNP) có thể được sử dụng để xác định các gen quan trọng và các biến thể di truyền. Thông tin này có thể được sử dụng để cải thiện năng suất và chất lượng DHA thông qua các phương pháp chọn giống và công nghệ di truyền.

IV. Ứng Dụng DHA Từ Tảo Schizochytrium Tiềm Năng Lớn

DHA chiết xuất từ tảo Schizochytrium có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Trong ngành thực phẩm, DHA được sử dụng làm thành phần bổ sung trong thực phẩm chức năng và thực phẩm tăng cường sức khỏe. Trong ngành thức ăn chăn nuôi, DHA giúp cải thiện chất lượng thịt và trứng. DHA cũng có vai trò quan trọng trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe và y tế. Do nhu cầu ngày càng tăng về DHA, tảo Schizochytrium đang trở thành một nguồn cung cấp DHA thay thế quan trọng và bền vững so với các nguồn truyền thống như dầu cá.

4.1. Ứng dụng trong thực phẩm chức năng và thực phẩm bổ sung

DHA từ tảo Schizochytrium được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng và thực phẩm bổ sung do những lợi ích sức khỏe đã được chứng minh. DHA có vai trò quan trọng trong phát triển não bộ và thị lực ở trẻ em, cũng như duy trì chức năng não bộ ở người lớn. Nó cũng có tác dụng bảo vệ tim mạch và giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính. DHA từ tảo Schizochytrium là một lựa chọn tốt cho người ăn chay và những người muốn tránh tiêu thụ dầu cá.

4.2. Ứng dụng trong thức ăn chăn nuôi Cải thiện chất lượng sản phẩm

Bổ sung DHA từ tảo Schizochytrium vào thức ăn chăn nuôi có thể cải thiện chất lượng thịt và trứng. DHA có thể tăng hàm lượng omega-3 trong thịt gà, thịt lợn và trứng gà, làm cho chúng trở nên giàu dinh dưỡng hơn và có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng. Ngoài ra, DHA cũng có thể cải thiện khả năng sinh sản và sức khỏe của vật nuôi. Việc sử dụng tảo Schizochytrium trong thức ăn chăn nuôi là một cách hiệu quả để tăng cường giá trị dinh dưỡng của sản phẩm động vật.

V. Kinh Tế Học Nuôi Trồng Tảo Schizochytrium Đánh Giá

Kinh tế học nuôi trồng tảo Schizochytrium là một yếu tố quan trọng để đánh giá tính khả thi của việc sản xuất DHA quy mô công nghiệp. Các yếu tố cần xem xét bao gồm chi phí nuôi cấy, chi phí chiết xuất DHA, và giá trị thị trường của DHA. Việc tối ưu hóa quy trình nuôi cấy Schizochytrium quy mô công nghiệp, cải thiện năng suất và giảm chi phí sản xuất là rất quan trọng để đảm bảo tính cạnh tranh của sản phẩm DHA từ tảo Schizochytrium. Cần có các nghiên cứu chi tiết về kinh tế học để đánh giá tiềm năng thị trường và lợi nhuận của việc nuôi trồng tảo Schizochytrium.

5.1. Phân tích chi phí nuôi cấy và chiết xuất DHA

Phân tích chi phí nuôi cấy và chiết xuất DHA từ tảo Schizochytrium là rất quan trọng để đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế của quy trình sản xuất. Chi phí nuôi cấy bao gồm chi phí môi trường, chi phí năng lượng, và chi phí nhân công. Chi phí chiết xuất DHA bao gồm chi phí dung môi, chi phí thiết bị, và chi phí xử lý chất thải. Việc sử dụng các phương pháp nuôi cấy và chiết xuất hiệu quả có thể giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận.

5.2. Đánh giá hiệu quả và tiềm năng thị trường của DHA

Đánh giá hiệu quả và tiềm năng thị trường của DHA từ tảo Schizochytrium là rất quan trọng để đưa ra quyết định đầu tư và phát triển sản phẩm. DHA có giá trị dinh dưỡng cao và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, tạo ra một thị trường tiềm năng lớn. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu thị trường chi tiết để xác định nhu cầu thực tế và khả năng cạnh tranh của sản phẩm DHA từ tảo Schizochytrium.

VI. Kết Luận Tương Lai Nghiên Cứu Về Tảo Schizochytrium

Khóa luận tốt nghiệp này đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về Tảo Schizochytrium, từ đặc điểm sinh học, phương pháp nuôi trồng, đến ứng dụng và tiềm năng kinh tế. Nghiên cứu về tảo Schizochytrium vẫn còn nhiều hướng phát triển trong tương lai. Cần có các nghiên cứu sâu hơn về di truyền học phân tử, tối ưu hóa quy trình nuôi cấy, và phát triển các phương pháp chiết xuất DHA bền vững. Với những tiềm năng to lớn, tảo Schizochytrium hứa hẹn sẽ đóng góp quan trọng vào ngành công nghiệp thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và chăm sóc sức khỏe.

6.1. Hướng nghiên cứu về cải thiện năng suất và chất lượng DHA

Các hướng nghiên cứu về cải thiện năng suất và chất lượng DHA từ tảo Schizochytrium bao gồm: tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy, chọn giống các chủng tảo có năng suất cao, áp dụng công nghệ di truyền để tăng cường sản xuất lipid và DHA, và phát triển các phương pháp chiết xuất hiệu quả và bền vững. Việc kết hợp các phương pháp này có thể giúp cải thiện năng suất và chất lượng DHA đáng kể.

6.2. Phát triển quy trình nuôi cấy Schizochytrium quy mô công nghiệp

Phát triển quy trình nuôi cấy Schizochytrium quy mô công nghiệp là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về DHA. Các yếu tố cần xem xét bao gồm: lựa chọn bioreactor phù hợp, tối ưu hóa quá trình lên men, kiểm soát các yếu tố môi trường, và tự động hóa quy trình nuôi cấy. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến có thể giúp giảm chi phí sản xuất và tăng năng suất sinh khối.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Vi tảo biển dị dưỡng (heterotrophic marine microalgae) đang nổi lên như một nguồn nguyên liệu sinh học chiến lược trên toàn cầu nhằm thay thế nguồn dầu cá truyền thống vốn đang cạn kiệt và có nguy cơ nhiễm kim loại nặng. Theo các báo cáo công nghiệp sinh học, nhu cầu về axít béo không bão hòa đa nối đôi chuỗi dài (LCPUFA - Long-Chain Polyunsaturated Fatty Acids), đặc biệt là Axít Docosahexaenoic (DHA, C22:6 n-3) và Axít Eicosapentaenoic (EPA, C20:5 n-3), tăng trưởng trung bình hơn 8-10% hàng năm trong các ngành dược phẩm, thực phẩm chức năng và nuôi trồng thủy sản.

Trong số các đối tượng vi sinh vật biển, chi vi tảo dị dưỡng Schizochytrium (thuộc họ Thraustochytriidae, bộ Thraustochytriales, phân lớp Labyrinthulea, ngành Heterokontophyta/Chromista) nổi bật với khả năng tích lũy hàm lượng lipít vượt trội, có thể chiếm trên 70% trọng lượng sinh khối khô (SKK - Dry Cell Weight, DCW), trong đó hàm lượng DHA chiếm hơn 40% tổng số axít béo. Chủng Schizochytrium mangrovei PQ6 được phân lập từ rừng ngập mặn huyện đảo Phú Quốc (Kiên Giang, Việt Nam) là nguồn gen bản địa có giá trị thương mại cao.

Mặc dù chủng S. mangrovei PQ6 đã được nuôi cấy thành công trên các hệ thống bioreactor quy mô từ 1 lít đến 150 lít, các nghiên cứu chuyên sâu về tế bào học, đặc điểm phát sinh hình thái, chu trình sinh trưởng và động học phân chia tế bào còn thiếu dữ liệu định lượng chính xác. Nút thắt này gây khó khăn cho việc định tên phân loại chính xác, xác định mức bội thể (ploidy level) bằng phương pháp dòng chảy tế bào (Flow Cytometry) và thiết lập mô hình toán học tối ưu hóa quá trình lên men thu sinh khối giàu DHA.

Mục tiêu cụ thể của dự án nghiên cứu:

1. Xác định và phân loại các dạng hình thái tế bào trong chu trình sống của chủng S. mangrovei PQ6.
2. Định lượng động học các kiểu phân chia tế bào và xác định thời gian hoàn thành chu kỳ sống (life cycle duration).
3. Đánh giá ảnh hưởng của tuổi khuẩn lạc (từ <9 ngày đến >15 ngày) và chế độ nuôi cấy (nuôi tĩnh vs nuôi lắc 200 vòng/phút) lên sự phát sinh hình thái tế bào.
4. Thiết lập cơ sở dẫn liệu khoa học phục vụ công tác giám định phân loại học phân tử, phân tích hệ gen (genome sizing) và tối ưu hóa quy trình công nghệ sinh học biển.

Phương pháp tiếp cận bao gồm kỹ thuật vi thao tác phân lập đơn tế bào (single-cell micro-manipulation) trên lam kính lõm ba giếng kết hợp quan sát soi kính hiển vi quang học thời gian thực (real-time optical photomicrography). Kết quả kỳ vọng cung cấp bản đồ chu trình sống chi tiết với độ chính xác theo thang đo micromet (µm) và thời gian (phút/giờ). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào pha sinh trưởng vô tính in vitro trong hệ môi trường dinh dưỡng chuẩn M1/GPY tại Phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Nhu cầu khai thác Omega-3 từ vi tảo biển đòi hỏi sự hiểu biết tường tận về đặc tính sinh học của từng chủng sản xuất. Hiện nay, các giải pháp sản xuất PUFA từ sinh vật biển trên thế giới và trong nước có sự phân hóa rõ rệt:

Nguồn nguyên liệu / Chủng vi sinh	Ưu điểm kỹ thuật	Nhược điểm / Rào cản	Tỷ lệ DHA / Lipít tổng số
Dầu cá biển thương phẩm	Nguồn cung truyền thống phong phú, quy trình chiết xuất đã hoàn thiện	Nguy cơ nhiễm kim loại nặng (Hg, Pb), mùi tanh khó khử, phụ thuộc mùa vụ	DHA: 10 - 20%; Dễ bị oxy hóa biến tính
Vi tảo quang tự dưỡng (Crypthecodinium, Isochrysis)	Tự dưỡng quang năng, sử dụng CO2, bảo vệ môi trường	Mật độ sinh khối thấp (<2 g/L), tốc độ sinh trưởng chậm, chi phí chiếu sáng cao	DHA: 10 - 30%; Hiệu suất sinh khối thấp
Chủng công nghiệp (Schizochytrium sp. SR21, Martek)	Lên men dị dưỡng mật độ cực cao (48.1 g SKK/L, 13.3 g DHA/L)	Bản quyền công nghệ nước ngoài cao, không tối ưu cho điều kiện sinh thái biển VN	DHA: 35 - 40%; Chi phí giống đắt đỏ
Chủng bản địa S. mangrovei PQ6	Thích nghi cao, lipít >70% SKK, DHA đạt 43.58% tổng axít béo, biomass 30.31 g/L	Dữ liệu tế bào học và hệ gen học chưa hoàn thiện, thiếu chuẩn hóa chu kỳ tế bào	DHA: 43.58%; Lipít tổng số: 56 - 70% SKK

Yêu cầu kỹ thuật đối với mô hình nghiên cứu chu trình tế bào được phân loại theo mô hình MoSCoW:

• Must have (Bắt buộc): Hệ thống phân lập một tế bào duy nhất bằng micropipette; ghi nhận chính xác 4 dạng hình thái (sinh dưỡng, amip, động bào tử, cụm); đo đạc thời gian phân chia chu kỳ từ $1 \rightarrow 2, 4, 8, 16, 32$ tế bào.
• Should have (Nên có): Ma trận đánh giá tuổi khuẩn lạc (dưới 9 ngày, 9-15 ngày, trên 15 ngày); khảo sát chế độ rung lắc đối kháng nuôi tĩnh.
• Could have (Có thể có): Xác định quy luật phân bố không gian các lớp tế bào con (tỷ số phân tầng $2/0, 4/0, 8/0, 16/0$).
• Won't have (Chưa thực hiện đợt này): Giải trình tự toàn bộ hệ gen (whole genome sequencing) và đo huỳnh quang dòng chảy định lượng mức bội thể (dành cho pha tiếp theo).

Thách thức kỹ thuật lớn nhất nằm ở hiện tượng bốc hơi vi giọt (micro-droplet evaporation) khi quan sát dưới nguồn nhiệt đèn hiển vi quang học kéo dài 6-12 giờ liên tục, gây biến đổi áp suất thẩm thấu nội bào và làm dừng phân bào.

Thiết kế hệ thống

Hệ thống nghiên cứu được thiết kế dạng pipeline thực nghiệm khép kín từ khâu lưu giữ giống, kích hoạt pha sinh trưởng đến phân lập và ghi nhận hình ảnh vi thể:

Quy chuẩn công thức môi trường và thiết bị

1. Môi trường GPY (Glucose - Peptone - Yeast Extract) bảo quản giống (g/L):

   • Glucose: $30.0\text{ g}$
   • Cao nấm men (Yeast Extract): $10.0\text{ g}$
   • Muối biển nhân tạo (Artificial Sea Salt): $17.5\text{ g}$
   • Agar tinh sạch: $15.0\text{ g}$ ($1.5%$)
   • Nước cất vừa đủ: $1000\text{ mL}$, $\text{pH} = 6.8 - 7.0$

2. Môi trường lỏng M1 hoạt hóa (g/L):

   • Thành phần tương tự GPY nhưng không bổ sung Agar.

3. Danh mục thiết bị phân tích:

   • Kính hiển vi quang học OLYMPUS BX51/CX41 (Nhật Bản), độ phóng đại vật kính $10\text{X}, 40\text{X}, 100\text{X}$.
   • Máy ảnh kỹ thuật số độ phân giải cao Canon IXY Digital 70 (Nhật Bản).
   • Máy lắc điều nhiệt Kika Labortechnik (Đức), vận tốc chuẩn $200\text{ rpm} \pm 5\text{ rpm}$.
   • Cân phân tích độ chính xác cao Shimadzu AY120 (độ nhạy $\pm 0.1\text{ mg}$, Nhật Bản).
   • Máy ly tâm lạnh Sorvall RC-6 Plus (Đức).

Methodology

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được chia làm 4 giai đoạn logic (Phase Breakdown):

Tháng 1 - 2: Chuẩn hóa giống & Môi trường M1/GPY
Tháng 3 - 4: Khảo sát chế độ nuôi & Thiết lập buồng quan sát
Tháng 5 - 6: Vi thao tác Micropipette & Real-time Tracking
Tháng 7: Tổng hợp hình thái & Xây dựng mô hình chu trình

Để ngăn chặn rủi ro mẫu bị khô, một buồng vi quan sát chuyên biệt được thiết lập: sử dụng lam kính lõm ba giếng, thành giếng dán vòng đệm băng dính chuyên dụng dày $1.5\text{ mm}$, bổ sung định kỳ $5 - 10\ \mu\text{L}$ môi trường M1 vô trùng qua vi xilanh $1\text{ mL}$.

---

Implementation và kết quả

Development process

Trọng tâm quy trình kỹ thuật là thuật toán phân lập đơn tế bào (Single-Cell Isolation Protocol) trực tiếp dưới kính hiển vi quang học sử dụng hệ vi ống hút mao dẫn mềm:

def single_cell_isolation_protocol(algal_suspension, well_1, well_2, well_3):
    """
    Quy trình chuẩn hóa phân lập một tế bào Schizochytrium mangrovei PQ6 duy nhất
    """
    sterilize_workstation()
    load_liquid_sample(well_1, algal_suspension)      # Giếng 1: Dịch tảo gốc sau 15h hoạt hóa
    load_sterile_medium(well_2, medium="M1", vol_ul=20) # Giếng 2: Rửa và phân tách
    load_sterile_medium(well_3, medium="M1", vol_ul=50) # Giếng 3: Nuôi cấy quan sát (gắn đệm 1.5mm)

    microscope.set_magnification("40X")
    target_cell = find_non_furrowed_cell(well_1, size_range=(9.0, 25.0)) # Kích thước 9-25 µm

    micropipette.approach(target_cell)
    micropipette.aspirate(target_cell, pressure_mode="capillary_negative")
    micropipette.transfer_to(well_2)
    micropipette.expel(target_cell, pressure_mode="gentle_blow")

    # Tinh sạch cấp hai để loại bỏ tế bào vệ tinh không mong muốn
    confirmed_cell = microscope.verify_single(well_2)
    micropipette.aspirate(confirmed_cell)
    micropipette.transfer_to(well_3)
    micropipette.expel(confirmed_cell)

    seal_chamber_with_coverslip(well_3, allow_gas_exchange=True)
    return track_morphogenesis(well_3, interval_minutes=15)

           Giếng 1 (Gốc)            Giếng 2 (Rửa sơ bộ)          Giếng 3 (Đơn tế bào)

Trong quá trình thực nghiệm, hiện tượng tạo màng bao tạm thời xuất hiện khi bổ sung môi trường M1 mới (Hình thành lớp màng chiết quang bao quanh tế bào kéo dài khoảng 60 phút do sốc thẩm thấu nhẹ trước khi tế bào tái lập phân bào bình thường). Sai số thời gian trễ (+1 giờ) này được hiệu chỉnh trong tính toán động học toàn phần.

Testing và validation

1. Ảnh hưởng của tuổi khuẩn lạc đến phát sinh hình thái

Khảo sát các mẻ cấy truyền từ thạch đĩa GPY với thời gian bảo quản khác nhau:

• Khuẩn lạc $<9$ ngày tuổi hoặc $>15$ ngày tuổi: Tế bào chuyển vào M1 lỏng phát triển thuần nhất thành tế bào sinh dưỡng hình cầu (vegetative cells), đường kính nhỏ ($9 - 12\ \mu\text{m}$), tích lũy thể vùi lipít; hoàn toàn không xuất hiện động bào tử có roi hay thể amip.
• Khuẩn lạc $9 - 15$ ngày tuổi: Hoạt hóa tạo ra sự bùng nổ của dạng động bào tử (zoospores) và thể amip biến hình (amoeboid cells), chiếm tỷ lệ $>80%$ quần thể tế bào quan sát.

2. Khảo sát chế độ nuôi cấy động và tĩnh

Chế độ nuôi cấy	Thời gian vận hành	Trạng thái phát sinh hình thái ghi nhận	Mật độ dạng di động (Amip/Bào tử)
Nuôi tĩnh hoàn toàn	24 giờ	$100%$ tế bào sinh dưỡng hình cầu, không chuyển động	$0%$ (Không xuất hiện)
Nuôi lắc ngắt quãng	$3\text{h lắc} + 5\text{h tĩnh}$	Xuất hiện lác đác động bào tử có roi và amip	Thấp ($<15%$)
Nuôi lắc ngắt quãng	$6\text{h lắc} + 18\text{h tĩnh}$	Tăng sinh động bào tử bơi lội, kích thước biến thiên	Trung bình ($30 - 45%$)
Nuôi lắc liên tục	24 giờ ($200\text{ rpm}$)	Cực đại hóa động bào tử 2 roi và thể amip bò	Rất cao ($>80%$)
Nuôi lắc kéo dài	$>24\text{ giờ}$ đến 5 ngày	Động bào tử rụng roi, amip co tròn; $100%$ chuyển thành tế bào sinh dưỡng đa múi mắt na	$0%$ (Biến mất hoàn toàn)

Kết quả đạt được

Nghiên cứu đã xác lập 4 dạng tế bào cơ bản và 4 phương thức phân chia trong chu trình sống của S. mangrovei PQ6:

1. Bốn dạng hình thái tế bào chính:

   • Tế bào sinh dưỡng hình cầu: Kích thước $9 - 25\ \mu\text{m}$, thành tế bào dày, tích lũy thể vùi cầu lipít dạng múi quả na.
   • Dạng động bào tử (Zoospore): Kích thước $3.0 - 4.5 \times 5.0 - 7.0\ \mu\text{m}$, hình quả lê/trứng, mang 2 lông roi không đều ở cực đỉnh (1 roi dài hướng trước, 1 roi ngắn hướng sau), vận tốc bơi nhanh.
   • Dạng Amip (Amoeboid): Hình dạng bất định, phát triển chân giả (pseudopodia) di chuyển chậm, có khả năng tự thu tròn thành tế bào sinh dưỡng.
   • Dạng cụm tế bào / Nang chứa (Sorus): Cụm tế bào đa bào bọc trong lớp màng mỏng polysaccharide, đường kính $>20\ \mu\text{m}$.

2. Quy luật phân chia và phân bố không gian:

   • Phân chia nguyên phân sinh dưỡng diễn ra theo lũy thừa $2^n$ ($1 \rightarrow 2 \rightarrow 4 \rightarrow 8 \rightarrow 16 \rightarrow 32$). Thời gian hoàn thành chu kỳ: $6\text{ giờ } 30\text{ phút} - 10\text{ giờ } 50\text{ phút}$.
   • Tế bào kích thước $9 - 10\ \mu\text{m}$ ưu tiên phân chia $1 \rightarrow 2$ hoặc $1 \rightarrow 4$. Tế bào kích thước $>15\ \mu\text{m}$ phân chia $1 \rightarrow 16$ hoặc $1 \rightarrow 32$.
   • Thời gian phóng thích động bào tử và amip từ nang sorus: $20 - 60\text{ phút}$, tạo ra $>16$ động bào tử hoặc $4 - 8$ tế bào amip con.
   • Phân bố không gian các lớp tế bào con ghi nhận tính trật tự: Dạng 2 tế bào ($2/0$ hoặc $1/1$); dạng 4 tế bào ($4/0, 3/1, 2/2$); dạng 8 tế bào ($8/0, 4/4, 5/3, 5/2/1$); dạng 16 tế bào ($16/0, 8/4/4, 10/5/1$).

---

Đổi mới và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các giá trị khoa học và thực tiễn mang tính đột phá cho chuyên ngành công nghệ sinh học vi tảo:

So sánh với các công bố quốc tế

Thông số / Đặc tính	Nghiên cứu này (S. mangrovei PQ6)	Honda et al. 1998 (S. limacinum SR21)	Chi Aurantiochytrium (SK-02)
Kích thước TB sinh dưỡng	$9.0 - 25.0\ \mu\text{m}$	$7.0 - 15.0\ \mu\text{m}$	$10.0 - 20.0\ \mu\text{m}$
Kích thước Động bào tử	$3.0 - 4.5 \times 5.0 - 7.0\ \mu\text{m}$	$3.5 - 5.0 \times 4.5 - 6.0\ \mu\text{m}$	$3.0 - 4.0 \times 4.0 - 6.0\ \mu\text{m}$
Số lượng bào tử / Nang	$>16$ bào tử ($16 - 32$)	$16 - 24$ bào tử	$8 - 16$ bào tử
Số thể Amip phóng thích	$4 - 8$ tế bào	Không định lượng rõ	Hiếm khi xuất hiện
Thời gian chu kỳ tế bào	$6.5 - 10.8\text{ giờ}$	$8.0 - 12.0\text{ giờ}$	$7.0 - 11.0\text{ giờ}$
Hàm lượng DHA (% axít béo)	$43.58%$	$35.00 - 40.00%$	$32.00 - 38.00%$

Dữ liệu hình thái tế bào mang 2 roi lệch đặc trưng (heterokont zoospores) là bằng chứng thực nghiệm vững chắc khẳng định chủng PQ6 thuộc chi Schizochytrium, giải quyết các tranh cãi học thuật về vị trí phân loại giữa các chi Thraustochytrium, Schizochytrium và Aurantiochytrium.

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Dữ liệu chu trình sống mở đường cho việc tối ưu hóa quy trình lên men công nghiệp và khai thác thương mại sinh khối S. mangrovei PQ6 theo mô hình kinh tế tuần hoàn:

1. Sản xuất dược phẩm và thực phẩm chức năng: Dầu vi tảo chiết xuất từ sinh khối PQ6 nuôi trong bioreactor $150\text{ lít}$ đạt năng suất $1.57\text{ g DHA/L}$, lipít tổng số $56 - 70%$ SKK, được ứng dụng sản xuất viên nang mềm Alga $\omega$-3 (hợp tác Viện Công nghệ Sinh học và Intechpharm, hàm lượng $20 - 30\text{ mg DHA/viên}$) và tách chiết hợp chất chống oxy hóa Squalene.
2. Làm giàu thức ăn tươi sống trong nuôi trồng thủy sản: Sinh khối tảo tươi được bổ sung trực tiếp để làm giàu luân trùng (Rotifera), Artemia, làm thức ăn chất lượng cao cho ấu trùng tôm sú, cua biển và động vật thân mềm hai mảnh vỏ (Bivalvia như ngao, tu hài, hàu giống), nâng cao tỷ lệ sống của ấu trùng thêm $25 - 40%$.
3. Nông nghiệp và chăn nuôi công nghệ cao: Bổ sung $7.5 - 10%$ sinh khối tảo vào khẩu phần thức ăn của gà mái đẻ giúp tăng tỷ lệ đẻ trứng và tạo dòng trứng gà giàu DHA thương phẩm.
4. Năng lượng sinh học (Biodiesel): Phân đoạn triglyceride trung tính mạch ngắn từ sinh khối PQ6 là tiền chất lý tưởng cho phản ứng ester hóa tạo nhiên liệu sinh học với năng suất cao hơn $200$ lần so với cây đậu nành tính trên cùng đơn vị diện tích canh tác.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

1. Nghiên cứu thực hiện bằng kính hiển vi quang học thông thường nên chưa thể giải phẫu siêu cấu trúc màng ngoại chất (ectoplasmic net system) và bào quan tạo màng (sagenogenetosome) – cần kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và quét (SEM).
2. Chưa theo dõi được liên tục chu kỳ phát triển tiếp theo của thế hệ F2 phát sinh từ động bào tử sau khi rụng roi do giới hạn duy trì môi trường vi thể trên lam kính.
3. Kỹ thuật vi thao tác hút đơn tế bào còn mang tính thủ công, phụ thuộc vào tay nghề kỹ thuật viên, chưa tự động hóa bằng hệ thống vi lưu (microfluidics).

Hướng nghiên cứu phát triển

• Đo huỳnh quang dòng chảy (Flow Cytometry): Ứng dụng dải thời gian chu kỳ sống đã xác lập để thu nhận đồng pha tế bào sinh dưỡng và động bào tử, nhuộm Propidium Iodide (PI) để định lượng chính xác kích thước genome (C-value) và mức bội thể ($n, 2n, 4n$).
• Giải mã và chỉnh sửa hệ gen: Giải trình tự toàn bộ hệ gen (De novo Genome Sequencing) của chủng S. mangrovei PQ6 nhằm xác định cụm gen polyketide synthase (PKS-like) chịu trách nhiệm tổng hợp DHA/EPA.
• Tối ưu hóa công nghệ Bioreactor: Ứng dụng mô hình nạp cơ chất theo mẻ có kiểm soát (Fed-batch fermentation) kết hợp sốc thẩm thấu/nhiệt độ ở pha cuối để kích hoạt $100%$ tế bào chuyển sang trạng thái tích lũy lipít cực đại ($>75%$ SKK).

---

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên & Giảng viên Công nghệ Sinh học: Nắm vững giao thức thực nghiệm vi thao tác đơn tế bào (Single-Cell Micromanipulation SOP) và quy trình khảo sát phát sinh hình thái sinh vật nhân thực biển.
• Kỹ sư Công nghệ Lên men (Bioprocess Engineers): Làm chủ thông số điều khiển mẻ nuôi: Duy trì lắc 24 giờ đầu để nhân sinh khối dạng di động, sau đó chuyển chế độ để đồng pha $100%$ tế bào sinh dưỡng tích lũy dầu vào ngày thứ 2-4.
• Doanh nghiệp Dược phẩm & Thức ăn Thủy sản: Làm chủ nguồn nguyên liệu vi tảo biển bản địa giàu DHA ($43.58%$), chủ động công nghệ chiết xuất dầu Omega-3 đạt tiêu chuẩn y tế, hạ giá thành sản phẩm so với nhập khẩu.
• Cộng đồng nghiên cứu Vi sinh & Tảo học quốc tế: Bổ sung dữ liệu tế bào học chuẩn của chủng Schizochytrium mangrovei PQ6 vào ngân hàng dữ liệu Thraustochytrids toàn cầu.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để nuôi cấy và duy trì chủng S. mangrovei PQ6 trong phòng thí nghiệm là gì?

Chủng PQ6 cần được bảo quản trên môi trường thạch đĩa GPY ($30\text{ g/L}$ glucose, $10\text{ g/L}$ cao nấm men, $17.5\text{ g/L}$ muối biển, $1.5%$ agar) ở $28 - 30^\circ\text{C}$, cấy chuyển định kỳ $30\text{ ngày/lần}$. Để chuẩn bị dịch quan sát chu trình tế bào hoặc nhân giống lên men, cấy khuẩn lạc $9 - 15\text{ ngày tuổi}$ vào môi trường lỏng M1, nuôi lắc $200\text{ rpm}$ trong $15 - 24\text{ giờ}$ ở $28^\circ\text{C}$.

2. Giới hạn quy mô nuôi cấy từ phòng thí nghiệm lên bioreactor công nghiệp là gì?

Từ bình tam giác $250\text{ mL}$, chủng PQ6 có thể mở rộng qua các cấp bình lên men $1\text{L} \rightarrow 5\text{L} \rightarrow 10\text{L} \rightarrow 30\text{L} \rightarrow 150\text{L}$. Thách thức lớn nhất khi nâng quy mô là kiểm soát tốc độ khuấy sục khí để đảm bảo oxy hòa tan ($DO > 30%$) mà không gây vỡ màng tế bào do lực trượt (shear stress), duy trì mật độ đạt $1.25 \times 10^8\text{ cells/mL}$ và $30.31\text{ g SKK/L}$.

3. Làm thế nào để tích hợp quy trình tách chiết lipít từ sinh khối vi tảo PQ6?

Sinh khối sau khi lên men 96 giờ được ly tâm thu bã ($4000\text{ rpm}$ ở $4^\circ\text{C}$), sấy đông khô hoặc sấy phun. Quá trình phá vách tế bào được thực hiện bằng enzyme hoặc đồng hóa áp lực cao, sau đó chiết xuất lipít tổng số bằng hệ dung môi hữu cơ phân cực hoặc công nghệ trích ly chất lỏng siêu tới hạn ($\text{CO}_2$ siêu tới hạn), thu nhận hỗn hợp axít béo tự do chứa $32.98%$ DHA và $14.30%$ EPA.

4. Nhu cầu bảo dưỡng giống và phòng ngừa thoái hóa chủng như thế nào?

Để tránh hiện tượng thoái hóa giống làm giảm hàm lượng tổng hợp DHA sau nhiều lần cấy chuyển, giống gốc cần được bảo quản lạnh sâu ở $-80^\circ\text{C}$ hoặc trong nitơ lỏng ($-196^\circ\text{C}$) có bổ sung $10 - 15%$ glycerol hoặc DMSO làm chất bảo vệ lạnh (cryoprotectant).

5. Chi phí đầu tư và tiềm năng hoàn vốn (ROI) khi thương mại hóa sản phẩm từ vi tảo PQ6?

Một hệ thống lên men pilot $500 - 1000\text{ lít}$ có chi phí đầu tư thiết bị khoảng $1.5 - 3\text{ tỷ VNĐ}$. Với năng suất sinh khối $30\text{ g/L}$ chứa $50%$ lipít và giá bán dầu vi tảo giàu DHA tinh khiết đạt $80 - 150\text{ USD/kg}$, thời gian hoàn vốn ước tính từ $2.5 - 3.5\text{ năm}$ khi vận hành thương mại cung cấp cho ngành dược và thức ăn thủy sản cao cấp.

---

Kết luận

Đề tài khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đỗ Thị Ánh Sao (thực hiện tại Phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã giải quyết trọn vẹn các câu hỏi học thuật về chu trình sống và phát sinh hình thái của chủng vi tảo biển dị dưỡng Schizochytrium mangrovei PQ6.

Các thành tựu cốt lõi đạt được:

• Lập bản đồ chu trình sống hoàn chỉnh: Xác lập 4 dạng tế bào (sinh dưỡng hình cầu $9-25\ \mu\text{m}$, động bào tử $3-4.5 \times 5-7\ \mu\text{m}$ có 2 roi lệch, thể amip biến hình và nang cụm sorus) cùng 4 phương thức phân chia tế bào.
• Định lượng động học phân bào: Thời gian một chu kỳ phân chia sinh dưỡng kéo dài từ $6\text{ giờ } 30\text{ phút} - 10\text{ giờ } 50\text{ phút}$; thời gian giải phóng bào tử/amip diễn ra nhanh chóng trong $20 - 60\text{ phút}$.
• Xác lập điều kiện cảm ứng: Xác định tuổi khuẩn lạc tối ưu ($9 - 15\text{ ngày}$) và chế độ nuôi lắc $24\text{ giờ}$ liên tục ở $200\text{ rpm}$ để cảm ứng $>80%$ tế bào di động, cũng như khẳng định giai đoạn nuôi sau 24 giờ sẽ đồng pha $100%$ tế bào sinh dưỡng tích lũy dầu.

Kết quả nghiên cứu là mắt xích khoa học quan trọng giúp hoàn thiện quy trình định danh sinh học phân tử, mở đường cho các nghiên cứu đo kích thước hệ gen bằng Flow Cytometry và tối ưu hóa công nghệ lên men quy mô lớn nhằm khai thác nguồn axít béo Omega-3 (DHA/EPA) quý giá từ nguồn gen biển Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.