MỞ ĐẦU Rong biển nói chung và quần thể Sargassum ringgoldianum nói riêng là một thành phần quan trọng của hệ sinh thái ven biển và mang lại nguồn lợi kinh tế cao cũng như cung cấp nhiều dịch vụ hệ sinh thái khác cho con người. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu về loài này được thực hiện. Lượng CO2 phát thải vào khí quyển ngày càng tăng do các hoạt động của con người. Bên cạnh đó, nước thải từ các hoạt động sống của con người và các nguyên nhân khác khiến cho pH đại dương giảm dẫn đến chuyển biến cục bộ hệ thống chuyển đổi cacbon [40].
Quá trình này gây ra những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái biển, đe dọa môi trường sống của nhiều loài sinh vật biển đặc biệt là các loài rong biển. Trong khi đó, rong biển có vai trò rất quan trọng về mặt sinh thái học. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa, cân bằng hệ sinh thái ven biển, là nơi cư trú, ươm nuôi ấu trùng, sinh trưởng và sinh sản của rất nhiều loài thủy hải sản. Vấn đề thay đổi pH trong nước biển là một trong những mối quan tâm hàng đầu của thế giới.
Tình trạng axit hóa gây ra sự suy giảm nghiêm trọng hệ sinh thái vùng biển trong đó san hô chịu ảnh hưởng nặng nề do không hình thành được lớp vỏ CaCO3. San hô có vai trò rất lớn đối với hệ sinh thái và đời sống con người. Chúng cung cấp nơi cư trú, sinh sản, ươm nuôi ấu trùng của các loài sinh vật, điều hòa môi trường, bảo vệ bờ biển khỏi các cơn bão, kho dự trữ gen [24]; cung cấp ¼ lượng cá và thức ăn cho con người. Ngoài ra san hô còn đem lại nguồn lợi kinh tế thông qua các hoạt động du lịch, giải trí cho con người, đem lại nguồn thu hàng tỉ đô la cho các quốc đảo không có nguồn tài nguyên để khai thác và kể cả các quốc gia phát triển như Úc ( rạn Great Barrier Reef ước tính mang lại 5,5 tỉ AUD và hơn 53.000 công việc mỗi năm cho nước này) [37].
Tuy nhiên, các tác động của con người làm phát thải CO2 , xả thải các chất độc hại như cyanua trong đánh bắt cá, khai thác quá mức đang làm cho tình trạng suy thoái san hô ngày càng nhanh hơn. Sự suy thoái rạn san hô ở phía bắc bờ biển Jamaica diễn ra chỉ trong vòng 1 thập kỷ (Hughes, 1994). Ở vùng biển Caribbean, khoảng 80% độ phủ san hô biến mất từ 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Riêng ở Việt Nam, gần 80% số loài và hơn 90% độ phủ san hô bị mất đi [36].
Do đó, vấn đề phát thải khí nhà kính và sụt giảm pH nước biển cần phải được giải quyết cùng với các biện pháp quản lý phù hợp để bảo vệ hệ sinh thái san hô. Vấn đề pH nước biển cũng đã có nhiều nghiên cứu, trong đó có một số nghiên cứu chỉ ra rằng pH cao hơn ở vùng quần thể rong biển. Người ta cho rằng quá trình quang tổng hợp của thảm thực vật là nguyên nhân chính của sự dao động mạnh này [45]. Khi quang hợp, rong biển tiếp nhận lượng CO2 từ nước biển khiến cho pH nước biển tăng lên.
pH tăng lên là tín hiệu tốt cho sự phát triển của san hô, ngăn chặn tình trạng suy thoái hiện nay. Để nghiên cứu kỹ hơn về vấn đề này luận văn “Nghiên cứu biến động sinh khối của quần thể Sargassum ringgoldianum dưới tác động môi trường tại vùng biển Shimoda, Shizuoka, Nhật Bản” được thực hiện nhằm xác định sự biến động sinh khối của quần thể Sargassum ringgoldianum và mối quan hệ của chúng với các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ pH. Toàn bộ nghiên cứu được thực hiện nhờ sự giúp đỡ của GS. Takeo Hama ở khoa Môi trường, trường Đại học Tsukuba, Nhật Bản và TS.
Shigeki Wada cùng cộng sự tại trung tâm nghiên cứu môi trường biển Shimoda, Shizuoka, Nhật Bản. Mục tiêu nghiên cứu: + Xác định sự biến động sinh khối của quần thể Sargassum ringgoldianum tại vùng biển Shimoda, Nhật Bản. + Xây dựng mối quan hệ giữa sự biến động sinh khối rong biển với một số yếu tố môi trường. Nhiệm vụ nghiên cứu + Xác định sinh khối rong biển Sargassum ringgoldianum hàng tháng + Xác định sự thay đổi cấu trúc hàng tháng + Thu thập dữ liệu hàng tháng của các yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ + Xác định mối quan hệ giữa sinh khối rong biển và sự biến động pH, nhiệt độ nước biển.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. Tổng quan về rong biển 1. Tầm quan trọng của rong biển 1. Đối với con ngƣời Chế biến thực phẩm Rong biển từ lâu được biết đến là nguồn thực phẩm quan trọng của con người.
Là thực phẩm có hàm lượng dinh dưỡng cao nhưng lượng calories lại thấp, rong biển hiện được xem là thức ăn tốt cho sức khỏe. Ngày nay, xuất phát từ nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu chuyển nguồn rong biển thành các sản phẩm có giá trị như nghiên cứu trích ly phlorotannin từ rong nâu Sargassum và ứng dụng tạo sản phẩm đồ uống giàu phlorotannin. Phlorotannin chiết xuất từ Sargassum ringgoldianum có khả năng chống gốc tự do mạnh gấp 5 lần so với catechin trong trà xanh [34].Chất carrageenan trong rong biển được tách chiết và sử dụng làm chất phụ gia trong công nghệ thực phẩm, dùng làm phụ gia chế biến và bảo quản hiệu quả, không độc hại thay thế cho hàn the trong sản xuất các sản phẩm làm từ tinh bột như bún…. Nhờ khả năng hình thành keo khỏe và có vị béo tự nhiên nên carrageenan được sử dụng trong các sản phẩm thay thế các sản phẩm béo.
Carrageenan được bổ sung vào bia rượu làm tăng độ trong. Trong sản xuất bánh pudding, kem, phomat., carrageenan được sử dụng rất nhiều. Carrageenan có khả năng liên kết với protein qua gốc amin vì vậy carrageenan được sử dụng trong công nghiệp sữa với vai trò làm cho các sản phẩm sữa có độ ổn định khá cao, tạo nhũ tương, chống tách lỏng mà không cần dùng đến tinh bột và lòng trắng trứng [6]. Y học Rong biển cũng được sử dụng như một nguồn dược liệu.
Những nghiên cứu của Phân viện Khoa học vật liệu Nha Trang về hàm lượng trong rong biển Sargassum ở vùng Hòn Chồng, Nha trang năm 1995 cho thấy nguyên tố Mg có hàm lượng khá cao từ 2,92 đến 9,45 x 10-3g/g; sắt có hàm lượng cỡ 10-4, còn lại Cr, Co, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ag có hàm lượng cỡ 10-6. Người ta còn phát hiện chất alginat, trong rong biển có thể chữa được bệnh nhiễm phóng xạ vì chất này vào cơ thể sẽ hấp thu chất phóng xạ đã bị nhiễm rồi thải ra ngoài [50]. Ngoài ra còn có một loại đường khác là mannitol ở trong vách tế bào có tác dụng trong chữa bệnh tiểu đường. Rong biển Sargassum chứa protein và các nguyên tố cần thiết cho con người như iod, các nguyên tố vi lượng, vitamin, acid amin thiết yếu.
Hàm lượng Iod trong rong biển cao hơn hàm lượng Iod của các cây trên lục địa vài trăm lần vì vậy rong biển Sargassum được dùng trong điều trị bướu cổ. Nhiều nghiên cứu khoa học trong thời gian gần đây cũng đã xác nhận các loại rong biển có tác dụng kháng khuẩn, kháng virus và ung thư. Chất cellulose có nhiều trong rong biển kích thích sự co bóp của ruột, đẩy nhanh quá trình bài tiết, hạ thấp nồng độ những chất có nguy cơ gây ung thư trong đường ruột, từ đó làm giảm mắc ung thư kết tràng và ung thư trực tràng [13]. Theo báo Telegraph (2010) dẫn một cuộc nghiên cứu mới đây, các loài rong biển cũng chứa nhiều thành phần hoạt chất sinh học giúp giảm lượng cholesterol, hạ huyết áp.
Kết quả báo cáo được đăng tải trên chuyên san Hiệp hội Nghiên cứu Ung thư Mỹ phát hiện chiết xuất từ tảo có thể ngăn chặn sự tăng trưởng của các tế bào ung thư dẫn đến ung thư hạch bạch huyết. Rong biển Sargassum được dùng hàng ngày cho những bệnh nhân ung thư có chỉ định xạ trị để hạn chế tác dụng nhiễm xạ đối với tế bào lành và đào thải nhanh chất phóng xạ ra ngoài cơ thể. Hơn thế nữa rong biển Sargassum kết hợp với một số thảo dược khác như một nguốn bổ sung khoáng chất và vi lượng rất cao cho cơ thể người bệnh, nhanh chóng đào thải những chất độc sinh ra từ tế bào ung thư và hoá chất điều trị [50]. Bùi Minh Lý và cs (2008) đã nghiên cứu công nghệ và thiết bị sản xuất Fucoidan quy mô pilot từ một số loài rong Nâu và nhận thấy hàm lượng Fucoidan rất cao: 4-8% khối lượng khô.
Qua kết quả nghiên cứu của các tác giả đã xác định thành phần và cấu trúc của Fucoidan trong rong Nâu có liên quan đến hoạt tính kháng ung thư và kháng vi rút, ngăn chặn máu khó đông. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Sản xuất công nghiệp Thành phần hóa học có trong vách tế bào của Sargassum có ý nghĩa rất lớn. Acid Alginic là một loại polysaccharide rất có giá trị sử dụng. Đây là loại nguyên liệu quan trọng dùng để chiết xuất keo Alginate, dùng trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp giấy, sơn, dệt, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm, hoặc làm phụ gia cho xi măng, sản xuất một số dụng cụ (băng gạc, chân tay giả,…) trong ngành y [31,42].
Nhiên liệu sinh học Trong mấy năm gần đây, rong Sargassum được chú ý như nguồn sinh khối khổng lồ, dễ nuôi trồng, mau phát triển và dễ khai thác, khả dĩ làm nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học. Theo các nhà khoa học, rong biển có thể được dùng để kết hợp với một số enzyme và cho chúng lên men tạo năng lượng [8]. Từ rong biển, người ta có thể sản xuất ra lượng cồn gấp 5 lần năng suất sản xuất từ ngô, gấp 2 lần năng suất sản xuất cồn từ mía đường. Chỉ cần sử dụng chưa tới 3% diện tích mặt nước ở các vùng ven biển là có thể sản xuất đủ lượng rong biển để thay thế 60 tỷ thùng dầu [IBtimes, 2011].
Ngoài ra rong biển và phế phẩm từ rong biển còn được tận dụng sản xuất phân bón hữu cơ. Phân rong biển có thể đẩy nhanh quá trình nảy mầm, quá trình đồng hóa chất dinh dưỡng và làm tăng tính chịu bệnh, chịu rét của cây trồng [49]. Vai trò trong hệ sinh thái Rong biển có vai trò rất quan trọng về mặt sinh thái học. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa, cân bằng hệ sinh thái ven biển.