Đặt vấn đề Hiện nay tác dụng của tảo xoắn Arthrospira platensis ngày càng được biết nhiều, nhận thức về sức khoẻ và các sản phẩm bảo vệ sức khoẻ của người dân ngày càng tăng. Chính vì vậy, nhu cầu sử dụng tảo xoắn ngày càng lớn dẫn đến việc nhiều doanh nghiệp và cơ sở quan tâm và mở rộng quy mô nuôi tảo xoắn để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Nước ta đã có nhiều mô hình nuôi trồng loại tảo này ở những quy mô khác nhau song vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sinh khối, chất lượng và cả giá thành. Ở Việt Nam tảo Arthrospira platensis thường được nuôi trồng trong các hệ thống như bể raceway hay bể composite tuy nhiên chi phí xây dựng còn cao vậy nên việc tìm ra một bể nuôi trồng phù hợp để nuôi tảo Arthrospira platensis với giá thành rẻ hơn mà vẫn giữ được năng suất và chất lượng của sinh khối là điều cần thiết.
Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu nuôi tảo xoắn Arthrospira platensis trong hệ thống bể bạt HDPE” được thực hiện để giảm chi phí xây dựng mô hình nuôi tảo trên quy mô lớn cũng như đẩy mạnh năng lực sản xuất và hiệu quả sản xuất mà vẫn có thể đáp ứng được các nhu cầu thực tiễn như trong các hệ thống nuôi tảo khác. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1. Nghiên cứu nhân sinh khối vi tảo Arthrospira platensis trong hệ thống bể bạt HDPE. Yêu cầu Xác định kích thước, thông số và phương án lắp đặt hệ thống bể bạt HDPE để nuôi tảo Nuôi thử nghiệm tảo trong hệ thống bể bạt HDPE để thu sinh khối Đánh giá hiệu quả nuôi tảo: tốc độ sinh trưởng, mật độ tối đa bởi các yếu tố ảnh hưởng đến tảo A.platensis trong bể bạt HDPE như mật độ tiếp giống, độ sâu nuôi, chế độ sục khí, cường độ ánh sáng 1 PHẦN II.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Giới thiệu vi tảo Arthrospira platensis 2. Lịch sử phát triển của vi tảo Arthrospira platensis Tảo xoắn Arthrospira platensis là vi khuẩn lam thuộc chi Arthrospira, bộ Oscillatoriaceae, lớp Cyanophyceae, ngành Cyanophyta. Tảo xoắn được phân lập từ mẫu nước ngọt vào năm 1827 bởi Turpin, ban đầu xếp vào chi Spirulina.
Đến năm 1892, từ những nghiên cứu của Stizenberger về vách ngăn giữa các tế bào trong chi Arthrospira platensis đã phân ra thành 2 chi là chi Spirulina (nhìn rõ vách ngăn) và chi Arthrospira (không nhìn rõ). Sau đó chúng được gộp vào cùng một chi một lần nữa và lại tách ra thành 2 chi vào năm 1989 bởi Gomont. Các phân loại này được chấp nhận đến ngày nay. Năm 1974, Stainer và Van Neil hợp nhất ngành tảo lam vào giới sinh vật tiền nhân và đặt tên là vi khuẩn lam (Cyanobacteria/Cyanophyta).
Tảo xoắn Arthrospira platensis có phân loại như sau: Loài: Spirulina platensis thuộc: Chi: Spirulina (Arthrospira) Họ : Oscillatoriceae Bộ : Oscillatoriales Lớp : Cyanophyceae Ngành : Cyanophyta Hình 2. Tảo Arthrospira platensis. Đặc điểm sinh học của vi tảo Arthrospira platensis 2. Đặc điểm hình thái của vi tảo Arthrospira platensis Arthrospira platensis có cấu tạo dạng sợi không nhánh và thường có dạng vòng xoắn lớn hoặc dạng thẳng.
Sợi có thể đơn độc hoặc các sợi đan vào nhau. Mỗi sợi là một ống trụ, hai đầu có cùng hình dạng, kích thước, có thể dài hoặc ngắn. Đầu tế bào hình cầu hoặc hình trụ, có thể có thành tế bào dày, là một chi đa bào, nhưng vách ngăn giữa các tế bào rất khó quan sát. Arthrospira platensis thường không chuyển động nhưng đôi khi có thể chuyển động quay tròn.
Hầu hết các loài đều có không bào chứa khí, nên có khả năng nổi trên mặt nước. Trong hầu hết trường hợp, sợi không có màng nhày hoặc nếu có thì rất mỏng và rất khó thấy, không có tế bào dị hình, đường kính sợi từ 8–10 μm (Stolz, 1991). Hình thái của các chủng Arthrospira phân lập ở hồ Kailala (Avigad Vonshak) Ghi chú: Sợi mới lấy từ trong phòng thí nghiệm, (b) sợi ở hồ tự nhiên cố định trong formaldehyde (2%), (c) sợi nuôi trong bể raceway, (d) tự phát quang dưới tia UV. Arthrospira platensis được tìm thấy trong các ao, hồ nước ngọt, nước mặn hoặc môi trường ven biển.
Chúng có thể sống tự do hoặc bị gắn vào tảo khác. Bên cạnh việc sống trong các môi trường phổ biến, Arthrospira platensis có khả năng sinh sôi nảy nở 3 trong các hệ thống khoáng hoá, môi trường kiềm mà hầu như không có sinh vật sống nào khác có thể sống sót. Các sợi có thể được tạo thành các cụm đáy có màu xanh lam đến xanh lá cây, màu ô-liu (Rippka et al. Một số loài chứa sắc tố phycoerythrin làm tảo có màu đỏ.
Theo nghiên cứu của Vonshak, có nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc xoắn của tảo Arthrospira platensis, chủ yếu là nhiệt độ, điều kiện sinh lý, hóa học. Sự thay đổi mạnh nhất là chuyển từ dạng xoắn lò xo (helix) sang dạng xoắn ốc (spiral). Mặc dù dạng xoắn lò xo là dạng khá ổn định và duy trì trong môi trường nuôi, tuy nhiên vẫn có những biến dị của mức độ xoắn giữa các chủng khác nhau trong cùng một loài hoặc giữa cùng một chủng. Ngay cả trong điều kiện tự nhiên thì sự biến đổi về hình dạng xoắn vẫn thường gặp.
Một khi tảo đã chuyển sang dạng thẳng cả trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo (sau khi xử lý bởi các nhân tố vật lý, hóa học chẳng hạn như UV hoặc hóa chất) thì sẽ không thể quay trở lại dạng xoắn lò xo ban đầu (Vonshak, 1987). Arthrospira platensis là sinh vật phiêu sinh (Plankton) sống tự do (free living organism) trong nước kiềm, giàu khoáng chất. Các vi phiêu sinh này lơ lửng ở độ sâu có thể tới 50 cm,và trong môi trường nhân tạo thường nuôi ở mức nước 10-30 cm(nuôi hồ hở), hoặc có thể trong hồ đáy sâu 1-1,5 m (sục khí) phải đảm bảo tảo nhận nhận được ánh sáng.Trôi nổi trong nước và nhu cầu ánh sáng là 2 đặc điểm ràng buộc lẫn nhau, hỗ trợ nhau, rất quan trọng trong công nghệ nuôi trồng Arthrospira platensis (Tredici et al. Arthrospira platensis sống trong môi trường ưa kiềm (pH: 8,5-10,5).
Trong tự nhiên, chúng sống trong các hồ, suối khoáng ấp áp. Tảo có phạm vi phân bố rộng: Châu Phi: Tchad, Congo, Ethiopia, Kenya; Nam phi: Ai cập, Tanzania, Zambia; Châu Mỹ: Hoa kỳ, Peru, Uruguay, Mexico; Châu Á: Ấn độ, Paskistan, Srilanka, Việt nam; Châu Âu: Nga, Ukraina, Hungarie (Richmond. Đặc điểm cấu tạo của vi tảo Arthrospira platensis Arthrospira platensis là tảo lam đa bào, dạng sợi. Tảo gồm nhiều tế bào hình trụ xếp không phân nhánh.
Đường kính tế bào từ 1 – 12µm, chiều dài tế bào có thể 10µm và chiều dài chuỗi có thể đến 110µm. Các sợi tảo có tính di động trượt dọc trục của chúng. Arthrospira platensis có dạng xoắn trong môi trường chất lỏng và có hình xoắn 4 trôn ốc thật sự trong môi trường rắn. Độ xoắn của tảo là đặc điểm để phân loại của loài (Borowitzka, 1988).
Tế bào Arthrospira platensis có cấu trúc giống với sinh vật Prokaryote thiếu các hạt liên kết với màng thuộc gram âm, thành tế bào nhiều lớp và được bao bọc bởi màng polysaccharide nhầy. Thành tế bào Arthrospira platensis không chứa celulose mà hệ tiêu hóa con người không phân cắt được. Arthrospira platensis có tỷ lệ chuyển hóa quang hợp khoảng 10%, trong khi đó các thực sống trên cạn như đậu nhành chỉ có thể chuyển hóa quang hợp được 3%. Tế bào tảo Arthrospira platensis chưa có nhân điển hình, vùng nhân chỉ là vùng giàu axit nucleic chưa có màng nhân bao bọc, phân bố trong nguyên sinh chất.
Thành tế bào Arthrospira platensis có cấu trúc nhiều lớp, không chứa celulose mà chứa mucopolyme, pectin và các loại polysaccharid khác. Màng tế bào nằm sát ngay dưới thành tế bào và nối với màng quang hợp thylakoid tại một vài điểm. Arthrospira platensis không có lục lạp mà chỉ chứa thylakoid quang hợp nằm rải rác trong nguyên sinh chất. Màng thylakoid bao quanh các hạt polyphotphat có đường kính 0,5- 1μ thường nằm ở trung tâm tế bào.
Sắc tố quang hợp chính là phycocyanin, bên cạnh đó còn có chlorophyll a. Ngoài ra, tế bào Arthrospira platensis không có không bào thực, chỉ có không bào chứa khí làm chức năng điều chỉnh tỉ trọng tế bào. Không bào khí có vai trò rất quan trọng trong việc làm cho Arthrospira platensis nổi lên mặt nước (Chung et al. Arthrospira platensis là một chi tảo thuộc ngành tảo lam, tế bào Arthrospira platensis không có ty thể và mạng lưới nội chất, tuy nhiên tế bào vẫn có ribosome với hệ số lắng 70S và một số thể vùi như hạt polyphotphat, glycogen, phycocyanin, carboxysome và hạt mesosome (Faucher, 1979).
Thành tế bào dưới kính hiển vi điện tử hiện lên gồm 4 lớp: từ lớp L1 đến lớp L4 (L1, L2, L3, L4). L1 và L3 chứa vật liệu dạng sợi. L2 là một peptidoglycan giống như ở tế bào vi khuẩn. L4 được sắp xếp chạy theo chiều dọc của trục sợi Arthrospira platensis (hình 2.
Lát cắt tế bào Arthrospira platensis (Torzillo. Mô hình sắp xếp vách tế bào Arthrospira platensis (Torzillo. Lớp L1 và L3 có chức năng vận chuyển điện tử, do đó hai lớp L2 và L4 tập trung các điện tử đó. Độ dày của mỗi lớp từ 10-15nm, nên độ dày của toàn bộ thành tế bào là khoảng 40- 60nm.
Các lớp L1, L3, L4 có độ dày bằng nhau, lớp L2 lớn hơn. Đặc điểm sinh sản của vi tảo Arthrospira platensis Arthrospira platensis có hai hình thức sinh sản đó là sinh sản sinh dưỡng và sinh sản vô tính. Hình thức sinh sản sinh dưỡng được thực hiện bằng cách gãy từng khúc của sợi tảo, khúc gãy (Tomaselli et al. Từ một sợi tảo mẹ, hình thành nên những đoạn Necridia (gồm các tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản).
Trong các Necridia hình thành các đĩa lõm ở hai mặt và sự tách rời tạo các hormogonia ( những sợi chuyển động của tế bào được hình thành bởi một số vi khuẩn lam) bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa này. Trong sự phát triển, dần dần phần đầu gắn tiêu giảm, 2 đầu hormogonia trở nên tròn nhưng vách tế bào vẫn có chiều dày không đổi. Các hormogonia phát triển, trưởng thành và chu kì sinh sản được lập đi lập lại một cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời của tảo. Kiểu sinh sản này thường gặp ở các sợi tảo có dạng chuỗi tế bào xếp nối nhau.
Trong 6 thời kì sinh sản tảo Arthrospira platensis nhạt màu ít sắc tố xanh hơn bình thường (Van Eykelenburg. Đặc điểm sinh trưởng của vi tảo Arthrospira platensis Sự sinh trưởng của tảo được diễn tả bằng sự phân chia tế bào.