Đặt vấn đề Hiện nay trên thế giới, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp hóa hiện đại hóa là sự khai thác quá mức những nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là nguyên liệu hóa thạch, điều đó đã khiến cho nguồn năng lượng truyền thống (dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên …) ngày càng cạn kiệt. Theo thông tin của EU tháng 1 – 2007, dự kiến năng lượng toàn cầu tiêu thụ sẽ tăng lên gấp đôi, từ 10 tỷ tấn qui ra dầu/năm tăng lên 22 tỷ tấn vào năm 2050. Giáo sư Nghê Duy Đấu, Viện sĩ công trình, Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh) cho biết theo Bộ Năng lượng Mỹ và Ủy ban Năng lượng thế giới dự báo nguồn năng lượng hóa thạch không còn nhiều: dầu mỏ còn 39 năm, khí đốt 60 năm, than đá 111 năm. Theo Trung tâm năng lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ năng lượng của khu vực này năm 2002 là 280 triệu tấn và tăng lên 583 triệu tấn vào năm 2020… Trước tình hình như vậy, nhiên liệu sinh học được xem như một dạng năng lượng mới đầy tiềm năng bởi khả năng tái tạo của nó và hơn hết đây là nguồn năng lượng “sạch” và dễ dàng phân hủy trong tự nhiên.
Có nhiều dạng nhiên liệu sinh học khác nhau, trong đó, tảo nổi lên như một nguyên liệu có triển vọng nhất để sản xuất nhiên liệu sinh học. Song không phải vì giống tảo nào cũng có chứa nhiều lipid để có thể sản xuất biodiesel qui mô lớn. Do đó việc tìm, phân lập và định lượng lượng lipid có trong các giống tảo là việc rất cần thiết. Theo đó đề tài “Xây dựng qui trình nhân sinh khối tảo Scenedesmus javanensis qui mô phòng thí nghiệm nhằm sản xuất Biodiesel” được tiến hành.
Đây là một phần nhỏ trong đề tài trọng điểm ĐHQG của phòng thí nghiệm chuyển hóa sinh học do Ths. Lê Thị Mỹ Phước làm chủ nhiệm.2 Mục tiêu đề tài - Xây dựng mô hình nuôi - Khảo sát sự phát triển của Scenedesmus javanensis trong môi trường BB (Bold – Basals) và thời điểm thu sinh khối thích hợp dựa trên hệ thống nuôi - Định tính và định lượng lipid có trong tảo S. javanensis SVTH: Tạ Xuân Dũng 2 Luận văn Tốt nghiệp Đại học Khóa 08 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học CHƯƠNG II TỔNG QUAN TÀI LIỆU SVTH: Tạ Xuân Dũng 3 Luận văn Tốt nghiệp Đại học Khóa 08 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học CHƯƠNG II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU II.1 Giới thiệu về tảo II.1 Đặc điểm chung Tảo (algae) là một nhóm sinh vật thuộc vào giới thực vật, rất đa dạng, khó định nghĩa một cách thật chính xác. Tảo là những thực vật bậc thấp, nghĩa là những thực vật bào tử, có tản (cơ thể chưa phân thành thân, lá, rễ) tế bào của chúng chứa diệp lục và sống chủ yếu ở trong nước.
Tảo có cấu trúc hết sức đa dạng, bao gồm những dạng đơn bào, tập đoàn và đa bào với những loài kích thước lớn và có cấu tạo khác nhau, ví dụ một số lớn tảo nâu (Phaeophycota) có thể đạt kích thước tương đương với một cây nhỏ. Tuy là những sinh vật tương đối đơn giản nhưng ngay trong những tế bào nhỏ nhất cũng có thể thấy sự thể hiện hoàn hảo ở cấp độ tế bào. Khả năng sinh sản và cấu tạo cơ quan sinh sản rất sai khác. Màu sắc của tảo cũng không giống nhau, bởi vì ngoài diệp lục, tảo còn mang nhiều loại chất màu và che khuất diệp lục.
Những tảo đang tồn tại không phải là nhóm cơ thể đồng đều, thống nhất về cơ thể và nguồn gốc. Hiện nay tảo được xác nhận là tập hợp của một số ngành thực vật đặc biệt, độc lập về nguồn gốc và tiến hóa. Mỗi một ngành tảo trong hệ thống phân loại tương ứng với ngành vi khuẩn hay ngành nấm. Như vậy, từ “tảo” có ý nghĩa sinh học lớn, bao gồm các thực vật bậc thấp có diệp lục.2 Sự phân bố của tảo Tảo có ở khắp nơi, ngay cả trong đất, sa mạc, và ngay cả trên băng tuyết vĩnh cửu.
Tảo thủy sinh sống bên trong, bên trên, ở giữa hay sát mặt nước. Bên trên mặt nước là toàn bộ cơ thể (trừ phần tiếp xúc với nước) là khí sinh sát mặt nước thì chúng cũng chìm trong nước nhưng luôn bám sát mặt nước, còn ở giữa mặt nước thì ít nhiều có phần cơ thể nằm trong không khí. Tảo sống trong nước có độ muối dưới 0,5% gọi là tảo nước ngọt, tảo sống trong nước có độ muối từ 0,5 đến 3,2% gọi là tảo nước lợ, còn lại trong nước có độ muối từ 3,2% trở lên là tảo nước mặn. Độ muối của nước biển SVTH: Tạ Xuân Dũng 4 Luận văn Tốt nghiệp Đại học Khóa 08 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học khơi phần lớn là 33 - 40%.
Một số tảo sống được ở các phía của Texas (Mỹ) có độ muối lên đến 10% vào mùa khô. Ngược lại, những tảo sống ở hồ núi hay ở một số vùng đặc biệt có độ muối chỉ là 0,000036%. Một số tảo có thể chịu đựng biên độ muối đặc biệt lớn như Enteromorpha bám trên thành tàu vẫn sống khi tào di chuyển qua lại giữa nước mặn và nước ngọt. Ngoài độ muối sự phân bố của tảo còn phụ thuộc dinh dưỡng.
Thành phần tảo trong nước ngọt còn phụ thuộc vào độ pH, nước có pH >7 là nước kiềm có các chi ưu thế đặc trưng riêng, còn pH <7 là nước acid cũng có các chi ưu thế đặc trưng của nó.1 Một số loài tảo phân bố ở nước Hiện nay, khoảng 2000 loài tảo đất đã được mô tả, chúng chủ yếu thuộc tảo lam, tảo lục, tảo vàng lục và tảo silic. Ở các loại hình đất trồng các tỉnh phía bắc của nước SVTH: Tạ Xuân Dũng 5 Luận văn Tốt nghiệp Đại học Khóa 08 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học ta đã thống kê được 314 loài, trong đó tảo lục chiếm ưu thế - 131 loài (Dương Đức Tiến, 2000).2 Những loài tảo thường gặp trong đất (1-3)Tảo lam. Phormidium autumnale; (4-8)Tảo lục. Stichococcus bacllaris; (9-11)Tảo vàng lục.Heterothrix exilis; (12-14)Tảo silic.
(Theo Gollerbakh, 1977) Do nhiệt độ của môi trường đất thay đổi nhiều hơn so với môi trường nước, nên tảo đất có một số đặc điểm sinh học riêng, đó là: - Về kích thước, đều cùng một loài, nhưng nếu nó sống trong đất thì bao giờ cũng nhỏ hơn so với sống trong môi trường nước. - Nhiều loài có màng nhầy (bao nhầy) bao bọc, có khi trọng lượng bao nhầy nặng gấp 8 – 15 lần trọng lượng khô của tảo. Điều này giúp cho tảo chống lại điều kiện nắng hạn và khô ráo, tăng khả năng sống tiềm sinh của tảo. Ví dụ, khi tạo môi trường thích hợp, người ta đã phân lập được loài Nostoc commune (tảo lam) sống tiềm sinh trong mẫu đất khô 107 năm.
SVTH: Tạ Xuân Dũng 6 Luận văn Tốt nghiệp Đại học Khóa 08 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học - Tảo đất có khả năng thích nghi với nhiệt độ cao và thấp. Nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ rằng tảo đất vẫn tồn tại ở nhiệt độ cao (+ 100oC) và thậm chí ở cả nhiệt độ rất thấp (- 195oC). Khả năng này thuộc về các loài tảo lam. Một số tác giả còn khám phá một số lượng loài tảo đáng kể sống trên Corticolus và sống trong vỏ cây (Edward, 1968; Cox and Hightower, 1972; Wylic Schlichting, 1973).
Trong thành phần của địa y, nhiều tác giả đã khám phá ra một số lượng lớn loài tảo và vi khuẩn lam (Ahmadjian, 1967). Trong nguyên sinh động vật (Protozoa), ruột khoang, thân mềm và giun cũng có một số tảo sống như dạng cộng sinh, như trong Paramecium, Hydra, Molus và một số hải miên nước ngọt có loài tảo giống Chlorella (Cooke, 1975). Một số tảo giáp (Zooxanthellae) sống trong san hô có mối liên quan mật thiết qua quang hợp của chúng là yếu tố quan trọng đầu tiên của quần thể san hô. Pearse (1974) đã chứng minh loài hải quỳ chứa tảo vận động theo ánh sáng, trong khi những loài hải quì không chứa tảo thì không vận động.
Sự hợp tác khá toàn diện của tảo với động vật đã được D.Smith và các cộng sự chứng minh Sự phân bố của tảo sống trong nước có liên quan tới các yếu tố như thủy triều, dòng chảy, sự kích động của gió. Ngoài ra Proctor (1966) và Atkinson (1972) còn chứng minh được vai trò của chim nước trong sự phân bố của tảo. Schlichting (1970, 1971) đã cho rằng tảo sống trong nước có thể được vận chuyển bởi sự nổ của các bóng khí và các dòng không khí. Tảo đất và các tảo xuất hiện trên bờ ao là phát tán nhờ dòng không khí (Schlichting, 1964, 1970, 1974; MeElhenney và các cộng sự, 1962).
Mcgovern và các cộng sự (1966) cho rằng một số tảo có trong không khí đã là nguyên nhân gây dị ứng, Bernstein và Safferman (1970) đã tìm ra tảo sống trong bụi nhà. Bên cạnh đó, nhiều tảo có thể sống ở những nơi đặc biệt khắc nghiệt, đáng lưu ý là sự thịnh vượng của chúng trên tuyết (Stein và Brooke, 1964; Stein và Amundsen, 1967; Kol, 1968; Thomas, 1972; Gorrath và Nicholls,1974;Hoham, 1973, 1974, 1975, 1976) và ngược lại một số tảo ưa nhiệt lại chỉ sống vào mùa nóng hoặc chỉ sống trong các suối nước nóng. Một số tảo có thể sống trên sa mạc hoặc trên thân cây mọc ở đỉnh núi cao. SVTH: Tạ Xuân Dũng 7 Luận văn Tốt nghiệp Đại học Khóa 08 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học II.3 Các dạng cấu trúc của tảo Cơ thể của tảo rất đa dạng, khác nhau về hình thái và kích thước.
Chỉ ở tảo nâu và tảo hồng, cơ quan dinh dưỡng của chúng có cấu trúc phức tạp, còn các ngành tảo khác cơ thể của chúng rất đơn giản. Trong quá trình của chủng loại phát sinh luôn luôn có sự lặp lại của những dạng cấu trúc đơn giản, chỉ rõ sự tiến hóa của tảo đi từ đơn giản đến phức tạp.1 Cấu trúc đơn giản (mônat) (từ chữ La tinh “monas” có nghĩa là đơn độc) Có đặc điểm ở chỗ tế bào có roi. Phần lớn tế bào thường có hai roi (ít khi 1 hay 4 hay nhiều hơn) nên có khả năng di chuyển. Tế bào có hình trái xoan thuôn, hình quả lê hay gần như tròn, các dạng khác ít hơn.
Tảo có thể là đơn bào hay tập đoàn, được cấu thành từ một số hay nhiều tế bào hầu như giống nhau về hình dạng và chức phận.3 cấu trúc mônat dạng Cấu trúc monas này quan sát thấy trong suốt cả đơn bào Vi tảo Phacotus quá trình dinh dưỡng của những tảo đơn giản, còn ở những tảo có tổ chức cao hơn thường chỉ có ở những giai đoạn sinh sản vô tính (như động bào tử) hay sinh sản hữu tính (giao tử).