Đặt vấn đề Tảo Arthrospira platensis (A.platensis) là một vi khuẩn lam dạng sợi có ý nghĩa công nghệ sinh học do giá trị dinh dƣỡng cao. Giá trị dinh dƣỡng bắt nguồn từ hàm lƣợng protein cao (khoảng 70% khối lƣợng khô) với đầy đủ các acid amin cần thiết cho cơ thể ngƣời và động vật nuôi. Hàm lƣợng protein trong A.platensis thuộc vào loại cao nhất trong các thực phẩm hiện nay, cao gấp 3 lần trong thịt bò, cao hơn 2 lần trong đậu tƣơng. Do đó tảo hiện nay đƣợc coi là siêu thực phẩm của thế kỷ 21 và tảo A.platensis là sự lựa chọn hàng đầu hiện nay ở Việt Nam.
Hiện nay, các nhóm nghiên cứu trên thế giới đều đang tìm kiếm các nguồn gen mới nhằm khảo sát sự phân bố, xác định thành phần loài, đặc trƣng sinh học của loài tảo xoắn A. Trên cơ sở đó, phát hiện đƣợc những đặc điểm mới để khai thác, nuôi trồng và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực dƣợc phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, tảo xoắn A.platensis là một trong những nguồn protein phong phú nhất có nguồn gốc vi sinh vật (460 - 630 g/kg chất khô), mức protein cao hơn vƣợt trội khi so sánh với lƣợng protein trong thịt và đậu nành A.platensis chứa hàm lƣợng vitamin, khoáng chất, phenolics, axit béo thiết yếu, axit amin và sắc tố cao. Ngoài ra, việc phát triển và phân lập loại tảo này để duy trì nguồn giống và chọn lọc một cách kĩ càng bằng cách dựa trên đặc điểm hình dạng và khả năng hƣớng quang của tảo A.
Hiệu quả của phƣơng pháp này là rút ngắn thời gian phân lập, tạo giống tảo thuần, giống tảo sạch vi khuẩn từ một quần thể tảo A.platensis đã bị nhiễm tảo lạ, vi khuẩn và động vật phù du. Từ việc xác định đƣợc các yếu tố trên nguồn dinh dƣỡng từ A.platensis đóng một vai trò quan trọng để bù đắp nguồn protein thiếu hụt cho con ngƣời. Do đó với mục tiêu tập trung vào việc tìm kiếm, sàng lọc và đánh giá các đặc điểm sinh học của các chủng tảo xoắn A.platensis, nghiên cứu phân lập và xác định một số đặc điểm sinh học của chủng Arthrospira platensis đã tiến hành 1 phân lập, làm thuần và bƣớc đầu xác định các đặc điểm của một số chủng tảo xoắn phân bố tại các hồ nƣớc ngọt ở một số tỉnh phía Bắc Việt Nam. Mục đích, yêu cầu của đề tài 1.
Mục đích Phân lập và xác định một số đặc điểm sinh học của chủng Arthrospira platensis tại miền Bắc Việt Nam. Yêu cầu Thu thập và phân lập mẫu tảo Đánh giá khả năng sinh trƣởng của các mẫu tảo thu đƣợc Đánh giá hoạt chất, chỉ tiêu dinh dƣỡng có trong mẫu tảo phân lập. 2 PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Giới thiệu chung về tảo.1 Đặc điểm hình thái của tảo xoắn A.platensis có cấu tạo dạng sợi không nhánh và thƣờng có dạng vòng xoắn lớn, liên tục 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 thƣớc, 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, nhƣng vách ngăn giữa các tê bào rất khó quan sát.platensis thƣờng không chuyển động nhƣng đôi khi có thể chuyển động quay tròn.
Hầu hết các loài đều có không bào khí, nên có khả năng nổi trên mặt nƣớc. Trong hầu hết trƣờng hợp, sợi không có màng nhày hoặc nếu có thì rất mỏng và rất khó thấy. Không có tế bào dị hình, đƣờng kính sợi từ 8–10 μm (Dangeard P.1: Hình thái của các chủng Arthrospira phân lập ở hồ Kailala (Cộng hòa Chad) Ghi chú : (a) 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. (Sili et al .3: Cấu trúc thẳng và lỏng lẻo của Arthrospira maxima phân lập từ Hồ Texoco (Mexico).
Thang đo: A = 40 mm, B = 20 mm (ảnh C.Sili) (Sili et al ., 2012) Các yếu tố môi trƣờng, chủ yếu là nhiệt độ, điều kiện sinh lý, hóa học có thể tác động đến cấu trúc xoắn của tảo A. 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 trƣờng nuôi, tuy nhiên vẫn có những biến dị của mức độ xoắn giữa các chủng khác nhau trong cùng 1 loài hoặc giữa cùng một chủng. Ngay cả trong điều kiện tự nhiên (không phải nuôi trồng) thì sự biến đổi về hình dạng xoắn vẫn thƣờng gặp.
Dạng sợi thẳng hoặc hơi gợn sóng cũng gặp ở nhiều nghiên cứu. 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 nhƣ UV hoặc hóa chất) thì sẽ không thể quay trở lại dạng xoắn lò xo ban đầu (Vonshak, 1997).4: Hai dạng xoắn của tảo A.platensis Spiral : Xoắn ốc ; helix : Xoắn lò xo.5: Các dạng hình thái của tảo A.2 Vị trí phân loại Tảo xoắn A.platensis là vi khuẩn lam thuộc chi Arthrospira, bộ Oscillatoriaceae, lớp Cyanophyceae, ngành vi khuẩn lam. Tảo xoắn đƣợc phân lập từ mẫu nƣớc ngọt vào năm 1827 bởi Turpin, ban đầu xếp vào chi A. Đến năm 1892, từ những nghiên cứu của Stizenberger về vách ngăn giữa các tế bào trong chi A.platensis đã phân ra thành 2 chi là chi A.
Sau đó chúng đƣợc gộp vào cùng một chi một lần nữa và lại tách ra thành 2 chi vào năm 1989 bởi Gomont. Các phân loại này đƣợc 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) (Beeker W.platensis là tên thƣờng gọi chung của 2 loài Arthrospira maxima và Arthrospira platensis là loài tảo quang tự dƣỡng thuộc ngành tảo lam. Vị trí của tảo xoắn trong hệ thống phân loại nhƣ sau: Giới: Prokaryota 5 Ngành: Cyanobacteria/Cyanophyta Lớp: Cyanophyceae Bộ: Oscillatoriales Họ: Microcoleaceae Chi: Arthrospira 2.3 Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản Cũng giống nhƣ sự phát triển chung theo quy luật tăng trƣởng của các sinh vật.platensis cũng trải qua các giai đoạn: Pha chậm, pha tăng trƣởng, pha tăng trƣởng chậm, pha cân bằng, pha suy tàn.6: Các pha sinh trưởng của vi tảo.
(1) Pha chậm là pha đầu tiên trong quá trình sinh trƣởng của tảo, sự vô hiệu hóa các enzyme, sự giảm tốc độ trao đổi chất của tảo giống, tế bào gia tăng kích thƣớc nhƣng không có sự phân chia, một số yếu tố khuếch tán đƣợc tạo ra do chính các tế bào thì cần cho quá trình cố định carbon. Hoạt động trao đổi chất của các tế bào đã ức chế sự hoạt động của các độc tố có mặt trong môi trƣờng, hay do cấy tảo vào môi trƣờng có chứa một vài chất có nồng độ quá cao. 6 (2) Pha tăng trƣởng: Là giai đoạn mà tế bào phân chia rất nhanh và liên tục. Tốc độ tăng trƣởng trong gia đoạn này tùy thuộc vào kích thƣớc tế bào, cƣờng độ ánh sáng, nhiệt độ.
(3) Pha tăng trƣởng chậm: Khi có một vài nhân tố xuất hiện nhƣ: sự giảm sút của yếu tố dinh dƣỡng nào đó, tỷ lệ cung cấp oxy và carbonic, thay đổi pH, sự hạn chế ánh sáng, xuất hiện các yếu tố ngăn cản sự phân chia các tế bào do chất độc nào đó thì quá trình sinh trƣởng của tảo bị ức chế, đây là giai đoạn đầu của pha tăng tƣởng chậm. Tuy nhiên, pha này diễn ra rất nhanh với sự cân bằng đƣợc tạo ra giữa tốc độ tăng trƣởng và các nhân tố giới hạn, nó đƣợc xem là pha quân bình. (4) Pha cân bằng: Mật độ tế bào tƣơng độ ổn định, không thay đổi do các yếu do hạn chế và tốc độ sinh trƣởng ở trạng thái cân bằng. (5) Pha suy tàn: Khi các chất dinh dƣỡng trở nên cạn kiệt không đủ cung cấp cho sự sinh trƣởng và trao đổi chất đến mức trở nên độc hại, tảo sẽ bị suy tàn gọi là pha chết.platensis có phƣơng thức sinh sản vô tính (phân chia từ một sợi tảo mẹ trƣởng thành).
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 bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa này. Trong sự phát triển, dần dần phần đầu gắn tiêu giảm, 2 đầu hormorgonia trở nên tròn nhƣng vách tế bào vẫn có chiều dày không đổi. Các hormorgonia phát triển, trƣởng thành và chu kì sinh sản đƣợc lập đi lập lại một cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời của tảo. Trong thời kì sinh sản tảo A.platensis nhạt màu ít sắc tố xanh hơn bình thƣờng.
Vòng đời tảo A.platensis đƣợc thể hiện trong hình 2.7: Vòng đời tảo A.platensis (Nguồn: Ngô Thùy Trâm, 2009) Rõ ràng vòng đời tảo đơn giản, tƣơng đối ngắn. Trong điều kiện (nuôi trong thí nghiệm) vòng đời khoảng 1 ngày, ở điều kiện là khoảng 3 – 5 ngày).4 Giá trị dinh dưỡng của tảo xoắn và thành phần hóa học 2.1 Gía trị dinh dưỡng Dinh dƣỡng là một yếu tố vô cùng quan trọng ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng và phát triển của tảo. Dinh dƣỡng ảnh hƣởng rất lớn đến số lƣợng và chất lƣợng của vi tảo.platensis đồng hóa carbon chủ yếu ở dạng vô cơ, tốt nhất là bicarbonate (HCO3-) thông qua quá trình quang hợp. Nguồn cacbon cung cấp cho A.platensis khoảng 1,2–16,8g NaHCO3/lít (Becker, E., 1984) Nguồn N: Nitroren đƣợc tảo sử dụng để tạo ra các amino acid, nucleic acid, chlorophyll và các hợp chất hữu cơ chƣa nitroren khác.
Nitơ chiếm 1 – 10% trọng lƣợng khô của tế bào tảo (Đặng Đình Kim, 1999). Hầu hết các loài tảo đều có thể sử dụng NaNO3 ở màng tế bào (Graham, 2000). Nguồn nitrogen cung cấp không những ảnh hƣởng đên quá trình phát triển cảu tảo mà nó còn ảnh hƣởng đến thành phần sinh hóa của tế bào tảo. Tế bào Arthrospira platensis tăng trƣởng tốt nhất khi hàm lƣợng urea bổ sung vào môi trƣờng nuôi cấy là 500mg/l với cƣờng độ ánh sáng là 5600 lux.
Trong khi đó để thu 8 đƣợc tảo có năng suất cao cần tạo đƣợc môi trƣờng có nồng độ đạm cao đến 172 mg/l (Muzapharop & Taubaep, 1974; Trần Văn Vỹ, 1995). Tốc độ phát triển của tảo tốt nhất khi nồng độ nitrogen và phosphorus với hàm lƣợng là 25 và 2 mg/l. Các yếu tố đa lƣợng: kali, natri, magie, canxi, sắt, và các yếu tố vi lƣợng nhƣ: mangan, đồng, kẽm là những chất cần thiết cho sự phát triển của tảo.