ảnh hưởng của một số điều kiện nuôi cấy đến sinh trưởng phát triển và hàm lượng lipid ở các tảo silic

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Pleurosigma sp. (PLTA) Error: Reference source not found
Hình 1.2. Nitzschia sp. (NITA) Error: Reference source not found
Hình 3.1. Đường cong sinh trưởng của chủng PLTA và NITA Error: Reference
source not found
Hình 3.2. Hình ảnh thí nghiệm nghiên cứu sự sinh trưởng của các chủng tảo trên các
điều kiện môi trường khác nhau Error: Reference source not found
Hình 3.3 . Khả năng sinh trưởng của PLTA ở các điều kiện môi trường khác nhau

Error: Reference source not found
Hình 3.4 . Khả năng sinh trưởng của NITA ở các điều kiện môi trường khác nhau

Error: Reference source not found
Hình 3. 5 . Khả năng sinh trưởng của PLTA ở các nguồn N khác nhau Error:
Reference source not found
Hình 3.6. Khả năng sinh trưởng của NITA ở các nguồn N khác nhau Error:
Reference source not found
Hình 3.7. Hình ảnh nghiên cứu sự sinh trưởng của các chủng tảo silic trên các điều
kiện môi trường khác nhau: PLTA (trái), NITA (phải). Error: Reference source not
found
Hình 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng N và điều kiện chiếu sáng lên sự tích lũy lipid
của PLTA Error: Reference source not found
Hình 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng N và điều kiện chiếu sáng lên sự tích lũy lipid
của NITA Error: Reference source not found
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nguồn N lên sự tích lũy lipid của PLTA Error: Reference
source not found
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nguồn N lên sự tích lũy lipid của NITA Error: Reference
source not found
Hình 3.12. Tương quan giữa sinh khối khô và hàm lượng lipid của PLTA Error:
Reference source not found
ở các điều kiện môi trường Error: Reference source not found

Hình 3.13. Tương quan giữa sinh khối khô và hàm lượng lipid của Error: Reference
source not found
Hình 3.14. Năng suất lipid của các chủng tảo ở các điều kiện thí nghiệm Error:
Reference source not found
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh vi tảo với các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel khác [] Error:
Reference source not found
Bảng 1.2. Hàm lượng lipid của một số chủng tảo [] Error: Reference source not
found
Bảng 2.1. Bố trí công thức thí nghiệm ảnh hưởng của một số điều kiện môi trường
và chiếu sáng đến hàm lượng lipid Error: Reference source not found
Bảng 3.1 . Mật độ tế bào của các chủng tảo qua các thời gian nuôi cấy Error:
Reference source not found
Bảng 3.2. Khả năng sinh trưởng của PLTA ở các nguồn N khác nhau Error:
Reference source not found
Bảng 3.3. Khả năng sinh trưởng của NITA ở các nguồn N khác nhau Error:
Reference source not found
Bảng 3.4. Hàm lượng lipid của chủng PLTA ở các điều kiện môi trường Error:
Reference source not found
Bảng 3.5 . Hàm lượng lipid của chủng NI TA ở các điều kiện môi trường Error:
Reference source not found
Bảng 3.4. Hàm lượng lipid của chủng PLTA ở các điều kiện môi trường Error:
Reference source not found
Bảng 3.5 . Hàm lượng lipid của chủng NI TA ở các điều kiện môi trường Error:
Reference source not found
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG 3
MỤC LỤC 4
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
Năm 2012, Lý Thị Tùy Duyên và cs nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ xuất phát đến tăng
trưởng của vi tảo S. costatumtrong môi trường nước biển nhân tạo AQuil*.Tác giả đã nhận
định mật độ nuôi cấy là một trong những yếu tố có liên quan đến sinh khối và thời gian tảo
đạt cực đại. Skeletonema costatum tăng trưởng tốt nhất trên môi trường Aquil* ở mật độ
nuôi cấy 30000 tb/mL, ánh sáng 3000 lux ± 500, nhiệt độ 25oC ± 2 cho chuỗi tế bào dài,
sắc thể đậmmàu, có đường cong tăng trưởng điển hình [] 27
CHƯƠNG 2 28
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28
CHƯƠNG 3 34
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34
Hình 3.14. Năng suất lipid của các chủng tảo ở các điều kiện thí nghiệm 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
1
MỞ ĐẦU
Tảo silic (Bacillariophyceae hay diatom) là một nhóm tảo có hàm lượng lipid
và acid béo cao, có tiềm năng ứng dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học ở quy mô
công nghiệp, đặc biệt là sản xuất biodiesel. Tảo silic phân bố hết sức rộng rãi trên
Trái Đất: trên thân cây ở đỉnh núi cao, trên đất, đá ẩm, mọi thủy vực nước ngọt,
nước lợ, nước mặn []. Trong hệ phù du dưới biển, tảo silic là nhóm chiếm ưu thế,
đặc biệt ở những vùng biển giàu dinh dưỡng []. Tảo silic được cho là nhóm phù du
nhân thật quan trọng nhất, tạo ra khoảng 20-25% tổng sinh khối sơ cấp ở các thủy
vực trên cạn và khoảng 40% sinh khối sơ cấp ở biển [].Do có hàm lượng lipid cao
nên từ lâu tảo silic đã được sử dụng làm thức ăn cho ấu trùng tôm, cá, động vật thân
mềm như Phaeodactylum, Chaetoceros, Skeletonema, Thalassiosira, []. Một số
loài tảo silic còn được dùng để sản xuất các chất béo không no có giá trị như
eicosapentaenoic acid (EPA), arachidonic acid (AA) và docosahexaenoic acid
(DHA) []. Một số vi tảo rất phổ biến cho sản xuất lipid đó là Chlorella,
Crypthecodinium, Cylindrotheca, Nitzschia []. Trong công nghiệp nuôi tôm sú, tảo

silic là một trong những loài tảo phù hợp về kích thước và chất lượng dinh dưỡng
cho ấu trùng tôm. Tảo có tốc độ tăng trưởng nhanh, có thể nuôi trong điều kiện
nhân tạo, trong các trại sản xuất giống. Các loài thường được sử dụng nhất để làm
thức ăn cho ấu trùng tôm, cá là Phaeodactylum, Chaetoceros, Skeletonema và
Thalassiosira []. Trong đó, hàm lượng lipid chính là chìa khóa để tuyển chọn các
chủng làm nguyên liệu cho sản xuất biodiesel []. Chi phí cao do năng suất lipid
thấp là một vấn đề, gây trở ngại cho việc sản xuất thương mại dầu diesel sinh học có
nguồn gốc từ vi tảo. Những nghiên cứu nuôi cấy vi tảo trong phòng thí nghiệm hoặc
điều kiện ngoài trời cho thấy rằng để có được hàm lượng lipid cao cần có những kỹ
thuật cảm ứng tạo lipid hoặc gây sốc (stress) cho môi trường nuôi vi tảo [].
Trong nuôi tảo nói chung, nguồn tảo giống, chất dinh dưỡng và điều kiện
môi trường nuôi là những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng và thành phần
sinh hoá của tảo. Các thành phần dinh dưỡng đa lượng (C, N, P) và vi lượng ảnh
hưởng rất lớn đến sinh trưởng của tảo, đặc biệt trong điều kiện nuôi với mật độ
2
cao[]. Các mức nitrogen khác nhau trong môi trường nuôi có ảnh hưởng lớn đến
sinh trưởng, hàm lượng lipid của tảo đã được đề cập trong nhiều nghiên cứu. Thiếu
hụt nitrogen là nguyên nhân làm giảm tốc độ sinh trưởng, sinh khối, thời gian duy
trì mật độ cực đại, hàm lượng sắc tố, protein, lipid, acid béo không no, vitamin,
carotenoids, phycociamin, enzyme,… ở nhiều loài tảo. Ngoài ra môi trường nuôi và
nguồn nitrogen khác nhau cũng ảnh hưởng đến nhu cầu nitrogen.[]
Thừa Thiên Huế có thủy vực nước lợ ven bờ rất đa dạng về thành phần loài
thủy hải sản, đặc biệt là các loài vi tảo silic. Những nghiên cứu trước đây về vi tảo
phù du ở vùng này đều tập trung vào việc xác định sự đa dạng và biến động thành
phần loài []. Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng nuôi trồng tảo, thăm dò xác định hàm
lượng các hoạt chất trong tảo, đặc biệt là hàm lượng lipid nói chung đang còn hạn
chế. Vì vậy, trong đề tài này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu “Ảnh hưởng của một
số điều kiện nuôi cấy đến sinh trưởng phát triển và hàm lượng lipid ở các tảo
silic” .
Mục đích luận văn:

- Tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy các chủng tảo silic triển vọng nhằm mục
đích cho tốc độ sinh trưởng cao và hàm lượng lipid cao.
- Kết quả của đề tài sẽ làm tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo với mục đích
tạo ra nguồn nguyên liệu để sản xuất các hợp chất sinh học có giá trị ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực: nuôi trồng thủy sản, công nghệ sản xuất các hợp chất sinh học
và sản xuất nhiên liệu sinh học.
Nội dung luận văn:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nitrogen (nitrate) kết hợp với điều
kiện ánh sáng đến sự sinh trưởng và hàm lượng lipid tích luỹ của chủng
Pleurosigma sp. và Nitzschia sp.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn nitrogen khác nhau (nitrate,
ammonium, urea…) đến sự sinh trưởng và hàm lượng lipid tích luỹ của chủng
Pleurosigma sp. và Nitzschia sp.
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẢO SILIC
1.1.1. Đặc điểm chung
- Sinh thái: Trong môi trường nước, tảo là nhóm sinh vật chiếm ưu thế,
trong đó, vi tảo ở các tầng trên của biển đóng vai trò quan trọng trong chu trình
carbon, oxygen, nitrogen, phosphorus, silicon và những thành phần khác. Trong hệ
phù du ở biển, tảo silic là nhóm chiếm ưu thế, đặc biệt ở những vùng biển giàu dinh
dưỡng []. Tảo silic thường gặp nhất ở trong môi trường nước, cả ở nước ngọt và
biển. Chúng chiếm ưu thế trong hệ phù du, đặc biệt khi các cột nước động và giàu
dinh dưỡng. Hầu hết tảo silic sống ở tầng đáy như trên đá, sỏi, cát, bùn, bề mặt động
thực vật ở đáy hồ, sông, biển. Đại đa số chúng quang hợp, do đó chúng chỉ hạn chế
ở các tầng nông [].
- Cấu trúc tế bào: Tế bào tảo silic hầu hết có kích thước từ 10-200 μm theo
chiều lớn nhất. Tế bào chứa nguyên sinh chất và thành tế bào bao quanh, có các bào
quan của thực vật nhân thật, bao gồm nhân, thể Golgi, Ty thể, Lục lạp. Nhân khá dễ

dàng nhận thấy, thường nằm ở trung tâm tế bào bởi các cầu hoặc sợi của nguyên
sinh chất, hoặc nằm về một phía của tế bào. Lục lạp có màu nâu, vàng kim hoặc
vàng xanh với một lượng lớn carotenoid, chủ yếu là β-carotene, fucoxanthin,
diatoxanthin và diadinoxanthin. Màu sắc của tế bào là do các carotenoid, chúng che
phủ các chlorophylla, c1, c2. Khi bị tổn thương hoặc xử lý bằng acid, tế bào chuyển
thành màu xanh do carotenoid bị phá hủy làm lộ ra các chlorophyll [].
Có hai nhóm tảo silic chính: tảo silic lông chim và tảo silic trung tâm. Tảo
silic lông chim thường có mảnh vỏ dài, lưỡng cực, đa số đối xứng hai bên. Tuy
nhiên một số tảo silic lông chim không đối xứng hai bên, chẳng hạn Cymbella,
Gomphonema, đó là do sự phát triển không đều của bào tử và dễ biến dạng từ bên
này sang bên kia đai. Tảo silic trung tâm có dạng đối xứng tỏa tròn [].
Tảo silic có cấu tạo đơn bào, sống đơn độc hay thành tập đoàn dạng pamella,
dạng sợi, dạng chuỗi, dạng dải, dạng sao….Tế bào có nhân lưỡng bội, có cấu trúc
4
màng độc đáo gọi là vỏ giáp. Vỏ gồm hai lớp: lớp trong là pectin, lớp ngoài là
dioxide silic (SiO
2
.7H
2
O)[]. Ngoài silica, thành tế bào còn có vật liệu hữu cơ bao
gồm protein, lipid và polysaccharide. Chức năng của hầu hết thành phần hữu cơ là
chưa được biết rõ, có thể là bảo vệ silica khỏi bị hòa tan, một số khác liên kết các
phân tử silica và một số có thể liên quan tới sự nhận biết tế bào - tế bào, chẳng hạn
trong sinh sản hữu tính. Những hợp phần silica của thành tế bào được gọi là “vỏ”
(frustule), là phần còn lại khi tế bào được tẩy sạch bởi acid đậm đặc hoặc các tác
nhân oxy hóa khác để loại bỏ hết thành phần hữu cơ. Vỏ không phải là toàn bộ
thành tế bào, thậm chí có lúc không phải là phần chính của thành tế bào. Vỏ gồm
hai mảnh (valve) gắn với nhau bới một đai (girdle). Vỏ trên (epitheca) lớn hơn vừa
khít với vỏ dưới nhỏ hơn (hypotheca).Cấu trúc vỏ và cách sắp xếp hoa văn trên vỏ
chính là điểm đặc biệt của tảo silic, làm cho chúng dễ dàng được nhận biết và là đặc

điểm chìa khóa để phân loại []
- Sinh sản: Tảo silic phân chia tế bào theo hình thức sinh sản sinh dưỡng bằng
cách phân đôi. Là tế bào nhân thật, tế bào tảo silic cũng trải qua các pha G1, S, G2.
Không như thành tế bào làm từ cellulose hay các polysaccharide khác, mảnh vỏ silica
không thể kéo giãn, mặc dù có thể bẻ cong, sự tăng thể tích tế bào trong suốt các pha
G1, S, G2 không thể thực hiện bằng cách kéo giãn thành phần vỏ []. Thay vì vậy, sự
mở rộng được thực hiện bằng vỏ trên và vỏ dưới trượt khỏi nhau. Hai tế bào con hình
thành, một thừa hưởng vỏ trên của mẹ và tổng hợp vỏ dưới mới, tế bào còn lại thừa
hưởng vỏ dưới của mẹ, cái mà lúc này trở thành vỏ trên, và tổng hợp một vỏ dưới mới.
Vì vậy, tế bào con luôn nhỏ hơn tế bào mẹ sau mỗi lần phân chia [].
Tuy nhiên, kích cỡ tế bào không nhỏ vô hạn định. Khi kích thước tế bào nhỏ
tới mức giới hạn, tảo silic khôi phục lại kích thước thông qua quá trình hình thành
bào tử sinh trưởng (auxospore), điều này thường liên quan tới sự sinh sản hữu tính.
Các tế bào dạng lưỡng bội giảm phân tạo giao tử. Một giao tử sẽ rời bỏ lớp vỏ silica
để hợp nhất vào giao tử kia. Sau đó, hình thành một khối cầu lớn, được bao bọc bởi
một màng hữu cơ. Bên trong khối cầu này, một vỏ mới với kích thước tối đa được
tạo thành và chu trình mới bắt đầu [].
5
1.1.2. Chi Pleurosigma
Hình 1.1. Pleurosigma sp. (PLTA)
Lớp Bacillariophyceae (Haeckel 1878)
Phân lớp Bacillariophycidae (Haeckel 1878) Mann 1990
Bộ Naviculales (Bessey 1907)
Họ Pleurosigmataceae (Mereschkowsky 1903)
Chi Pleurosigma (Smith 1852) [].
Mô tả chung: Tế bào đơn độc, hai đầu nhọn hơi uốn nhẹ, chiều dài vỏ hình
mũi mác, thường có đường sigma. Đường rãnh thường có hình sigma, trung tâm
hoặc lệch tâm. Vân mịn, có các đốm nhỏ trong các đường xiên và ngang. Sinh chất
phân bố khắp tế bào. Nhân trung tâm thường nhỏ và tròn. Chiều dài 60-68 µm,
chiều rộng 12-15 µm. Khoảng 16 loài Pleurosigma đã được mô tả bởi Smith (1852).

Pleurosigma angulatum, P. aestuarii, P. affine, P. normani, P. nubecula, P.
peragalli, P. stuxbergii…[].
1.1.3. Chi Nitzschia
Hình 1.2. Nitzschia sp. (NITA)
6
Lớp Bacillariophyceae
Bộ Bacillariales Hendey 1937
Họ Bacillariaceae Ehrenberg 1831
Chi Nitzschia Hassall 1845.
Mô tả chung: Tế bào sống đơn độc. Chiều dài 90-94 µm, chiều rộng mặt vỏ
5-7 µm. Sinh chất phân bố 2 đầu tế bào. Hai đầu tế bào thuôn nhọn, ở giữa hơi
phình to. Không thấy vân. Nội sinh chất ít.
1.2. ỨNG DỤNG CỦA TẢO SILIC
1.2.1. Các hợp chất hoạt tính sinh học
Lipidthu được từ tảo có thể được sử dụng để sản xuất mỹ phẩm và các thành
phần của dược phẩm (thuốc giảm béo, chống tích lũy mỡ dưới da, chống sự lão hóa
da và các thuốc hỗn hợp cho da nhạy cảm) [51].
Tảo silic Skeletonema costatum có nhiều loại sterol, bao gồm cholesterol,
campesterol, 24-methylenecholesterol, β-sitosterol và fucosterol[].
Hàm lượng chất béo có ý nghĩa ở tảo silic là 1,7 pg/tb, hàm lượng này ở
Chaetoceros (2 pg/tb) cao hơn so với Skeletonema costatum (1,4 pg/tb). Thành phần
acid béo mỗi chi thường giống nhau []. Giá trị dinh dưỡng của vi tảo có thể bị thay
đổi rất lớn ở các pha phát triển và dưới các điều kiện nuôi khác nhau. Vi tảo phát
triển đến cuối pha logarit thường chứa 30 – 40% protein, 10 – 20% lipid và 5 – 15
% carbohydrate. Khi tảo được nuôi qua pha cân bằng thì hàm lượng này bị thay đổi
rất lớn, ví dụ như: khi nitrate giảm thì hàm lượng carbohydrate có thể tăng gấp 2 lần
hàm lượng protein [16].
Tảo silic là loài trao đổi chất linh hoạt do chúng có thể sản xuất và tích lũy
loạt các chất chuyển hóa có hoạt tính sinh học, chẳng hạn như PUFA
(polyunsaturated fatty acid) và các chất polyme ngoại bào ví dụ như:

Docosahexaenoic acid (DHA), eicosapentaenoic acid (EPA), arachidonic acid (AA)
rất cần thiết đối với động vật nuôi thủy sản [].
Sử dụng tảo silic để sản xuất PUFA có lợi thế hơn chiết xuất từ dầu cá.
Đầu tiên, tảo silic có một hàm lượng PUFA; thành phần của PUFA trong một số
loài có thể lên tới 5% - 6% của trọng lượng khô tế bào. Thứ hai, tảo silic là tảo đơn
7
bào với sự phát triển nhanh chóng, và có thể áp dụng các kĩ thuật công nghệ sinh
học lên tế bào của chúng để thúc đẩy quá trình tổng hợp PUFA, ví dụ như thao tác
di truyền và thay đổi các điều kiện nuôi cấy []. Như vậy, sản xuất vi tảo để thu các
hợp chất ở quy mô lớn là dễ dàng, và các chất chuyển hóa cao có thể thu được
thông qua điều kiện nuôi cấy được kiểm soát. Thứ ba, việc tách chiết và tinh sạch
các PUFA từ tảo silic đơn giản hơn từ cá []. Đặc biệt, các sản phẩm tảo silic không
chứa mùi tanh, cholesterol, hoặc ô nhiễm bởi thuốc trừ sâu và các kim loại nặng có
nhiều khả năng xuất hiện trong dầu cá.
Trong nuôi trồng thủy sản, EPA và DHA là thành phần dinh dưỡng quan
trọng của ấu trùng của nhiều loài cá, tôm và sinh vật hai mảnh vỏ. PUFA có khả
năng duy trì tốc độ tăng trưởng của ấu trùng cao và cho tỷ lệ sinh sản cao. Như vậy,
PUFA là một trong những chỉ số quan trọng nhất cho việc đánh giá giá trị dinh
dưỡng thức ăn thủy sản [].
Nhận thức về lợi ích của PUFA đối với người và động vật, thêm vào đó là sự
cạn kiệt của dầu cá (là nguồn cung cấp PUFA chính hiện nay) đã dẫn đến việc tìm
kiếm nguồn PUFA rẻ tiền trong vài năm qua. Trong thực tế, cá không tự tổng hợp
được PUFA mà tích lũy qua thức ăn là các vi tảo giàu PUFA. Vi tảo, đặc biệt là
nguồn gốc biển, giàu PUFA trong tế bào rất được các nhà khoa học quan tâm,
nghiên cứu [].
1.2.2. Ứng dụng của tảo silic trong nuôi trồng thủy sản
Tảo đơn bào là thức ăn tươi sống đặc biệt quan trọng cho tất cả các giai đoạn
phát triển của động vật thân mềm hai mảnh vỏ (Bivalvia) như: hầu, vẹm, điệp,
sò. Chúng còn là thức ăn cho ấu trùng của hầu hết các loài tôm, cá, ốc và cho
các động vật phù du. Đã có hàng trăm loài tảo được thử nghiệm làm thức ăn,

nhưng cho tới nay chỉ khoảng hai mươi loài tảo đơn bào được sử dụng rộng rãi
trong nuôi trồng thủy sản [].
Vi tảo là nguồn cung cấp vitamin quan trọng cho các đối tượng nuôi thuỷ
sản. Theo thống kê của Brown (2002), hàm lượng acid ascorbic (vitamin C) trong vi
tảo có sự khác nhau rất lớn giữa các loài (16 mg/g khối lượng khô ở tảo
8
Chaetoceros muelleri; 1,1 mg/g ở tảoThalassiosira pseudonana). Còn lại các
vitamin khác (thiamin – B1, riboflavin – B2, pyridoxine – B6, cyanocobalamin –
B12, biotin, pyridoxine…) chỉ khác nhau từ 2 – 4 lần giữa các loài tảo. Điều này
chứng tỏ rằng, việc lựa chọn một cách cẩn thận các loại vi tảo kết hợp với nhau sẽ
cung cấp đầy đủ vitamin cho chuỗi thức ăn của động vật nuôi thủy sản [].
Hiện nay, trên thế giới có khoảng 40 loài vi tảo được nuôi sử dụng làm thức
ăn trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, ở Việt Nam chủ yếu mới phân lập và làm
thức ăn trong nuôi trồng thủy sản chủ yếu 2 loài Skeletonema costatum và
Chaetoceros sp Hiện nay, ở nước ta các giống vi tảo này chủ yếu được nhập khẩu
nên thường gặp những khó khăn, không những trong bảo quản, vận chuyển mà còn
gặp các vấn đề trong nuôi cấy. Sự thay đổi về môi trường sống, thời tiết, khí hậu
cần phải có thời gian để con giống thích nghi lại. Ngoài ra, giá thành cũng là một
yếu tố quan trọng trong việc nhập khẩu giống [].
Trong nuôi trồng thủy sản, màu nước có vai trò rất quan trọng trong việc tham
gia hình thành chuỗi thức ăn tự nhiên, hệ lọc sinh học, ổn định các thông số môi
trường …tảo silic nhiều góp phần tạo màu nước tốt. Sự hiện diện của các loài vi
tảo này trong ao hồ nuôi thủy sản thể hiện môi trường rất nhiều thức ăn tự nhiên
và phong phú về chủng loại, cân bằng các yếu tố môi trường và các phương
trình sinh hóa sinh lý, ít các loài tảo độc rong độc giàu dưỡng chất [].
Trong công nghiệp nuôi tôm sú, tảo silic là một trong những loài tảo phù hợp
về kích thước và chất lượng dinh dưỡng cho ấu trùng tôm. Tảo có tốc độ tăng
trưởng nhanh, có thể nuôi trong điều kiện nhân tạo, trong các trại sản xuất giống.
Có rất nhiều loại thức ăn để ươm nuôi ấu trùng tôm sú, riêng tảo lục và tảo silic đã
có tới hơn 15 loài [4]. Các loài thường được sử dụng nhất để làm thức ăn cho ấu

trùng tôm, cá là Phaeodactylum, Chaetoceros, Skeletonema và Thalassiosira [].
Tảo silic chiếm ưu thế ở môi trường nước, có hàm lượng lipid cao, kích thước phù
hợp nên từ lâu đã được dùng làm thức ăn cho nuôi trồng thủy sản. Hàm lượng
protein là yếu tố chính quyết định giá trị dinh dưỡng của vi tảo. Bên cạnh đó, hàm
lượng các acid béo không no như EPA, AA, DHA cũng là yếu tố quan trọng [].
Thực tế, một số acid béo cần thiết cho nhiều động vật biển [] và cần thiết cho sinh
9
trưởng, phát triển của nhiều ấu trùng []. Theo Brown và cs. (1997), vi tảo cần thiết
cho dinh dưỡng trong suốt một thời gian ngắn, ở dạng trực tiếp tiêu thụ của động
vật thân mềm và tôm, hay gián tiếp như nguồn thức ăn cho các con mồi làm thức
ăn cho cá con [].
Các loài thường được sử dụng nhất để làm thức ăn cho ấu trùng tôm, cá là
Phaeodactylum, Chaetoceros, Skeletonema và Thalassiosira [].
1.2.3. Ứng dụng của tảo silic trong sản xuất biodiesel
Sản xuất biodiesel là một hướng ứng dụng khá mới mẻ của tảo silic. Chìa
khóa cho sản xuất biodiesel chính là lipid có trong nguyên liệu []. Vi tảo có nhiều
ưu điểm như dễ nuôi trồng, có thể sinh trưởng mà cần ít hoặc không cần chăm sóc
chu đáo, tận dụng được nguồn nước không sử dụng và dễ dàng hấp thụ chất dinh
dưỡng []. Biodiesel là hỗn hợp các ester giữa acid béo và alkyl thu được thông qua
quá trình chuyển vị ester của dầu thực vật hay mỡ động vật. Nguồn nguyên liệu
lipid dầu thực vật hay mỡ động vật bao gồm 90-98% khối lượng là các triglyceride
và một lượng nhỏ các mono và diglyceride, acid béo tự do chiếm khoảng 1-5%,
phần còn lại là các phospholipid, phosphatide, carotene, tocopherol, hợp chất
sulphur, và một ít nước [].
Biodiesel chủ yếu được sản xuất từ dầu của đậu nành và các loại rau quả, cọ,
hoa hướng dương, hạt cây cải dầu [] cũng như dầu phế thải từ các nhà hàng []. Sử
dụng nguồn nguyên liệu thực vật để sản xuất biodiesel dẫn đến việc mở rộng diện
tích trồng trọt, áp lực trong sự thay đổi sử dụng đất trồng và sự gia tăng các cánh
đồng canh tác có thể dẫn tới cạnh tranh đất đai và làm mất đi sự đa dạng sinh học
do sự lấn chiếm rừng và các vùng sinh thái quan trọng []. Vi tảo được xem là ứng

cử viên tiềm năng cho sản xuất biodiesel bởi một số lí do:
Nguồn nguyên liệu là sinh khối vi tảo, có thể góp phần giảm bớt được những
đòi hỏi bức thiết về mặt bằng nhờ có hiệu suất năng lượng cao hơn trên mỗi đơn vị
diện tích đất cũng như không cạnh tranh ảnh hưởng tới đất nông nghiệp. Hơn nữa,
biodiesel sản xuất từ vi tảo ảnh hưởng đến môi trường thấp hơn và có cùng chất
lượng so với các nguồn nhiên liệu hiện nay [].
Vi tảo phát triển rất nhanh chóng và nhiều loài tảo có lượng dầu phong phú.
10
Mức dầu 20 – 50% là phổ biến ở vi tảo. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, lượng
dầu lý tưởng có thể đạt 56 – 60% tổng sinh khối khô bằng kỹ thuật di truyền hoặc
kỹ thuật nuôi cấy dị dưỡng. []
Thực tế, vi tảo có hiệu suất dầu cao nhất trong số các cây trồng lấy dầu đa
dạng khác. Có thể so sánh hiệu suất nuôi trồng vi tảo với việc khai thác các nguồn
sinh khối khác qua bảng số liệu sau.
Bảng 1.1. So sánh vi tảo với các nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel khác []
Nguồn
Hàm lượng dầu
(% khối lượng
sinh khối)
Năng suất
lipid (L
dầu/ha.năm)
Đất sử dụng
(m2.năm/kg
biodiesel)
Năng suất
biodiesel (kg
biodiesel/
ha.năm)
Bắp/Ngô

(Zea mays L)
44
172 66 152
Camelina
(Camelina sativa L.)
42 915 12 809
Canola/ Cải dầu
(Brassica napus L.)
41 974 12 862
Hướng dương
(Helianthus annuus
L.)
40 1070 11 946
Cọ dầu
(Elaeis guineensis)
36 5366 2 4747
Vi tảo
(lượng dầu thấp)
30 58700 0,2 51927
Vi tảo
(lượng dầu trung bình)
50 97800 0,1 86515
Vi tảo
(lượng dầu cao)
70 136900 0,1 121104
Vi tảo có khả năng quang hợp hiệu quả hơn bất kỳ loại sinh khối thực vật
nào khác, quá trình quang hợp của vi sinh vật là quá trình tái sinh sử dụng năng
lượng mặt trời để chuyển hóa thành một dạng năng lượng dự trữ mới dưới dạng các
liên kết hóa học, ngoài ra con người hoàn toàn có thể chủ động sản xuất sinh khối vi
tảo với số lượng lớn. Vì vậy nếu có thể thu hồi năng lượng với năng suất cao từ

chúng thì sinh khối vi tảo được xem là một nguồn tài nguyên đầy hứa hẹn để sản
xuất nhiên liệu, và vi tảo có thể được xem như một nguồn năng lượng thay thế cho
11
nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt dần []. Hơn nữa, theo tiêu chuẩn
biodiesel của tổ chức kiểm tra nguyên liệu Mỹ (ASTM), biodiesel từ dầu vi tảo có
các thuộc tính tương tự với biodiesel tiêu chuẩn, và nó cũng an toàn hơn vì có nhiệt
độ phát cháy cao.
Những ưu điểm khi nuôi cấy vi tảo như nguồn tài nguyên sinh khối tảo được
xem là các cơ thể sống có khả năng thu nhận năng lượng mặt trời để tạo ra các hợp
chất hữu cơ rất hiệu quả [].
- Tảo được xếp vào loài thực vật không có hệ mạch dẫn, đa phần đều thiếu
cơ quan sinh sản phức tạp [].
- Vi tảo dễ dàng nuôi cấy để sản xuất một số hợp chất đặc thù chọn lọc, có
giá trị kinh tế với nồng độ cao như protein, carbohydrate, lipid và các sắc tố dựa vào
các điều kiện sinh trưởng đa dạng []. Từ đó có thể tối ưu hóa môi trường để thu
được sinh khối với hàm lượng lipid cao.
- Vi tảo thuộc vào nhóm vi sinh vật sinh sản theo chu kỳ phân đôi tế bào [].
- Hệ thống sản xuất sinh khối tảo dễ dàng thích nghi ở các quy mô và kỹ
thuật khác nhau [].
- Việc nuôi thu sinh khối vi tảo không đòi hỏi nhiều diện tích như khi trồng
các loại cây lấy dầu khác, và năng suất sinh khối vi tảo cũng không phụ thuộc vào
thời tiết hay ảnh hưởng của môi trường. Biodiesel sản xuất từ vi tảo không làm ảnh
hưởng đến việc sản xuất thực phẩm và các sản phẩm khác từ thực vật [].
- Vi tảo có mức độ sinh trưởng rất nhanh, chu kỳ sinh trưởng hoàn tất chỉ
trong vài ngày [], và có rất nhiều loài tảo chứa nhiều dầu [], năng suất dầu trên mỗi
đơn vị nuôi cấy vi tảo có thể cao vượt trội hơn so với năng suất dầu của cây có hạt
chứa hàm lượng dầu nhiều nhất. Thông thường các loài vi tảo có hàm lượng dầu
vào khoảng 20-50% [].
- Sản xuất sinh khối vi tảo có thể được xem là một phương pháp cố định trực
tiếp khí thải CO

2
vì vi tảo sử dụng CO
2
như nguồn carbon nhờ khả năng quang hợp
(1kg sinh khối khô đòi hỏi cần có 1.8 kg CO
2
) [].
12
- Các phần sinh khối vi tảo còn dư lại sau quá trình trích ly dầu có thể được
dùng như nguồn thức ăn cho gia súc, hoặc làm phân bón, hoặc qua quá trình lên
men tạo các sản phẩm ethanol hay methane [].
1.3. LIPID Ở TẢO SILIC
Các thành phần chính của tế bào tảo là các protein, carbohydrate và lipid.
Trong đó, lipid là nguồn năng lượng dự trữ hiệu quả nhất. Lipid có vai trò như chất
cách điện của các cơ quan, đồng thời là thành phần cấu trúc của hầu hết màng tế
bào. Nó cũng có vai trò quan trọng đối với khả năng chịu stress sinh lí của các vi
sinh vật bao gồm tảo silic [].
Lipid là ester của acid béo và rượu, chúng bao gồm một nhóm lớn các hợp
chất hữu cơ có cấu trúc khác nhau như lipid, sáp, phospholipid, glycolipid … [].
Lipid sản xuất bởi vi tảo thường bao gồm lipid trung tính, lipid phân cực
(polarlipids), ester sáp, sterol và hydrocarbon, cũng như các dẫn xuất prenyl như
tocopherols, carotenoids, terpene, quinines và các dẫn xuất pyrrole như chlorophyl.
Lipid sản xuất bởi vi tảo có thể được nhóm lại thành hai loại: lipid tích trữ (lipid
không phân cực) và lipid cấu trúc (lipid phân cực) [].
Lipid lưu trữ ở dạng TAG (Triacylglyceride) là chủ yếu, cấu tạo bởi các acid
béo bão hòa và không bão hòa đơn, một số nhóm có thể được chuyển vị để sản xuất
dầu diesel sinh học. TAG là sản phẩm tích trữ phong phú, có thể dễ dàng cung cấp
năng lượng chuyển hóa cho tế bào []. Nói chung, TAG chủ yếu được tổng hợp dưới
ánh sáng, lưu trữ trong tế bào chất, và sau đó dùng để tổng hợp lipid phân cực trong
bóng tối [].

Lipid cấu trúc thường có một hàm lượng acid béo không bão hòa đa (các
acid béo có nhiều liên kết đôi - PUFA), cũng là những dưỡng chất cần thiết cho
động vật thủy sản và con người. Lipid phân cực (phospholipid) và sterol là thành
phần cấu trúc quan trọng của màng tế bào có vai trò như một hàng rào thấm có chọn
lọc cho các tế bào và các bào quan. Những lipid này duy trì chức năng màng sinh
học, tham gia một loạt các quá trình trao đổi chất. Ngoài chức năng cấu trúc, một số
lipid phân cực đóng vai trò trung gian (hoặc tiền thân của trung gian) trong con
đường tín hiệu của tế bào (ví dụ: lipid inositol, sphingolipids, các sản phẩm oxy
13
hóa) và đóng một vai trò trong việc đáp ứng với những thay đổi của môi trường [].
Sự sẵn có của các chất dinh dưỡng, tốc độ phản ứng enzyme đều có thể hạn chế sự
tổng hợp lipid. Sản xuất các chất béo dự trữ đặc biệt là nguồn tài nguyên năng
lượng lớn và do đó thường xảy ra ở điều kiện sinh trưởng giảm [].
1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN SỰ SINH
TRƯỞNG VÀ TÍCH LŨY LIPID CỦA TẢO SILIC
1.4.1. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự sinh trưởng của tảo silic
Tảo silic là sinh vật quang tự dưỡng, nhờ hoạt động quang hợp mà chúng
có thể tổng hợp các chất hữu cơ từ nguồn CO
2
và các chất vô cơ hòa tan trong
nước để xây dựng tế bào, vì vậy trong quá trình sinh trưởng và phát triển, tảo
chịu tác động của nhiều yếu tố môi trường. Hiệu quả của các yếu tố môi trường
có thể khác nhau đáng kể giữa các loài do tảo silic có môi trường sống tự nhiên
đa dạng. Những yếu tố như ánh sáng, độ mặn, pH, và thành phần dinh dưỡng
không chỉ ảnh hưởng đến quang hợp và sản xuất sinh khối của tế bào mà còn ảnh
hưởng đến các hoạt động chuyển hóa của tế bào []. Việc tối ưu hoá một thông số
nào đó chỉ có ý nghĩa với một loài cụ thể và không thể tránh khỏi sự tác động
qua lại giữa các yếu tố môi trường.
1.4.1.1. Ảnh hưởng của ánh sáng
Ánh sáng là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến quang hợp của các loài sinh

vật. Quá trình quang hợp sử dụng ánh sáng mặt trời để cung cấp năng lượng nhằm
đồng hóa carbon vô cơ của tế bào tảo. Raven và Geider (2003) đã mô tả phương
trình quang hợp (tối thiểu) ở tảo:
Nhân tố quang hợp
CO
2
+ 2 H
2
O + 8 photon (CH
2
O) + *O
2
+H
2
O.
Để tiếp nhận ánh sáng, thực vật phiêu sinh có bộ sắc tố cấu thành từ nhiều
nhóm sắc tố khác nhau, bao gồm 3 loại chính: chlorophyll hấp thụ ánh sáng lam và
đỏ; carotenoid hấp thụ ánh sáng lam và lục; phycobilin hấp thu ánh sáng lục, vàng
và da cam [],[]. Tất cả các loài tảo đều có chlorophylla, giữ vai trò trung tâm của hệ
thống quang hợp. Các loại chlorophyll khác có thể có hay không tùy mỗi loài. Ở tảo
silic, chỉ có chlorophyllc mà không có loại b và d []. Các nhóm sắc tố phụ chia nhau
14
không gian trong hệ thống quang hợp để thu nhận tối đa nguồn năng lượng chiếu
xuống, rồi truyền năng lượng đó vào trung tâm phản ứng là chlorophylla[13]. Tỉ lệ
chlorophyll trên sinh khối cũng như hiệu suất quang hợp trên mỗi đơn vị
chlorophyll của mỗi loài có ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của chúng. Khi so sánh
tảo 2 roi và tảo silic, Chan (1980) đã phát hiện tỉ lệ carbon trên chlorophylla (C/Chl
a) của tảo silic thấp hơn, và tỉ lệ tốc độ quang hợp tối đa với carbon nội bào
(P
max

/C) cao hơn tảo hai roi. Điều này giải thích được tốc độ tăng trưởng cao của
tảo silic trong các thủy vực tự nhiên [].
Ánh sáng tác động lên vi tảo thông qua hệ thống sắc tố tập trung trong các
lục lạp. Số lượng và kích thước trong tế bào tảo có vai trò rất lớn trong việc xác
định hàm lượng chlorophyll, như ở Skeletonema costatum có hai lục lạp to chiếm
phần lớn thể tích tế bào[]. Cường độ chiếu sáng, chất lượng quang phổ, thời gian
chiếu sáng là các yếu tố được quan tâm. Cường độ chiếu sáng đóng vai trò quan
trọng nhưng nhu cầu về nó lại thay đổi lớn tùy theo độ sâu và mật độ tảo trong môi
trường nuôi cấy.
Ở một cường độ chiếu sáng nhất định, tốc độ tăng trưởng (µ) của thực vật
phiêu sinh chịu ảnh hưởng rõ rệt của sự thất thoát năng lượng do hô hấp, quá trình
chủ yếu để chuyển hóa các sản phẩm sơ cấp của quá trình quang hợp thành vật chất
mới cho tế bào (ví dụ như protein) [].
Bên cạnh đó, tốc độ tăng trưởng cũng lệ thuộc nhiều vào tỉ lệ Chl:C, phản
ánh hiệu suất hấp thu năng lượng của mỗi loài. Tỉ lệ Chl:C càng cao tức tế bào càng
có nhiều chlorophyll, tốc độ hấp thu ánh sáng càng gia tăng, trong khi hiệu quả sử
dụng ánh sáng tối đa trong quang hợp không thay đổi ở mỗi loài [].
Nghiên cứu đối với Cyclotella cho thấy mật độ tế bào đạt cực đại với cường
độ chiếu sáng là 100 µE.m
-2
.s
-1
và sinh trưởng gần tương đương ở 200 µE.m
-2
.s
-1
[50]. Còn Skeletonema costatum sinh trưởng tối ưu ở 1.6×10
6
.cm
-2

.s
-1
(tương đương
267 µE.m
-2
.s
-1
) [].
Tốc độ tăng trưởng của Skeletonema tăng với cường độ ánh sáng từ 500 đến
10.000 lux và suy tàn khi cường độ vượt quá 10.000 lux []. Theo nghiên cứu của
Uddin và Zafar (2006), sinh trưởng của Skeletonema costatum tốt nếu duy trì cường
15
độ ánh sáng trong khoảng 1000-10000 lux. Ánh sáng tăng cường hoạt động quang
hợp và sự phân chia của tế bào phiêu sinh vật. Cường độ ánh sáng và thời gian
chiếu sáng có vai trò rất quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của S.
costatum. Khoảng thời gian chiếu sáng tối ưu cho loài này sinh trưởng thường 10h
tối, 14h sáng vào mùa hè và 12h sáng, 12h tối vào mùa đông [].
1.4.1.2. Ảnh hưởng của độ mặn
Độ mặn ảnh hưởng tới sinh trưởng, phát triển của các loài vi tảo, đặc biệt là
tảo nước mặn. Tuy nhiên, có nhiều loài có phổ chịu muối rất rộng. Khi độ mặn của
môi trường tăng cao (sốc muối), tế bào thực vật phiêu sinh có một số cơ chế thích
nghi, tăng cường sinh tổng hợp các chất điều hòa thẩm thấu, duy trì cân bằng nội
môi nhằm đảm bảo sự tồn tại của chúng trong môi trường, như sản sinh glycerol (ở
Dunaliella), sản sinh glucose và proline (ở Chlorella emersonii), tích lũy β-carotene
(ở Dunaliella)… []
Đối với Skeletonema costatum độ mặn tối ưu cho sinh trưởng là từ 18-30‰
[]. Nitzschia hungarica có khả năng chịu mặn cao và không sinh trưởng được ở độ
mặn trên 52‰, không có khác biệt lớn về tốc độ sinh trưởng ở độ mặn từ 17-35‰.
Amphora coffeaeformis đạt tốc độ sinh trưởng lớn nhất ở độ mặn 35‰ và giảm
mạnh ở độ mặn từ 52‰ trở lên [].

Rudiyanti (2011) đã khảo sát ảnh hưởng của độ mặn đến tốc độ sinh trưởng
của S. costatumở các độ mặn khác nhau: 23 ‰; 26 ‰; 29 ‰; 32 ‰ và 35 ‰ thì sau
54 giờ nuôi cấy mật độ tế bào đạt được tương ứng là 2,5 x 10
4
tb/mL; 2,58 x 10
4
tb/mL; 3,03 x 10
4
tb/mL; 4,08 x 10
4
tb/mL và 3,16 x 10
4
tb/mL. Nghiên cứu cho
thấy độ mặn tốt nhất cho Skeletonema costatum sinh trưởng nhanh và đạt được mật
độ cao nhất trong thời gian ngắn là 32 ‰[43].
Theo Murugaraj và cs (2007), sinh trưởng của A. cofeaeformia giảm ở độ
mặn thấp và tăng khi độ mặn lên tới 35‰. Hàm lượng lipid cũng tăng khi độ mặn
tăng, ngoại trừ ở 40‰ trở lên [].
1.4.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Mỗi loài thực vật phiêu sinh, cũng như tất cả các loài sinh vật khác nhau, đều
có các ngưỡng nhiệt độ để tồn tại, tối đa để chống chịu, và tối ưu để tăng trưởng
16
phát triển tốt nhất. Nhiệt độ thấp làm giảm tốc độ tăng trưởng nhưng lại tăng kích
thước của tế bào [].
Nhiệt độ tối ưu cho sự nuôi cấy thường là từ 20 đến 24
o
C, mặc dù điều này
còn phụ thuộc vào sự khác nhau của thành phần nuôi cấy, tùy loài và chủng được
nuôi cấy. Nhiệt độ thấp hơn 16
o

C sẽ làm chậm sự sinh trưởng, ngược lại nhiệt độ
cao hơn 35
o
C có thể giết chết một số loài [].
Theo Blanchemain (1993), Skeletonema. Costatum t hích nghi với nhiệt độ
từ 2 đến 30
o
C, và nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển là 20
o
C [4], trong khi Cyclotella
D-35 và Nitzschia TR-114 đạt mật độ cực đại ở 30°C [].
1.4.1.4. Ảnh hưởng của pH
pH của môi trường là một nhân tố quan trọng trong nuôi cấy tảo. pH là yếu
tố nội tại luôn thay đổi, khi tảo phát triển mạnh, pH môi trường bị thay đổi và trở
thành yếu tố kìm hãm sinh trưởng và phát triển. Do đó, pH quá cao hoặc quá thấp
đều làm chậm sinh trưởng của tảo. Mỗi loại tảo sinh trưởng tối ưu ở một độ pH nhất
định của môi trường. Độ pH thay đổi có thể gây ra các tác động rất rõ trên nhiều
quá trình sinh học khác nhau như khả năng phân ly muối và phức chất (gián tiếp
gây độc và ức chế tăng trưởng), tính hòa tan của muối kim loại, hàm lượng độc tố
của tảo độc [].
Các loài khác nhau sẽ thích hợp với các mức pH khác nhau, chẳng hạn loài
Skeletonema costatum sinh trưởng ổn định ở pH 6,5-8,5 và giảm khi pH >9 [].
Thornton (2009) khi nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến tổng hợp carbohydrate ở
Chaetoceros muelleri đã nhận thấy, tốc độ sinh trưởng không bị ảnh hưởng trong
khoảng từ 7,4- 8,2. Tuy nhiên lại giảm mạnh ở pH 6,8 [].
1.4.1.5. Ảnh hưởng của chế độ sục khí
Trong môi trường tự nhiên, dưới sự tác động của sóng gió, thủy triều, các
tầng nước bị phân tầng giúp cho tảo đủ dinh dưỡng và ánh sáng cần thiết để quang
tổng hợp. Trong môi trường nuôi nhân tạo các yếu tố trên được đảm bảo qua hình
thức sục khí. Trong nuôi cấy, sự sục khí là rất quan trọng bởi vì: 1) Không khí là

một nguồn carbon (từ CO
2
) cho quang hợp; 2) Cung cấp CO
2
như là sự cân bằng
giữa CO
2
và HCO
3
-
làm ổn định pH; và 3) Sục khí trong môi trường giữ cho chất
17
dinh dưỡng và tế bào phân phối đều trong môi trường, giảm sự che ánh sáng hoặc
ức chế quang hợp (làm giảm quang hợp vì sự vượt quá giới hạn của ánh sáng) và
tránh sự phân tầng nhiệt độ ở hệ thống nuôi cấy ngoài trời [], [].
Theo Sanchez và cs. (1993), điều kiện thích hợp nhất để tạo ra được sinh
khối lớn Skeletonema costatum với giá trị dinh dưỡng tốt khi nuôi cấy mẻ trong
photobioreactor là môi trường Walne với dung dịch stock 1% và tốc độ sục khí là
1,5 vvm (thể tích khí sục vào/thể tích dung dịch môi trường/phút) [].
1.4.1.6. Ảnh hưởng của thành phần dinh dưỡng
Các nguyên tố đa lượng (C, N, P, K, S, Cl, Mg, Na, Ca và Fe) và các nguyên
tố vi lượng (Zn, Cu, Ni, Co, W) đều ảnh hưởng đến sinh trưởng của tảo. Trong đó,
các nguyên tố vi lượng là thành phần bắt buộc hay tác nhân kích thích hoạt động
của nhiều hệ enzyme, có tác dụng thúc đẩy sinh tổng hợp chlorophyll và làm giảm
sự phân hủy chlorophyll nhờ làm tăng độ bền vững của phức hệ liên kết giữa
chlorophyll với protein.
Cũng giống như thực vật bậc cao, thực vật phiêu sinh cần có các chất khoáng
ở nồng độ cao (đa lượng) như N, P, S, Ca, Mg, Si,… cho sự tăng trưởng của chúng,
đồng thời với các chất khác ở nồng độ thấp (vi lượng) như Cu, Zn, Mn, Fe… Thông
thường, các chất khoáng vi lượng này có mặt trong môi trường tự nhiên với lượng

đủ cho sự tăng trưởng bình thường của thực vật phiêu sinh, nhưng khi có các yếu tố
khác can thiệp, đặc biệt là tình trạng ô nhiễm do các hoạt động của con người, làm
nồng độ tăng cao hơn ngưỡng bình thường thì sẽ gây ra hiệu ứng ức chế tăng trưởng
[].
Sự hấp thu các chất khoáng như nitrate, ammonium hay phosphate vào tế bào
vi tảo trong tự nhiên phụ thuộc nhiều vào cường độ ánh sáng cũng như kích thước tế
bào. Do đó, mỗi loài trong cùng quần xã tự nhiên có khả năng sử dụng ánh sáng và
khoáng chất khác nhau. Ở cấp độ tế bào, điều này có thể lệ thuộc vào mức độ tối ưu
hóa việc sử dụng năng lượng.Ở cấp độ quần thể, sự khác biệt đó có thể dẫn đến sự
hình thành các khu vực cư trú khác nhau giữa các loài [4].
Lượng dinh dưỡng khoáng cung cấp cho tảo có tác động phối hợp với nhiệt
độ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của tảo. Khi loài tảo silic Skeletonema costatum
18
nuôi cấy hàng loạt ở 17
o
C với lượng dinh dưỡng đầy đủ, các tế bào kết chuỗi dài
hơn so với nuôi ở các nhiệt độ thấp hơn (6-8
o
C). Tốc độ tăng trưởng cao của loài
này cũng giúp độ dài chuỗi cao hơn, kể cả trong điều kiện nuôi cấy hay trong tự
nhiên. Chuỗi dài sẽ giúp chúng lơ lửng ở các tầng nước trên, nhằm tận dụng được
các yếu tố hóa lí thuận lợi cho quá trình tăng trưởng [].
Trong các nguyên tố đa lượng thì nitrogen (N) và phosphorus (P) có vai trò
quan trọng hơn cả. N có vai trò quan trọng trong thành phần và cấu trúc của protein,
thành phần cấu tạo nên bộ máy quang hợp và hệ enzym. Nitrogen là thành phần
của acid amin, nucleotide, hormone, coenzyme,… Thiếu nitrogen, sườn carbon
không được dùng cho sự tổng hợp các hợp chất nitrogen (tỷ lệ C/N cao).
Các loài thực vật phiêu sinh thường sử dụng nitrogen từ các nguồn nitrate và
muối ammonium. Nếu ammonium là nguồn nitrogen duy nhất cho tảo thì môi
trường pH môi trường sẽ giảm xuống rõ rệt, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của

chúng. Các nguồn nitrogen dạng oxi hóa cần được khử trước khi tham gia phản ứng
với các chất hữu cơ: NO
3
-
được khử thành NO
2
-
nhờ enzyme nitrate reductase, tiếp
đó NO
2
-
được nitrite reductase khử thành NH
4
+
. Nếu môi trường có đồng thời
ammonium và nitrate thì tảo sẽ sử dụng ammonium trước, sau đó mới dùng nitrate[].
Việc đồng hóa ammonium để chuyển sang các dạng hợp chất chứa nitrogen
khác, kéo theo sự hao tổn nguồn carbohydrate dự trữ trong tế bào [], và hiệu suất
sinh tổng hợp protein khi sử dụng nguồn nitrogen dạng khử (ammonium, ure) thấp
hơn so với dạng oxi hóa (nitrate) []. Ngược lại, sự đồng hóa NO
3
-
đòi hỏi các cơ chế
vận chuyển bổ sung cũng như sinh tổng hợp các enzyme nitrite reductase và nitrate
reductase, vốn không cần khi sử dụng nguồn NH
4
+
. Chẳng hạn, Skeletonema
costatum tăng trưởng nhanh hơn trong những ngày đầu khi nuôi trên môi trường có
nguồn nitrogen là ammonium, so với nguồn nitrate và nitrite[].

Phosphorus là thành phần cấu tạo quan trọng của tế bào thực vật phiêu sinh,
có vai trò chính trong đa số các quá trình sinh học nội bào, đặc biệt là quá trình
chuyển năng lượng và tổng hợp acid nucleic [].Nguồn phosphorus cho thực vật
phiêu sinh chủ yếu là các orthophosphate, trong khi chỉ có một số rất ít có thể sử
19
dụng được phosphorus hữu cơ, dù thường có nhiều trong môi trường tự nhiên
[].Thông thường các tác động của phosphorus trên sự tăng trưởng của thực vật phiêu
sinh có những liên hệ rất phức tạp với tác động của nitrogen, đặc biệt trong các quá tình
có sự tham gia của enzyme và các sản phẩm phosphoryl hóa trung gian [].
1.4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến tích lũy lipid của tảo silic
Vi tảo có khả năng tồn tại trong những điều kiện đa dạng, chúng có thể được
nuôi cấy trong một môi trường gây bất lợi cho sự sinh trưởng của tế bào và thu
được lipid . Hơn nữa, một số vi tảo cũng có thể thay đổi phản ứng như chuyển hóa
thành lipid hiệu quả nhằm mục đích phù hợp với những thay đổi trong điều kiện
môi trường [].
Trong điều kiện tối ưu, sinh khối tảo được tạo ra khá lớn nhưng với khối
lượng lipid tương đối thấp, chiếm khoảng 5-20% trọng lượng khô tế bào của chúng
(DCW), bao gồm cả lipid của màng glycerol. Về cơ bản, sinh khối vi tảo và sự tích
lũy TAG cạnh tranh quang hợp và đồng hóa, với việc thay đổi lại con đường sinh lý
là cần thiết để kích thích sinh tổng hợp lipid. Điều kiện môi trường không thuận lợi
hoặc stress làm nhiều vi tảo thay đổi con đường sinh tổng hợp của chúng để hình
thành tích lũy lipid trung tính (20-50 % DCW), chủ yếu dưới dạng TAG, cho phép
tế bào tảo chống những điều kiện bất lợi [].
Chi phí cao do năng suất lipid thấp là một vấn đề gây trở ngại cho sản xuất
thương mại khi sản xuất dầu diesel sinh học có nguồn gốc từ vi tảo. Những nghiên
cứu nuôi cấy vi tảo trong phòng thí nghiệm hoặc điều kiện ngoài trời nhận thấy rằng
để có được hàm lượng lipid cao cần gây stress môi trường bên ngoài hoặc áp dụng
kỹ thuật cảm ứng lipid [].
Nhiều vi tảo sản xuất FA bão hòa và không bão hòa trong điều kiện sinh
trưởng lý tưởng sẽ có giá trị dinh dưỡng cao, nhưng ít lý tưởng cho nhiên liệu sinh

học. Tuy nhiên, quá trình tổng hợp lipid trung tính dưới dạng TAG có thể được sản
xuất bởi nhiều loài trong điều kiện căng thẳng, và các lipid này đều phù hợp để sản
xuất nguyên liệu cho diesel sinh học. Sự xuất hiện và mức độ của TAG phụ thuộc
vào loài/ chủng cụ thể, và bởi gen di truyền của sinh vật đó [].
20
Tổng hợp và tích lũy một lượng lớn các TAG cũng làm thay đổi đáng kể
thành phần FA trong vi tảo khi được đặt trong điều kiện stress như thiếu dinh
dưỡng, kích thích môi trường vật lý []. Đã có một loạt các nghiên cứu thực hiện kỹ
thuật cảm ứng lipid trong vi tảo như việc gây thiếu chất dinh dưỡng, trong đó gồm
thiếu lượng N hoặc P bổ sung vào môi trường, chiếu xạ ánh sáng, độ pH, nhiệt độ,
kim loại nặng và các hóa chất khác [].
1.4.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng dinh dưỡng
Hàm lượng dinh dưỡng có tác động đáng kể đến sự phát triển của vi tảo, tích
lũy lipid của chúng và thành phần acid béo (FA). Khi lượng dinh dưỡng hạn chế,
gây stress môi trường cho vi tảo luôn làm giảm mạnh quá trình phân chia tế bào.
Tuy nhiên nếu có đủ ánh sáng và CO
2
cho quang hợp, thì hoạt động sinh tổng hợp
của các acid béo vẫn được duy trì trong một số loài tảo dưới những điều kiện stress
như vậy []. Vì tăng trưởng của tảo (sự phân chia tế bào) chậm lại do đó sự tổng hợp
các hợp chất của màng tế bào mới ít đi, thay vào đó các tế bào chuyển hướng tổng
hợp, tạo nên TAG. Trong những điều kiện này, sản xuất TAG có thể xem như là
một cơ chế bảo vệ tế bào vi tảo [].
Thiếu dinh dưỡng là một trong những hướng nghiên cứu sử dụng rộng rãi
nhất và việc áp dụng thiếu dinh dưỡng trong kỹ thuật cảm ứng tạo lipid để sản xuất
TAG ở vi tảo đã được nghiên cứu ở nhiều loài [21].Ví dụ, khi tảo silic
Stephanodiscus minutuluswas nuôi trong điều kiện thiếu silic, nitrogen hay
phosphorus, người ta nhận thấy rằng có sự tăng tích lũy TAG và giảm lipid phân
cực (trên tỷ lệ phần trăm của tổng số lipid) được chú ý trong tất cả các thí nghiệm
nuôi cấy hạn chế dinh dưỡng [].

Nitrogen là chất dinh dưỡng quan trọng nhất ảnh hưởng đến chuyển hóa lipid
trong tảo. Nhiều nghiên cứu cho thấy, sự sinh tổng hợp và tích lũy lipid gia tăng
trong điều kiện giới hạn nitrogen. Ngược lại với lipid phân cực trong điều kiện đủ
nitrogen, lipid trung tính ở dạng TAG là thành phần ưu thế của lipid trong tế bào
thiếu nitrogen [].
1.4.2.2. Ảnh hưởng của ánh sáng
21
Ánh sáng là yếu tố quan trọng nhất cho quang hợp, cần thiết cho sự tự dưỡng. Vi
tảo đã được nghiên cứu phát triển trên cường độ ánh sáng khác nhau cho thấy sự thay đổi
đáng kể trong tổng thành phần hóa học, sắc tố và hoạt động quang hợp [].
Bên cạnh đó, cường độ ánh sáng và bước sóng khác nhau cũng đã được
nghiên cứu để thay đổi chuyển hóa lipid và thành phần lipid trong vi tảo. Cường độ
ánh sáng cao dẫn đến oxy hóa của PUFA, và cũng là cần thiết cho sự tổng hợp của
C16: 1 (3 trans) làm thay đổi acid béo này trong vi tảo [].
Thông thường, cường độ ánh sáng thấp gây ra sự hình thành của lipid phân
cực, đặc biệt là lipid phân cực màng liên kết với các lục lạp, trong khi cường độ ánh
sáng cao làm giảm tổng hàm lượng lipid phân cực với sự gia tăng đồng thời lipid
tích trữ, chủ yếu là TAG [].
Sản xuất TAG dưới điều kiện ánh sáng cao có thể được xem như là một cơ
chế bảo vệ cho tế bào. Như đã nêu ở trên, nhận điện tử cần thiết cho quang hợp mà
các chất nhận điện tử này có thể bị cạn kiệt trong điều kiện ánh sáng cao. Tăng tổng
hợp FA mà lần lượt được lưu trữ trong các phân tử TAG, có khả năng giúp các tế
bào tái tạo lại nhóm chất nhận điện tử của nó [].
Chu kỳ sáng/ tối ở giai đoạn phát triển khác nhau cũng có ảnh hưởng đáng
kể đến thành phần lipid tảo, đã được chứng minh thành công trong một nghiên cứu
chi tiết về chế độ ánh sáng khác nhau lên tảo silic Thalassiosira pseudonana [].
1.4.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ đã được chứng minh là có ảnh hưởng lớn đến thành phần acid béo
của vi tảo. Một xu hướng chung đó là nhiệt độ giảm làm tăng FA không bão hòa và
khi nhiệt độ tăng làm tăng FA bão hòa đã được quan sát thấy ở nhiều loài vi tảo [].

Nhiều thay đổi trong cấu trúc lipid làm thay đổi tính chất vật lý của màng tế
bào để đảm bảo các chức năng bình thường (ví dụ độ thấm ion, quá trình quang hợp
và hô hấp) có thể vẫn tiếp tục được giữ nguyên. Sự thay đổi thường thấy nhất của
lipid màng sau sự thay đổi nhiệt độ là một sự thay đổi trong acid béo bất bão hòa [].
Trong một nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ, tảo silic P. tricornutumthe
đạt hàm lượng PUFA và EPA cao nhất so với khối lượng khô tương ứng là 4,9 và