Tối ưu điều kiện nuôi loài vi tảo lục haematococcus pluvialis trong hệ thống photobioreactor kín ở quy mô dung tích 20l

Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

NGUYỄN THỊ THU THỦY

TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN NUÔI LOÀI VI TẢO LỤC
HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS TRONG HỆ THỐNG
PHOTOBIOREACTOR KÍN Ở QUY MÔ DUNG TÍCH 20L

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Hà Nội, 2012
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật iv

1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

NGUYỄN THỊ THU THỦY

TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN NUÔI LOÀI VI TẢO LỤC
HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS TRONG HỆ THỐNG
PHOTOBIOREACTOR KÍN Ở QUY MÔ DUNG TÍCH 20L
Chuyên ngành: Khoa học sinh học thực nghiệm

Mã số: 60. 42. 30

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Đặng Diễm Hồng

Hà Nội, 2012
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật v

2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

LỜI CẢM ƠN
Luận văn được tiến hành dưới sự hỗ trợ của đề tài: “Nghiên cứu công nghệ nuôi
trồng vi tảo Haematococcus pluvialis và công nghệ chiết xuất astaxanthin” do ThS.
Ngô Thị Hoài Thu, phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ sinh học làm chủ nhiệm. Đề

tài cấp Nhà nước thuộc Chương trình Đề án phát triển Công nghệ sinh học trong nuôi
trồng thủy sản do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quản lý 2010 2012.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đặng Diễm Hồng,
trưởng phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ sinh học đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều
kiện và dạy bảo tận tình cho tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học, Ban lãnh đạo
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Ban giám hiệu Trường Đại học Thái Nguyên, cùng
các thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ cho tôi trong suốt quá
trình công tác, học tập và nghiên cứu.
Bên cạnh đó, tôi cũng đã nhận được sự ủng hộ nhiệt tình và các ý kiến đóng góp
của các anh chị, các bạn đồng nghiệp của phòng Công nghệ Tảo. Nhân dịp này, tôi xin
chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã cấp
kinh phí cho đề tài “Nghiên cứu công nghệ nuôi trồng vi tảo Haematococcus pluvialis và
công nghệ chiết xuất astaxanthin” do ThS. Ngô Thị Hoài Thu làm chủ nhiệm đã hỗ trợ
cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn chủ nhiệm đề tài và các
thành viên tham gia đã tạo điều kiện giúp tôi trong quá trình thu thập số liệu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã luôn ở bên
cạnh chia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi học tập, nghiên cứu và
hoàn thành luận văn của mình.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng sự nhiệt tình và năng lực
của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những
đóng góp của quý thầy cô và các bạn để tôi có thể hoàn thành luận văn được tốt hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2012
Học viên

Nguyễn Thị Thu Thủy

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật i

3Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
hoàn toàn trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam
đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và
các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, tháng 11 năm 2012
Học viên

Nguyễn Thị Thu Thủy

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật ii

4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Viết đầy đủ

1

ASC

Ánh sáng cao

2

AST

Astaxanthin

3

Chl a

Chlorophyll a

4

cs

Cộng sự

5

Ib

6

NA

Nanno Aqua

7

OD

Optical Density, mật độ quang

8

RM

Rudic’s medium

9

SK

Sinh khối

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật iii

5Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

đơn vị Pound, 1 Ib ≈




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1. Các thành phần cơ bản của vi tảo lục H. pluvialis.............................. 8
Bảng 2. Sinh trưởng của tảo H. pluvialis trong hệ thống kín và hệ thống hở ... 43
Bảng 3. Hàm lượng Astaxanthin (Ast), Chlorophyll a (Chl a), tỷ lệ Ast/Chla,
sinh khối tươi (SKT), sinh khối khô (SK khô), protein và lipid của tảo H.
pluvialis nuôi trong hệ thống kín 20L ............................................................. 57
Bảng 4. Sinh trưởng của tảo H. pluvalis trong hệ thống kín 20L..................... 64

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật iv

6Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1. Vòng đời của vi tảo H. pluvialis.......................................................... 6
Hình 2. Một số mô hình hệ thống kín nuôi trồng tảo cơ bản ............................ 22
Hình 3. Sự phân bố ánh sáng trong lòng ống ................................................... 28
Hình 4. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa mật độ tế bào và giá trị OD680 .. 44
Hình 5. Sự thay đổi mật độ tế bào của H. pluvialis ở hệ thống kín và hở ......... 45
Hình 6. Hiện tượng tảo bị bám thành ống của hệ thống kín sau 24 giờ ............ 45
Hình 7. Tình trạng tảo H. pluvialis trong hệ thống kín có tốc độ sục khí bề mặt
khác nhau sau 2 ngày vận hành........................................................................ 46
Hình 8. Sinh trưởng của H. pluvialis trong hệ thống kín 20L với tốc độ sục khí
bề mặt 45 cm/s sau 2 ngày nuôi ....................................................................... 47
Hình 9. Sinh trưởng của tảo H. pluvialis trong hệ thống kín có bổ sung môi
trường khác nhau với mật độ ban đầu 0,10 – 0,15 x 106 tế bào/mL.................. 48
Hình 10. Sinh trưởng của H. pluvialis trong hệ thống kín 20L trong điều kiện bổ
sung môi trường và chế phẩm NA với mật độ tế bào ban đầu 0,30 x 106 tế
bào/mL ............................................................................................................ 49
Hình 11. Dịch nuôi tảo H. pluvialis trong hệ thống kín 20L trong các ngày khác
nhau................................................................................................................. 50
Hình 12. Sinh trưởng của H. pluvialis trong hệ thống kín sau 10 ngày nuôi với
môi trường 10RMm4X với mật độ ban đầu 0,5 x 106 tế bào/mL ....................... 51
Hình 13. Đồ thị tối ưu sinh trưởng của vi tảo H. pluvialis trong hệ thống kín 20L
........................................................................................................................ 52
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật v

7Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

Hình 14. Tốc độ sinh trưởng đặc trưng (µ) của H. pluvialis trong hệ thống kín
20L ở hai điều kiện nhiệt độ 27m29 và 33m350C................................................ 54
Hình 15. Sinh trưởng của tảo H. pluvialis sau 16 ngày nuôi ở hệ thống kín 20L
........................................................................................................................ 56
Hình 16. Hàm lượng Astaxanthin (Ast), Chlorophyll a (Chl a), tỷ lệ Ast/Chl a và
protein của tảo H. pluvialis nuôi trong hệ thống kín 20L ................................. 58
Hình 17. Hình thái tế bào của H. pluvialis trong hệ thống kín 20L chụp dưới
kính hiển vi quang học và kính hiển vi huỳnh quang sau khi nhuộm Nile Red 60
Hình 18. Sinh trưởng của tảo H. pluvialis trong hệ thống kín 20L với chế độ
chiếu sáng ASC + UV và quang chu kỳ sáng: tối là 16:8 giờ ........................... 62
Hình 19. Ảnh hưởng của các điều kiện chiếu sáng, mật độ ban đầu và chế độ bổ
sung môi trường lên sinh trưởng của H. pluvialis trong hệ thống kín 20L........ 63

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật vi

8Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

MỤC LỤC
Trang

MỞ ĐẦU................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................... 3
TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................................... 3
1.1. Đặc điểm sinh học và tình hình nghiên cứu, nuôi trồng loài vi tảo lục
Haematococcus pluvialis .................................................................................... 3
1.1.1. Lịch sử nghiên cứu, đặc điểm phân loại, hình thái và phân bố của loài
vi tảo H. pluvialis............................................................................................ 3
1.1.2. Thành phần dinh dưỡng và giá trị sử dụng ............................................ 7
1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của vi tảo H.
pluvialis ........................................................................................................ 11
1.1.4. Tình hình nuôi trồng loài vi tảo H. pluvialis ở trên thế giới và Việt
Nam
........................................................................................................ 16
1.2. Hệ thống kín .............................................................................................. 19
1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống kín trong nuôi trồng vi
tảo
........................................................................................................ 19
1.2.2. Các hệ thống photobioreactor trong nuôi trồng vi tảo, ưu và nhược
điểm
........................................................................................................ 19
1.2.3. Các thông số đánh giá hệ thống kín ..................................................... 23
1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng (nhiệt độ, ánh sáng, nồng độ oxy hòa tan, chế
độ sục khí…) ................................................................................................ 24
1.2.5. Triển vọng ứng dụng hệ thống kín trong nuôi trồng vi tảo .................. 32
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................... 34
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................... 34
2.1. Vật liệu, địa điểm, thời gian nghiên cứu..................................................... 34

2.2. Chuẩn bị giống ban đầu cho nuôi trong hệ thống kín ................................. 34
2.3. Tối ưu các điều kiện nuôi trồng H. pluvialis trong hệ thống kín 20 lít ........ 35
2.3.1. Đánh giá sinh trưởng của tảo H. pluvialis trong hệ thống kín 20 lít ..... 35
2.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ sục khí bề mặt lên tính bám của tảo H.
pluvialis ........................................................................................................ 35
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật vii

9Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

2.3.3. Ảnh hưởng của mật độ ban đầu và chế độ bổ sung môi trường lên
sinh trưởng và trạng thái tế bào của H. pluvialis trong hệ thống kín 20 lít..... 35
2.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh trưởng của tảo H. pluvialis .............. 36
2.3.5. Ảnh hưởng của chế độ chiếu sáng lên sinh trưởng của loài vi tảo H.
pluvialis trong hệ thống kín 20 lít ................................................................. 37
2.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 37
2.4.1. Phương pháp xác định sinh trưởng của tảo .......................................... 37
2.4.2. Tách chiết lipid ................................................................................... 38
2.4.3. Phương pháp nhuộm lipid bằng Nile Red (Doan và Obbard, 2011) ..... 39
2.4.5. Phương pháp xác định hàm lượng protein nội bào .............................. 40
2.4.6. Phương pháp xác định tốc độ sục khí bề mặt ....................................... 41
2.4.7. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................... 41
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 43
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................................. 43

3.1. Đánh giá sinh trưởng của tảo H. pluvialis trong hệ thống kín 20 lít............ 43
3.2. Tối ưu các điều kiện nuôi trồng H. pluvialis trong hệ thống kín 20 lít ........ 45
3.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ sục khí bề mặt lên tính bám của H. pluvialis.... 45
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh trưởng của tảo H. pluvialis .............. 53
3.2.4. Ảnh hưởng của chế độ chiếu sáng lên sinh trưởng của H. pluvialis
trong hệ thống kín 20 lít. ............................................................................... 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 66
KẾT LUẬN ...................................................................................................... 66
KIẾN NGHỊ ..................................................................................................... 66
DANH SÁCH CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 68

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật viii

10Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

MỞ ĐẦU
Vi tảo đang ngày càng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: nuôi trồng thủy
sản, khai thác các chất chức năng sinh học, làm nguyên liệu cho dược phẩm,
nhiên liệu sinh học, xử lý môi trường… Hàng năm, sản lượng sinh khối tảo ước
tính khoảng 5000 tấn với giá khoảng 330 US$/kg. Trong đó, khoảng 20% được
sử dụng trong ương nuôi các loài tôm cá và nhuyễn thể. Các loài vi tảo thuộc các
chi như Nannochloropsis, Pavlova, Isochrysis, Tetraselmis, Thalassiosira,

Dunaliella, Chaetoceros,… đã được sử dụng khá sớm trong ương nuôi ấu trùng
các loại cá, tôm, nhuyễn thể và làm giàu luân trùng, làm thức ăn cho các loại cá,
tôm, động vật hai mảnh vỏ bố mẹ trong các trại sản xuất giống. Gần đây, nhu
cầu về thịt cá hồi trên thị trường phát triển, từ năm 1990 đến năm 2008, sản
lượng cá hồi tăng 600%, nuôi trồng thủy sản nhiều quốc gia đã hướng tới nuôi
thương mại cá hồi thịt, chiếm 60% tổng sản lượng cá hồi. Tính đến năm 2009,
sản lượng cá hồi hàng năm đạt 2 triệu tấn (The Marine Harvest Salmon Industry
Handbook, 2010). Việt Nam bắt đầu triển khai nuôi cá nước lạnh (cá hồi và cá
tầm) từ năm 2005 và theo định hướng phát triển đến 2020 của bộ Nông nghiệp
và Phát triển Nông thôn, đầu tư nghiên cứu và phát triển đối tượng này nhằm
phục vụ du lịch và cung cấp cho thị trường nội địa (Tổng cục thủy sản). Từ
những năm 2000 trở lại đây, các nghiên cứu cho thấy, astaxanthin có tác dụng
làm tăng tỷ lệ sống và chất lượng thịt cá hồi Đại Tây Dương. Sử dụng sinh khối
tảo H. pluvialis làm thức ăn bổ sung cũng làm tăng hàm lượng astaxathin trong
thịt và da của loại cá này (Lorenz and Cysewski, 2000) do chúng có tác dụng
làm tăng cường khả năng chống oxy hóa và một số chỉ số hóa lý ở cá hồi vân
(Sheikhzadeh và cs., 2012).
Haematococcus pluvialis là một loài vi tảo lục có nhiều triển vọng, ứng
dụng làm thức ăn bổ sung trong nuôi trồng thủy sản, chăn nuôi gia cầm và thực
phẩm chức năng cho con người. Nuôi trồng vi tảo này theo quy mô thương mại
ở một số các công ty lớn như AlgatecmSweden, NorbiomNorway, BiotechnamUK,
Aquasearch, Cyanotech, Maricultura, Danisco Biotechnology và Oceancolorm
USA và cũng được sử dụng làm nguồn thức ăn bổ sung để tạo màu cho cá hồi ở
Nhật Bản và Canada (Spolaore và cs., 2006). Tuy nhiên, các mô hình mang lại
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 1

11Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

hiệu quả kinh tế hầu hết chưa được công bố mà được giữ trong các bảo hộ sáng
chế. Do vậy, để nuôi trồng loài vi tảo này thành công và có hiệu quả cũng như
quản lý được quy trình một cách nghiêm ngặt thì cần phải thiết lập mô hình nuôi
phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tếmxã hội của nước ta. Vì vậy, chúng tôi
tiến hành đề tài “Tối ưu điều kiện nuôi loài vi tảo lục Haematococcus pluvialis
trong hệ thống photobioreactor kín ở quy mô dung tích 20 lít”. Đây là đề tài
nghiên cứu tiếp nối với những kết quả đã được công bố của phòng Công nghệ
Tảo, Viện Công nghệ sinh học về tối ưu môi trường, điều kiện nuôi trồng tối ưu
ở các quy mô bình tam giác 250, 500 và 1000 mL và hệ thống nuôi 1,5 và 10 lít.
Đề tài được tiến hành với mục tiêu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sinh
trưởng và năng suất vi tảo H. pluvialis trong hệ thống kín 20 lít nhằm có được
những cơ sở khoa học để phát triển quy mô nuôi trồng loài vi tảo này thành công
trong hệ thống photobioreactor kín ở quy mô dung tích 20 lít.
Công việc được thực hiện tại phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ sinh
học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 2

12Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Đặc điểm sinh học và tình hình nghiên cứu, nuôi trồng loài vi tảo lục
Haematococcus pluvialis
1.1.1. Lịch sử nghiên cứu, đặc điểm phân loại, hình thái và phân bố của loài
vi tảo H. pluvialis
Haematococcus được Girod – Chantrans nghiên cứu đầu tiên vào năm 1797
và tiếp tục được các nhà khoa học như Agardh, Cohn, Braun, Rostafinski,
Butschli và các nhà khoa học khác tiếp tục nghiên cứu cho đến nay. Từ những
thập kỷ cuối của thế kỷ XIX, người ta đã phát hiện ra các đặc điểm sinh học về
vòng đời của loài vi tảo này. Các tế bào ở trạng thái bất hoạt sau khi được ngâm
trong nước trong thời gian dài mất đi khả năng sinh trưởng, thành tế bào quánh
nhưng không có sự hình thành dạng động bào tử. Nếu những tế bào này được
phơi khô, thậm chí trong một thời gian ngắn sau đó được ngâm trở lại trong
nước thì lại có khả năng tăng trưởng rất nhanh. Như vậy, Haematococcus có khả
năng thích nghi với điều kiện luân phiên của tình trạng ẩm ướt và khô hạn.
Trong thời gian đó, người ta đã nghĩ đến việc sử dụng các thiết bị hút ẩm để điều
chỉnh quá trình này. Đây là cơ sở khoa học đầu tiên của việc ứng dụng các đặc
tính tự nhiên của loài vi tảo này và manh nha những ý tưởng khởi đầu cho các
tác động của con người nhằm can thiệp vào vòng đời tự nhiên của H. pluvialis
(Dean, 1899). Sự biến đổi không chỉ diễn ra ở kích thước và hình dạng của các
bào tử cũng như tế bào sinh dưỡng mà còn cả ở kích thước của tế bào sinh
dưỡng có roi sinh ra trong cùng một bào tử. Tuy nhiên, không có mối quan hệ
nào giữa kích thước bào tử lớn nhất và bào tử nhỏ. Các động bào tử hút nước
sau khi được giải phóng và bắt đầu thay đổi (Dean, 1899). Tuy nhiên, trong thời
gian này, người ta vẫn chưa phát hiện thấy sinh sản hữu tính cũng như chưa
quan sát được sự tiếp hợp trong quá trình sinh sản của loài vi tảo này. Một hiện
tượng khác thường được quan sát thấy là trong giai đoạn tế bào có roi chuyển

động là sự xuất hiện của dạng tế bào có hai hoặc bốn cặp roi nhưng không phải
tất cả đều là kết quả của sự phân chia từ một tế bào mẹ. Trong một số trường
hợp, người ta đã quan sát thấy sự phân chia từ một tế bào mẹ với đặc điểm điển
hình là tạo bốn tế bào chuyển động tự do trong màng bọc của tế bào mẹ sau đó
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 3

13Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

đươc giải phóng ra khỏi màng bọc chung. Khi tế bào dạng chuyển động chuyển
sang pha nghỉ, một cấu trúc hình cầu được hình thành với màng riêng phân biệt
và ngày càng tiến gần tới thành tế bào của tế bào chuyển động ban đầu. Roi
cũng bị tiêu biến ở vị trí của thành tế bào. Quá trình hình thành động bào tử, tính
thấm của thành tế bào thể hiện rất mạnh và áp suất thẩm thấu của màng cũng trở
nên bất thường, thành tế bào dày lên (Dean, 1899). Từ những năm cuối của thập
kỷ 20 của thế kỷ XX, người ta đã phát hiện thấy khả năng tồn tại trong điều kiện
bất lợi đối với dạng bào tử của loài vi tảo này thật đáng ngạc nhiên. Khi ở trạng
thái bào tử, chúng có thể khô và phân tán theo chiều gió và khi gặp nước sẽ nảy
mầm thành dạng tế bào có roi chuyển động. Nhờ có sự chuyển trạng thái bào tử
mà chúng có thể tồn tại trong đất trữ trong bình khoảng thời gian hàng năm trời
thậm chí có những trường hợp có thể tồn tại tới 70 năm trong điều kiện độ ẩm
thấp 3m5% hoặc có thể lên tới 10% (Otis, 1928). Trong một số trường hợp có sự
hình thành tế bào ở trạng thái nghỉ từ những tế bào đang ở trạng thái nghỉ. Điều
này giống với quá trình hình thành bào tử từ tế bào chuyển động mà ở đó, quá

trình phân chia đã hoàn thành (Dean, 1899).
Năm 1950, Haematococcus pluvialis đã được xác định trong hệ thống phân
loại ở vị trí như sau (Smith, 1950):
Giới: Eukaryota
Ngành: Chlorophyta
Lớp: Chlorophyceae
Bộ: Volvocales
Họ: Chlamydomonaceae
Chi: Haematococcus
Loài: Haematococcus pluvialis.

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 4

14Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

Trong hệ thống phân loại mới, chi Haematococcus được xếp thành một họ
Haematococcaceae riêng (Garofalo, 2009; Đặng Thị Sy, 2005; Bold và Wynne,
1985) vì chúng có đặc trưng là nguyên sinh chất được giữ bằng các sợi tế bào
chất nối với vách tế bào xếp theo kiểu phóng xạ (Đặng Thị Sy, 2005).
Tảo đơn bào nước ngọt Heamatococcus pluvialis (H. pluvialis) thuộc nhóm
tảo lục hai roi và có khả năng chuyển động ở giai đoạn sinh dưỡng. Sinh sản vô
tính bằng cách nhân đôi hoặc hữu tính bằng con đường tiếp hợp (Đặng Thị Sy,
2005).

Tế bào của H. pluvialis có hai dạng, tương ứng với đặc điểm sinh trưởng:
Tế bào sinh dưỡng và nang bào tử (Cyst). Trong đó:
Tế bào sinh dưỡng: dưới điều kiện thuận lợi, phần lớn tế bào ở dạng sinh
dưỡng, có hàm lượng chlorophyll a, b và tiền carotenoit, đặc biệt là βmcarotene
và lutein cao. Tế bào có màu lục, dạng cầu hoặc elip với đường kính khoảng 10m
20 µm. Thành tế bào mỏng và có thể di động nhờ hai roi.
Nang bào tử: khi điều kiện sống không thuận lợi (stress) như thiếu dinh
dưỡng (thiếu nitơ, photpho, …), cường độ ánh sáng cao… tế bào sẽ chuyển sang
dạng nang bào tử, có hình cầu. Chúng mất đi roi và không còn khả năng di động,
thành tế bào dầy lên. Đường kính của tế bào tăng lên đột ngột từ 10m20 µm lên
40m50 µm.
Ngoài ra, những tế bào nang này có hàm lượng carotenoit thứ cấp
(secondary carotenoids) như echinenone, canthaxanthin và astaxanthin cao trong
khi đó hàm lượng chlorophyll và tiền carotenoits lại giảm. Tốc độ sinh trưởng
của H. pluvialis ở giai đoạn này giảm, tế bào tích luỹ một lượng lớn astaxanthin.
Ban đầu, astaxanthin chủ yếu được hình thành tập trung quanh nhân tế bào và
quá trình được tiếp diễn cho đến khi toàn bộ tế bào có màu đỏ. Các tế bào nang
trưởng thành chứa astaxanthin chiếm khoảng 5% sinh khối khô (Guerin và cs.
2003; Kang và Sim, 2008).
Vòng đời của H. Pluvialis
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 5

15Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

m Vòng đời của Haematococcus cũng đã được Kobayashi và cs., (1992;
1993), Đinh Đức Hoàng và cs., (1011) công bố. Nhìn chung, vòng đời của H.
pluvialis được chia làm bốn giai đoạn chính như sau:
(i) Giai đoạn tế bào sinh dưỡng: Giai đoạn này, tế bào ở dạng sinh dưỡng
có hình dạng elip màu xanh, có hai roi chuyển động, phân chia tế bào để gia
tăng số lượng, kích thước tế bào dao động từ 10 – 20 µm. Các tế bào này chứa
hàm lượng chlorophyll và protein cao nhưng hàm lượng carotenoit lại thấp.
(ii) Giai đoạn tạo bào nang: Ở giai đoạn này, các tế bào sinh dưỡng chuyển
sang dạng tế bào nang non có màu nâu, hình cầu, mất roi, không có khả năng
chuyển động, kích thước tế bào tăng lên đáng kể, khoảng 40 µm. Trong suốt giai
đoạn nang bào, hàm lượng chlorophyll và protein giảm đi, trong khi đó, mức độ
sinh tổng hợp carotenoit tăng lên.
(iii) Giai đoạn tế bào nang hoàn chỉnh: Ở giai đoạn này, tế bào nang đã
hoàn chỉnh, bất động, có màu đỏ đậm, dây là giai đoạn tích lũy astaxanthin cao
nhất. Trong suốt giai đoạn chín này, quá trình tổng hợp carotenoit, chlorophyll
và protein chậm lại.
(iv) Giai đoạn nảy mầm: Ở giai đoạn này, tế bào sinh dưỡng được nảy mầm
trực tiếp từ tế bào nang hoàn chỉnh hoặc gián tiếp thông qua dạng pamella, bắt
đầu quá trình tổng hợp chlorophyll và protein, xuất hiện sự phân giải carotenoit.

Hình 1. Vòng đời của vi tảo H. pluvialis (Đinh Đức Hoàng và cs., 2011)
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 6

16Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

Trong vòng đời của tảo (Hình 1), tế bào sinh dưỡng chứa hàm lượng
chlorophyll và protein cao nhưng hàm lượng carotenoit rất thấp. Quá trình bào
nang xẩy ra sẽ kèm theo hàm lượng cholophyll và protein giảm. Ở tế bào trưởng
thành, quá trình trao đổi chất diễn ra theo xu hướng thúc đẩy quá trình sinh tổng
hợp carotenoit đồng thời giảm hàm lượng protein. Sự nảy mầm diễn ra cùng với
sự gia tăng của quá trình tổng hợp chlorophyll và protein, và giảm carotenoit.
Các giai đoạn bào nang, trưởng thành, và chín thường được quan sát và nhận
biết dễ dàng dưới kính hiển vi. Tỷ lệ về hàm lượng carotenoit/chlorophyll được
thể hiện như là một thông số quan trọng cho phép phân biệt 4 giai đoạn khác
nhau của tế bào H. pluvialis như các tế bào sinh dưỡng (có màu lục), các tế bào
còn non (màu nâu), và tế bào chín (màu đỏ). Tỷ lệ này vào khoảng 0,5; 1,0 và
7,0 (Kobayashi và cs., 1993) hay 0,3; 0,9 và 2,4 (Đinh Đức Hoàng và cs., 2011)
tương ứng với tế bào sinh dưỡng, nang non và chín.
1.1.2. Thành phần dinh dưỡng và giá trị sử dụng
Các thành phần dinh dưỡng trong tảo H. pluvialis bao gồm carotenoit, các
axit béo, protein, carbonhydrate và các chất khoáng được thể hiện ở bảng 1.

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 7

17Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

Bảng 1. Các thành phần cơ bản của vi tảo lục H. pluvialis
(Lorenz, 1999)
Thấp nhất

Cao nhất

Trung bình

Protein

17,3

27,6

23,62

Carbonhydrate

36,9

40,0

38,0

Chất béo

7,14

21,22

13,8

Fe %)

0,14

1,0

0,73

Độ ẩm

3,0

9,0

6,0

Mg (%)

0,85

1,4

1,14

Ca (%)

0,93

3,3

1,58

Vitamin H (mg/Ib)

0,108

0,665

0,337

Lmcarnitine (ug/g)

7,0

12

7,5

Folic acid (mg/100g)

0,936

1,48

1,30

Niacin (mg/Ib)

20,2

35,2

29,8

Vitamin B1 (mg/Ib)

< 0,05

4,81

2,17

Vitamin B2 (mg/Ib)

5,17

9,36

7,67

Vitamin B6 (mg/Ib)

0,659

4,5

1,63

Vitamin B12 (mg/Ib)

0,381

0,912

0,549

Vitamin C (mg/Ib)

6,42

82,7

38,86

Vitamin E (IU/Ib)

58,4

333

186,1

Pantothenic acid

2,80

10,57

6,14

11,07

24,47

17,71

(mg/Ib)
Tro

Trong đó, thành phần carotenoit được quan tâm nhiều nhất. Các nghiên
cứu cho thấy, trong thành phần carotenoit của sinh khối loài vi tảo này chứa
70% monoester của astaxanthin, 10% là astaxathin dạng dieste và 5% dạng tự
do, còn 15% là hỗn hợp của β carotenoit, cathaxanthin, lutein và các carotenoit
khác.

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 8

18Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

Astaxanthin là loại carotenoit có tác dụng kích thích tăng trưởng, kháng

một số bệnh, tạo màu sắc hấp dẫn nên chúng được ứng dụng tương đối rộng rãi
trong nông nghiệp, thực phẩm, y học và đặc biệt là trong kỹ thuật nuôi cá hồi.
Nguồn astaxanthin có thể từ nguồn tổng hợp hóa học hoặc có nguồn gốc tự
nhiên. Trước đây, trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, người ta có thể sử
dụng astaxanthin tổng hợp nhân tạo để tạo màu cho các loại thịt và tăng màu sắc
của cá cảnh. Tuy nhiên, thời gian gần đây, tác dụng vượt trội của astaxanthin có
nguồn gốc tự nhiên đã được chứng minh là không có tác dụng phụ đến sức khỏe
của con người cũng như cho chất lượng màu sắc của cá cảnh sặc sỡ hơn. Từ đó,
xu hướng sử dụng astaxanthin có nguồn gốc tự nhiên đã ngày càng trở nên phổ
biến. Trong thực tế, các nguồn giàu astaxanthin nhất hiện nay là vi tảo H.
pluvialis, chứa astaxanthin 4 – 5% sinh khối khô tiếp đó là nấm men Phaffia
rhodozyma với hàm lượng carotenoit tổng số 500 – 2000 µg/g sinh khối khô
trong đó, 45 – 95% là astaxanthin (Johnson, 2003), vi khuẩn,… Một số loài thực
vật cũng tích lũy astaxanthin nhưng chiếm số lượng rất khiêm tốn như Adonis
annua, gần đây là cây thuốc lá chuyển gen CrtW và CrtZ từ Brevundimonas sp.
SD212 chứa hàm lượng astaxanthin 5 mg/g lá khô và cây cà rốt chuyển gen βm
carotene ketolase từ vi tảo H. pluvialis, chuyển 70% carotenoit sang dạng
Ketocarotenoit và 38% số đó là astaxathin, chiếm khoảng 90 µg/g củ tươi. Ngoài
ra, với kỹ thuật hiện đại, một số giống khoai tây chuyển gen cũng chứa
astaxanthin cũng đã được công bố (Schmidt và cs., 2011).
* Trong kỹ thuật nuôi cá hồi: Ứng dụng lớn nhất của astaxanthin tự nhiên
sản xuất từ Haematococcus là sử dụng làm thức ăn cho cá hồi. Cá hồi không tự
tổng hợp được astaxanthin trong cơ thể mà phải được cung cấp từ thức ăn nhân
tạo. Hiện nay, sản lượng cá hồi đánh bắt tự nhiên bị suy giảm đáng kể nhưng
ngược lại ngành nuôi cá hồi lại phát triển. Một nghiên cứu gần đây ở Na Uy đã
chứng minh rằng cá hồi Đại Tây Dương ở giai đoạn còn non sẽ phát triển tốt khi
được cung cấp đầy đủ astaxanthin trong khẩu phần ăn. Astaxanthin được xem
như một loại dinh dưỡng thiết yếu với hàm lượng cần thiết tối thiểu là 5,1 ppm.
Tuy nhiên, nếu hàm lượng astaxanthin trong khẩu phần ăn đạt 13,7 ppm thì hàm

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 9

19Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

lượng lipid trong thịt cá sẽ tăng lên 20% và sự phát triển của cơ thể sẽ đầy đủ
hơn so với mức 5,3 ppm astaxanthin (Lorenz và Cysewski, 2000).
* Trong nuôi cá cảnh: Cá cảnh không tự tổng hợp được carotenoit mà lấy
từ nguồn thức ăn như vi tảo, san hô hoặc con mồi có chứa loại chất màu này.
Astaxanthin và tunaxathin là những loại carotenoit phổ biến được tìm thấy ở tất
cả các động vật biển. Một trong những thách thức lớn nhất của ngành công
nghiệp nuôi cá cảnh là phải tạo được màu sắc giống như màu tự nhiên của cá.
Astaxanthin tự nhiên từ Haematococcus đã được chứng minh là cho hiệu quả
cao nhất và ổn định nhất về màu sắc của cá (Gao và Cui, 2004). Do astaxanthin
không phải là hoóc môn nên chúng không gây hại đến khả năng sinh sản của cá.
Cá sẽ chuyển hóa astaxanthin có trong thức ăn thành tuaxanthin và tích lũy
chúng trong da và làm cho cá có màu sắc rực rỡ. Các kết quả thực nghiệm đã
cho thấy cá khi được bổ sung astaxanthin vào khẩu phần ăn liên tục từ 7 đến 10
ngày sẽ có màu sắc rất rực rỡ (Vĩnh Khang, 2007).
* Trong việc phòng bệnh đốm xanh ở tôm: Sự thiếu hụt astaxanthin trong
khẩu phần ăn của Penacus monodon là nguyên nhân gây ra bệnh đốm xanh. Sau
4 tuần cho ăn thức ăn chứa 50 ppm astaxanthin, P. monodon lại có màu sắc
xanhmnâu như bình thường. Các phân tích carotenoit ở mô đã cho thấy hàm
lượng của chúng đã tăng lên >300% so với 14% carotenoit ở P. monodon chỉ

được cung cấp loại thức ăn thương mại không chứa astaxanthin. Hàm lượng
carotenoit tổng số trong vỏ tôm được cung cấp đầy đủ astaxanthin đạt đến 26,3
ppm. Ngược lại, nếu tôm bị bệnh đốm xanh thì hàm lượng carotenoit trong vỏ
chỉ đạt 4m7 ppm. Khi được nấu chín, tôm bị bệnh đốm xanh có màu vàng xám,
không đạt yêu cầu về mặt thẩm mỹ, ngược lại tôm bình thường có màu đỏ tươi
(Lorenz và Cysewski, 2003).
Một số nghiên cứu cũng cho thấy, việc sử dụng các este của astaxanthin có
tác dụng điều trị các bệnh về cơ, ví dụ như bệnh teo cơ vân ở ngựa và làm tăng
năng xuất và khả năng sinh sản của động vật có vú (lợn, trâu, bò, cừu) (Ciapara
và cs., 2006). Nếu trong thức ăn chứa astaxanthin thì trong mô của động vật
nuôi sẽ có hàm lượng astaxanthin cao nhất (16,5 mg/ kg cơ thể). Kết quả này
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 10

20Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

cao hơn 23% so với việc cho ăn thức ăn có canthaxanthin và 43% βmcarotene là
một bằng chứng chúng minh rõ ràng rằng astaxanthin là nguồn carotenoit hiệu
quả nhất để tạo màu (Lorenz và Cysewski, 2000)
* Trong nuôi gia cầm: Astaxanthin đã được dùng làm phụ gia trong chế
biến thức ăn nuôi gia súc, gia cầm, làm tăng màu vàng cam cho lòng đỏ trứng,
tăng tỷ lệ nở con, giảm khả năng nhiễm khuẩn Salmonella... (Lorenz và
Cysewski, 2000).
* Trong y học: Astaxanthin là dẫn xuất của βmcaroten. Nhưng nó có thể

dùng với hàm lượng tương đối cao, thay thế cho vitamin A mà không gây nguy
hiểm như vitamin A. Khi thừa βmcaroten chúng sẽ được tích lũy tại gan của cơ
thể. Astaxanthin có khả năng bảo vệ võng mạc của mắt, góp phần chống lại các
tác nhân oxy hóa, chống lại sự thiếu hụt các tế bào cảm thụ quang, tham gia bảo
vệ nơron não và tủy sống, ngăn chặn đáng kể tác hại do các gốc tự do được hình
thành gây ra, làm giảm nguy cơ thoái hóa điểm vàng. Hiện nay, astaxanthin là
một trong những thành phần quan trọng của nhiều loại dược phẩm được dùng
trong điều trị các chứng viêm ruột, viêm dạ dày do nhiễm khuẩn Helicobacter
gây ra và được bổ sung vào thành phần của một số chế phẩm vitamin đang được
lưu hành trên thị trường trong vài năm gần đây, nhằm bổ sung chế độ dinh
dưỡng hàng ngày cho con người (Guerin và cs., 2003).
1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của vi tảo H.
pluvialis
Nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố đầu tiên, tác động đến sinh trưởng của các loài tảo nước
ngọt nói chung. Đối với Haematococcus, nhiệt độ không gây chết đối với tế bào
nhưng tác động rất điển hình đến sinh trưởng của loài vi tảo này. Nhìn chung,
các công bố đều cho thấy, sinh trưởng tối ưu của loài vi tảo này vào khoảng 25 –
280C (Fan và cs., 1994), một số công bố cho thấy, nhiệt độ tối thích nằm ở vùng
nhiệt độ thấp hơn. Nhiệt độ cũng có tác động rất khác nhau với từng giai đoạn
sinh trưởng của tế bào, ở trạng thái sinh dưỡng, nhiệt độ trên 300C, kích thích tế
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 11

21Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

bào chuyển sang giai đoạn nang bào. Nhiệt độ ở 25 0C thích hợp cho sinh trưởng
nhưng nhiệt độ lên tới 35 0C thích hợp cho quá trình tích lũy astaxanthin trong
điều kiện nuôi dị dưỡng (Tripathi và cs., 2002). Khi tế bào ở giai đoạn bào tử
chín, chúng có thể chịu được nhiệt độ lên tới 700C trong điều kiện độ ẩm thấp
nhưng không chịu được nhiệt độ cao trong điều kiện độ ẩm cao (Otis, 1928).
Ánh sáng
Cũng như các loài vi tảo quang tự dưỡng khác, sinh trưởng của
Haematococcus cũng chịu tác động rất lớn của điều kiện chiếu sáng. Từ những
năm 1950, Proctor (1957) đã thử nghiệm nuôi loài vi tảo này trong điều kiện
phòng thí nghiệm nhưng không thành công và ông đã nhận thấy hai yếu tố đã
thay đổi so với điều kiện tự nhiên là ánh sáng và nhiệt độ và ông cũng đã đề xuất
giả thuyết về khuynh hướng sinh sản vô tính có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong
vòng đời của loài vi tảo này.
Cường độ ánh sáng
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng lên sinh trưởng của loài
vi tảo này, Park và Lee (2001) đã chỉ ra rằng, sinh khối tảo thu được cao nhất
(2,7 g/L) khi nuôi trong điều kiện ánh sáng cao (75 µE/m2/s) và trong điều kiện
ánh sáng yếu (15 – 30 µE/m2/s), sinh khối đạt được thấp hơn rất nhiều (< 1,0
g/L). Ánh sáng cao kết hợp với chiếu ánh sáng có bước sóng 470 nm cũng kích
thích tổng hợp astaxanthin và cường độ ánh sáng 160 µE/m2/s cho hàm lượng
astaxanthin cao nhất. Tuy nhiên, khi nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh
sáng lên sinh trưởng của loài vi tảo này, GarciamMalea và cs., (2006) lại kết luận
rằng, hầu như không thấy xuất hiện sự tích lũy astaxanthin với cường độ chiếu
sáng 1000 – 2000 µE/m2/s ở hệ thống kín 1,8L.
Thời gian chiếu sáng
Từ năm 1957, Proctor đã phát hiện ra các bào tử nghỉ có khả năng nảy mầm
một cách nhanh chóng khi gặp điều kiện môi trường thích hợp và chế độ chiếu
sáng 24 giờ là một điều kiện rất phù hợp cho quá trình này.

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 12

22Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

Tính đến hiệu quả sử dụng năng lượng trong chiếu sáng nhân tạo để nuôi
trồng loài vi tảo này, người ta đã hướng tới việc sử dụng đèn LED tạo ánh sáng
nhấp nháy có ánh sáng xanh thúc đẩy tổng hợp astaxanthin. Khi đó, sử dụng đèn
LED ánh sáng xanh lam có cường độ thấp 8 µmol/m2/s cũng thúc đẩy tạo
astaxanthin tương đương như chiếu đèn 12 µmol/m2/s liên tục trong khi đó, năng
lượng sử dụng đã giảm đi 1/3 (Katsuda và cs., 2006).
Chất lượng ánh sáng
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của các phổ ánh sáng khác nhau từ đỏ đến tím
lên sinh trưởng và tích lũy astaxanthin của loài vi tảo này, Katsuda và cs.,
(2004) đã chỉ rằng ánh sáng có bước sóng ngắn (380 – 470 nm) tương ứng với
ánh sáng lam – tím có tác dụng thúc đẩy tích lũy astaxanthin lên tới 5 m6% sinh
khối khô nhưng lại ức chế sự sinh trưởng của tế bào. Còn ở ánh sáng đỏ
(625nm), sinh trưởng của loài vi tảo này đạt cao nhất. Như vậy, ánh sáng có
bước sóng đỏ xa có tác dụng kích thích sinh trưởng và ánh sáng có bước sóng
ngắn (380 – 470 nm) có tác dụng thúc đẩy tích lũy astaxathin ở loài tảo này.
Dinh dưỡng
Từ năm 1970, các nhà khoa học đã phát hiện thấy, một số nguyên tố hóa
học vô cơ và một số tác nhân hữu cơ như các phức chất, hoóc môn và vitamin có
tác dụng kích thích sự thay đổi về kích thước và hình dạng của tế bào, sự hình

thành bào tử và bào tử động của Haematococcus cũng như Chlamydomonas và
điều này cũng có thể thấy ở các loài tảo khác (Fedrick, 1970).
Với phương thức nuôi cấy trong điều kiện quang tự dưỡng, sinh trưởng của
Haematococcus chịu ảnh hưởng của hàm lượng nitơ trong môi trường. Khi nồng
độ NO3m từ 5,7 – 20,7 mM, mật độ tế bào và khối lượng sinh khối khô hầu như
không thay đổi nhưng khi giảm nồng độ NO3m xuống 1,7 mM, mật độ tế bào và
khối lượng sinh khối khô đều giảm rõ rệt từ 1,3 xuống 0,7 g/L và mật độ tế bào
giảm từ 2 – 0,8 x 106 tế bào/mL (Del Rio, 2005).

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 13

23Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

Photpho là một trong những yếu tố dinh dưỡng quan trọng đối với sự tổng
hợp astaxanthin. Sự tích luỹ astaxanthin có thể được cảm ứng bởi sự thay đổi
hàm lượng photpho. Trong điều kiện thiếu hụt photpho, H. pluvialis có thể tích
luỹ một lượng lớn astaxanthin.
Trong nuôi cấy dưới điều kiện quang tự dưỡng, ảnh hưởng của môi trường
có các thành phần dinh dưỡng khác nhau lên sinh trưởng và tích lũy astaxanthin
của loài vi tảo này cũng đã được công bố. Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại
môi trường nuôi có thành phần dinh dưỡng khác nhau bao gồm môi trường
BG11 Mod., BG11, OHM, Basal và RM lên sinh trưởng của loài vi tảo này ở thể
tích bình 250 mL, mật độ tế bào thu được cao nhất khi nuôi trong môi trường

RM (Imamoglu và cs., 2007). Đặng Diễm Hồng và cs., (2010) đã công bố lựa
chọn được môi trường tối ưu để nuôi loài vi tảo này ở các cấp độ khác nhau từ
bình tam giác 250; 500 mL đến quy mô bình 1,5 và 10 lít là môi trường RM đã
đạt được mật độ tế bào 0,38 – 1,449 x 106 tế bào/mL, tốc độ sinh trưởng đặc
trưng 0,062 – 0,321/ngày, khối lượng sinh khối khô 1,86 – 4,92 g/L, hàm lượng
chlorophyll a 246,21 – 2010 µg/L, hàm lượng astaxanthin 212,10 – 743,82 µg/L
sau 30 ngày nuôi cấy.
Trong nuôi cấy ở điều kiện dị dưỡng, sinh trưởng của loài vi tảo này chịu
ảnh hưởng của nguồn carbon là acetate. Tuy nhiên, trong môi trường nuôi bình
thường, hình thái của loài vi tảo này biến đổi từ trạng thái sinh dưỡng sang trạng
thái cyst một cách nhanh chóng khi bổ sung thêm acetate kết hợp với Fe2+
(Kobayashi và cs., 1993).
H. pluvialis là một trong số các loài vi tảo có khả năng sinh sống với nhiều
hình thức đa dạng, từ quang tự dưỡng đến dị dưỡng và tạp dưỡng. Trong điều
kiên nuôi cấy tạp dưỡng, nguồn carbon được sử dụng thường là acetate. Trong
điều kiện nuôi này, bổ sung acetate có tác dụng làm tăng hàm lượng astaxanthin
trong sinh khối tảo. Bên cạnh đó, việc bổ sung acetate cùng với tình trạng đói
nitơ có tác dụng rất hiệu quả đối với tăng hàm lượng astaxanthin và khối lượng
sinh khối khô của loài vi tảo này (Choi và cs., 2002).

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 14

24Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Nguyễn Thị Thu Thủy CHK14

Bổ sung riêng sắt vào môi trường nuôi cấy theo phương thức quang tự
dưỡng có tác dụng ức chế sinh tổng hợp astaxanthin trong tế bào nhưng khi bổ
sung kết hợp sắt với acetate, hàm lượng astaxanthin tăng lên rõ rệt (Choi và cs.,
2002).
CO2, O2
Ảnh hưởng của hàm lượng oxy hòa tan lên sinh trưởng và tích lũy
astaxanthin đã được Lee và Ding (1995) nghiên cứu. Kết quả cho thấy, khi nồng
độ oxy hòa tan cao hơn nồng độ oxy hòa tan trong điều kiện bão hòa không khí
thông thường, tỷ lệ tế bào mất roi chiếm 94 – 98% trong khi đó, ở nồng độ oxy
hòa tan thấp hơn, tỷ lệ này là 79 – 86%.
Chế độ sục khí
Trong nuôi trồng vi tảo nói chung, sục khí đóng vai trò quan trọng, không
chỉ có tác dụng khuấy đảo môi trường nuôi và sinh khối mà còn có tác dụng
chống bám lắng, cung cấp đầy đủ khí CO2 cho quang hợp và O2 cho hô hấp cũng
như giúp điều chỉnh tỷ lệ CO2/O2 thích hợp cho sinh trưởng của tảo nói chung.
Cũng như các loài vi tảo khác, H. pluvialis cũng cần có chế độ sục khí thích hợp
với điều kiện sinh trưởng. Tuy nhiên, với loài này, tùy từng điều kiện nuôi khác
nhau mà yêu cầu về chế độ sục khí cũng rất khác nhau. Trong nuôi trồng quy mô
nhỏ, trong photobioreactor kín dạng trụ đứng, tốc độ sục khí ảnh hưởng rất lớn
đến trạng thái và sinh trưởng của loài tảo này. Thông thường, chế độ sục đảm
bảo cho tốc độ khí bề mặt vào khoảng 0,2 – 0,4 cm/s là thích hợp cho sinh
trưởng và với tốc độ sục khí cao hơn khoảng này gây tổn hại đến tế bào
(Kaewpintong, 2004).
Chế độ bổ sung môi trường
Chế độ bổ sung môi trường trong nuôi H. pluvialis cũng được các nhà
nghiên cứu quan tâm trong đó, mức độ pha loãng đã được GarciamMalea và cs.,
(2006) công bố là 0,04/giờ và chỉ bổ sung môi trường trong 12 giờ chiếu sáng.
Trong giai đoạn nuôi liên tục trong hệ thống kín 8000 lít, mức độ bổ sung môi
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 15

25Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên