Ảnh hưởng của một số nhân tố ngoại sinh lên sự tăng trưởng và tích lũy Lipid ở vi tảo Haematococcus pluvialis flotow
Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32 23
ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ NHÂN TỐ NGOẠI SINH LÊN SỰ
TĂNG TRƯỞNG VÀ TÍCH LŨY LIPID Ở VI TẢO
HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS FLOTOW
NGUYỄN TRẦN ĐÔNG PHƯƠNG1,2,*
LÊ HUYỀN ÁI THÚY2, BÙI TRANG VIỆT1
1Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM
2Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh
*Email: [email protected]m
(Ngày nhận: 20/07/2018; Ngày nhận lại: 26/09/2018; Ngày duyệt đăng: 15/10/2018)
TÓM TẮT
Tế bào vi tảo Haematococcus pluvialis được nuôi cấy trong bình 500mL chứa 250mL môi
trường lỏng BB được sục khí, theo hai giai đoạn, với mật độ tế bào ban đầu là 4,3.103 tế bào/mL.
Tất cả các thí nghiệm được đặt ở nhiệt độ 25 ± 3oC, cường độ ánh sáng huỳnh quang 50µmol
photon m-2s-1 và thời gian chiếu sáng 12 giờ/ngày, trừ các xử lý với ánh sáng đèn LED. Sau 7
tuần nuôi cấy trong môi trường BB (giai đoạn 1), một số nhân tố ngoại sinh gồm ánh sáng đèn
LED trắng, đỏ (610 - 760 nm) và lục (460 - 490 nm) đều ở cường độ 50 µmol photon m-2s-1 (xử
lý trong 3 tuần, 24 giờ, hay gián đoạn đêm 30 phút), sốc nhiệt độ (50oC trong 1,5 hay 2 giờ, 7 ±
3oC trong 2, 3, 4 hay 6 giờ, 0 ± 2oC trong 1,5 hay 2 giờ), kim loại nặng (bổ sung Cu2+, Fe2+,
Mg2+, Zn2+ với nồng độ cao gấp 1,5 hay 2 lần so với môi trường BB), hoặc NaCl 0,5; 0,9 hay
3,0% được áp dụng trong giai đoạn 2 (3 tuần) để khảo sát sự tăng trưởng và tích lũy lipid ở vi
tảo. Sau 10 tuần nuôi cấy, kết quả cho thấy, chỉ có xử lý ánh sáng đèn LED đỏ trong 24 giờ làm
tăng lượng dầu sinh học, nhưng làm giảm trọng lượng tươi và khô so với đối chứng (ánh sáng
huỳnh quang). Xử lý 7 ± 3oC trong 2 giờ làm tăng hàm lượng dầu sinh học và thay đổi không
đáng kể trọng lượng tươi, nhưng giảm trọng lượng khô. Các xử lý Cu2+, Fe2+, Mg2+ và Zn2+ với
nồng độ cao gấp 1,5 hay 2 lần làm giảm hoặc không tăng hàm lượng dầu sinh học. Xử lý NaCl
0,5% làm tăng hàm lượng dầu sinh học, nhưng làm giảm trọng lượng tươi và khô.
Từ khóa: Haematococcus pluvialis; Kim loại nặng; Sốc nhiệt độ; Tăng trưởng; Tích lũy
lipid.
Effects of some exogenous factors on growth and lipid accumulation in microalgae
Haematococcus pluvialis Flotow
ABSTRACT
Haematococcus pluvialis cells were cultured in 500-ml bottles in two stages, each contained
250ml of liquid BB medium with aeration and an initial cell density of 4.3×103 cells/mL. All the
experiments were carried out at 25 ± 3°C, and under the effect of fluorescence light (50µmol
photon m-2s-1, 12 h/12 h light/dark cycle), except the experimentsunder the effect of LED
24 Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32
lighting. After 7 weeks culture in BB medium (phase 1), some exogenous factors including LED
light (intensity of 50μmol photon m-2s1): white, red (610 - 760nm) and blue (460 - 490nm)
(treatment in 3 weeks, or 24 hours, or a 30-minute night interruption), heat shock (50oC during
1.5 or 2 hours, 7 ± 3oC during 2, 3, 4 or 6 hours, and 0 ± 2oC during 1.5 or 2 hours), heavy
metals (Cu2+, Fe2+, Mg2+, Zn2 and NaCl at high concentrations during 3 days) were applied to
study growth and lipid accumulation in Haematococcus pluvialis. After 10- week culture, the
results showed that only red LED light treatment for 24 hours increased the biodiesel content,
but reduced the fresh weight and the dry weight compared to the control (under the effect of
fluorescent light). Treatment of 7 ± 3°C for 2 hours increased the biodiesel content and did
insignificantly change the fresh weight, and reduced the dry weight. The treatments of Cu2+,
Fe2+, Mg2+ and Zn2+ in 1,5 or double concentration not increase the biodiesel content. The
treatment of 0.5% NaCl increased the biodiesel content, but reduced the fresh weight and the dry
weight.
Keywords: Growth; Haematococcus pluvialis; Heat shock; Heavy metal; Lipid accumulation.
1. Mở đầu
2. Vật liệu và Phương pháp
Sản xuất dầu diesel từ vi tảo được xem là
phương pháp khả thi do không cạnh tranh đất
sản xuất nông nghiệp và không làm ô nhiꢀm
môi trường. Tảo lục nước ngọt H. pluvialis
Flotow được chứng minh là vật liệu chứa
nhiều dầu sinh học và astaxanthin, một chất
màu có giá trị kinh tế cao. Quá trình tích lũy
lipid xảy ra trong tế bào H. pluvialis ở giai
đoạn tạo nang được cảm ứng bởi stress như
dinh dưỡng giới hạn, cường độ ánh sáng cao,
FeSO4 450µM hoặc sodium acetate 45mM
kích thích sự tích lũy lipid (Lei và cộng sự,
2012). Trong các nghiên cứu trước đây, nhóm
chúng tôi đã xác định nồng độ BA, IAA và
GA3 có ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và tích
lũy lipid ở vi tảo H. pluvialis (Nguyꢀn Trần
Đông Phương và cộng sự, 2015). Bên cạnh
đó, chúng tôi còn tối ưu hóa qui trình xác định
các gene mã hóa cho enzyme khởi đầu (biotin
carboxylase, BC) và kết thúc (fatty acyl-acyl
carrier protein thioesterase, FATA) của quá
trình sinh tổng hợp lipid ở vi tảo H. pluvialis
(Nguyꢀn Trần Đông Phương và cộng sự,
2016). Nghiên cứu này được thực hiện nhằm
tìm hiểu sự tăng trưởng và tích lũy lipid ở vi
tảo H. pluvialis Flotow dưới tác động của số
yếu tố gồm có loại ánh sáng, nhiệt độ, kim
loại, nồng độ muối.
Vật liệu
Vi tảo H. pluvialis Flotow được phòng
Sinh học thực nghiệm của Viện Nghiên cứu
và Nuôi trồng Thủy sản II, TP. Hồ Chí Minh
cung cấp lại từ bộ sưu tập giống tảo của
phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ Sinh
học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, Hà Nội.
Phương pháp
50mL vi tảo ở tuần thứ 9, được nuôi trong
bình 500mL có chứa 250mL môi trường lỏng
BB với pH 7 được sục khí, mật độ tế bào ban
đầu 4,3.103 tế bào/mL, được dùng để bố trí thí
nghiệm. Tất cả các thí nghiệm được đặt ở
nhiệt độ 25 ± 3oC, cường độ ánh sáng huỳnh
quang 50µmol photon m-2s-1 và thời gian
chiếu sáng 12 giờ/ngày trừ các xử lý với ánh
sáng LED.
Ảnh hưởng của loại ánh sáng lên sự
tăng trưởng và tích lũy lipid của vi tảo
Vi tảo sau 7 tuần nuôi cấy dưới ánh sáng
huỳnh quang (thời gian chiếu sáng 12
giờ/ngày) được chuyển sang ánh sáng LED
trắng phổ rộng hoặc LED đỏ với bước sóng
610 - 760nm hoặc LED xanh với bước sóng
460 - 490nm trong 3 tuần tiếp theo, hoặc đặt
dưới ánh sáng LED trắng, LED đỏ hoặc LED
xanh trong 24 giờ liên tục, hoặc xử lý một lần
Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32 25
gián đoạn đêm trong 30 phút từ lúc 0 giờ đến
0 giờ 30 phút tối. Tất cả các loại ánh sáng
LED trắng, đỏ, xanh và đèn huỳnh quang
trong thí nghiệm này đều ở cường độ ánh sáng
50µmol photon m-2s-1.
Ảnh hưởng của xử lý nhiệt độ lên sự
tăng trưởng và tích lũy lipid của vi tảo
Vi tảo sau 7 tuần nuôi cấy được xử lý ở
nhiệt độ 50oC bằng cách đặt bình chứa vi tảo
trong nồi cách thủy trong 1,5 hoặc 2 giờ. Xử
lý từ -3 tới 0oC bằng cách đặt bình chứa vi tảo
ở ngăn đông tủ lạnh trong 1,5 hoặc 2 giờ. Xử
lý nhiệt độ từ 4 tới 10oC bằng cách đặt bình
chứa vi tảo ở ngăn mát tủ lạnh trong 2, 3, 4
hay 6 giờ.
6,8mL methanol, 1,2mL NaOH 0,1N và 8mL
chloroform. Ủ cách thủy ở 90oC trong 40
phút, để nguội. Thêm vào 4mL nước cất để
dung dịch phân thành ba lớp. Lớp dưới cùng
là dầu sinh học (Bligh và Dyer, 1959; Hossain
và cộng sự, 2008, Johnson và Wen, 2009).
Với phương pháp này, cả lipid tích lũy trong
tế bào lẫn lipid thoát ra môi trường nuôi cấy
đều được thu nhận bằng sự ester hóa các
acid béo.
Tất cả các thí nghiệm được thực hiện với
3 lần lặp lại, mỗi lần với 3 bình 500mL chứa
250mL môi trường lỏng BB được sục khí vào
lúc 8 giờ sáng.
3. Kết quả
Ảnh hưởng của Cu2+, Fe2+, Mg2+ và
Zn2+ lên sự tăng trưởng và tích lũy lipid
của vi tảo
(B) Ảnh hưởng của xử lý ánh sáng đèn
LED trắng, đỏ và xanh
(C) Xử lý ánh sáng trong 3 tuần: dưới
đèn LED trắng: vi tảo vẫn còn màu xanh
nhưng có sự phân hủy dần nội dung của tế
bào, đèn LED đỏ làm cho phần lớn các tế bào
vi tảo chuyển sang màu nâu sậm và nhiều tế
bào bị phân hủy, trong khi đèn LED xanh làm
cho tất cả các tế bào vi tảo bị phân hủy hoàn
toàn (Hình 1.1).
Xử lý ánh sáng trong 24 giờ: dưới đèn
LED trắng và đèn LED xanh: vi tảo có hình
cầu và vẫn còn màu xanh với ánh sáng, nhưng
mất dần nội dung với ánh sáng đèn LED đỏ
(Hình 1.2).
(D) Xử lý ánh sáng gián đoạn đêm
trong 30 phút: dưới đèn LED trắng: vi tảo có
hình cầu hoặc hình elip và một số tế bào
phóng thích nội dung, mất dần nội dung với
ánh sáng đèn LED đỏ, một số tế bào chuyển
sang màu đỏ với ánh sáng đèn LED xanh
(Hình 1.3).
Vi tảo sau 7 tuần nuôi cấy trong bình
chứa môi trường lỏng BB được sục khí được
chuyển sang môi trường BB mới có sự gia
tăng nồng độ các kim loại nặng trong 3 ngày:
CuSO4: 2,355mg/L (gấp 1,5) hoặc 3,14mg/L
(gấp đôi), MgSO4: 112,5mg/L (gấp 1,5) hoặc
150mg/L (gấp đôi), FeSO4: 7,47mg/L
(gấp 1,5) hoặc 9,96mg/L (gấp đôi), ZnSO4:
13,23mg/L (gấp 1,5) hoặc 17,64mg/L
(gấp đôi).
Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl
trong môi trường nuôi cấy lên sự tăng
trưởng và tích lũy lipid của vi tảo
Vi tảo sau 7 tuần nuôi cấy trong bình
chứa môi trường lỏng BB được sục khí được
chuyển sang môi trường BB mới được bổ
sung NaCl ở tỉ lệ 0,5%, 0,9%, 1,5%, 3,0%
trong 3 tuần hoặc môi trường bổ sung NaCl
1,5%, 2,0%, 3,0%, 3,5% trong 24 giờ.
Trong các xử lý chiếu sáng bằng đèn
LED xanh và đỏ liên tục trong 24 giờ hoặc
gián đoạn đêm trong 30 phút vào lúc 0 giờ,
chỉ có xử lý ánh sáng đèn LED đỏ trong 24
giờ làm tăng có ý nghĩa lượng dầu sinh học,
nhưng làm giảm mạnh trọng lượng tươi và
khô so với đối chứng (ánh sáng huỳnh quang)
(Bảng 1).
(A) Hàm lượng dầu sinh học từ vi tảo
1mL môi trường chứa vi tảo H. pluvialis
từ bình chứa môi trường lỏng BB được sục
khí ở các nghiệm thức khác nhau được dùng
để thu sinh khối và xác định trọng lượng tươi
và khô của vi tảo, sau đó thêm vào 12mL
chloroform và 24mL methanol. Ly tâm 3.500
vòng/phút trong 15 phút. Thu dịch nổi, thêm
26 Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32
Bảng 1
Ảnh hưởng của xử lý ánh sáng đèn LED trắng, đỏ và xanh lên sự tăng trưởng và tích lũy lipid
của vi tảo trong bình chứa môi trường lỏng BB được sục khí.
Xử lý
Trọng lượng tươi
Trọng lượng khô
Dầu sinh học
(mg/mL)
(mg/mL)
(mg/mL)
29,370a
3,270a
0,050b
Đối chứng
(đèn huỳnh quang)
LED trắng, 24 giờ
LED đỏ, 24 giờ
21,570b
15,300c
15,760c
27,100a
26,870a
27,000a
1,720c
0,920d
0,970d
2,200b
2,180b
2,280b
0,054ab
0,063a
0,059ab
0,057ab
0,058ab
0,055ab
LED xanh, 24 giờ
LED trắng, 30 phút
LED đỏ, 30 phút
LED xanh, 30 phút
Các chữ cái theo sau số trung bình trong cùng một cột khác nhau biểu hiện sự khác biệt có ý
nghĩa thống kê ở mức P ≤ 0,05
10 µm
1c
10 µm
1b
10 µm
1a
10 µm
2c
10 µm
10 µm
2a
10 µm
2b
3a
3b
10 µm
10 µm
3c
Hình 1. Vi tảo sau 7 tuần được nuôi cấy dưới ánh sáng đèn huỳnh quang trong bình chứa môi
trường lỏng BB được sục khí và xử lý ánh sáng đèn LED
Trong 3 tuần (1a) Trắng: màu lục, phân hủy nhiều (1b) Đỏ: màu nâu đỏ, phân hủy nhiều (1c)
Xanh: phân hủy hoàn toàn
Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32 27
Trong 24 giờ (2a) Trắng: Vi tảo màu lục, phân hủy một phần (2b) Đỏ: Vi tảo màu đỏ, phân hủy
nhiều (2c) Xanh: Vi tảo màu lục, phân hủy nhiều
Gián đoạn đêm 30 phút (3a) Trắng: Vi tảo màu lục, phân hủy một phần (3b) Đỏ: Một số vi tảo có
màu đỏ, phân hủy một phần (3c) Xanh: Một vi số tảo có màu đỏ
nhiệt độ làm thay đổi hình thái của tế bào vi
tảo. Sau 2 giờ xử lý ở 50oC, vi tảo vẫn giữ hình
cầu và có màu lục như đối chứng. Ở 0 ± 2oC, vi
tảo có hình cầu và một số tế bào chuyển sang
màu đỏ sau 1,5 giờ xử lý, nhưng phần lớn có
màu đỏ và phóng thích nội dung ra ngoài môi
trường sau 2 giờ xử lý (Hình 2). Ở 7 ± 3oC, các
vi tảo chuyển dần sang màu đỏ sau 2 giờ xử lý,
trong khi một số tế bào bị phân hủy và một số
tế bào khác phân chia sau 3 giờ xử lý. Các tế
bào có thể bị phân hủy, có màu đỏ hay vẫn giữ
màu xanh sau 4 và 6 giờ xử lý (Hình 2).
Ảnh hưởng của xử lý nhiệt độ
Sau 7 tuần nuôi cấy vi tảo trong bình
chứa môi trường lỏng BB được sục khí, trong
số các xử lý nhiệt độ cao (50oC) và thấp (0 ±
2oC) trong 1,5 hoặc 2 giờ, và xử lý nhiệt độ
nhiệt độ 7 ± 3oC trong 2, 3, 4 hoặc 6 giờ, chỉ
có xử lý 7 ± 3oC trong 2 giờ làm tăng hàm
lượng dầu sinh học và thay đổi không đáng kể
trọng lượng tươi, nhưng giảm trọng lượng khô
so với đối chứng (Bảng 2).
Cùng với sự thay đổi về hàm lượng dầu
sinh học và trọng lượng tươi và khô, các xử lý
Bảng 2
Ảnh hưởng của xử lý nhiệt độ lên sự tăng trưởng và tích lũy lipid của vi tảo trong bình chứa môi
trường lỏng BB được sục khí
Xử lý
Trọng lượng tươi
Trọng lượng khô
Dầu sinh học
(mg/mL)
(mg/mL)
(mg/mL)
Đối chứng 25 ± 3oC
50oC, 2 giờ
29,370a
29,000a
24,170a
16,630ab
27,100ab
26,870ab
27,000ab
21,570b
3,800a
2,470b
2,400b
1,600d
2,200bc
2,180bcd
2,280bc
1,720cd
0,052c
0,053c
0,061bc
0,061bc
0,108a
0,069b
0,060bc
0,060bc
0 ± 2oC, 1,5 giờ
0 ± 2oC, 2 giờ
7 ± 3oC, 2 giờ
7 ± 3oC, 3 giờ
7 ± 3oC, 4 giờ
7 ± 3oC, 6 giờ
Các chữ cái theo sau số trung bình trong cùng một cột khác nhau biểu hiện sự khác biệt có ý
nghĩa thống kê ở mức P ≤ 0,05
28 Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32
10 µm
10 µm
20 µm
A
B
C
10 µm
10 µm
20 µm
F
D
E
10 µm
10 µm
G
H
Hình 2. Vi tảo sau 7 tuần được nuôi cấy trong bình chứa môi trường lỏng BB được sục khí, xử
lý nhiệt độ và quan sát ngay khi kết thúc thí nghiệm
(A) Đối chứng: màu lục (B) 50oC, 2 giờ: màu lục (C) 0 ± 2oC; 1,5 giờ: màu đỏ
(D) 0 ± 2oC; 2 giờ: màu đỏ (E) 7 ± 3oC; 2 giờ: màu đỏ (F) 7 ± 3oC; 3 giờ: màu đỏ hoặc lục, có
sự phân hủy nội dung (G) 7 ± 3oC; 4 giờ: màu đỏ nhạt và phân hủy nội dung (H) 7 ± 3oC; 6 giờ:
Một số tế bào vi tảo có màu đỏ hoặc lục, có sự phân hủy nội dung
Ảnh hưởng của Cu2+, Fe2+, Mg2+ và Zn2+
Sự bổ sung CuSO4 (2,355 hoặc 3,14mg/L),
FeSO4 (7,47 hoặc 9,96mg/L), MgSO4 (112,5
hoặc 150mg/L) và ZnSO4 (13,23 hoặc
7,64mg/L) vào môi trường nuôi cấy ở tuần thứ
7, trong 3 ngày, không làm thay đổi đáng kể
hay làm giảm lượng dầu sinh học, dù các xử
lý có thể gây thay đổi tăng trưởng, hình thái
và màu sắc vi tảo: sự tăng nồng độ FeSO4 gấp
1,5 lần (7,47mg/L) cảm ứng gia tăng mật độ
tế bào, trong khi sự tăng nồng độ CuSO4 gấp 2
lần (3,14mg/L) cảm ứng sự gia tăng trọng
lượng tươi và cả trọng lượng khô của vi tảo
(Bảng 3, Hình 3).
Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32 29
Bảng 3
Ảnh hưởng của kim loại nặng sau 3 ngày xử lý lên sự tăng trưởng của vi tảo sau 7 tuần nuôi cấy
Xử lý
Dầu sinh học
(mg/mL)
0,049a
0,000
Mật độ tế bào
Trọng lượng
tươi (mg/mL)
Trọng lượng khô
(x103 tb/ mL)
(mg/mL)
Đối chứng
100,670b
52,670c
130,700b
184,000a
41,670c
50,330c
46,000c
43,670c
13,670c
79,330bc
137,330bc
427,000a
131,000bc
77,000c
159,670bc
237,670b
143,670bc
103,670bc
2,330b
4,000b
23,330a
5,000b
2,000b
5,330b
10,000b
4,330b
2,000b
2,355
3,14
7,47
9,96
112,5
150
CuSO4
(mg/L)
0,080a
0,080a
0,083a
0,000
FeSO4
(mg/L)
MgSO4
(mg/L)
0,000
0,000
13,23
7,64
ZnSO4
(mg/L)
0,000
Các chữ cái theo sau số trung bình trong cùng một cột khác nhau biểu hiện sự khác biệt có ý
nghĩa thống kê ở mức P ≤ 0,05.
10 µm
10 µm
10 µm
C
F
A
B
E
H
10 µm
D
10 µm
10 µm
10 µm
G
10 µm
10 µm
L
Hình 3. Vi tảo sau 3 tuần được nuôi cấy trong bình chứa môi trường lỏng BB
được sục khí và xử lý kim loại trong 3 ngày
(A) Đối chứng: màu lục, vách mỏng (B) MgSO4 112,5mg/L: màu cam, vách dày
(C) MgSO4 150mg/L: màu cam, vách dày (D) FeSO4 7,98mg/L: màu lục, vách mỏng
(E) FeSO4 9,96mg/L: màu cam, vách dày (F) CuSO4 2,355mg/L: màu cam, vách mỏng
(G) CuSO4 3,14mg/L: màu đỏ, vách rất dày (H) ZnSO4 13,23mg/L: màu lục
(I) ZnSO4 26,46mg/L: màu lục với một số tế bào bị phân hủy
30 Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32
trường với NaCl ở nồng độ từ 0,9% đến 3%, tế
bào vi tảo có màu đỏ, vách rất dày. Nồng độ
muối càng cao, vách tế bào càng dày và rất nhiều
tế bào bị phân hủy trong môi trường (Hình 4).
Ảnh hưởng của NaCl
NaCl 0,5%, làm tăng lượng dầu sinh học
trích được so với đối chứng, nhưng làm giảm
trọng lượng tươi và khô (Bảng 4). Trong môi
Bảng 4
Ảnh hưởng của NaCl ở các nồng độ khác nhau lên sự tăng trưởng của vi tảo trong bình chứa môi
trường lỏng BB được sục khí sau 3 tuần xử lý
NaCl
(%)
Trọng lượng tươi
Trọng lượng khô
Dầu sinh học
(mg/mL)
(mg/mL)
(mg/mL)
0,0025 (Đối chứng)
12,000a
6,870b
2,500b
3,330b
1,400b
3,070a
1,040b
1,630ab
2,040ab
2,380ab
0,050b
0,640a
0,110b
0,090b
0,060b
0,5
0,9
1,5
3,0
Các chữ cái theo sau số trung bình trong cùng một cột khác nhau biểu hiện sự khác biệt có ý
nghĩa thống kê ở mức P ≤ 0,05
10 µm
10 µm
A
B
10 µm
C
D
Hình 4. Vi tảo sau 7 tuần nuôi cấy trong bình chứa môi trường lỏng BB được sục khí
và xử lý với các nồng độ NaCl trong 3 tuần
(A) 0,5%: màu lục (B) 0,9%: màu đỏ
(C) 1,5%: màu đỏ (D) 3,0%: màu đỏ, vách dày, tế bào phân hủy nhiều
Điều này có lẽ do cường độ ánh sáng chưa
thích hợp. Quá trình thích nghi/đáp ứng với
ánh sáng phụ thuộc vào quá trình quang hợp,
thông qua nhiều biến đổi liên quan tới kiểu và
số lượng các sắc tố, tăng trưởng vi tảo, hô hấp
4. Thảo luận
Các loại ánh sáng LED trắng, LED đỏ và
LED xanh ở các thời gian xử lý khác nhau
trong nghiên cứu này làm giảm sự tăng trưởng
và không kích thích sự tích lũy lipid ở vi tảo.
Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32 31
tối và các acid béo cơ bản (Dubinsky và cộng
sự, 1995). Bên cạnh cường độ, chu kỳ và phổ
ánh sáng cũng có ảnh hưởng trên tảo. Phổ ánh
sáng 300 - 400nm (gần tia UV) hoặc 400 -
480nm (ánh sáng xanh lơ) tốt hơn 620 - 750nm
(ánh sáng đỏ). Khi dùng ánh sáng đỏ cần bổ
sung một ít photon của ánh sáng xanh lơ.
Ngoài năng lượng, các thành phần đặc biệt của
ánh sáng có tác động trong các quá trình điều
hòa nội bào gồm: tổng hợp chlorophyll, sửa
chữa hư hỏng do ánh sáng và phân chia tế bào.
Nhiệt độ cao 50oC trong 2 giờ, không làm
tế bào vi tảo chuyển đổi trạng thái và tăng
tổng hợp lipid. Điều này chưa phù hợp với
nghiên cứu của Lei và cộng sự (2012), nhiệt
độ 42oC trong bốn ngày kích thích vi tảo tổng
hợp acid béo. Có lẽ, trong nghiên cứu này,
thời gian xử lý chưa đủ và vi tảo này được
phân lập ở Việt Nam nên thích nghi với nhiệt
độ cao. Nhiệt độ thấp 7 ± 3oC làm giảm sự
tăng trưởng nhưng kích thích sự tích lũy lipid
ở vi tảo. Lúc này, các tế bào vi tảo chuyển
sang màu đỏ, vách tương đối dày. Sự tổng
hợp astaxanthin vào lúc này có lẽ giúp vi tảo
chống chịu với stress nhiệt độ (Bảng 2, Hình
2). Nhiệt độ quá cao hay quá thấp ảnh hưởng
đến sự tăng trưởng của vi tảo giống như ở
thực vật. Nhiệt độ cao gây mất cân bằng giữa
hô hấp và quang hợp. Quang hợp và hô hấp
đều giảm nhưng quang hợp giảm nhanh hơn
hô hấp. Nhiệt độ cao làm xáo trộn màng
thylakoid trước khi giảm hoạt tính enzyme
quang hợp. Nhiệt độ cao còn làm giảm tính
bền của các màng tế bào. Tuy nhiên, một số
sinh vật đơn bào có thể hoàn tất chu trình
sống ở 50oC. Nhiệt độ thấp làm sự tăng
trưởng bị chậm lại, thoát các chất hòa tan do
làm giảm tính lỏng của màng plasma (Bùi
Trang Việt, 2016).
nhưng kích thích sự tích lũy lipid. Harker và
cộng sự (1996), nghiên cứu ảnh hưởng của Fe
ở nồng độ 36,0µM (gấp 2 lần) và 72,0µM
(gấp 4 lần so với đối chứng là 18µM trong
môi trường BB) trong 7 ngày cho thấy Fe
36µM làm giảm nhẹ mật độ tế bào và tăng
nhẹ tích lũy astaxanthin. Ngược lại, Fe 7,2µM
làm giảm mật độ tế bào nhưng kích thích tích
lũy astaxanthin ở vi tảo H. pluvialis. Như vậy,
sắt có thể kích thích sự tăng trưởng hoặc sự
tích lũy lipid và astaxanthin tùy theo nồng độ.
Fe là thành phần của nhiều enzyme (hiện diện
trong vòng porphyrin của cytochrome,
catalase và peroxidase), và có vai trò quan
trọng trong sinh tổng hợp chlorophyll (Bùi
Trang Việt, 2016). Fe là khoáng vi lượng
quan trọng cho sự tăng trưởng bình thường,
chức năng quang hợp và hô hấp, hoạt động
như chất xúc tác trong quang hợp, đồng hóa
nitrogen (nitrogen assimilation) và các phản
ứng chuyển electron ở sinh vật quang hợp
(Terry và cộng sự, 1985). Thiếu hụt Fe làm
giảm chuyển electron trong quang hợp dẫn tới
sự hình thành NADPH. Tăng nồng độ Fe kích
thích sự gia tăng lipid (Liu và cộng sự, 2008).
CuSO4 gấp 2 lần giúp tế bào vi tảo tích lũy
các chất khô, nhưng lượng dầu sinh học gia
tăng nhưng không có ý nghĩa so với đối chứng
(Bảng 3). Cu liên kết với plastocyanin,
enzyme chuyển electron trong quang hợp (Bùi
Trang Việt, 2016). Cu là một trong các kim
loại gây độc (Cu, Ni, Fe, Zn) cho tế bào tảo ở
nồng độ cao. Các kim loại này có thể ức chế
cố định carbon và làm chậm hấp thu các chất
dinh dưỡng (Rai và cộng sự, 1993).
NaCl 0,5% kích thích tế bào vi tảo tạo
lipid. Khi nồng độ NaCl cao hơn 0,9%, tế bào
vi tảo chuyển sang trạng thái stress tạo nang,
nội dung tế bào màu đỏ và vách tế bào rất dày
(Bảng 4, Hình 4). Các kết quả nghiên cứu này
phù hợp với nghiên cứu của Sarada và cộng
sự (2002). Nồng độ NaCl cao gây cản tăng
trưởng, xáo trộn cân bằng nước, và gia tăng
áp suất thẩm thấu. Nhiꢀm muối (salinity) hay
stress nồng độ muối cao (salinity stress), hiꢀm
FeSO4 gấp 1,5 lần kích thích sự gia tăng
mật độ tế bào và tích lũy lipid ở vi tảo. Tuy
nhiên, sự gia tăng mật độ tế bào (184x103 tế
bào/mL) không đi kèm với sự tích lũy chất
khô (5,00mg/mL) (Bảng 3). FeSO4 gấp 2 lần
không kích thích sự gia tăng mật độ tế bào
32 Nguyễn T. Đ. Phương và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 23-32
sodium (sodicity) và stress nước (water stress)
có liên quan chặt chẽ với nhau. Ở thực vật,
nhiꢀm muối hay nhiꢀm sodium (Na+) cản tăng
trưởng và quang hợp và gây xáo trộn cân bằng
nước vì thế nước bên ngoài hệ thống thực vật
bị hạ thấp (Bùi Trang Việt, 2016). Sự thay đổi
nồng độ muối cao hơn hoặc thấp hơn điều
kiện sống tự nhiên của tảo đều ảnh hưởng đến
tăng trưởng và thay đổi thành phần, và nồng
độ muối cao làm gia tăng thành phần lipid
trong tảo (Zhila và cộng sự, 2011).
5. Kết luận
Ánh sáng đèn LED (liên tục hoặc gián
đoạn) chưa kích thích sự tăng trưởng và tích
lũy lipid ở vi tảo. Xử lý nhiệt độ 7 ± 3oC trong
2 giờ, CuSO4 gấp 2 lần, FeSO4 gấp 1,5 hoặc 2
lần hoặc xử lý NaCl 0,5% kích thích sự tích
lũy lipid ở vi tảo
Lời cảm ơn: Các tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ Sinh
học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội đã cho phép sử dụng
nguồn vật liệu này.
Tài liệu tham khảo
Bùi Trang Việt (2016). Sinh lý thực vật đại cương, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đại học
Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
Dubinsky Z., Matsukawa R., & Karube I. (1995). Photobiological aspects of algal mass culture,
J. Mar. Biotechnol., 2, 61-65.
Harker M., Tsavalos A.J., & Young A.J. (1996). Factors responsible for astaxanthin formation in
the chlorophyte Haematococcus pluvialis. Bioresource Technology, 55, 207-214.
Lei A., Chen H., Shen G., Hu Z., Chen L., & Wang J. (2012). Expression of fatty acid synthesis
genes and fatty acid accumulation in Haematococcus pluvialis under different stressors.
Biotechnology for Biofuels, 5(18), 2-11.
Liu Z.Y., Wang G.C., & Zhou B.C. (2008). Effect of iron on growth and lipid accumulation in
Chlorella vulgaris. Bioresour. Technol., 99, 4717-4722.
Nguyen Tran Dong Phuong, Lao Duc Thuan, Le Huyen Ai Thuy, & Bui Trang Viet (2016).
Initial studies on Biotin carboxylase (BC) and acyl-acyl carrier protein thioesterase (FATA)
genes in Haematococcus pluvialis Flotow. J Biotech 14(1A): 531-538 The 7th AFOB
regional symposium (In English).
Nguyꢀn Trần Đông Phương, Lê Huyền Ái Thúy, Bùi Trang Việt (2015). Ảnh hưởng cùa các chất
điều hòa sinh trưởng thực vật lên sự sinh trưởng của vi tảo Haematococcus pluvialis Flotow.
Tạp chí Công nghệ Sinh học, 13(2), 269-247.
Rai L., & Mallick N. (1993). Heavy metal toxicity to algae under synthetic microcosm.
Ecotoxicology, 2, 231-242.
Sarada R., Tripathi U., & Ravishankar G.A. (2002). Influence of stress on astaxanthin production
in Haematococcus pluvialis grown under different culture conditions. Process Biochemitry,
37, 623-627.
Terry N. , & Abadía J. (1986). Function of iron in chloroplasts. J. Plant. Nutr., 9, 609 - 646.
Zhila N.O., Kalacheva G.S., & Volova T.G. (2011). Effect of salinity on biochemical composition
of the alga Botryococcus braunii Kutz IPPAS H-252. J. Appl. Phycol., 23, 47-52.
10 trang
09/01/2024
9720
Free
Bạn đang xem tài liệu "Ảnh hưởng của một số nhân tố ngoại sinh lên sự tăng trưởng và tích lũy Lipid ở vi tảo Haematococcus pluvialis flotow", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- anh_huong_cua_mot_so_nhan_to_ngoai_sinh_len_su_tang_truong_v.pdf
