Tài liệu ảnh hưởng của một số yếu tố sinh thái lên sự phát triển của quần thể tảo thalassiosira sp. nhập nội và thử nghiệm nuôi sinh khối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ********* PHAN VĂN XUÂN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ SINH THÁI LÊN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA QUẦN THỂ TẢO Thlassiosira sp. NHẬP NỘI VÀ THỬ NGHIỆM NUÔI SINH KHỐI. LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Mã số: 60.62.70 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. HOÀNG THỊ BÍCH MAI Nha Trang, năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ********* PHAN VĂN XUÂN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ SINH THÁI LÊN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA QUẦN THỂ TẢO Thalassiosira sp. NHẬP NỘI VÀ THỬ NGHIỆM NUÔI SINH KHỐI. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nha Trang, năm 2010 LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ Nhiệm Khoa Nuôi Trồng Thủy Sản, Phòng Đào tạo sau Đại học, Phòng Khoa Học – Công Nghệ, Phòng Quản Lý Thiết Bị, Phòng Thí Nghiệm Bộ Môn Cơ Sở Sinh Học Nghề Cá, Ban Điều Hành Dự Án FSPSII – Chương Trình Hỗ Trợ ngành Thủy Sản Giai Đoạn II, Hợp Phần SUDA đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cả vật chất lẫn tinh thần để chúng tôi hoàn thành khóa học. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô hướng dẫn Khoa học: TS. Hoàng Thị Bích Mai Đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo đã tận tình giảng dạy, các bạn lớp Cao Học Nuôi Trồng SUDA 2009 đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học. Xin bày tỏ lòng biết ơn tới Sở NN&PTNT, Chi cục Thú y Thừa Thiên Huế và các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện và thường xuyên động viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Xin cảm ơn trại sản xuất giống của Ông Dương Văn Minh (36/15 Phạm Văn Đồng, Nha Trang) đã giúp đỡ về cơ sở vật chất, mặt bằng để tôi thực hiện nuôi sinh khối tảo. Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ, động viên của tất cả người thân trong gia đình. i LỜI CAM ĐOAN Đây là một công trình nghiên cứu độc lập. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án hoàn toàn trung thực, do chính tác giả làm ra và chưa có một ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Tác giả Phan Văn Xuân ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. ii MỤC LỤC............................................................................................................................ iii DANH MỤC BẢNG............................................................................................................. vi DANH MỤC HÌNH............................................................................................................. vii DANH MỤC VIẾT TẮT .................................................................................................... viii LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC TÀI LIỆU LIÊN QUAN....................................................................... 3 1. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC................................................................................................. 3 1.1. Vị trí phân loại [1] ................................................................................................... 3 1.2. Đặc điểm hình thái cấu tạo của Thalassiosira sp. [1]................................................ 3 1.3. Sinh sản................................................................................................................... 4 1.4. Phân bố ................................................................................................................... 4 2. SỰ SINH TRƯỞNG CỦA TẢO VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG .......................................................................................................................... 5 2.1. Sinh trưởng.............................................................................................................. 5 2.2. Ảnh hưởng các yếu tố môi trường............................................................................ 7 3. GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG CỦA VI TẢO ...................................................................... 12 3.1. Protein................................................................................................................... 13 3.2. Lipid và thành phần acid béo ................................................................................. 13 3.3. Hydratcarbon......................................................................................................... 15 3.4. Vitamin và khoáng chất ......................................................................................... 15 3.5. Sắc tố .................................................................................................................... 16 4. CÁC HÌNH THỨC NUÔI TẢO ................................................................................... 16 4.1. Nuôi thu hoạch toàn bộ (Batch culture).................................................................. 16 iii 4.2. Nuôi liên tục (Continuous culture)......................................................................... 16 5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG VI TẢO LÀM THỨC ĂN TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN. ............................................................................. 17 5.1. Trên thế giới .......................................................................................................... 17 5.2. Trong nước............................................................................................................ 19 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................ 22 2. 1. Thời gian, địa điểm và đối tượng nghiên cứu ............................................................ 22 2. 2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 22 2.2.1. Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu.......................................................................... 22 2.2.2. Chuẩn bị các dụng cụ thí nghiệm. ....................................................................... 23 2.2.3. Các loại môi trường dinh dưỡng sử dụng trong thí nghiệm.................................. 24 2.2.4. Bố trí thí nghiệm................................................................................................. 25 2.2.5. Phương pháp xác định các chỉ tiêu ...................................................................... 29 2.2.6. Phương pháp xác định một số yếu tố môi trường ................................................ 30 2.2.7. Phương pháp xử lý số liệu.................................................................................. 30 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................................................... 31 3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái lên sự phát triển của tảo Thalassiosira sp. .......... 31 3.1.1. Ảnh hưởng của các độ mặn khác nhau lên phát triển của tảo Thalassiosira sp..... 31 3.1.2. Ảnh hưởng của mật độ ban đầu lên sự phát triển của tảo Thalassiosira sp........... 33 3.1.3. Ảnh hưởng của các môi trường dinh dưỡng lên sự phát triển của tảo Thalassiosira sp. ................................................................................................................................ 36 3.1.4. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng lên sự phát triển của tảo Thalassiosira sp. .... 38 3.2. Lưu giữ giống tảo Thalassiosira sp............................................................................ 41 3.2.1. Lưu giữ tảo giống trong môi trường nuôi lỏng. ................................................... 41 3.2.2. Lưu giữ tảo giống trong môi trường nuôi bán lỏng.............................................. 43 iv 3.2.3. Lưu giữ tảo giống Thalassiosira sp. trong khoảng thời gian khác nhau (2 tuần và 4 tuần và 6 tuần).............................................................................................................. 45 3.3. Nuôi thu sinh khối tảo ngoài trời .............................................................................. 47 3.3.1. Nuôi tảo thu sinh khối thu hoạch toàn bộ (Thu hoạch một lần/đợt)...................... 47 3.3.2. Nuôi thu sinh khối bán liên tục (tỷ lệ thu hoạch 20%, 40%, và 60%)................... 49 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................................................................... 54 KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 54 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN.......................................................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 56 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1: Hàm lượng 20:5(n-3) và 22:6(n-3) của một số loài tảo.............................14 Bảng 2. 1. Các thí nghiệm xác định môi trường dinh dưỡng và nhiệt độ lưu giữ thích hợp đối với tảo Thalassiosira sp. trong dịch nuôi lỏng. 26 Bảng 2. 2. Các thí nghiệm xác định môi trường dinh dưỡng và nhiệt độ lưu giữ thích hợp đối với tảo Thalassiosira sp. trong dịch nuôi bán lỏng. ........................................26 Bảng 3. 1: Ảnh hưởng của độ mặn lên sự phát triển tảo Thalassiosira sp. 32 Bảng 3. 2: Ảnh hưởng của mật độ ban đầu lên sự phát triển tảo Thalassiosira sp.......35 Bảng 3. 3: Ảnh hưởng của dinh dưỡng lên sự phát triển tảo Thalassiosira sp.............37 Bảng 3. 4: Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng lên sự phát triển tảo Thalassiosira sp. 40 Bảng 3. 5: Phát triển của Thalssiosira sp. được đưa ra nuôi sinh khối sau khi lưu giữ trong môi trường và nhiệt độ khác nhau trong dịch nuôi lỏng. ..................................42 Bảng 3. 6: Phát triển của Thalssiosira sp. được đưa ra nuôi sinh khối sau khi lưu giữ trong môi trường và nhiệt độ khác nhau trong dịch nuôi bán lỏng. .............................44 Bảng 3. 7: Sự phát triển của tảo nuôi sinh khối sau khi lưu giữ trong khoảng thời gian khác nhau ( 2 tuần và 4 tuần và 6 tuần ) .....................................................................47 Bảng 3. 8: Sự phát triển của Thalassiosira sp. trong lô nuôi sinh khối thu hoạch toàn bộ. .............................................................................................................................48 Bảng 3. 9: Sự phát triển của tảo Thalassosira sp. nuôi sinh khối bán liên tục ở các lô thu hoạch 20%, 40% và 60%. ....................................................................................50 Bảng 3. 10: Biến động pH trong nuôi thu hoạch bán liên tục......................................51 Bảng 3. 11: Tổng Sản lượng tảo Thalassiosira sp. ở các hình thức thu hoạch khác nhau:..........................................................................................................................53 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1: Các pha phát triển của tảo nuôi. ............................................................................. 6 Hình 2. 1: Quần thể tảo Thalassiosira sp............................................................................... 22 Hình 2. 2: Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu .......................................................................... 23 Hình 2. 3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm lưu giữ tảo giống Thalassiosira sp. .................................. 28 Hình 2. 4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nuôi thu sinh khối tảo Thalassiosira sp. ........................... 29 Hình 3. 1: Ảnh hưởng của độ mặn lên sự phát triển tảo Thalassiosira sp. ............................. 31 Hình 3. 2: Ảnh hưởng của mật độ ban đầu lên phát triển của tảo Thalassiosira sp. ............... 34 Hình 3. 3: Ảnh hưởng của môi trương dinh dưỡng lên phát triển của tảo Thalassiosira sp.... 36 Hình 3. 4: Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng lên phát triển của tảo Thalassiosira sp........... 39 Hình 3. 5: Phát triển của Thalassiosira sp. khi đưa ra nuôi sinh khối sau khi lưu giữ trong môi trường và nhiệt độ khác nhau trong dịch nuôi lỏng. .............................................................. 41 Hình 3. 6: Sinh trưởng của Thalassiosira sp. khi đưa ra nuôi sinh khối sau khi lưu giữ trong môi trường và nhiệt độ khác nhau trong dịch nuôi bán lỏng.................................................. 43 Hình 3. 7: Sinh trưởng của Thalssiosira sp. được đưa ra nuôi sinh khối sau khi lưu giữ trong khoảng thời gian khác nhau (2 tuần và 4 tuần và 6 tuần)....................................................... 46 Hình 3. 8: Sinh trưởng Thalassosira sp. nuôi sinh khối lô thu hoạch hoàn toàn. ................... 48 Hình 3. 9: Sự phát triển của tảo Thalassosira sp. nuôi sinh khối bán liên tục ở các lô thu hoạch 20%, 40% và 60%................................................................................................................ 49 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT mg/l: NTTS: g: ppt: MĐCĐ: CĐAS: SPL: Ctv: N: SE: MTL: MTBL: miligram/lít Nuôi trồng thủy sản gram Phần ngàn Mật độ cực đại Cường độ ánh sáng Sau pha loãng Cộng tác viên Số lượng tế bào tảo Độ lệch chuẩn Môi trường lỏng Môi trường bán lỏng. viii LỜI MỞ ĐẦU Vi tảo (Microalgae) có vị trí quan trọng trong việc tạo ra các nguồn chất hữu cơ cho thủy vực thông qua quá trình quang hợp. Trong các thủy vực tự nhiên, vi tảo là mắt xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn của chu trình chuyển hóa vật chất và năng lượng. Hàm lượng dinh dưỡng của vi tảo biển rất cao (tính theo trọng lượng khô). Hàm lượng Protein dao động từ 20 – 57%, hàm lượng Lipid từ 7 – 25%, hàm lượng Carbonhydrat từ 5 – 32% và hàm lượng khoáng chất từ 6 – 39%. Thành phần Amino Acid của vi tảo khá giống với Protein của trứng gà, có đầy đủ Amino Acid cho cơ thể động vật. Hàm lượng các Vitamin trong tảo biển rất phong phú. Đặc biệt các Vitamin E, Vitamin C, Vitamin A, Vitamin B2, B6, Nicotinic acid. Trong vi tảo biển còn có rất nhiều nguyên tố Ca, P, Na, K, Cl, Fe, Mg, Zn, Mn, Co, Cu (Brow và cộng sự, 1989) [15]. Vi tảo biển là nguồn cung cấp acid béo cần thiết cho hệ động vật biển. Vi tảo có khả năng tổng hợp các mạch acid béo không no nối đơn và nối đôi từ nguồn vật chất vô cơ trong biển. Đặc biệt hai loại acid béo không no eicosapentaenoic (EPA: 20,5ω3) và docosahexaenoic acid (DHA: 22, 6ω3). Tỷ lệ hai loại acid béo này (DHA/EPA) quyết định đến sự hình thành các sắc tố của một số loài ấu trùng cá (Reitan và cộng sự, 1997) [59]. Nhờ những ưu điểm về giá trị dinh dưỡng trên mà Vi tảo được sử dụng để nuôi sinh khối động vật phù du (bọn Chân mái chèo, Trùng bánh xe, Artemia…) dùng làm thức ăn cho các giai đoạn hậu ấu trùng, giai đoạn con non của giáp xác và cá. Do đó, vi tảo đóng vai trò trung tâm cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh vật biển. Mặt khác, vi tảo tác động lên quần xã hệ vi sinh vật của ao nuôi, thúc đẩy tốc độ tăng trưởng, nâng cao tỷ lệ sống và chất lượng của ấu trùng cá nuôi. Ngoài ra, vi tảo còn làm ổn định môi trường, hấp thụ NH3, là sản phẩm thải của các đối tượng nuôi. (Reitan và cộng sự, 1997) [59]. Ở Việt Nam, phong trào nuôi tôm Sú đang bị suy giảm mạnh do tình hình dịch bệnh, ô nhiễm môi trường ngày càng bùng nổ. Điều này đã mở ra một triển vọng lớn cho hoạt động nuôi các đối tượng thuỷ sản khác như: ốc hương, điệp, bào ngư, hải sâm, cá biển và giáp xác...Để nghề này phát triển bền vững trong tương lai, một trong 1 những điều cần phải làm đó là tạo ra nguồn giống có sức sống cao, chất lượng tốt. Muốn vậy chúng ta phải tập trung vào khâu sản xuất giống. Hiện nay, một trong những khó khăn mà bất kỳ trại sản xuất giống nào cũng mắc phải đó là vấn đề về nguồn thức ăn tươi sống, trong đó có vi tảo. Do không cung cấp tảo kịp thời cả về lượng và chất cho ấu trùng, trong khi lượng ấu trùng lại rất nhiều, đặc biệt là ấu trùng giai đoạn xuống đáy nên đã gây ảnh hưởng lớn đến số lượng cũng như chất lượng ấu trùng được sản xuất ra. Để đa dạng giống loài vi tảo làm thức ăn cho ấu trùng các đối tượng nuôi trồng thủy sản, ngoài việc phân lập được những loài vi tảo bản địa chúng ta còn nhập những loài vi tảo ở nước ngoài về. Vì đây chính là những đối tượng đã được sử dụng phổ biến và đem lại nhiều thành công cho việc sản xuất giống thuỷ sản trên thế giới. Đặc biệt phải nói đến tảo Thalassiosira sp, là một trong những loài tảo khuê sống trôi nổi được nhập nội, là nguồn thức ăn rất quan trọng cho các giai đoạn ấu trùng của Nhum sọ, bào ngư, sò huyết…Để góp phần vào việc lưu giữ, nhân giống và nuôi sinh khối thuận lợi, được sự cho phép của Khoa nuôi trồng thủy sản trường Đại học Nha Trang, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài :“Ảnh hưởng của một số yếu tố sinh thái lên sự phát triển của quần thể tảo Thalassiosira sp. nhập nội và thử nghiệm nuôi sinh khối.”. ♦ Mục tiêu đề tài: - Xác định môi trường nuôi phù hợp cho Thalassiosira sp. - Khả năng thu nuôi sinh khối của Thalassiosira sp. ♦ Nội dung đề tài: 1. Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng, độ mặn, mật độ ban đầu và cường độ ánh sáng lên sự phát triển của quần thể tảo Thalassiosira sp. 2. Lưu gữi tảo Thalassiosira sp. ở các điều kiện khác nhau 3. Thử nghiệm nuôi thu sinh khối tảo Thalassiosira sp. ngoài trời. ♦ Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Kiểm chứng khả năng thích ứng của loài tảo vào nuôi khí ở hậu Nha Trang – Việt Nam. - Ý nghĩa thực tiễn: Ứng dụng vào việc lưu giữ, nhân giống và nuôi sinh khối để phục vụ cho các trại sản xuất giống nhân tạo các loài động vật biển. 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC TÀI LIỆU LIÊN QUAN 1. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC 1.1. Vị trí phân loại [1] Ngành Bacillariophyta Bacillariophyceae Lớp Centrales Bộ Bộ phụ Discineae Thalassiosiraceae Họ Giống Loài Thalassiosira Thalassiosira sp. 1.2. Đặc điểm hình thái cấu tạo của Thalassiosira sp. [1] Thalassiosira.sp là một loại tảo khuê có dạng hình hộp, rất mỏng, có kích thước trung bình từ 6 - 20µm x 8 -15 µm (vào mùa đông kích thước lớn hơn vào mùa hè). Mặt vỏ hình chữ nhật và đường kính dài hơn trục vỏ tế bào. Đai vỏ không đều, mép đai có 2 – 28 mấu nhỏ, một mấu có dạng hình môi để liên kết với tế bào bên cạnh. Thường chỉ có duy nhất một gai ở mép và ở trung tâm. Gai ở mép thì dễ dàng nhìn thấy được khi quan sát trên kính hiển vi. Bề mặt của màng tế bào tỏa tròn nhiều vằn, sọc. Các vằn, sọc này có thể thẳng hoặc ngoằn ngoèo, mật độ vằn sọc khoản 10- 20 vằn sọc/10 µm. Tế bào tảo Thalassiosira.sp chỉ có một nhân, hình cầu. Thalassiosira.sp thường sống đơn độc, đôi khi liên kết với nhau thành tập đoàn (dạng bản). Có hai hình thức: Các tế bào tập hợp với nhau thành từng nhóm hoặc mắt xích giữa các tế bào (dạng chuỗi). Nếu nó kết hợp với nhau thành nhóm thì nó liên kết bằng sợi kitin nhỏ, còn ở dạng chuỗi các tế bào xoắn chuỗi với nhau qua bề mặt của màng tế bào. Màu của tảo Thalassiosira sp. thay đổi từ màu nâu đến màu xanh hoặc màu vàng tùy thuộc vào số lượng của diệp lục. Tuy nhiên, màu sắc này thay đổi không ảnh hưởng đến chất lượng của tảo. Thể sắc tố của tảo Thalassiosira sp. nhỏ, nhiều và có hình hạt. Thalassiosira.sp là loại tảo giàu dinh dưỡng, đặc biệt là các axit béo không no, cacbohydrat, protein…cộng với kích thước siêu vi của nó nên rất phù hợp với các trại sản xuất cá biển (làm thức ăn cho copepoda), các trại sản xuất nhuyễn thể (trong giai đoạn nhuyễn thể có kích thước 200 µm trở lên) và các trại sản xuất tôm giống từ giai 3 đoạn mysis đến giai đoạn postlarvae. Nó làm tăng tỷ lệ sống và khả năng tăng trưởng của các đối tượng trên. 1.3. Sinh sản Theo Hoàng Thị Sản (2007) tất cả các loài tảo silic đều có 2 hình thức sinh sản: - Sinh sản bằng cách phân đôi tế bào: Mỗi tế bào con nhận 1 mảnh vỏ của tế bào mẹ và tự tạo lấy 1 mảnh vỏ mới bé hơn lồng vào mảnh vỏ cũ. Do đó mà sau nhiều lần phân chia kích thước tế bào giảm dần. - Sinh sản bằng bào tử: + Hình thành bào tử nghỉ (bào tử bảo vệ): Trong điều kiện môi trường ngoài bất lợi chất nguyên sinh co lại tế bào tích trữ chất dự trữ, mất nước và hình thành 1 vỏ mới dày cứng gồm 2 mảnh, đôi khi có thêm nhiều gai. + Hình thành bào tử sinh trưởng: Sau nhiều lần phân chia kích thước tế bào bị nhỏ đi, tảo silic phải dùng hình thức này để khôi phục kích thước tế bào bằng cách nội chất tế bào thoát ra, lớn lên và hình thành vỏ mới. + Sinh sản vô tính bằng động bào tử. + Sinh sản hữu tính theo kiểu tiếp hợp: Hai cá thể ở gần nhau tách nắp ra chất nguyên sinh kết hợp với nhau tạo hợp tử. Sau đó phân chia giảm nhiễm tạo vỏ mới bao bọc bên ngoài và thành cơ thể mới. 1.4. Phân bố Tảo silic phân bố rất rộng trong môi truờng nước mặn, lợ, ngọt. Cũng gặp trên đất đá, trong các thủy vực chúng có thể sống trôi nổi hoặc ở đáy. Số lượng loài ở đáy nhiều hơn nhưng số lượng cá thể và sinh khối lại ít hơn so với các loài sống trôi nổi. Ở các biển lạnh tảo silic phân bố nhiều hơn các biển ấm. Trong những hồ nước ngọt trong suốt chúng có thể phân bố ở độ sâu 50-60 m còn trong nước biển khoảng 100350 m. Riêng tảo Thalassiosira sp. thường sống trong môi trường nước mặn. Chúng được nuôi để làm thức ăn cho nhiều ấu trùng động vật hải sản sống đáy như bào ngư, ốc hương… 4 2. SỰ SINH TRƯỞNG CỦA TẢO VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG 2.1. Sinh trưởng Tùy theo phân chia của từng tác giả, sự sinh trưởng của quần thể tảo có thể được chia thành 3 hoặc 5 pha như các công trình nghiên cứu của Đặng Ngọc Thanh (1974) [10]; Tô Huệ Mỹ (1989) [8]; Fulks và Main (1991) [28]; Sato (1991) [64]; Chen và Long (1991) [22]; Lavens và lorgeloos (1996) [42]. Theo Coutteau (1996) [14] cho rằng sự phát triển của tảo nuôi trong điều kiện vô trùng đặc trưng bỡi 5 pha : - Pha đầu tiên là pha chậm hay cảm ứng (pha thích nghi): Ở pha này mật độ tế bào tăng ít do sự thích nghi sinh lí của sự chuyển hóa tế bào để phát triển như: tăng các mức enzyme, các mức chuyển hóa liên quan đến sự phân chia tế bào và cố định cacbon. - Pha thứ hai là pha sinh trưởng theo hàm mũ: pha này mật độ tế bào tăng như hàm số của thời gian theo hàm logarit: Ct = C0 . e mt Trong đó: Ct , C0 : mật độ tế bào tại t và 0 tương ứng. m: tốc độ tăng trưởng đặc thù (phụ thuộc vào loài tảo, cường độ ánh sáng, nhiệt độ..). - Pha thứ ba là pha giảm tốc độ sinh trưởng: pha này sự phân chia tế bào sẽ chậm lại khi các chất dinh dưỡng, ánh sáng, độ pH, CO2 , hoặc yếu tố sinh hóa khác bắt đầu hạn chế sự sinh trưởng. - Pha thứ tư là pha ổn định: sinh khối tảo không tăng và đạt mật độ cực đại. Quá trình quang hợp và phân chia tế bào vẫn xảy ra trong suốt pha này, nhưng số lượng tế bào mới sinh ra gần ngang bằng với số lượng tế bào chết đi. Do đó, ở pha này không có sự tăng trưởng về số lượng tế bào. - Pha thứ năm là pha tàn lụi : Trong pha cuối cùng, chất lượng nước xấu đi và các chất dinh dưỡng cạn kiệt tới mức không thể duy trì được sự sinh trưởng. Mật độ giảm nhanh và cuối cùng công việc nuôi bị dừng lại. 5 1. 2. 3. 4. 5. Pha chậm. Pha sinh trưởng theo hàm mũ. Pha giảm tốc độ sinh trưởng. Pha ổn định. Pha tàn lụi. Hình 1. 1: Các pha phát triển của tảo nuôi. Trong thực tế, công việc nuôi dừng lại do một số nguyên nhân khác nhau gây ra, bao gồm sự cạn kiệt các chất dinh dưỡng, thiếu oxy, nhiệt độ quá cao, pH thay đổi hoặc nhiểm bẩn. Mấu chốt của thành công trong sản xuất tảo là duy trì tảo ở pha sinh trưởng theo hàm mũ. Khi thời gian nuôi vượt quá 3 pha thì giá trị dinh dưỡng của của tảo sản xuất sẽ thấp do tính tiêu hóa giảm, thiếu các thành phần dinh dưỡng và có thể sản sinh ra các chất chuyển hóa độc hại. Nhiều tác giả khác như : Đặng Ngọc Thanh (1974) [10];; Fulks và Main (1991) [28]; cũng chia sự phát triển của tảo thành 5 pha nhưng tên gọi khác bao gồm: Pha gia tốc dương; pha logarit; pha gia tốc âm; pha cân bằng; pha tàn lụi. Còn theo Chen và Long (1991) [22], trong nuôi thu hoạch toàn bộ, tảo trải qua 3 pha khác nhau phản ánh sự thay đổi về sinh khối và môi trường của nó. Đó là: pha tăng trưởng chậm (lag phase); pha hàm mũ (exponential phase); pha tăng trưởng tuyến tính (linear growth phase). Trong pha tăng trưởng tuyến tính một khi mật độ đạt cực đại, sinh khối sẽ tích lũy ở một tốc độ không đổi cho đến khi một số chất trong môi trường nuôi hoặc chất ức chế trở thành yếu tố hạn chế. Như vậy, sự phát triển của tảo chia thành nhiều pha khác nhau như phân tích ở trên. Trong các pha phát triển khác nhau đó, tốc độ sinh trưởng của tảo cũng khác nhau. Ngoài ra, tốc độ phát triển của tảo còn phụ thuộc vào từng loài tảo nuôi và sự thay đổi của các yếu tố môi trường như: cường độ và chế độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ mặn, pH, mùa vụ, các yếu tố dinh dưỡng, kích thước và hình dạng của thiết bị nuôi, các hình thức nuôi, mức độ xáo trộn hoặc sục khí môi trường nuôi… Trong các pha phát triển khác nhau, tốc độ sinh trưởng của tảo cũng khác nhau. Ngoài ra, tốc độ phát triển tảo còn phụ thuộc vào từng loài tảo nuôi và sự thay đổi các 6 yếu tố môi trường như: cường độ và chế độ ánh sáng; nhiệt độ; độ mặn; pH; mùa vụ; các yếu tố dinh dưỡng; các hình dạng nuôi; mức độ xáo trộn và sục khí môi trường nuôi [8] 2.2. Ảnh hưởng các yếu tố môi trường 2.2.1. Ánh sáng Ánh sáng là yếu tố ảnh hưởng rất mạnh đến sự sinh trưởng và phát triển của vi tảo. Đây là nguồn năng lượng chính cho quá trình quang hợp của tảo. Ánh sáng ảnh hưởng đến vi tảo trên cơ sở chất lượng ánh sáng (phổ màu), cường độ ánh sáng và thời gian chiếu sáng. Trong phòng thí nghiệm, nguồn ánh sáng phổ biến được dùng để nuôi tảo là “ánh sáng lạnh” của đèn huỳnh quang (40 – 80 watts). Từ những thí nghiệm, Kowallik (1987) (trích theo Harrison và cộng sự 1990) [36] cho rằng ánh sáng màu xanh làm tăng hàm lượng protein của tảo, trong khi đó ánh sáng đỏ làm tăng hàm lượng hydratecarbon. Brand và Guillard (1981) (Trích từ Thinh. L.V.,1999)[72] khi nghiên cứu trên 22 loài tảo cho thấy có một số loài tảo không tăng trưởng trong điều kiện chiếu sáng liên tục. Một số tăng trưởng tốt nhất ở chế độ 14 giờ chiếu sáng và 8 giờ tối trong ngày đêm. Còn một số tăng trưởng rất tốt trong điều kiện chiếu sáng liên tục. Theo Guillard (1975) [33], chỉ những loài vi tảo được nuôi làm thức ăn mới thích ứng trong điều kiện chiếu sáng liên tục và ánh sáng khuếch tán chứ không phải ánh sáng mặt trời trực tiếp. Lê Viễn Chí (1996) [2] cho rằng hầu hết các loài tảo sống trong môi trường ánh sáng yếu (4.800 – 8.000 lux) và chu kỳ chiếu sáng ngày đêm (12/12). Vi tảo tăng trưởng tốt nhất trong giới hạn cường độ ánh sáng từ 50 – 300µ mol s-1m-1 (Thịnh. L.V., 1999). [72] Nhiều nghiên cứu chứng tỏ cường độ ánh sáng ảnh hưởng rất lớn lên thành phần hóa sinh. Renaud và cộng sự (1991) [58] khi nghiên cứu Nannochlorosis oculata ở các chế độ chiếu sáng khác nhau thấy rằng hàm lượng protein, hydratcarbon tăng khi cường độ ánh sáng tăng. Ngược lại hàm lượng lipid giảm đi. Tương ứng hàm lượng acid béo cũng thay đổi: phần trăm Eicosapentaenoic acid 20: 5(n-3) giảm đi khi nuôi ngoài trời. Thể tích tế bào trung bình nhìn chung không thay đổi theo cường độ ánh sáng (Sukenic và Carmeli, 1989) [68]. Fabregas và cộng sự (1993) [26] đã minh chứng được loài Nannochlorosis oculata hấp thụ ammonium trong pha sáng (12 giờ sáng/ 7 12 giờ tối) và phân chia tế bào ở pha tối. Thể tích tế bào đạt kích thước lớn nhất vào cuối pha sáng. Tuy nhiên khi nuôi sinh khối ngoài trời, cường độ ánh sáng thật sự đến với tế bào tảo thấp hơn nhiều so với cường độ ánh sáng đo được ở bề tăng mặt vì cường độ ánh sáng bị tán xạ theo độ sâu và theo quan hệ số mũ với mật độ tảo (Sukenic và Carmeli, 1989) [67]. 2.2.2. Nhiệt độ Nhìn chung, các loài vi tảo có thể sống trong khoảng nhiệt độ từ 16 -30oC. Nếu nhiệt độ cao hơn 35oC, tảo có thể chết (kể cả những loài tảo nhiệt đới) và nếu thấp hơn 16oC, tảo phát triển rất chậm. Nhiệt độ thích hợp cho hầu hết các loài tảo phát triển tốt là 20 – 25oC.(Coutteau, 1996) [23] Một số loài tăng trưởng nhanh hơn, tỷ lệ thuận với nhiệt độ, nhưng chúng sẽ đạt đến pha cân bằng nhanh và sau đó tàn lụi nhanh chóng. Nhiệt độ cao còn gây tác động ngược lên chất lượng dinh dưỡng của tảo nuôi. Nhiệt độ thấp hơn có thể ảnh hưởng đến tăng trưởng của những sinh vật gây nhiễm tảo nuôi. Một số loài nguyên sinh động vật và vi khuẩn tăng trưởng chậm ở nhiệt độ thấp. Điều này cho phép tảo được giữ lâu ở pha logarit, để đạt tới mật độ thu hoạch trước khi bị nhiễm (Sato, 1991) [64] Khi tiến hành nuôi tảo ngoài trời, cần lưu ý lựa chọn loài tảo có ngưỡng nhiệt độ phù hợp với điều kiện địa lý vùng nuôi vì nhiệt độ phù hợp cho sự tăng trưởng tốt hơn. Nannochlorosis oculata tăng trưởng tốt nhất trong khoảng nhiệt độ nước từ 10 – 30oC. Ở nhiệt độ 10oC tảo sinh trưởng chậm lại (Jeffrey, Brown và Gakland, 1994) [3737] Thành phần sắc tố của Nannochlorosis oculata thay đổi theo nhiệt độ nước. Hàm lượng chlorophyll a cao nhất ở 25oC , thấp nhất ở 18oC . Hàm lượng carotenoid thay đổi không tương xứng với chlorophyll a, thấp nhất tại 25oC và cao nhất tại 32oC. Hàm lượng lipid đạt cực đại tại 32oC , tỷ lệ EPA tăng cao nhất ở 25oC (Sukenik và công sự, 1993) [68]. Tại Nhật, Tetraselmis sp. và Tetraselmis tetrathele được nuôi phổ biến làm thức ăn cho ấu trùng tôm He và Trùng banh xe. Loài Tetraselmis tetrathele hàm lượng linolenic acid và EPA cao với biên độ dao động nhiệt độ khá lớn từ 5 – 33oC, nhiệt độ cực thuận là 25oC (Okauchi, 1991) [51]. Ở Trung Quốc, loài Tetraselmis sp. và 8 Tetraselmis subcordiformis được nuôi dưới nhiệt độ tự nhiên là 20 – 30oC.(Chen, 1991) [22]. 2.2.3. Độ mặn Độ mặn có ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng và phát triển của vi tảo. Điều này có thể thấy rõ trong thực tế sản xuất. Khi độ mặn biến đổi đột ngột (do mưa nhiều hay nắng hạn kéo dài) thì dẫn đến sự thay đổi thành phần cũng như số lương các loài vi tảo trong thủy vực. Theo Jeffrey và ctv (1994) [37], các loài thích ứng độ mặn rộng (từ 7 – 35ppt) như Ch. Calcitrans, Pavlova lutheri…Một số loài vi tảo không thích độ mặn thấp như Sketolema costatum (khoảng chịu đựng từ 14ppt đến 35ppt). Độ mặn thay đổi làm thay đổi áp suất thẩm thấu của tế bào, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, hô hấp, tốc độ tăng trưởng và sự tích lũy glucose (Lê Viễn Chí, 1994) [3]. Ngoài ra, độ mặn còn ảnh hưởng đến thành phần sinh hóa và thành phần acid béo của tảo (Renaud và ctv, 1991) [58]. Sự biến đổi của độ mặn chỉ ảnh hưởng nhẹ đến hàm lượng protein tổng số, hydratecarbon, chlorophyll a. Khi độ mặn tăng, hàm lượng lipid tổng số tăng rõ rệt trong khoảng độ mặn từ 10 – 15ppt. Độ mặn thay đổi dẫn đến thành phần acid béo thay đổi. Thành phần acid béo của Nannochclorosis oculata đạt cao nhất ở độ mặn 35ppt. Độ mặn tốt nhất cho sản xuất Nannochclorosis oculata để có hàm lượng lipid và EPA cao nhất là 20 -30ppt (Renaud và Parry, 1994) [56]. 2.2.4. pH pH của môi trường quá cao hay quá thấp đều làm chậm tốc độ tăng trưởng của tảo nuôi. Mức dao động pH thuận lợi cho sự phát triển của hầu hết các loài tảo vào khoảng 7- 9; tốt nhất từ 8,2 – 8,7 (Ukeles 1971; trích theo Fulks và main, 1991) [28].Tuy nhiên, có những loài chịu được khoảng dao động pH khá rộng như Isochrysis gabana có thể phát triển tốt trong khoảng dao động từ 5 đến 9 (Fulks và main, 1991)[28]. Loài Tetraselmis tetrahele phát triển tốt trong khoảng dao động của pH từ 8 – 10 (Okauchi, 1991) [51]. Sự biến đổi pH trong môi trường nuôi tảo phụ thuộc vào sự cân bằng sau: HCO3- CO2 + OH- Trong quá trình quang hợp, tảo hấp thụ CO2 mạnh nên thường làm pH tăng lên rất cao. Khắc phục phương pháp này bằng cách sục khí có bổ sung khí CO2 hoặc bổ sung NaHCO3 vào môi trường nuôi 2.2.5. Các yếu tố dinh dưỡng 9 Dinh dưỡng là một nhân tố vô cùng quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi tảo. Dinh dưỡng ảnh hưởng rất lớn đến số lượng và chất lượng của vi tảo ( Harrison và cộng sự, 1990) [36]. Mật độ của tế bào nuôi có bón phân thường cao hơn nhiều so với mật độ tảo trong tự nhiên. Do đó, việc bổ sung nguồn dinh dưỡng vào môi trường nuôi là vấn đề thiết yếu. Thành phần dinh dưỡng đa lượng cần thiết cho tảo nuôi như muối ni tơ, muối phốt pho (xấp xỉ tỷ lệ 6 : 1), si li cát (đối với tảo khuê). Thành phần dinh dưỡng vi lượng gồm những yếu tố vi lượng như Cu, Fe, Mo, Mn, Zn…, các Vitamin như B1, B6, B12… Môi trường bổ sung dinh dưỡng đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới và phù hợp cho hầu hết các loài vi tảo nuôi hiện nay là môi trường Guillard F2 và môi trường Walne (Guillard, 1975) [33]; (Contteau, 1996) [23]. Ở Việt Nam môi trường bổ sung dinh dưỡng của Hoàng Thị Bích Mai rất phù hợp cho ngành tảo trần, đang được sử dụng phổ biến tại các cơ quan nghiên cứu và các trại nuôi tôm sú. Nhu cầu Ni tơ của tảo lục là cao nhất, sau đó đến tảo lam. Tảo khuê không phù hợp với hàm lương ni tơ cao (De Pauw và cộng sự, 1983) [24]. Khi hàm lượng ni tơ trong môi trường nuôi tảo Nannochclorosis oculata thiếu hụt, tỷ lệ phần trăm hydratecacbon tăng lên, Protein giảm đi trong khi Lipid vẫn giữ một tỷ lệ ổn định (Harrison và cộng sự 1990) [36]. Tương tự, Thinh. L.V (1999) [72] cho rằng ở pha dừng, khi mức độ ni tơ bị giảm dần dẫn đến tỷ lệ hydratecarbo/protein (H/P) tăng lên. Khi ni tơ và si lic bị giới hạn, mức độ 20:5(n-3) và 22:6 (n-3) bị giảm đi. Ni tơ thiếu sẽ kích thích quá trình tổng hợp của Triglycerides gồm số lượng lớn acid béo không no đa nối đôi và Glycolipids giảm với lipid phân cực (Suen và cộng sự 1987; trích theo Harrison và cộng sự 1990) [36]. Ni tơ giảm trong pha dừng của Nannochclorosis oculata còn làm cho tỷ lệ carbon/ni tơ (C/N) trong tế bào tăng lên từ 6 đến 28. Tỷ lệ giữa Glutamin và Glutamate (Gln/Glu) cũng tăng từ 0,05 đến 28 (Flynn và cộng sự, 1993) [27]. Phốt pho là chất không thể thiếu đối với vi tảo vì phốt pho có tác dụng lên hệ keo dưới dạng các ion. Phốt pho ở dạng vô cơ liên kết với các ion kim loại tạo nên hệ đệm đảm bảo cho pH tế bào luôn xê dịch trong phạm vi nhất định (6 - 8), là điều kiện tốt nhất cho hệ men hoạt động. Phốt pho tham gia vào cấu trúc tế bào, có vai trò quan 10