Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường trong nuôi trồng hỗn dưỡng vi tảo chlorella vulgaris

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH - MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG TRONG NUÔI TRỒNG HỖN DƯỠNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS TRƯƠNG THỊ KIM OANH Đà Nẵng, năm 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH - MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG TRONG NUÔI TRỒNG HỖN DƯỠNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS Ngành: Công nghệ sinh học Khóa: 2018-2022 Sinh viên: Trương Thị Kim Oanh Người hướng dẫn: TS. Trịnh Đăng Mậu Đà Nẵng, năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan các dữ liệu trình bày trong khóa luận này là trung thực. Đây là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Đăng Mậu khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư phạm - ĐHĐN và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác trước đây. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu vi phạm bất kỳ quy định nào về đạo đức khoa học. Tác giả Trương Thị Kim Oanh i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Trịnh Đăng Mậu, giảng viên khoa Sinh - Môi trường, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Thứ hai, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Thứ ba, tôi xin chân thành cảm ơn anh Phan Nhật Trường, anh Đinh Công Duy Hiệu, chị Trần Thị Tường Vy và các thành viên trong nhóm nghiên cứu ABR đã hỗ trợ và động viên tôi trong cả quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Và lời cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... ii DANH MỤC BẢNG............................................................................................................v DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................. vi TÓM TẮT .......................................................................................................................... ix MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................................1 2. Mục tiêu đề tài .................................................................................................................2 2.1. Mục tiêu tổng quát ........................................................................................................2 2.2. Mục tiêu cụ thể..............................................................................................................2 3. Ý nghĩa đề tài ...................................................................................................................3 3.1. Ý nghĩa khoa học ..........................................................................................................3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ...........................................................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU..............................................................................4 1.1. Giới thiệu chung về vi tảo Chlorella vulgaris ..............................................................4 1.1.1 Đặc điểm phân loại của Chlorella vulgaris ................................................................4 1.1.2. Đặc điểm hình thái và đặc điểm sinh thái học của Chlorella vulgaris ......................4 1.2. Giới thiệu chung về nuôi trồng hỗn dưỡng của vi tảo ..................................................6 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ...................................................................7 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................................7 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ..............................................................................7 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............9 2.1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................................9 2.2. Nội dung nghiên cứu .....................................................................................................9 2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ................................................................................9 2.4. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................................9 2.4.1. Bố trí thí nghiệm ........................................................................................................9 2.4.2. Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu sinh trưởng của vi tảo Chlorella vulgaris ........13 iii 2.4.3. Phương pháp đánh giá hàm lượng sắc tố (chlorophyll a và carotene) của vi tảo Chlorella vulgaris ..............................................................................................................13 2.4.4. Phương pháp đánh giá hàm lượng lipid tích lũy trong tế bào vi tảo Chlorella vulgaris ..............................................................................................................................14 2.4.5. Phương pháp đánh giá hàm lượng protein tổng số trong tế bào vi tảo Chlorella vulgaris ..............................................................................................................................14 2.5. Phương pháp xử lý số liệu ..........................................................................................16 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................17 3.1. Ảnh hưởng của một số nguồn cacbon hữu cơ đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng .................................................................17 3.1.1. Ảnh hưởng của một số nguồn cacbon hữu cơ đến sự sinh trưởng của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng .................................................................17 3.1.2. Ảnh hưởng của một số nguồn cacbon (glucose, natri acetate, sucrose) đến nồng độ các hợp chất trong nuôi trồng hỗn dưỡng ..........................................................................19 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ C:N đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng .........................................................................................................21 3.2.1. Thí nghiệm 2.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn nitơ cố định là 2,94 (mmol/L) ....................................................................................................................21 3.2.2. Thí nghiệm 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn cacbon cố định là 19,698(mmol/L) .....................................................................................................25 3.3. Ảnh hưởng của mật độ đầu vào đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng ...............................................................................................29 3.3.1. Ảnh hưởng của mật độ đầu vào đến sự sinh trưởng của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng ...............................................................................................29 3.3.2. Ảnh hưởng của mật độ đầu vào đến nồng độ các hợp chất của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng .................................................................................30 3.4. Thảo luận ....................................................................................................................33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................................35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................36 iv DANH MỤC BẢNG Số hiệu Tiêu đề Trang Bảng 2.1 Nghiệm thức thí nghiệm 1 10 Bảng 2.2 Nghiệm thức thí nghiệm 2 11 Bảng 2.3 Nghiệm thức thí nghiệm 3 12 Bảng 2.4 Xác định đồ thị chuẩn protein theo biure 15 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Tiêu đề Hình Trang 1.1 Vi tảo Chlorella vulgaris 4 1.2 Quá trình sinh sản của vi tảo Chlorella vulgaris 5 3.1 Tốc độ sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris trong môi trường bổ sung các nguồn cacbon khác nhau (BBM, glucose, natri 17 acetate, sucrose) 3.2 3.3 3.4 3.5 Tốc độ sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris trong môi trường bổ sung các nguồn cacbon khác nhau (BBM, glucose, natri acetate, sucrose) Vi tảo Chlorella vulgaris trong giai đoạn nhân lên và phân chia tế bào Nồng độ chlorophyll a và 𝛽-carotene của vi tảo C. vulgaris trong môi trường bổ sung các nguồn cacbon khác nhau (BBM, glucose, natri acetate, sucrose) Nồng độ lipid của vi tảo C. vulgaris trong môi trường bổ sung các nguồn cacbon khác nhau (BBM, glucose, natri 18 19 19 20 acetate, sucrose) 3.6 Nồng độ protein của vi tảo C. vulgaris trong môi trường bổ sung các nguồn cacbon khác nhau (BBM, glucose, natri acetate, sucrose) 20 3.7 Tốc độ sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn nitơ cố định là 2,94 (mmol/L) 21 3.8 Đường cong sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn nitơ cố định là 2,94(mmol/L) 22 vi 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 Nồng độ chlorophyll a của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn nitơ cố định là 2,94 (mmol/L) Nồng độ 𝛽-caroten của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn nitơ cố định là 2,94(mmol/L) Nồng độ lipid của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn nitơ cố định là 2,94 (mmol/L) Nồng độ protein của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn nitơ cố định là 2,94 (mmol/L) Tốc độ sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn cacbon cố định là 19,698 (mmol/L) Đường cong sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn cacbon cố định là 19,698 (mmol/L) Nồng độ chlorophyll a và 𝛽-carotene của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn cacbon cố định là 19,698 23 23 24 24 25 26 27 (mmol/L) 3.16 Nồng độ lipid của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn cacbon cố định là 19,698 (mmol/L) 28 3.17 Nồng độ protein của vi tảo C. vulgaris ở tỷ lệ C:N với hàm lượng nguồn cacbon cố định là 19,698 (mmol/L) 28 3.18 Tốc độ sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris ở các mật độ đầu vào khác nhau trong nuôi trồng hỗn dưỡng 29 3.19 Đường cong sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris ở các mật độ đầu vào khác nhau trong nuôi trồng hỗn dưỡng 30 3.20 Nồng độ chlorophyll a của vi tảo C. vulgaris ở các mật độ đầu vào khác nhau trong nuôi trồng hỗn dưỡng 31 vii 3.21 3.22 3.23 Nồng độ 𝛽-carotene của vi tảo C. vulgaris ở các mật độ đầu vào khác nhau trong nuôi trồng hỗn dưỡng Nồng độ lipid của vi tảo C. vulgaris ở các mật độ đầu vào khác nhau trong nuôi trồng hỗn dưỡng Nồng độ protein của vi tảo C. vulgaris ở các mật độ đầu vào khác nhau trong nuôi trồng hỗn dưỡng viii 31 32 33 TÓM TẮT Vi tảo Chlorella vulgaris không những được biết đến như một nguồn sản xuất hợp chất lipid phục vụ cho ngành nhiên liệu sinh học mà còn là một nguồn tiềm năng sản xuất sinh khối phục vụ cho nuôi trồng thủy sản. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng các yếu tố môi trường (nguồn cacbon hữu cơ, tỷ lệ C:N và mật độ đầu vào) trong nuôi trồng hỗn dưỡng vi tảo Chlorella vulgaris. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng glucose là nguồn cacbon hữu cơ phù hợp và tuyệt vời phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của vi tảo C. vulgaris, tỷ lệ C:N=18:1 khi cố định hàm lượng nitơ (2,94 mmol/ L) và mật độ đầu vào 20×106 tế bào/ mL là hai yếu tố thích hợp với nhu cầu thúc đẩy sinh khối và hàm lượng các hợp chất trong nuôi trồng vi tảo C. vulgaris. Tốc độ sinh trưởng tối đa của vi tảo C. vulgaris được ghi nhận lần lượt là 0,52±0,02 ngày-1 khi được bổ sung glucose trong môi trường nuôi, 0,58±0,03 ngày-1 ở tỷ lệ C:N=18:1 và 0,64±0,02 ngày-1 với mật độ đầu vào 20×106 tế bào/ mL. Từ khóa: Chlorella vulgaris, nuôi trồng hỗn dưỡng (mixotrophic cultuvation), nguồn cacbon hữu cơ, tỷ lệ C:N, mật độ đầu vào. ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những thập kỷ qua, các nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu sản xuất năng lượng ngày càng tăng. Việc tìm ra các nguồn năng lượng sạch và có thể tái tạo tránh phụ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt là điều cần thiết trong cuộc sống ngày nay (Baldisserotto và cs, 2016). Tuy nhiên, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch và có thể tái tạo cần phải đáp ứng được các yêu cầu như phải đảm bảo thay thế được các nguồn nhiên liệu hóa thạch cũng như đảm bảo được quá trình phát triển kinh tế ổn định và phải có quá trình phát triển lâu dài (Mata, Martins và Caetano, 2010). Trong số các nguồn năng lượng tái tạo đó, vi tảo nhận được sự chú ý rộng rãi bởi vì chúng có thể tạo ra được lượng sinh khối lớn cũng như có khả năng tích lũy hàm lượng lipid cao cần thiết cho quá trình sản xuất diesel sinh học (Tan và cs, 2021). Mặc dù các nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ vi tảo được coi là một nguồn sản xuất tiềm năng và đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, các chi phí vận hành cũng như sản xuất sinh khối lớn trong một quy mô nhỏ vẫn còn nhiều hạn chế (Lowrey, Brooks và McGinn, 2015). Bên cạnh những công dụng trong sản xuất nhiên liệu sinh học, vi tảo còn được ứng dụng trong việc sản xuất các sản phẩm hỗ trợ sức khỏe con người, mỹ phẩm và đặc biệt là trong sản xuất tôm giống. Vì thế, việc thúc đẩy tăng năng suất sinh khối vi tảo phục vụ cho quá trình nuôi trồng tôm giống hiệu quả cũng đang được chú ý và cải thiện. Vi tảo có thể được nuôi trồng trong các điều kiện khác nhau như tự dưỡng, dị dưỡng và hỗn dưỡng. Ở điều kiện tự dưỡng, vi tảo thực hiện quang hợp để phát triển, do đó ánh sáng là điều cần thiết (Dickinson và cs, 2017). Hơn thế nữa việc khuấy trộn đều là điều cần thiết để ánh sáng có thể xuyên qua trong môi trường và điều này đặt ra một vấn đề lớn cần giải quyết trong quá trình nuôi quy mô lớn ở các ao mở hay các hệ thống photobioreactor (Zitelli và cs, 2013). Mặt khác, việc canh tác dị dưỡng và hỗn dưỡng có thể tạo ra lượng sinh khối và hàm lượng các hợp chất khác cao hơn nhiều lần so với nuôi cấy tự dưỡng (Ebrahimian, Kariminia và Vosoughi, 2014). Tuy nhiên, đối với nuôi cấy dị dưỡng sinh khối trong quá trình nuôi cấy dễ bị nhiễm bởi các tác nhân bên ngoài ảnh hưởng rất lớn đến năng suất. Ngoài ra, việc tìm kiếm các nguồn cacbon hữu cơ thích hợp cũng như phải đáp ứng được các yêu cầu như chi phí thấp và đảm bảo thu hồi được lượng sinh khối lớn ổn định trong khoảng thời gian ngắn thì với quá trình nuôi cấy hỗn dưỡng 1 là đáp ứng được các yêu cầu trên. Trong khuôn khổ này, sự chú ý đã được dành cho việc xác định chất nền hữu cơ tối ưu. Glucose, glycerol và acetate đã được chứng minh là có thể đảm bảo được năng suất hiệu quả trên một đơn vị diện tích. Một số nghiên cứu đã chứng minh có sự tương tác sâu sắc giữa chuyển hóa nitơ và cacbon trong quá trình tổng hợp các axit amin. Vì sự tương tác như vậy, các phản ứng khác nhau đối với các nồng độ cacbon hữu cơ có thể cho các kết quả khác nhau đổi với nồng độ nitơ bị thay đổi. Tùy thuộc vào nồng độ nitơ, việc bổ sung cacbon hữu cơ thể tăng cường hoặc ức chế sinh trưởng của vi tảo. Điều này có thể tác động mạnh mẽ đến việc tối ưu quá trình nuôi trồng vi tảo trong điều kiện hỗn dưỡng. Đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ tỉ lệ C:N để ngăn chặn sự ức chế (Pagnanelli và cs, 2014). Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc nuôi cấy hỗn dưỡng vi tảo mang lại những kết quả rất khả quan như theo nghiên cứu của Hong Li Tan (2021) trên vi tảo Chlorella vulgaris cho thấy tốc độ sinh trưởng trong quá trình nuôi hỗn dưỡng đạt giá trị cao nhất (2.184) với sinh khối thu được trên mỗi lít môi trường là 0.45g cùng với hàm lượng lipid cao gấp 3 lần nuôi tự dưỡng (Tan và cs, 2021). Theo Yan Ji (2014) việc nuôi cấy Chlorella vulgaris trong điều kiện hỗn dưỡng cho năng suất sinh khối 1,02 g/L cao hơn nhiều lần so với vi tảo nuôi trên môi trường BG11 (Ji và cs, 2014). Weibao Kong (2011) chỉ ra rằng hàm lượng glucozo 1g/L thúc đẩy sinh trưởng vi tảo trong nuôi cấy hỗn dưỡng tuy nhiên khi nồng độ này tăng lên 5g/L thì ức chế sinh tổng hợp diệp lục (Kong và cs, 2013). Việc nghiên cứu tìm ra các điều kiện tối ưu trong quá trình nuôi trồng hỗn dưỡng là điều cần thiết để nâng cao năng suất cũng như thu hồi được lượng lớn các hợp chất có ích. Xuất phát từ những vấn đề trên tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường trong quá trình nuôi trồng hỗn dưỡng vi tảo Chlorella vulgaris”. 2. Mục tiêu đề tài 2.1. Mục tiêu tổng quát Khảo sát được ảnh hưởng của các yếu tố môi trường trong quá trình nuôi trồng hỗn dưỡng vi tảo Chlorella vulgaris. 2.2. Mục tiêu cụ thể Khảo sát được ảnh hưởng của các nguồn cacbon hữu cơ (glucose, sucrose, natri acetate) đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng. 2 Khảo sát được ảnh hưởng của tỷ lệ C:N đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng. Khảo sát ảnh hưởng của mật độ đầu vào đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng. 3. Ý nghĩa đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Đề tài bổ sung thêm những kiến thức mới về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường trong phương pháp nuôi trồng hỗn dưỡng đến đặc điểm sinh trưởng của vi tảo Chlorella vulgaris, từ đó làm cơ sở cho việc phát triển những nghiên cứu tiếp theo. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài làm tiền đề để phát triển sản xuất sinh khối từ vi tảo Chlorella vulgaris với quy mô lớn. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về vi tảo Chlorella vulgaris 1.1.1 Đặc điểm phân loại của Chlorella vulgaris Về phân loại khoa học, vi tảo Chlorella vulgaris thuộc: Giới: Plantae (Thực vật) Ngành: Chlorophyta Lớp: Chlorophyceae Bộ: Chlorococcales Họ: Oocystaceae Chi: Chlorella Loài: Chlorella vulgaris 1.1.2. Đặc điểm hình thái và đặc điểm sinh thái học của Chlorella vulgaris Chlorella vulgaris là một vi tảo đơn bào, cực nhỏ, hình cầu, với kích thước chỉ khoảng 2-10 μm, có màu xanh lục nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll a và b trong lục lạp (Safi và cs, 2014; Reyes và cs, 2020). Hình 1.1 Vi tảo Chlorella vulgaris 4 Chlorella có cấu trúc tương tự như cấu trúc của thực vật bậc cao vì nó có thành tế bào cellulose, ty thể và lục lạp (Reyes và cs, 2020). Thành tế bào của vi tảo Chlorella vulgaris là lớp bảo vệ chính chống lại các yếu tố sinh học và phi sinh học của vi tảo. Khi bắt đầu hình thành tế bào, độ dày của nó khoảng 2nm và khi vi tảo trưởng thành, độ dày sẽ tăng lên cho đến khi đạt độ dày 21nm (Yamamoto và cs, 2004) (Yamamoto và cs, 2004). Về ty thể, nó có nhiệm vụ thực hiện các quá trình trao đổi chất mà vi tảo sẽ lấy năng lượng để thực hiện tất cả các quá trình sinh trưởng và duy trì. Ty thể của Chlorella vulgaris được tạo thành từ màng kép, protein và phospholipid. Chlorella vulgaris chỉ chứa một lục lạp duy nhất bao gồm các phospholipid và hai màng, trong đó màng thứ nhất có thể cho một số chất chuyển hóa và một số ion đi qua, nhưng màng thứ hai có tính chọn lọc cao với chức năng là vận chuyển protein. Bên trong lục lạp là các thylakoid, nơi chất diệp lục được tìm thấy và là nơi có thể thu nhận năng lượng thông qua bức xạ (Reyes và cs, 2020). Sinh sản Chlorella vulgaris không có khả năng di chuyển, nên hình thức sinh sản là vô tính. Trong điều kiện dinh dưỡng tốt (môi trường dinh dưỡng thích hợp, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) mỗi tế bào có thể cho từ 4-32 bào tử. Trong quá trình phân chia tạo tế bào con khi các tế bào này trưởng thành tế bào mẹ vỡ ra giải phóng các tế bào con, các mảnh vụn của tế bào mẹ vỡ ra sẽ thành thức ăn cho các tế bào con mới hình thành (Safi và cs, 2014; Yamamoto và cs, 2004). Hình 1.2. Quá trình sinh sản của vi tảo Chlorella vulgaris Trong nghiên cứu về vòng đời của vi tảo Chlorella vulgaris đã chia vòng đời của vi tảo làm 4 giai đoạn (Griffiths, 1963): Giai đoạn tăng trưởng: Ở giai đoạn này các bào tử sẽ tăng nhanh về kích thước nhờ các sản phẩm sinh tổng hợp. Giai đoạn bắt đầu chín: Tế bào mẹ chuẩn bị quá trình phân chia. Giai đoạn chín muồi: Tế bào nhân lên trong điều kiện có ánh sáng hoặc trong bóng tối. 5 Giai đoạn phân cắt: Màng tế bào mẹ bị vỡ ra, các bào tử được phóng thích ra ngoài. Dinh dưỡng Protein: Hàm lượng protein cao là một trong những đặc điểm dinh dưỡng đáng chú ý của vi tảo Chlorella vulgaris. Theo một số nghiên cứu, hàm lượng protein có trong vi tảo Chlorella vulgaris khoảng 60% bao gồm hầu hết các acid amin thiết yếu, nhiều hơn gấp ba lần so với lượng có trong thịt bò (Rani và cs, 2018). Lipid: Trong điều kiện tăng trưởng tối ưu, hàm lượng lipid mà Chlorella vulgaris có thể đạt được là 5-40% trên trọng lượng khô của sinh khối, chủ yếu bao gồm glycolipid, sáp, hydrocacbon, phospholipid và một lượng nhỏ acid béo tự do. Những thành phần này được tổng hợp bởi lục lạp, chúng nằm trên thành tế bào và trên màng các bào quan (lục lạp, ti thể) (Safi và cs, 2014). Polysaccharide: Thành phần chính polysaccharide được tìm thấy trong vi tảo chlorella là β-1,3-glucan, hoạt động như một chất chống oxy hóa, kích thích miễn dịch và hiệu quả trong việc giảm mức lipid trong máu với khoảng 17% (Spolaore và cs, 2006). Vitamin và các khoáng chất: Vi tảo Chlorella giàu hàm lượng vitamin và khoáng chất, dễ dàng sử dụng cho mọi lứa tuổi để đáp ứng đủ lượng vitamin trong bữa ăn hàng ngày của họ. Một số loại vitamin đã được tìm thấy trong nó là: α carotene, β carotene, vitamin B1, B2, B3, B5, B6, E và vitamin K. Ngoài ra, còn tìm thấy được một vài loại vitamin với số lượng nhỏ là biotin, inositol, choline và vitamin B12 (Rani và cs, 2018). 1.2. Giới thiệu chung về nuôi trồng hỗn dưỡng của vi tảo Nuôi trồng hỗn dưỡng ở vi tảo là quá trình vi tảo thực hiện quang hợp như nguồn năng lượng chính và sử dụng các hợp chất vô cơ (CO2) và hữu cơ làm nguồn cacbon để tăng trưởng (Chew và cs, 2018). Hỗn dưỡng ngoài việc kết hợp những ưu điểm của tự dưỡng và dị dưỡng, bên cạnh đó còn khắc phục được các nhược điểm xảy ra trong quá trình nuôi trồng tự dưỡng ở vi tảo (Zhan, Rong và Wang, 2017). Vi tảo có thể sử dụng các hợp chất hữu cơ để sinh trưởng trong điều kiện hỗn dưỡng nên sự phát triển của vi tảo không phụ thuộc hoàn toàn vào quá trình quang hợp. Điều này cho thấy ánh sáng không phải là yếu tố hạn chế tuyệt đối đối với sự phát triển của vi tảo. Do đó, hiện tưởng cản quang và ức chế quang có thể được hạn chế trong quá trình nuôi trồng hỗn dưỡng. Kỹ thuật nuôi trồng hỗn dưỡng ở vi tảo có thể cải thiện tốc độ tăng 6 trưởng, rút ngắn chu kỳ sinh trưởng, giảm thất thoát sinh khối trong quá trình hô hấp tối, từ đó tăng năng suất sinh khối. Hàm lượng lipid đôi khi cũng có thể được tăng lên, dẫn đến năng suất lipid cao và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sản xuất dầu sinh học ở vi tảo (Wang, Yang và Wang, 2014). 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Mặc dù vi tảo được sử dụng cho nhiều mục đích công nghiệp trong nhiều năm, việc sử dụng sinh khối tảo để sản xuất năng lượng gần đây đã thu hút thêm sự chú ý (Skorupskaite, Makareviciene và Levisauskas, 2015).Tùy thuộc vào chủng tảo và điều kiện tăng trưởng mà chúng có thể tích lũy các hợp chất khác nhau trong các tế bào của chúng, chẳng hạn như protein, carbohydrate và lipid, đóng vai trò là nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học. Trên thế giới hiện nay, có không ít những nghiên cứu về nuôi trồng vi tảo trong nhiều điều kiện khác nhau như: tự dưỡng, dị dưỡng và hỗn dưỡng. So với các điều kiện còn lại thì hỗn dưỡng đang là điều kiện nuôi trồng vi tảo được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Bởi phương thức canh tác này có ưu điểm hơn so với các điều kiện canh tác khác chủ yếu ở điểm nhạy cảm với ánh sáng thấp, năng suất sinh khối cao và năng suất lipid cao. Các ưu điểm khác bao gồm tiêu thụ chất nền hữu cơ thấp, thành phần sinh khối thuận lợi cho quá trình chuyển hóa diesel sinh học và phát thải CO2 thấp (Wang, Yang và Wang, 2014). Một nghiên cứu tương tự của Garcia MCC, nuôi trồng hỗn dưỡng có thể không chỉ cải thiện sản xuất sinh khối, mà còn làm tăng hàm lượng lipid, điều này rất quan trọng đối với việc sản xuất dầu diesel sinh học từ vi tảo (Garcıa và cs, 2005). Việc bổ sung các hợp chất cacbon hữu cơ có thể tăng cường đáng kể khả năng sản xuất của vi tảo trong nuôi trồng hỗn dưỡng; trong đó, glucose và acetate là hai nguồn được áp dụng hiệu quả nhất và thường xuyên nhất (Wang, Yang và Wang, 2014). 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam hiện nay, ngành nuôi trồng vi tảo vẫn còn chưa khai thác hết tiềm năng và lợi ích mà nó đem lại. Một số doanh nghiệp và hợp tác xã đã thực hiện nuôi trồng vi tảo ở quy mô lớn tuy nhiên sản phẩm đầu ra vẫn còn hạn chế, chưa phổ biến rộng rãi trong nước. Năm 2012, Nguyễn Minh Tuấn (Nguyễn Minh Tuấn và cs, 2012) đã khảo sát 7 ảnh hưởng của các điều kiện nuôi trồng trong phòng thí nghiệm như tốc độ sục khí CO2, nồng độ dinh dưỡng Nitơ, cường độ ánh sáng đến năng suất sinh khối và hàm lượng lipid trên vi tảo Chlorella vulgaris. Những nghiên cứu về nuôi trồng hỗn dưỡng của vi tảo ở Việt Nam vẫn còn khá ít ở Việt Nam. Ngoài ra, chưa có nghiên cứu nào được công bố về nghiên cứu ảnh hưởng nguồn cacbon hữu cơ, tỉ lệ C:N và mật độ đầu vào trong nuôi trồng hỗn dưỡng vi tảo Chlorella vulgaris cũng như khảo sát đánh giá các hợp chất có giá trị trong vi tảo. 8 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Giống tảo Chlorella vulgaris được chuyển giao từ phòng công nghệ sinh học tảo, khoa Sinh - Môi trường, trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng. Được lưu giữ trên môi trường BBM, nhiệt độ 25 ℃, cường độ sáng 2500lux, chu kỳ sáng tối 18:6. 2.2. Nội dung nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng của một số nguồn cacbon hữu cơ (Glucose, Sucrose, Natri acetate) đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng. Khảo sát ảnh hưởng của mật độ đầu vào đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng. 2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu Đề tài được thực hiện từ tháng 10/2021 đến tháng 05/2022 tại phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học tảo, Khoa Sinh - Môi Trường, Trường Đại Học Sư Phạm - Đại Học Đà Nẵng. 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Bố trí thí nghiệm Giống tảo Chlorella vulgaris được nuôi trong môi trường BBM (Bold-Basal Medium) ở nhiệt độ 25℃, chiếu sáng dưới ánh sáng đèn LED với cường độ 2500lux và được quan sát dưới kính hiển vi 10X để đánh giá chất lượng giống trước khi bước vào thí nghiệm. a. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của một số nguồn cacbon hữu cơ đến khả năng sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng Mục tiêu: Khảo sát được ảnh hưởng của một số nguồn cacbon hữu cơ đến đặc điểm sinh học của vi tảo Chlorella vulgaris trong nuôi trồng hỗn dưỡng. 9