Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đến sự sinh trưởng và tích lũy β carotene ở vi tảo dunaliella salina

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ THIỀM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐẾN SỰ SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY β-CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THỰC NGHIỆM Đà Nẵng – 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ THIỀM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐẾN SỰ SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY β-CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8420114 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THỰC NGHIỆM Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Trịnh Đăng Mậu Đà Nẵng – 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Ý nghĩa đề tài Bố cục đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ VI TẢO DUNALIELLA SALINA 1.1.1 Hệ thống phân loại 1.1.2 Đặc điểm hình thái 1.1.3 Đặc điểm sinh thái 1.2 Β-CAROTENE TRONG VI TẢO DUNALIELLA SALINA 1.2.1 Đặc điểm β-carotene 1.2.2 Cấu trúc β-carotene 1.2.3 Cơ chế tích lũy carotenoid Dunaliella 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina 1.2.5 Vai trò β-carotene 13 1.3 ỨNG DỤNG CỦA VI TẢO DUNALIELLA SALINA TRONG ĐỜI SỐNG 14 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ DUNALIELLA SALINA 15 1.4.1 Nghiên cứu giới 15 1.4.2 Nghiên cứu Việt Nam 20 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 23 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 23 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 23 2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.3.1 Bố trí thí nghiệm 23 2.3.2 Phương pháp xác định mật độ tế bào 27 2.3.3 Phương pháp xác định hàm lượng β-carotene 27 2.3.4 Phương pháp xác định cường độ ánh sáng 28 2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 28 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 29 3.1 ẢNH HƢỞNG CỦA PHỔ CHIẾU SÁNG ĐẾN SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY Β-CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA 29 3.1.1 Ảnh hưởng phổ chiếu sáng đến sinh trưởng vi tảo Dunaliella salina 29 3.1.2 Ảnh hưởng phổ chiếu sáng đến tích luỹ β-carotene vi tảo Dunaliella salina 33 3.2 ẢNH HƢỞNG CỦA CƢỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG ĐẾN SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY Β-CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA 36 3.2.1 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đến sinh trưởng vi tảo Dunaliella salina 36 3.2.2 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đến tích luỹ β-carotene vi tảo Dunaliella salina 39 3.3 ẢNH HƢỞNG CỦA CHU KỲ CHIẾU SÁNG ĐẾN SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY Β-CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA 42 3.3.1 Ảnh hưởng chế độ chiếu sáng đến sinh trưởng vi tảo Dunaliella salina 42 3.3.2 Ảnh hưởng chu kỳ chiếu sáng đến khả tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 Kết luận 48 Kiến nghị 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Cộng Cs 12h sáng : 12h tối 12S:12T 18h sáng : 8h tối 18S:8T 24h sáng : 0h tối 24S:0T DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Tiêu đề Trang 1.1 Hình thái tế bào Dunaliella salina điều kiện nuôi cấy khác A) Tế bào màu xanh môi trường không stress; B) Tế bào bị stress chuyển sang màu cam; C) Tế bào da cam tích lũy β-carotene (Ramos c.s., 2009) 1.2 Cấu trúc hóa học β-carotene 1.3 Cấu trúc đồng phân β-carotene 3.1 Tốc độ sinh trưởng trung bình vi tảo D salina phổ ánh sáng khác 29 3.2 Mật độ tế bào vi tảo D salina phổ ánh sángkhác 30 3.3 Hàm lượng caroten tích luỹ phổ ánhsáng khác 33 3.4 Năng suất β-carotene vi tảo D salina cácphổ ánh sáng khác 34 3.5 Tốc độ sinh trưởng trung bình vi tảo D salina cường độ ánh sáng khác 36 3.6 Mật độ vi tảo D salina cường độ ánhsáng khác 37 3.7 Hàm lượng β-carotene tích luỹ cườngđộ ánh sáng khác 39 3.8 Năng suất β-carotene vi tảo D salina cáccường độ ánh sáng khác 40 3.9 Tốc độ sinh trưởng trung bình vi tảo D salina chu kỳ chiếu sáng khác 42 3.10 Mật độ tảo D salina chu kỳ sáng tốikhác 43 3.11 Hàm lượng β-carotene chu kỳ chiếu sángkhác 45 3.12 Năng suất β-carotene vi tảo D salina cácchu kỳ chiếu sáng khác 46 54 copper availability Plant physiology, 112(2), 697–704 [22] Jahnke, L.S (1999), "Massive carotenoid accumulation in Dunaliella bardawil induced by ultraviolet-A radiation", Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 48 (1), pp 68-74 [23] Jin E.S & Melis, A (2003), “Microalgal biotechnology: Carotenoid production by the green algae Dunaliella salina,” Biotechnology and Bioprocess Engineering, vol 8, no 6, p 331 [24] Kobayashi, M., Kakizono T., Nishio, N., & Nagai, S (1992) Effects of light intensity, light quality, and illumination cycle on astaxanthin formation in a green alga, Haematococcus pluvialis Journal of Fermentation and Bioengineering, 74(1), 61–63 https://doi.org/10.1016/0922-338X(92)90271-U [25] Kobayashi, M., Kurimura, Y., & Tsuji, Y (1997) Lightindependent, astxanthin production Haematococcus pluvialis undersalt Letters, 19(6), by the stress green microalga Biotechnology 507–509 [26] Köpcke W., Krutmann J (2008), Protection from sunburn with betacarotene:a meta-analysis Photochem Photobiol [27] Kendirlioglu, Gokce, and Kadri Cetin, A (2017) "Effect of different wavelengths of light on growth, pigment content and protein amount of Chlorella vulgaris." Fresenius Environ Bull 26 : 7974-7980 [28] Katsuda, T., Lababpour, A., Shimahara, K., & Katoh, S (2004) Astaxanthin production by Haematococcus pluvialis under illumination with LEDs Enzyme and Microbial Technology, 35(1), 81–86 https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2004.03.016 55 [29] Lerche W Arch f Protistenkd (1937), “Untersuchungen über Entwicklung und Fortpflanzung in der Gattung Dunaliella”; 88:236–268 [30] Lat-Am J., Aquat, R (2021), Preliminary evaluation of the green microalga Dunaliella salina as a potential feedstock for biodiesel: effect of molasses on growth and lipid profile [31] Lamers, P P., van de Laak, C C W., Kaasenbrood, P S., Lorier, J., Janssen, M., De Vos, R C H., … Wijffels, R H (2010) Carotenoid and fatty acid metabolism in light-stressed Dunaliella salina Biotechnology and Bioengineering, 106(4), 638–648 doi:10.1002/bit.22725 [32] Lers A., Biener Y., Zamir A (1990), "Photoinduction of massive βcarotene accumulation by the alga Dunaliella bardawil: Kinetics and dependence on gene activation", Plant physiology, 93 (2), pp 389-395 [33] Murthy,K C., Vanitha, A., Rajesha, J., Swamy, M.M., Sowmya, P and Ravishankar,G.A (2005), “In vivo antioxidant activity of carotenoids from Dunaliellasalina a green microalga,” Life Sciences, vol 76, no 12, pp 1381–1390 [34] Moayedi (2019), Algae and Its Effect on Water Ions Asma, “Investigated of Desalination of Saline Waters by Using Dunaliella Salina [35] Milko, E S (1963) Study of the requirements of two Dunaliella species in mineral and organic components of the medium Moscow University, Vestnik Biologia, 6, 21–23 [36] Mojaat, M., Pruvost, J., Foucault, A., & Legrand, J (2008) Effect of organic carbon sources and Fe2+ ions on growth and β-carotene accumulation by Dunaliella salina Biochemical Engineering Journal, 39(1), 177–184 [37] Nurul, S Y., Yik, S.Y, Hazlina, A Z., Mohd, E.A., Wahid, Sarah 56 Nabila Ab G., Norhayati Y , (2021) “Photoperiod influenced the growth and antioxidative responses of Chlorella vulgaris, Isochrysis galbana, and Tetraselmis chuii” [38] Orset, S., & Young, A J (1999) Low-temperature-induced synthesis of α-carotene in the microalga Dunaliella salina (Chlorophyta) Journal of Phycology, 35(3), 520–527 [39] Orset, S., Young A J (2000), "Exposure to low irradiances favors the synthesis of 9-cis β, β-carotene in Dunaliella salina (Teod.)", Plant physiology, 122 (2), pp 609-618 [40] Olmos, J (2001), Molecular identification of Dunaliella sp utilizing the 18S rDNA gene, Departamento de Acuicultura, PO Box 434844, San Diego, CA, 92143–4844 USA [41] Posudin, Y I., Massjuk, N P., & Lilitskaya, G G (2010) Photomovement of Dunaliella Teod Springer [42] Priyadarshani, I and Rath, B.(2012), “Commercial and industrial applications of micro algae–a review,” Journal of Algal Biomass Utilization, vol.3, no 4, pp 89–100 [43] Park, S., Lee, Y., Jin, E (2013), "Comparison of the responses of two Dunaliella strins, Dunaliella salina CCAP 19/18 and Dunaliella bardawil to light intensity with special emphasis on carotenogenesis", Algae, 28 (2), pp.203- 211 [44] Prieto, J P Canavate, & García-González M.(2011), “Assessment of carotenoid production by Dunaliella salina in different culture systems and operation regimes,” Journal of biotechnology, vol 151, no 2, p 180– 185 57 [45] Pisal, D S., Lele, S.S.(2005), "Carotenoid production from microalga, Dunaliella salina", Indian Journal of Biotechnology, pp 476483 [46] Rodriguez-Amaya, D B (2001) A guide to carotenoid analysis in foods [47] Raja, R., Hemaiswarya, S and Rengasamy, R (2007) „Exploitation of Dunaliella for β-carotene production‟, Applied Microbiology and Biotechnology,74(3), pp 517–523 [48] Singh, P., Baranwal, M and Reddy,S M (2016), “Antioxidant and cytotoxic activity of carotenes produced by Dunaliella salina under stress,”Pharmaceutical Biology, vol 54, no 10, pp 2269–2275 [49] Sathasivam, R and Ki, J.S (2018), “A review of the biological activities of microalgal carotenoids and their potential use in healthcare and cosmetic industries,” Marine Drugs, vol 16, no 1, p 26 [50] Shaish, A., Ben-Amotz, & Avron, M (1992), “Biosynthesis of βcarotene inDunaliella,” In Methods in enzymology, vol 213, p 439–444 [51] Scott, A I., Roessner, C A., Stolowich, N J., Spencer, J B., Min, C., & Ozaki, S.I (1993) Biosynthesis of vitamin B12: Discovery of the enzymes for oxidative ring contraction and insertion of the fourth methyl group FEBS letters, 331(1–2), 105–108 [52] Sena S., Silver D., Trevor A (1995), Fish nutrition in Aquaculture Chapman & Hall [53] Sui, Y and Harvey, P.J (2021) “Effect of light intensity and wavelength onbiomass growth and protein and amino acid composition of Dunaliella salina”,Foods, 10(5), p 1018 58 [54] Shaish A., Ben-Amotz A., Avron M (1992), "Biosynthesis of βcarotene inDunaliella", Methods in enzymology, 213, pp 439-444 [55] Senger H., Wagner C., Hermsmeier D., Hohl N, et al (1993), "The influence of light intensity and wavelength on the contents of α-and βcarotene and their [56] Sies H, Stahl, W (2004), Nutritional protection against skin damage fromsunlight Annu Rev Nutr, 24:173–200 [57] Vorst, P (1995) Production of carotene with chemostat cultures of Dunaliella [PhD Thesis] Tesis de Doctorado Swammerdam Institute for Life Sciences, The Netherlands [58] Wu, Z., Duangmanee, P., Zhao, P., Juntawong, N., & Ma, C (2016) The Effects of Light, Temperature, and Nutrition on Growth and Pigment Accumulation of Three Dunaliella salina Strains Isolated from Saline Soil Jundishapur Journal of Microbiology, 9(1) [59] Wong, Y (2016) Effects of Light Intensity, Illumination Cycles on Microalgae Haematococcus Pluvialis for Production of Astaxanthin Journal of Marine Biology and Aquaculture, 1-6 [60] Xi Y., Wang J., Chu J., Xue S (2000) “ Effects of different light regimes on Dunaliella salina growth and β-carotene accumulation” [61] Xu, Y., Harvey, P.J (2019) Carotenoid Production by Dunaliella salina under Red Light Antioxidants, 8, 123 [62] Ying, K., Gilmour, D.J., Shi, Y., & Zimmerman, W B (2013) Growth enhancement of Dunaliella salina by microbubble induced airlift loop bioreactor (ALB) The relation between mass transfer and growth rate Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 4(2A), 1–9 59 [63] Zhu, Y.H., & Jiang, J.G (2008) Continuous cultivation of Dunaliella salina in photobioreactor for the production of β-carotene European Food Research and Technology, 227(3), 953–959 [64] Zamani, H., Rastegari, B And Varamini, M (2019), “Antioxidant and anticancer activity of Dunaliella salina extract and oral drug delivery potential via nano-based formulations of gum Arabic coated magnetite nanoparticles,” Journal of Drug Delivery Science and Technology, vol 54, p 101278 ... CỨU Nghiên cứu ảnh hưởng phổ chiếu sáng đến sinh trưởng khả tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ ánh sáng khác đến sinh trưởng khả tích lũy β-carotene vi tảo. .. CHIẾU SÁNG ĐẾN SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY Β-CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA 3.1.1 Ảnh hƣởng phổ chiếu sáng đến sinh trƣởng vi tảo Dunaliella salina Kết nghiên cứu cho thấy phổ ánh sáng có ảnh hưởng. .. SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY Β-CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA 29 3.1.1 Ảnh hưởng phổ chiếu sáng đến sinh trưởng vi tảo Dunaliella salina 29 3.1.2 Ảnh hưởng phổ chiếu sáng đến tích