BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ THIỀM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐẾN SỰ SINH TRƯỞNG VÀ TÍCH LŨY β CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm Mã số 8[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ THIỀM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐẾN SỰ SINH TRƯỞNG VÀ TÍCH LŨY β-CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8420114 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THỰC NGHIỆM Đà Nẵng – Năm 2022 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS Trịnh Đăng Mậu Phản biện 1: TS Vũ Thị Bích Hậu Phản biện 2: TS Phạm Thị Mỹ Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ sinh học thực nghiệm họp Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng vào ngày 25 tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Thư viện trường Đại học Sư phạm, ĐHĐN − Phịng đọc Khoa Sinh Mơi trường, ĐHSP MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài β-carotene đồng phân quan trọng carotenoid, thuộc nhóm sắc tố hữu tự nhiên β-carotene chuyển hóa thành vitamin A thể xem tiền chất tốt vitamin A loại carotenoid Nhiều nghiên cứu cho thấy βcarotene sắc tố tự nhiên có khả chống oxy hóa cao, kích thích tế bào miễn dịch, phối hợp với chất chống oxy hoá khác vitamin C vitamin E làm giảm nguy nhiễm trùng, làm chậm q trình lão hóa, giảm tác hại ánh sáng mặt trời, giảm nguy số bệnh tim mạch ngăn ngừa số bệnh ung thư (Huỳnh Hiệp Hùng & cs., 2013) Trong năm gần đây, thu nhập người dân cải thiện họ quan tâm đến việc chăm sóc sức khoẻ cho thân nên gia tăng nhu cầu sử dụng carotenoid cho việc chăm sóc sức khỏe, mỹ phẩm hay dược phẩm(Lamers & cs., 2008; Tsai & cs., 2012) từ nguồn tự nhiên lớn nên thúc đẩy nhiều nỗ lực để cải thiện sản xuất β-carotene từ nguồn sinh học, mở hội phát triển chủng vi tảo có khả sản xuất hợp chất Dunaliella salina xem nguồn sản xuất β-carotene tự nhiên tốt có giá trị kinh tế cao, chiếm tới 14% trọng lượng khô (Jin & Melis, 2003) Nhiều nghiên cứu chứng minh trình sinh trưởng sinh tổng hợp β-carotene vi tảo Dunaliella salina phụ thuộc vào nhiều yếu tố nồng độ muối, điều kiện dinh dưỡng, cường độ ánh sáng hay chế độ chiếu sáng, phổ ánh sáng nguyên tố vi lượng Để thu β-carotene đảm bảo mặt chất lượng số lượng nhà khoa học tập trung nghiên cứu phát triển mật độ lẫn tăng cường tích lũy β-carotene (Mojaat & cs., 2008; Zhe Wu & cs., 2016; Hamed & cs., 2020) Trên giới, việc làm tăng tích lũy β-carotene sinh khối D salina nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm sản xuất thương mại (Hejazi & Holwerda, 2004) Võ Hồng Trung cộng nghiên cứu kết hợp cường độ ánh sáng với nồng độ H2O2 nồng độ muối cho tích lũy hàm lượng carotenoid cao (Võ Hồng Trung, Bùi Văn Lệ, 2018) Một nghiên cứu Xu & cs (2019) cho ánh sáng đỏ có giá trị cơng nghiệp nguồn sáng tiết kiệm lượng để sản xuất carotenoid D salina Theo nghiên cứu Xi Y & cs (2000) cho tích lũy βcaroten có khác chế độ ánh sáng khác nhau, ánh sáng mạnh theo định kỳ thuận lợi cho tích tụ β-carotene, ánh sáng mạnh liên tục Như cường độ ánh sáng cao phổ ánh sáng khác có vai trị quan trọng việc tích lũy βcarotene tế bào tảo Trong nước, hướng nghiên cứu lồi cịn hạn chế chủng giống loài chưa phong phú đa số tìm hiểu ảnh hưởng nồng độ muối tích lũy β-caroten vi tảo D salina Ngoài ra, việc khảo sát tối ưu yếu tố ánh sáng việc làm cần thiết để lập nên quy trình ni cấy tối ưu cho suất sinh khối hàm lượng β-carotene cao Phổ ánh sáng, cường độ ánh sáng chu kỳ chiếu sáng coi yếu tố quan trọng việc kích thích khả tổng hợp β - carotene vi tảo Dựa sở này, tiến hành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng ánh sáng đến sinh trưởng tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina” Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu tổng quát Đánh giá vai trị ánh sáng q trình sinh trưởng tích lũy β-carotene vi tảo D salina 2.2 Mục tiêu cụ thể - Xác định phổ chiếu sáng tối ưu cho sinh trưởng tích lũy β-caroteneở vi tảo Dunaliella salina - Xác định cường độ ánh sáng tối ưu cho sinh trưởng tích lũyβ-carotene vi tảo Dunaliella salina - Xác định chế độ chiếu sáng tối ưu cho sinh trưởng tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Cung cấp dẫn liệu khoa học việc nghiên cứu ảnh hưởng củaánh sáng đến sinh trưởng tích lũy β-carotene chủng vi tảo D salina 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Ứng dụng vào sản xuất β-carotene quy mơ cơng nghiệp có giá trịthương mại cao từ chủng vi tảo D salina Bố cục đề tài Đề tài có bố cục chương:Mở đầu Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Đối tượng, nội dung, phạm vi phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết bàn luận CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ VI TẢO DUNALIELLA SALINA 1.1.1 Hệ thống phân loại Phân loại khoa học Ngành (phylum) Chlorophyta Lớp (class) Chlorophyceae Bộ (ordo) Chlamydomonadales Họ (familia)Dunaliella Ceae Chi (genus) Dunaliella Loài (species) Dunaliella salina 1.1.2 Đặc điểm hình thái Tế bào lồi tảo có nhiều hình dạng khác hình elip, hình trịn, hình lê… khác biệt hình dạng phụ thuộc vào điều kiện dinh dưỡng cường độ ánh sáng (Mansour Shariati & Hadi, 2011) Kích thước chiều dài từ – 25 μm chiều rộng – 15 μm (Hosseini Tafreshi & Shariati, 2009) D salina di chuyển roi, khơng có thành polysaccharide cứng mà bao bọc lớp glycoprotein nhầy gọi glycocalyx (Borowitzka & Borowitzka, 1988) 1.2.3 Đặc điểm sinh thái Dunaliella salina vi tảo lục, đơn bào, ưa mặn Chúng có mặt mơi trường nước biển hay cánh đồng muối khắp giới Chúng diện đại dương lớn Đại Tây Dương, Địa Trung Hải hay nơi có độ mặn cao (trên 15% muối), nhiệt độ cao ánh sáng mạnh (Jin & Melis, 2003) Một số nơi tập trung nhiều loài Dunaliella Biển Chết Israel, hồ Pink Úc hay hồ muối lớn Utah, Mỹ (Ben-Amotz cs, 1991) Phạm vi nhiệt độ thích hợp phát triển hầu hết vi tảo 20 – 300C, D salina phát triển phạm vi nhiệt độ từ – 45oC 1.2 Β-CAROTENE TRONG VI TẢO DUNALIELLA SALINA 1.2.1 Đặc điểm β-carotene 1.2.2 Cấu trúc β-carotene Hình 1.2 Cấu trúc hóa học β-carotene (Rodriguez-Amaya, 2001) 1.2.3 Cơ chế tích lũy carotenoid Dunaliella Carotenoid isoprenoid tổng hợp tất sinh vật quang hợp, số nấm vi khuẩn không quang hợp (Cordero & cs., 2011) Ở sinh vật quang hợp, carotenoid gắn với protein màng thylakoid nơi mà chúng tham gia vào hấp thụ ánh sáng bảo vệ cho máy quang hợp chống lại tổn thương quang oxy hóa (Cordero & cs., 2011) 1.2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến sinh trƣởng tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina 1.2.5 Vai trò β-carotene 1.3 ỨNG DỤNG CỦA VI TẢO DUNALIELLA SALINA TRONG ĐỜI SỐNG 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ DUNALIELLA SALINA 1.4.1 Nghiên cứu giới 1.4.2 Nghiên cứu Việt Nam CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu Vi tảo Dunaliella salina cung cấp phịng thí nghiệm cơng nghệ tảo khoa Sinh - Môi Trường, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu Thời gian nghiên cứu từ tháng 2/2021 đến tháng 6/2022 Nghiên cứu thực phịng Cơng nghệ Tảo, khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ảnh hưởng phổ chiếu sáng đến sinh trưởng khả năngtích 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 Dunaliella salina Nghiên cứu ảnh hưởng chu kỳ chiếu sáng đến tốc độ sinh trưởng khả tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina 2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1 Bố trí thí nghiệm D salina nhân sinh khối với điều kiện thích hợp mơi trường f/2, chiếu sáng ánh sáng đèn LED với cường độ 33,8 μmolphoton/m2/s 25oC sau sử dụng cho thí nghiệm.Điều kiện thí nghiệm tương tự điều kiện nhân giống a Nghiên cứu ảnh hưởng phổ chiếu sáng đến sinh trưởng tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina Bố trí thí nghiệm: Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng phổ ánh sáng Nghiệm thức Phổ ánh sáng Số lƣợng mẫu NT1 Trắng NT2 Xanh NT3 Đỏ Cách tiến hành: Giống vi tảo cấy chuyển vào bình thể tích 250mL có chứa mơi trường, tổng thể tích ni 100 mL Sự ảnh hưởng phổ ánh sáng lên khả tổng hợp β-carotene vi tảo Dunaliella salina đánh giá sau ngày nuôi Bảng 2.2 Thông số tần suất theo dõi ảnh hưởng phổ ánh sáng STT Thông số theo dõi Tần suất theo dõi Mật độ ngày / lần Tốc độ sinh trưởng ngày / lần Hàm lượng β- ngày / lần carotene b Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ sáng đến sinh trưởng tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina Bố trí thí nghiệm: Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng cường độ ánh sáng Nghiệm Cƣờng độ ánh sáng thức Số lƣợng mẫu NT1 13,5 μmolphoton/m2/s NT2 27 μmolphoton/m2/s NT3 40,5 μmolphoton/m2/s Cách tiến hành: Giống vi tảo cấy chuyển vào bình thể tích 250mL có chứa mơi trường, tổng thể tích ni 100 mL Sự ảnh hưởng cường độ ánh sáng lên khả tổng hợp β-carotene vi tảo Dunaliella salina đánh giá sau ngày nuôi Bảng 2.4 Thông số tần suất theo dõi ảnh hưởng cường độ ánh sáng STT Thông số theo dõi Tần suất theo dõi Mật độ ngày / lần Tốc độ sinh trưởng ngày / lần Hàm lượng ngày / lần β-carotene c Nghiên cứu chu kỳ chiếu sáng đến sinh trưởng khả tích lũy β-carotene vi tảo Dunaliella salina 11 Trong đó: A450 giá trị OD đo λ = 450 nm 25,2 hệ số theo phương pháp Shaish (Shaish & cs, 1992) 2.3.4 Phƣơng pháp xác định cƣờng độ ánh sáng Cường độ ánh sáng xác định máy đo ánh sáng Digital Lux Meter có đơn vị Lux Sau đổi đơn vị μmolphoton/m2/s công thức sau: μmolphoton/m2/s = Lux/ 74 2.3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu Thống kê mô tả xử lý số liệu phần mềm R Sự khác biệt có ý nghĩa giá trị trung bình nghiệm thức khác kiểm tra phân tích phương pháp phương sai yếu tố (1 way ANOVA) kiểm định Tukey CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 ẢNH HƢỞNG CỦA PHỔ 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 đến tốc độ sinh trưởng vi tảo D salina (p-values = 0,002 < 0,05) (Hình 3.1), (Hình 3.2) (Bảng 3.1) 12 Hình 3.1 Tốc độ sinh trưởng trung bình vi tảo D salina phổ ánh sáng k Hình 3.2 Mật độ tế bào vi tảo D salina phổ ánh sáng khác 13 Bảng 3.1 Mật độ tế bào D salina phổ ánh sáng khác Mật độ tế bào (103 tế bào/mL) Ngày Ánh sáng trắng Ánh sáng xanh Ánh sáng đỏ 96a ± 6,83 85a ± 2,85 94a ± 11,1 131b ± 13,7 108b ± 15,8 186a ± 29,2 194b ± 13,01 171b ± 9,78 232a ± 8,25 181b ± 5,45 179b ± 5,79 278a ± 7,04 Tốc độ sinh trƣởng (ngày-1) 0,106b ± 0,01 0,125b ± 0,007 0,18a ± 0,019 *Ghi chú: Giá trị trung bình với chữ khác thể khác biệt với p-values < 0,05 Kết nghiên cứu tương tự với nghiên cứu Sang-Il Han cộng (2019) Ở nghiên cứu tác giả cho thấy vi tảo Dunaliella salina sinh trưởng phát triển tốt ánh sáng đỏ (2418 ± 205 × 103 tế bào/mL) ánh sáng trắng xanh mật độ tế bào đạt 2233 ± 187 × 103 tế bào/mL 1670 ± 114 × 103 tế bào/mL (Han et al., 2019) Như cho thấy tốc độ tăng trưởng sản xuất sinh khối vi tảo biển có liên quan đến loại bước sóng ánh sáng tuỳ thuộc vào giống vi tảo khác 14 3.1.2 Ảnh hƣởng phổ chiếu sáng đến tích luỹ β-carotene vi tảo Dunaliella salina Kết nghiên cứu cho thấy phổ ánh sáng ảnh hưởng khơng đáng kể đến khả tích luỹ β-carotene tế bào (pvalues=0,102 > 0,05) (Hình 3.3), (Hình 3.4), (Bảng 3.2) Hình 3.3 Hàm lượng β-carotene tế bào D salina phổ ánh sáng khác Bên cạnh kết nghiên cứu cho thấyphổ ánh sáng có ảnh hưởng đếnnăng suất β -carotene vi tảo D salina (p-values=0,001 < 0,05)(Hình 3.4) (Bảng 3.2) Hình 3.4 Năng suất β-carotene vi tảo D salina phổ ánh sáng khác 15 Bảng 3.2 Hàm lượng β-carotene suất sản xuất β-carotene vi tảo D.salina phổ ánh sáng khác Nghiệm thức Hàm lƣợng β-carotene Năng suất sản xuất tích lũytrong tế β-carotene bào (pg/tế bào) (mg/L/ngày) Trắng 29,14a ± 2,58 0,87b ± 0,06 Xanh 35,89a ± 4,15 1,07b ± 0,09 Đỏ 30,74a ± 2,68 1,42a ± 0,13 *Ghi chú: Giá trị trung bình với chữ khác thể khác biệt với p-values < 0,05 Như hàm lượng β-carotene tích lũy tế bào nghiệm thức giảm tăng không đáng kể suất βcarotene thu cao ỏ phổ ánh sáng đỏ Kết nghiên cứu tương tự với nghiên cứu Sang-Il Han cộng (2019) Kết chứng tỏ suất β-carotene khơng phụ thuộc vào hàm lượng β-carotene tích lũy tế bào mà phụ thuộc vào mật độ tế bào Năng suất β-carotene thu cao phổ ánh sáng đỏ Điều mật độ vi tảo phổ ánh sáng đỏ tăng cao vi sinh vật quang dưỡng bao gồm vi tảo lục D salina chứa chlorophyll-a chlorophyll-b để quang hợp Như suất β-carotene phụ thuộc vào mật độ phổ ánh sáng khác Mật độ lớn suất β-carotene cao 16 3.2 ẢNH HƢỞNG CỦA CƢỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG ĐẾN SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY β- CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA 3.2.1 Ảnh hƣởng cƣờng độ ánh sáng đến sinh trƣởng vi tảo Dunaliella salina Kết cho thấy cường độ ánh sáng có ảnh hƣởng đến tốc độ sinh trƣởng vi tảo D salina (p-values= 0,012 < 0,05)(Hình 3.5), (Hình 3.6), (Bảng 3.3) Hình 3.5 Tốc độ sinh trƣởng trung bình vi tảo D salina cƣờng độ ánh sáng khác Hình 3.6 Mật độ vi tảo D salina cường độ ánh sáng khác 17 Bảng 3.3 Mật độ tế bào D salina cường độ ánh sáng khác Mật độ tế bào (103 tế bào/mL) Ngày 27μmolphoton/ 13,5 μmolphoton/m /s 2 m /s 40,5 μmolphoton/m2 /s a a 95 ± 3,7 98 ± 7,7 102a ± 8,03 101b ± 9,4 202a ± 15,2 221a ± 35,4 166c ± 11,07 219b ± 15,9 330a ± 22,9 242b ± 38.8 304b ± 20,2 435a ± 11,9 Tốc độ sinh trƣởng (ngày-1) 0,15b ± 0,03 0,18ab ± 0,02 0,24a ± 0,01 *Ghi chú: Giá trị trung bình với chữ khác thể khác biệt với p-values < 0,05 Như kết nghiên cứu cho thấy cường độ ánh sáng cao mật độ vi tảo D salina tăng Điều giải thích cường độ ánh sáng cao cung cấp nhiều lượng cho hoạt động sống tế bào vi tảo giúp tế bào sinh trưởng tốt nên mật độ tế bào nhiều 3.2.2 Ảnh hƣởng cƣờng độ ánh sáng đến tích luỹ β-carotene vi tảo Dunaliella salina Kết nghiên cứu cho thấy cường độ ánh sáng ảnh hưởng 18 không đáng kể đến khả tích luỹ β-carotene tế bào (pvalues=0,09 > 0,05) (Hình 3.7) Hình 3.7 Hàm lượng β-carotene tế bào vi tảo D salina cường độ ánh sáng khác Mặc dù hàm lượng β-carotene tích lũy tế bào nghiệm thức giảm tăng không đáng kể suất β-carotene thu nghiệm thức có ảnh hưởng (pvalues=0,001 < 0,05)(Bảng 3.4).(Hình 3.8) Hình 3.8 Năng suất β-carotene vi tảo D salina cường độ ánh sángkhác ... CỨU Nghiên cứu ảnh hưởng phổ chiếu sáng đến sinh trưởng khả năngtích 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. .. 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. .. ÁNH SÁNG ĐẾN SINH TRƢỞNG VÀ TÍCH LŨY β- CAROTENE Ở VI TẢO DUNALIELLA SALINA 3.2.1 Ảnh hƣởng cƣờng độ ánh sáng đến sinh trƣởng vi tảo Dunaliella salina Kết cho thấy cường độ ánh sáng có ảnh hƣởng