Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn nitơ khác nhau lên sự sinh trưởng và năng suất của vi tảo arthrospira platensis

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA SINH – MƠI TRƢỜNG PHẠM THỊ BÍCH LUYẾN NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC NGUỒN NITƠ KHÁC NHAU LÊN SỰ SINH TRƢỞNG VÀ NĂNG SUẤT CỦA VI TẢO ARTHROSPIRA PLATENSIS Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Cán hƣớng dẫn: TS PHẠM THỊ MỸ TS TRỊNH ĐĂNG MẬU Đà Nẵng - năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tơi Các số liệu, kết khóa luận trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả khóa luận Phạm Thị Bích Luyến ii LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu khoa học tự lực mà tơi hồn thành nghiệp học tập nghiên cứu khoa học Chính q trình thực gặp khơng khó khăn Tuy nhiên, nhờ có quan tâm, giúp đỡ từ phía gia đình, thầy bạn bè mà tơi hồn thiện đƣợc khóa luận Trƣớc hết tơi xin cảm ơn ba mẹ ngƣời thân giúp đỡ động viên tinh thần nhƣ vật chất để có tập trung hồn thành tốt đề tài Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Phạm Thị Mỹ định hƣớng, động viên thực khóa luận, giúp tơi đến gần với khoa học Cảm ơn cô theo sát, truyền đạt kiến thức giúp đỡ tơi hồn thành khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Đăng Mậu tận tình dạy cho tơi kiến thức, kĩ bổ ích mặt chuyên ngành nhƣ sống, tạo điều kiện hỗ trợ suốt thời gian thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Sinh – Môi trƣờng giúp trang bị kiến thức tạo điều kiện trang thiết bị, dụng cụ hóa chất để thực tốt đề tài nghiên cứu Sau cùng, xin gửi lời cảm ơn đến ngƣời bạn bên cạnh, chia sẻ kiến thức hỗ trợ, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng năm 2018 Sinh viên Phạm Thị Bích Luyến iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung tảo Spirulina 1.1.1 Nguồn gốc đặc điểm phân loại 1.1.2 Đặc điểm hình thái 1.1.3 Phân bố đặc điểm sinh thái 1.1.4 Cách thức sinh trƣởng, sinh sản 1.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả sinh trƣởng, phát triển tảo Spirulina 1.3 Vai trò ảnh hƣởng nguồn nitơ đến sinh trƣởng, phát triển Spirulina 13 1.4 Các nghiên cứu vi tảo Spirulina 16 1.4.1 Một số nghiên cứu giới 16 1.4.2 Một số nghiên cứu nƣớc 17 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 19 iv 2.2 Nội dung nghiên cứu 19 2.3 Địa điểm thời gian nghiên cứu 19 2.4 Bố trí thí nghiệm 20 2.4.1 Bố trí nghiệm thức phòng thí nghiệm 20 2.4.2 Bố trí nghiệm thức ngồi mơi trƣờng thực nghiệm 21 2.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 20 2.5.1 Phƣơng pháp làm nhân giống Spirulina 23 2.5.2 Phƣơng pháp xác định mật độ 23 2.5.3 Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng sinh khối khô 24 2.5.4 Phƣơng pháp theo dõi thông số pH, ánh sáng, nhiệt độ .24 2.5.5 Phƣơng pháp xử lí số liệu .24 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Sinh trƣởng vi tảo Spirulina 25 3.2 Ảnh hƣởng nguồn amoni đến sinh trƣởng, phát triển suất Spirulina 27 3.3 Ảnh hƣởng nguồn ure đến sinh trƣởng, phát triển suất Spirulina 29 3.4 Ảnh hƣởng nguồn nitrit đến sinh trƣởng, phát triển suất Spirulina 31 3.5 Ảnh hƣởng nguồn nitrat đến sinh trƣởng, phát triển suất Spirulina 33 3.6 Đánh giá ảnh hƣởng nguồn nitơ đến sinh trƣởng, phát triển suất Spirulina để tối ƣu hóa mơi trƣờng ni cấy 35 3.7 Đánh giá khả thích ứng tảo Spirulina môi trƣờng bổ sung ure natri nitrat làm nguồn cung cấp nitơ dƣới điều kiện sinh thái Đà Nẵng 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC v DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Bảng 2.1 K nh Bảng 3.1 Ả độ (O Sp Bảng 3.2 Ả tr lƣ Bảng 3.3 Ả tr lƣ Bảng 3.4 Ả 25 Bảng 3.5 C gi vi DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Số hiệu Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 2.1 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 vii Hình 3.10 Cƣờng độ ánh sáng nhiệt độ theo dõi suốt q trình ni cấy MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, với phát triển khoa học cơng nghệ, nhu cầu chăm sóc sức khỏe ngƣời ngày đƣợc trọng Con ngƣời không ngừng tìm cách đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao chất lƣợng thực phẩm theo hƣớng phát triển bền vững, thân thiện với mơi trƣờng việc tìm kiếm sản phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên, có giá trị dinh dƣỡng giá trị sinh học cao nhằm đáp ứng yêu cầu ngƣời Vừa thức ăn, vừa dƣợc phẩm chữa bệnh, tảo Arthrospira platensis thức đƣợc Cục quản lý Thực phẩm Dƣợc phẩm Hoa Kì (FDA) cơng nhận lựa chọn hàng đầu đƣợc giới công nhận nguồn thực phẩm giá trị [28] Arthrospira platensis đƣợc biết đến với tên gọi Spirulina, loài tảo lam có giá trị dinh dƣỡng cao Các sản phẩm từ tảo có chứa đầy đủ thành phần nhƣ vitamin (B12, beta - caroten, xanthophyll ), chất khoáng, acid béo thiết yếu acid amin (lysine, methyonin, triptophan, ) giúp tăng cƣờng sức khỏe cho ngƣời [39] Các nghiên cứu rằng, tảo Spirulina hàm lƣợng protein đạt khoảng 56-77% trọng lƣợng khơ, cao thịt bò cá (15-25%), đậu tƣơng (35%), bột sữa (35%), đậu phộng (25%), trứng (12%), ngũ cốc (8-14%) [13], [20] Tỉ lệ tiêu hoá hấp thu protein Spirulina cao (85-95%) khơng chứa cellulose thành tế bào [10], [30] Nghiên cứu nhà khoa học rằng, cần cung cấp khoảng 36 g Spirulina hàng ngày đáp ứng đầy đủ 100% nhu cầu acid amin, dinh dƣỡng thiết yếu cho ngƣời trƣởng thành [36] Chính vậy, Spirulina đƣợc chọn nguồn dinh dƣỡng tối ƣu việc phòng chữa chứng bệnh suy dinh dƣỡng trẻ em nhƣ bệnh “kwashiorkor” (gây hệ tiêu hoá trẻ bị tổn thƣơng) hay đƣợc dùng thực phẩm đặc biệt cho ngƣời bị bệnh HIV [30] [40] Tổ chức Y tế giới (WHO/OMS) công nhận tảo Spirulina thực phẩm bảo vệ sức khỏe tốt lồi ngƣời kỉ 21 [34] Chính lợi ích to lớn mà tảo Spirulina đƣợc nuôi nhiều nơi giới để thu sinh khối, tạo sản phẩm mang lại giá trị dinh dƣỡng cao phục vụ cho ngƣời [10] Tuy nhiên, để nuôi Spirulina đạt đƣợc hiệu chất lƣợng cao cần phải quan tâm, xem xét nhiều yếu tố, yếu tố dinh dƣỡng đƣợc xem quan trọng Trong nghiên cứu 25% tổng suất tảo Spirulina liên quan đến môi trƣờng nuôi cấy, chúng đóng vai trò nguồn cung cấp chất dinh dƣỡng cho tồn q trình sinh lý – hóa tế bào tảo, đặc biệt nitơ [19] Nitơ vừa có vai trò cấu trúc, vừa thành phần tham gia vào trình trao đổi chất lƣợng tảo [19] Trong nuôi trồng Spirulina ngƣời ta thƣờng bổ sung thêm nitơ vào môi trƣờng dƣới dạng muối nitrate (NaNO3) Tuy nhiên NaNO3 có giá thành cao làm tăng chi phí đầu tƣ nên ảnh hƣởng đến hiệu kinh tế nuôi tảo Mặt khác theo nhiều nhà khoa học giới Spirulina có khả hấp thụ đa dạng nguồn nitơ khác [24], nghiên cứu thay muối NaNO hợp chất cung cấp nitơ khác vấn đề đƣợc quan tâm Xuất phát từ sở trên, thực đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng nguồn nitơ khác lên sinh trƣởng suất vi tảo Arthrospira platensis” Mục tiêu đề tài - Xác định đƣợc nguồn nitơ thích hợp bổ sung vào môi trƣờng nuôi để tảo Spirulina sinh trƣởng, phát triển cho suất tốt - Xác định đƣợc nồng độ tối ƣu nguồn nitơ cung cấp để tăng tốc độ sinh trƣởng suất tảo Spirulina 45 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu Tiếng Việt Nguyễn Lân Dũng Bùi Việt Hà (2009), Sinh trưởng phát triển vi sinh vật, Viện Vi sinh vật Công nghệ Sinh học, tr 1–9 Trần Thị Lê Trang (2016), “Effect of light intensity on growth, protein and lipid content of Spirulina platensis (Geitler, 1925) culture in seawater”, Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản 2, tr 124–129 Trần Thị Lê Trang Trần Văn Dũng (2013), “Ảnh hƣởng mức photpho khác lên sinh trƣởng, hàm lƣợng protein lipid tảo Spirulina platensis (Geitler, 1925) nuôi nƣớc mặn”, Nghiên cứu trao đổi Trƣờng Đại học Nha Trang, tr 58–63 Trƣơng Văn Lung (2004), Công Nghệ Sinh Học Một Số Loài Tảo Kinh Tế, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, tr 141 Trần Thị Lê Trang (2013), "Ảnh hƣởng mức nitơ khác lên sinh trƣởng, hàm lƣợng protein lipid tảo Spirulina platensis (Geitler, 1925) ni nƣớc mặn”, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Nông nghiệp, Thủy sản Công nghệ Sinh học 26 (2013), tr 180-187 Nguyễn Văn Anh Hoàng Thị Kim Hoa (2015), “Phƣơng pháp phân lập giữ giống tảo Spirulina”, Viện ứng dụng Công nghệ  Tài liệu Tiếng Anh A Vonshak, A Abeliovich, S Boussiba, S Arad, and A Richmond (1982), “Production of Spirulina biomass: Effects of environmental factors and population density,” Biomass 2(3), pp 175– 185 Aiba S and Ogawa T (1977), “Lit: modified from Assessment of growth yield of a blue-green algae”, Culture collection of Cryophilic Algae 102, p 179-182 46 Aji P and Mohamad D (2012), “Drying Spirulina with Foam Mat Drying at Medium Temperature”, Internat J of Sci and Eng 3(2):1-3, pp 1–3 10 Anupama and Ravindra P (2000), "Value-added food: Single cell protein", Biotechnology Advances 18 (6), pp 459-479 11 Azov Y (1976), “Toxicity of Ammonia to Algae in Sewage Oxidation Ponds”, Applied and environmental microbiology 31(6), pp 801–806 12 Azov Y and Goldman J C (1982), “Free Ammonia Inhibition of Algal Photosynthesis in Intensive Culturest”, Applied and Enviromental Microbiology 43(40, pp 735-739 13 Belay A (2002), 27-48, "The Potential Application of Spirulina (Arthrospira) Spirulina as a Nutritional and Therapeutic Supplement in Health", The Journal of the American Nutraceutical Association 5(2), pp 27-48 14 Biosci I J, Saadatmand S and Zamani M (2015), “Investigating the effect of different concentrations of nitrate and phosphate on the quantity of mycosporine like amino acids production and growth in Spirulina platensis”, International Journal of Biosciences 6(5), pp 6369 15 Cruz-Martínez L C, Jesus C K C, Matsudo M C, Danesi E D G, Sato S, and Carvalho J C M (2015), “Growth and composition of Arthrospira (spirulina) platensis in a tubular photobioreactor using ammonium nitrate as the nitrogen source in a fed-batch process,” Brazilian Journal of Chemical Engineering 32(2), pp 347–356 16 Danesi E D G, Rangel-Yagui C D O, De Carcalho J C M and Sato S (2002), “An investigation of effect of replacing nitrate by urea in the growth and production of chlorophyll by Spirulina platensisi”, Biomass 47 and Bioenergy 23(4), pp 261-269 17 Edis K E (2012), "Earth Food Spirulina (Arthrospira): Production and Quality Standarts", Food Additive, Prof Yehia ElSamragy (Ed.), pp.195-202 18 El-Kassas H Y, Heneash A M M and Hussein N R (2015), “Cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensis using confectionary wastes for aquaculture feeding”, J Genet Eng Biotechnol.vol 13(2), pp 145–155 19 Fagiri Y M A F, Salleh A and El-Nagerabi, S A F (2013), “Impact of physico-chemical parameters on the physiological growth of Arthrospira (Spirulina) platensis exogenous strain UTEXLB2340”, African Journal of Biotechnology 12(35), pp 5458–5465 20 Falquet J (2006), "The nutritional aspects of Spirulina", Antenna Technologies, pp.1–25 21 FAO (2008), FAO Fisheries and Aquaculture Circular, FAO 1034, pp 1-25 22 Gershwin M E and Belay A (2008), Spirulina in Human Nutrition and Health, Taylor & Francis 13, pp 1-10 23 Hultberg M, Lind O, Birgersson G and Asp H (2017), “Use of the effluent from biogas production for cultivation of Spirulina,” Bioprocess Biosyst Eng 40(4), pp 625–631 24 Kevin J F and Ian B (1986), "Nitrogen sources for the growth of marine microalgae : role of dissolved free amino acids", Arine ecology - progress series 34(1958), pp 281-304 25 Madkour F F, Kamil A E W and Nasr H S (2012), “Production and nutritive value of Spirulina platensis in reduced cost media”, Egypt J Aquat Res 38(1), pp 51–57 48 26 A M Marrez D A, Naguib M M, Sultan Y Y, Daw Z Y and Higazy (2013), “Impact of Culturing Media on Biomass Production and Pigments Content of Spirulina platensis”, International Journal of Advanced Research 1(10), pp 951–961 27 Matsudo M C et al (2009), “Repeated fed-batch cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensis using urea as nitrogen source”, Biochemical Engineering Journal 43 (2009), pp 52–57 28 Mike A ( 2005), "Superfoods for optimum health: chlorella & Spirulina", pp 41 29 O Mohd S B Y, Mohamed A N, Ahmad I U and Hishamuddin (2017), “Impact of different nitrogen sources on the growth of Arthrospira sp PCC 8005 under batch and continuous cultivation – A biochemi ”, Bioresource Technology November 30 Ngo-Matip M.E et al (2015), "Impact of daily supplementation of Spirulina platensis on the immune system of naïve HIV-1 patients in Cameroon : a 12-months single blind , randomized , multicenter trial", Nutrition Journal 14(70), pp 1-7 31 Nguyet V T, Kim D D and Chuyen N H (2017), “Experimental cultivation of Spirulina platensis using my an mineral water , Thua Thien Hue province”, Vietnam Journal of Science and Technology 55 (5), pp 548-556 32 Paper C et al (2015), “Cultivation of A platensis Based on The Optimum Concentrations of Urea and Triple Super Phosphate , Ammonium S ”, Putrajaya International Convention Centre, Seminar Ekologi Malaysia 2015 33 Parker J and Parker P (2004), Spirulina, Department de Ingenieria, pp 116 49 34 Patrick S, Baert P and Bosteels T (2015), “Manual on the Production and Use of Live Food for Aquaculture”, FAO Fisheries Technical, pp 361 35 Rago L et al (2017), “Influences of dissolved oxygen concentration on biocathodic microbial communities in microbial fuel cells”, Bioelectrochemistry 116, pp 39–51 36 Remy F, Christophe L and Guy D (1997), “Melissa: Nitrogen sources for growh of the cyanobacterium Spirulina”, Institut de Biotechnologie des plantes, pp 909 37 Robert Henrikson (2010), Spirulina World Food, The United States of American, pp 2-175 38 Ruma A.S and Sudhakar K (2017), "Spirulina – From growth to nutritional 39 D product: A review", Trends in Food Science and Santos S, Seno L, Converti A, Sato S, Carlos J and Carvalho M (2011), “Bioresource Technology Influence of ammonium sulphate feeding time on fed-batch Arthrospira ( Spirulina ) platensis cultivation and biomass composition with and without pH control”, Bioresource Technology 102(11), pp 6587–6592 40 Shahmen M et al (2016), “Different Nitrogen Sources Effects on the Growth and Productivity of Spirulina Grown In Outdoor Conditions”, Acta Biologica Malaysiana 5(1), pp 16-26 41 Shi W et al (2016), “Investigation of main factors affecting the growth rate of Spirulina”, Opt – ScienceDirect Optik 127(16), pp 6688–6694 42 Torre P, Sassano C E N, Sato S, Converti A, Gioielli L A and Carvalho J C M (2003), “Fed-batch addition of urea for Spirulina platensis cultivation: Thermodynamics and material and energy 50 balances,” Enzyme Microbiology Technology 33(5), pp 698–707 43 Vonshak A (2002), Physiology, cell - biology and Biotechnology, Taylor & Francis, pp 233 PHỤ LỤC Hình Bảng cơng thức Zarrouk (Aiba, S & Ogawa, T (1977) với bổ sung Schlosser (1994)) [8] a Hình Bố trí thí nghiệm a Trong điều kiện phòng thí nghiệm b Ngồi mơi trƣờng thực nghiệm a Hình Làm nhân giống a Làm giống môi trƣờng thạch b Nhân giống tảo (trong can nhựa 5l) a d Hình Các thiết bị dùng để theo dõi thông số sinh trƣởng, suất a Nhiệt kế đo nhiệt độ môi trƣờng b Máy đo cƣờng độ ánh sáng LX – 101 c Máy đo pH Mettler Toledo S220-K d Máy quang phổ UV-Vis UVD-2950 (Labomed, Inc, Mỹ) e Hệ thống hút chân khơng a c b d Hình Sự thay đổi Spirulina Môi trƣờng nuôi bổ sung NH4Cl: (a) Sau ngày nuôi; (b) Sau 10 ngày nuôi Môi trƣờng nuôi bổ sung NH4NO3: (c) Sau ngày nuôi; (d) Sau 10 ngày nuôi a b Hình Sự thay đổi Spirulina mơi trƣờng bổ sung (NH2)2CO (a) Sau ngày nuôi; (b) Sau 10 ngày ni a b Hình Sự thay đổi Spirulina môi trƣờng bổ sung NaNO2 (a) Sau ngày nuôi; (b) Sau 10 ngày nuôi a b Hình Sự thay đổi Spirulina mơi trƣờng nuôi bổ sung NaNO3 (a) Sau ngày nuôi; (b) Sau 10 ngày ni a b c Hình Sự thay đổi Spirulina nguồn nitơ khác (khi bổ sung với hàm lƣợng 25% (a) Sau ngày nuôi; (b) Sau 10 ngày nuôi; (c) Sau 33 ngày nuôi ... tài Nghiên cứu ảnh hƣởng nguồn nitơ khác lên sinh trƣởng suất vi tảo Arthrospira platensis Mục tiêu đề tài - Xác định đƣợc nguồn nitơ thích hợp bổ sung vào mơi trƣờng nuôi để tảo Spirulina sinh. .. CỨU Nghiên cứu ảnh hƣởng nguồn nitơ khác lên khả sinh trƣởng, phát triển suất tảo Spirulina điều kiện phòng thí nghiệm Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ nitơ lên khả lên khả sinh trƣởng, phát triển suất. .. nhiều nghiên cứu hƣớng ảnh hƣởng nguồn Nitơ khác lên tảo Spirulina Các cơng trình nghiên cứu môi trƣờng dinh dƣỡng tảo đƣợc tiến hành Y Azov J.C Goldman (1981) Mở đầu cho hƣớng nghiên cứu này,