Tối ưu điều kiện nuôi loài vi tảo lục haematococcus pluvialis trong hệ thống photobioreactor kín ở quy mô dung tích 20l

Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT -*** NGUYỄN THỊ THU THỦY TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN NI LỒI VI TẢO LỤC HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS TRONG HỆ THỐNG PHOTOBIOREACTOR KÍN Ở QUY MƠ DUNG TÍCH 20L LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Hà Nội, 2012 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật iv 1Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT -*** NGUYỄN THỊ THU THỦY TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN NI LỒI VI TẢO LỤC HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS TRONG HỆ THỐNG PHOTOBIOREACTOR KÍN Ở QUY MƠ DUNG TÍCH 20L Chun ngành: Khoa học sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Đặng Diễm Hồng Hà Nội, 2012 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật v 2Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 LỜI CẢM ƠN Luận văn tiến hành hỗ trợ đề tài: “Nghiên cứu công nghệ nuôi trồng vi tảo Haematococcus pluvialis công nghệ chiết xuất astaxanthin” ThS Ngơ Thị Hồi Thu, phịng Cơng nghệ Tảo, Viện Cơng nghệ sinh học làm chủ nhiệm Đề tài cấp Nhà nước thuộc Chương trình Đề án phát triển Công nghệ sinh học nuôi trồng thủy sản Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn quản lý 2010-2012 Trước hết, xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Đặng Diễm Hồng, trưởng phịng Cơng nghệ Tảo, Viện Cơng nghệ sinh học hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện dạy bảo tận tình cho tơi suốt thời gian học tập hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học, Ban lãnh đạo Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật, Ban giám hiệu Trường Đại học Thái Nguyên, thầy cô giáo tham gia giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ cho suốt q trình cơng tác, học tập nghiên cứu Bên cạnh đó, tơi nhận ủng hộ nhiệt tình ý kiến đóng góp anh chị, bạn đồng nghiệp phịng Cơng nghệ Tảo Nhân dịp này, xin chân thành cảm ơn giúp đỡ q báu Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Bộ Nông nghiệp Phát triển Nơng thơn cấp kinh phí cho đề tài “Nghiên cứu công nghệ nuôi trồng vi tảo Haematococcus pluvialis công nghệ chiết xuất astaxanthin” ThS Ngô Thị Hồi Thu làm chủ nhiệm hỗ trợ cho tơi q trình thực luận văn Tơi xin cảm ơn chủ nhiệm đề tài thành viên tham gia tạo điều kiện giúp trình thu thập số liệu Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người thân bên cạnh chia sẻ, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quý thầy bạn để tơi hồn thành luận văn tốt Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật i 3Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật ii 4Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Viết đầy đủ ASC Ánh sáng cao AST Astaxanthin Chl a Chlorophyll a cs Cộng Ib NA Nanno Aqua OD Optical Density, mật độ quang RM Rudic’s medium SK Sinh khối đơn vị Pound, Ib ≈ 0.45359237 kg Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật iii 5Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng Các thành phần vi tảo lục H pluvialis Bảng Sinh trưởng tảo H pluvialis hệ thống kín hệ thống hở 43 Bảng Hàm lượng Astaxanthin (Ast), Chlorophyll a (Chl a), tỷ lệ Ast/Chla, sinh khối tươi (SKT), sinh khối khô (SK khô), protein lipid tảo H pluvialis nuôi hệ thống kín 20L 57 Bảng Sinh trưởng tảo H pluvalis hệ thống kín 20L 64 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật iv 6Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình Vịng đời vi tảo H pluvialis Hình Một số mơ hình hệ thống kín ni trồng tảo 22 Hình Sự phân bố ánh sáng lòng ống 28 Hình Đồ thị biểu diễn mối tương quan mật độ tế bào giá trị OD680 44 Hình Sự thay đổi mật độ tế bào H pluvialis hệ thống kín hở 45 Hình Hiện tượng tảo bị bám thành ống hệ thống kín sau 24 45 Hình Tình trạng tảo H pluvialis hệ thống kín có tốc độ sục khí bề mặt khác sau ngày vận hành 46 Hình Sinh trưởng H pluvialis hệ thống kín 20L với tốc độ sục khí bề mặt 45 cm/s sau ngày nuôi 47 Hình Sinh trưởng tảo H pluvialis hệ thống kín có bổ sung mơi trường khác với mật độ ban đầu 0,10 – 0,15 x 106 tế bào/mL 48 Hình 10 Sinh trưởng H pluvialis hệ thống kín 20L điều kiện bổ sung mơi trường chế phẩm NA với mật độ tế bào ban đầu 0,30 x 106 tế bào/mL 49 Hình 11 Dịch ni tảo H pluvialis hệ thống kín 20L ngày khác 50 Hình 12 Sinh trưởng H pluvialis hệ thống kín sau 10 ngày ni với mơi trường 10RM-4X với mật độ ban đầu 0,5 x 106 tế bào/mL 51 Hình 13 Đồ thị tối ưu sinh trưởng vi tảo H pluvialis hệ thống kín 20L 52 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật v 7Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 Hình 14 Tốc độ sinh trưởng đặc trưng (µ) H pluvialis hệ thống kín 20L hai điều kiện nhiệt độ 27-29 33-350C 54 Hình 15 Sinh trưởng tảo H pluvialis sau 16 ngày nuôi hệ thống kín 20L 56 Hình 16 Hàm lượng Astaxanthin (Ast), Chlorophyll a (Chl a), tỷ lệ Ast/Chl a protein tảo H pluvialis nuôi hệ thống kín 20L 58 Hình 17 Hình thái tế bào H pluvialis hệ thống kín 20L chụp kính hiển vi quang học kính hiển vi huỳnh quang sau nhuộm Nile Red 60 Hình 18 Sinh trưởng tảo H pluvialis hệ thống kín 20L với chế độ chiếu sáng ASC + UV quang chu kỳ sáng: tối 16:8 62 Hình 19 Ảnh hưởng điều kiện chiếu sáng, mật độ ban đầu chế độ bổ sung môi trường lên sinh trưởng H pluvialis hệ thống kín 20L 63 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật vi 8Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đặc điểm sinh học tình hình nghiên cứu, ni trồng lồi vi tảo lục Haematococcus pluvialis 1.1.1 Lịch sử nghiên cứu, đặc điểm phân loại, hình thái phân bố loài vi tảo H pluvialis 1.1.2 Thành phần dinh dưỡng giá trị sử dụng 1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển vi tảo H pluvialis 11 1.1.4 Tình hình ni trồng lồi vi tảo H pluvialis giới Việt Nam 16 1.2 Hệ thống kín 19 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống kín ni trồng vi tảo 19 1.2.2 Các hệ thống photobioreactor nuôi trồng vi tảo, ưu nhược điểm 19 1.2.3 Các thơng số đánh giá hệ thống kín 23 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng (nhiệt độ, ánh sáng, nồng độ oxy hịa tan, chế độ sục khí…) 24 1.2.5 Triển vọng ứng dụng hệ thống kín ni trồng vi tảo 32 CHƯƠNG 34 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Vật liệu, địa điểm, thời gian nghiên cứu 34 2.2 Chuẩn bị giống ban đầu cho ni hệ thống kín 34 2.3 Tối ưu điều kiện nuôi trồng H pluvialis hệ thống kín 20 lít 35 2.3.1 Đánh giá sinh trưởng tảo H pluvialis hệ thống kín 20 lít 35 2.3.2 Ảnh hưởng tốc độ sục khí bề mặt lên tính bám tảo H pluvialis 35 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật vii 9Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Sinh học Nguyễn Thị Thu Thủy-CHK14 2.3.3 Ảnh hưởng mật độ ban đầu chế độ bổ sung môi trường lên sinh trưởng trạng thái tế bào H pluvialis hệ thống kín 20 lít 35 2.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ lên sinh trưởng tảo H pluvialis 36 2.3.5 Ảnh hưởng chế độ chiếu sáng lên sinh trưởng lồi vi tảo H pluvialis hệ thống kín 20 lít 37 2.4 Phương pháp nghiên cứu 37 2.4.1 Phương pháp xác định sinh trưởng tảo 37 2.4.2 Tách chiết lipid 38 2.4.3 Phương pháp nhuộm lipid Nile Red (Doan Obbard, 2011) 39 2.4.5 Phương pháp xác định hàm lượng protein nội bào 40 2.4.6 Phương pháp xác định tốc độ sục khí bề mặt 41 2.4.7 Phương pháp xử lý số liệu 41 CHƯƠNG 43 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Đánh giá sinh trưởng tảo H pluvialis hệ thống kín 20 lít 43 3.2 Tối ưu điều kiện nuôi trồng H pluvialis hệ thống kín 20 lít 45 3.2.1 Ảnh hưởng tốc độ sục khí bề mặt lên tính bám H pluvialis 45 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ lên sinh trưởng tảo H pluvialis 53 3.2.4 Ảnh hưởng chế độ chiếu sáng lên sinh trưởng H pluvialis hệ thống kín 20 lít 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 KẾT LUẬN 66 KIẾN NGHỊ 66 DANH SÁCH CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật viii 10Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... sinh trưởng H pluvialis hệ thống kín 20 lít Các thơng số đánh giá sinh trưởng vi tảo lục H pluvialis hệ thống kín 20 lít sau ngày ni trồng bảng Bảng Sinh trưởng tảo H pluvialis hệ thống kín 20... trưởng tảo H pluvialis hệ thống kín 20 lít 43 3.2 Tối ưu điều kiện nuôi trồng H pluvialis hệ thống kín 20 lít 45 3.2.1 Ảnh hưởng tốc độ sục khí bề mặt lên tính bám H pluvialis 45 3.2.3 Ảnh hưởng... đầu cho ni hệ thống kín 34 2.3 Tối ưu điều kiện nuôi trồng H pluvialis hệ thống kín 20 lít 35 2.3.1 Đánh giá sinh trưởng tảo H pluvialis hệ thống kín 20 lít 35 2.3.2 Ảnh hưởng tốc độ sục