Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng tại 3 mức 3000, 6000 và 9000 lux lên sinh trưởng của Nannochloropsis oculata nuôi trong hệ thống tấm và ống dẫn cho thấy cường độ ánh sáng có ảnh hưởng đến sinh trưởng của quần thể.
VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG LÊN SINH TRƯỞNG VI TẢO Nannochloropsis oculata NUÔI TRONG HỆ THỐNG TẤM VÀ ỐNG DẪN Đặng Tố Vân Cầm1, Trình Trung Phi1, ĐặngThị Nguyên Nhàn1 TÓM TẮT Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ ánh sáng mức 3000, 6000 9000 lux lên sinh trưởng Nannochloropsis oculata nuôi hệ thống ống dẫn cho thấy cường độ ánh sáng có ảnh hưởng đến sinh trưởng quần thể Cường độ ánh sáng cao cho mật độ tế bào cực đại tốc độ tăng trưởng cao Ở hệ thống tấm, mật độ tảo đạt cực đại mức 90,84 83,75 triệu tb.ml-1 (lần lặp lại thứ 2, theo thứ tự) cường độ ánh sáng 3000 lux; đạt cao mức 127,16 116,25 triệu tb.ml-1, 6000 lux; đạt cao mức 290,88 223,31 triệu tb.ml-1, 9000 lux Tương tự, hệ thống ống, mật độ tảo đạt cực đại mức 185,62 222,50 triệu tb.ml-1, 3000 lux; đạt cao mức 362,50 442,50 triệu tb.ml-1, 6000 lux; đạt cao nhất mức 535,50 577,50 triệu tb.ml-1, 9000 lux Tốc độ tăng trưởng trung bình ni hệ thống mức 0,32 0,31.ngày-1, 3000 lux; đạt cao mức 0,34 0,35.ngày-1, 6000 lux; đạt cao mức 0,37 0,38.ngày-1, 9000 lux Tốc độ tăng trưởng trung bình ni hệ thống ống mức 0,25 0,27.ngày-1, 3000 lux; đạt cao mức 0,32 0,33.ngày-1, 6000 lux; đạt cao mức 0,36 0,37.ngày-1, 9000 lux Kết nghiên cứu cho thấy cường độ ánh sáng 9000 lux phù hợp cho việc ni sinh khối lồi N oculata hệ thống ống dẫn Từ khóa: cường độ ánh sáng, hệ thống ống, hệ thống tấm, Nannochloropsis oculata I MỞ ĐẦU Từ nhiều kỷ qua, vi tảo chủ yếu nuôi hệ thống hở, có dung tích lớn, điều kiện ni tùy thuộc vào tự nhiên Hệ thống nuôi hở rẻ tiền, nhiều trở ngại, khơng đảm bảo việc ni riêng biệt lồi ni số lồi có khả chịu điều kiện môi trường (pH, nhiệt độ, độ mặn) khắc nghiệt (Borowitzka, 1999) Để khắc phục nhược điểm phương pháp nuôi truyền thống, phương pháp nuôi tảo hệ thống quang phản ứng sinh học giải pháp tối ưu (Pulz, 2001) Hệ thống thiết kế tối ưu hóa cho lồi vi tảo dựa theo đặc điểm sinh lý tăng trưởng loài (Richmond Cheng-Wu, 2001) Hai yếu tố môi trường quan trọng cần phải xem xét trước tiên nhiệt độ ánh sáng (Richmond, 1990), chế độ chiếu sáng truyền nhiệt (Molina ctv., 2001) Bởi nhiệt độ ánh sáng hai yếu tố định suất ni sinh khối vi tảo (Carvalho Malcata, 2003), ngồi cịn có thêm yếu tố nồng độ chất dinh dưỡng (Ugoala ctv., 2012) Vi tảo có khả quang hợp cường độ ánh sáng (CĐAS) khác nhau, điều kiện cường độ cực thấp, vi tảo có chế thích nghi LL (low light) hay cường độ cực cao, chế thích nghi HL (high light) (Grobbelaar ctv., 1995) Vi tảo với chế HL có đặc tính tốc độ quang hợp cao, hiệu quang hợp thấp, hàm lượng chlorophyll/sinh khối thấp, hàm lượng carotenoid cao hơn, giá trị Ik cao; vi tảo với chế LL có đặc tính ngược lại Dướnh, CĐAS định tốc độ quang hợp mật độ cực đại hay suất thu hoạch, Ugoala ctv., (2012) khẳng định có mối tương quan thuận CĐAS suất tảo thu hoạch Tuy nhiên, CĐAS cao làm ức chế trình quang hợp, ức chế hệ thống quang II 54 máy quang hợp (Jensen Knutsen, 1993) CĐAS cao nghiên cứu 9.000 lux chưa vượt mức gây ức chế quang hợp vi tảo, theo Escobal (1993) 10.000 lux Ở mức CĐAS khác nhau, nghiên cứu áp dụng thời gian chiếu sáng liên tục, phù hợp cho tăng trưởng N ocualta chế độ chiếu sáng mà Sen ctv., (2005) tìm thấy Trong nghiên cứu N oculata đạt mật độ cực đại 290,88 triệu tb.ml-1, nuôi hệ thống (120cm x 60cm x 10cm) CĐAS 9000 lux nhân tạo, cao kết Gitelson ctv., (2000) nuôi N oculata hệ thống (90cm x 70cm x 20cm) điều kiện ánh sáng tự nhiên, đạt 200 triệu tb.ml-1 Cũng Israel, hệ thống (90cm x 60cm x 10cm) chí hệ thống có quy mơ lớn (110cm x 200cm x 10cm) tác giả Richmond Cheng-Wu ( 2001) ChengWu ctv., (2001) đạt mật độ cao 500-600 triệu tb.ml-1 nuôi điều kiện ánh sáng nhân tạo, nhiệt độ 26-27ºC Mật độ cực đại hệ thống nghiên cứu nuôi điều kiện không bổ sung CO2, nhiệt độ nước nuôi 28±0,5ºC, nguyên nhân đạt mật độ cực đại thấp so với kết đạt hai tác giả nuôi điều kiện có bổ sung CO2, nhiệt độ nước ni gần mức tối ưu Theo Abu-Rezq ctv., (1999) nhiệt độ tối ưu cho N oculata khoảng 19-25ºC Cho đến hệ thống đạt mật độ cao tác giả Zou ctv., (2000), đường dẫn ánh sáng hẹp 1-2cm, CĐAS cao 1.000-3.000 µmol photons.m-2.giây-1, (tương đương khoảng 77.000-230.000 lux từ ánh sáng trắng đèn huỳnh quang, µmol photon = 0,013 lux) dùng để ni N oculata ly trích EPA, đạt 1.200-1.400 triệu tb.ml-1 Các tác giả Zou Richmond (1999), Richmond Cheng-Wu (2001) kết luận Nannochloropsis sp nuôi hệ thống đường dẫn ánh sáng 10cm, cường độ 1.8002.100 µmol photons.m-2.s-1 tối ưu Trong hệ thống ống dẫn, N oculata đạt mật độ cực đại 577,50 triệu tb.ml-1, CĐAS TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - - THÁNG 6/2014 VIỆN NGHIÊN CỨU NI TRỒNG THỦY SẢN 9000 lux nhân tạo, mật độ so sánh với tác giả khác Cao nhiều so với mật độ 350 triệu tb.ml-1 hệ thống ống qui mơ pilot (196 lít, đường kính 10cm) Briassoulis ctv., (2010) ni Hy Lạp điều kiện nhiệt độ cao, ánh sáng tự nhiên kết hợp nhân tạo Hệ thống ống Zittelli ctv (1999) nuôi ánh sáng nhân tạo CĐAS 100 µmol photons.m-2.s-1 (tương đương 7.700 lux) cho mật độ cao hơn, suất trung bình 0,84±0,16 g/l/day, đường kính ống Acrylic hẹp, 43 mm so với 60 mm nghiên cứu Trường hợp nuôi N oculata hệ thống ống CĐAS cao 300 µmol photons.m-2.s-1 (khoảng 23.000 lux), nhiệt độ tối ưu (25ºC), đạt mật độ cao 1.000 triệu tb.ml-1 (Lubian ctv., 2000) TĐTT N oculata hai hệ thống, dù mức CĐAS theo xu hướng chung giảm dần theo thời gian nuôi, gần đạt cực đại TĐTT chậm lại; quần thể nuôi CĐAS cao cho TĐTT cao Bởi TĐTT sinh vật quang tự dưỡng định hàm lượng ánh sáng mà tế bào nhận cho trình quang hợp kéo theo hàm lượng Carbon cố định (Tzovenis ctv., 2003) V KẾT LUẬN CĐAS có ảnh hưởng đến sinh trưởng quần thể N oculata nuôi hệ thống ống theo qui luật CĐAS cao (trong mức thí nghiệm) cho mật độ hàng ngày, khả đạt cực đại TĐTT cao Trong mức CĐAS nghiên cứu, mức 9.000 lux phù hợp cho việc ni sinh khối lồi N oculata hệ thống ống Ở hệ thống tấm, CĐAS 9.000 lux, quần thể đạt cực đại mức 290,88 223,31 triệu tb.ml-1, TĐTT trung bình 0,37 0,38.ngày-1 lần lặp lại thứ 2, theo thứ tự Ở hệ thống ống, CĐAS 9.000 lux, quần thể đạt cực đại mức 535,50 577,50 triệu tb.ml-1,TĐTT trung bình 0,36 0,37.ngày-1, lần lặp lại thứ 2, theo thứ tự LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu thực từ kinh phí đề tài “Nghiên cứu công nghệ nuôi, thu sinh khối vi tảo I galbana, N oculata phục vụ sản xuất giống hải sản”, thuộc chương trình Cơng nghệ sinh học Nơng nghiệp, Thủy sản Bộ NN & PTNT Tác giả chân thành cảm ơn bạn cộng tác viên, Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu thành công TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Đặng Tố Vân Cầm, Trình Trung Phi, Diệu Phạm Hồng Vy, Lê Thanh Hn, Đặng Thị Nguyên Nhàn, Trần Thị Tuyết Lan, 2013 Thiết kế vận hành hệ thống kín quang phản ứng sinh học để nuôi thâm canh vi tảo biển Tạp chí Nghề cá sơng Cửu Long, số 1, 73-84 Đặng Thị Nguyên Nhàn, Trình Trung Phi, Đặng Tố Vân Cầm, 2013 Ảnh hưởng tốc độ dòng chày lên sinh trưởng vi tảo biển (Nannochloropsis oculata & Isochrysis galbana) nuôi hệ thống ống Tuyển tập Hội nghị Khoa học trẻ ngành Thủy sản toàn quốc lần thứ IV, 143-151pp Tài liệu tiếng Anh Abu-Rezq, T.S., Al-Musallam, L., Al-Shimmari, J., Dias, P., 1999 Optimum production conditions for different high-quality marine algae Hydrobiologia 403, 97-107pp Aiba, S., 1982 Growth kinetics of photosynthetic microorganisms Adv Biochem Eng 23, 85156pp Borowitzka, M.A., 1999 Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tubes and fermenters J Biotechnol 70 (1), 313-321pp Briassoulis, D., Panagakis, P., Chionidis, M., Tzenos, D., Lalos, A., Tsinos, C., Berberidis, K., Jacobsen, A., 2010 An experimental helical-tubular photobioreactor for continuous production of Nannochloropsis sp Bioresour Technol 101, 6768-6777 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - - THÁNG 6/2014 55 VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Carvalho, A.P., Malcata, F.X., 2003 Kinetic modeling of the autotrophic growth of Pavlova lutheri: Study of the combined influence of light and temperature Biotechnol Prog 19, 1128-1135 Cheng-Wu, Z., Zmora, O., Kopel, R., Richmond A., 2001 An industrial-size flat plate glass reactor for mass production of Nannochloropis sp (Eustigmatophyceae) Aquaculture 195, 35-49pp Escobal, P., 1993 Inside ultraviolet sterilizers Aquarium Fish Magazine, January 1993, 52-63pp FAO, 1996 Manual on the Production and Use of Live Food for Aquaculture FAO Fisheries Technical Paper No 361 Rome Gitelson, A.A., Grits, Y.A., Etzion, D., Ning, Z., Richmond, A., 2000 Optical properties of Nannochloropsis sp and their application to remote estimation of cell mass Biotechnol Bioeng 69(5), 516-525pp Grobbelaar, J.U., Kurano, N., 2003 Use of photoacclimation in the design of a novel photobioreactor to achieve high yields in algal mass cultivation J Appl Phycol 15, 121-126pp Grobbelaar, J.U., Nedbal, L., Tichy, L., Setlik, I., 1995 Variations in some photosynthetic characteristics of microalga cultured in outdoor thin-layered sloping reactors J Appl Phycol 7, 243-260pp Hoff, F.H., Snell, T.W., 2008 Plankton Culture Manual Florida Aquafarm, Inc., Dade City, Florida 186pp Jensen, S., Knutsen, G., 1993 Influence of light and temperature on photoinhibition of photosynthesis in Spirulina platensis J Appl Phycol 5, 495-504pp Lubian, L.M., Montero, O., Moreno-Garrido, I., Emma Huertas, I., Sobrino, C., 2000 Nannochloropsis (Eustigmatophyceae) as source of commercially valuable Pigments J Appl Phycol 12, 249-255pp Richmond, A., 1990 Large scale microalgal culture and applications, in: F.E Round, D.J chapman (Eds.), Prog Phycol Res 7, Biopress Ltd., Bristol Richmond, A., Cheng-Wu, Z., 2001 Optimization of a flat plate glass reactor for mass production of Nannochloropsis sp outdoors J Biotechnol 85, 259 – 269pp Sen, B., Kocer, M.A.T., Alp, M.T., Erbas, H., 2005 Studies on Growth of Marine Microalgae in Batch culture: III Nannochloropsis oculata (Eutigmatophyta) Asian J Plany Sci 4(6), 642644pp Tzovenis, I., De Pauw, N., Sorgeloos, P., 2003 Optimisation of T-ISO biomass production rich in essential fatty acids II Effect of different light regimes on the production of fatty acids Aquaculture 216, 223-242pp Ugoala, Emeka, Ndukwe, G.I., Mustapha, K.B., Ayo, R.I., 2012 Constraints to large scale algae biomass production and utilization J Algal Biomass Utln (2), 14-32pp Zittelli, G.C., Lavista, F., Bastianini, A., Rodolfi, L., Vincenzini, M., Tredici, M.R., 1999 Production of eicosapentaenoic acid by Nannochloropsis sp cultures in outdoor tubular photobioreactors J Biotech 70, 299-312pp Zou, N., Richmond, A., 1999 Effect of light-path length in outdoor flat plate reactors on output rate of cell mass and of EPA in Nannochloropsis sp J Biotechnol 70, 351-356pp Zou N., Zhang, C.W., Cohen Z., Richmond A., 2000 Production of cell mass and eicosapentaenoic acid (EPA) in ultrahigh cell density cultures of Nannochloropsis sp (Eustigmatophyceae) Eur J Phycol 35, 127pp Molina, E., Fernandez, J., Acien, F.G., Chisti, Y., 2001 Tubular photobioreactors design for algal cultures J Biotechnol 92, 113-131pp Pulz, O., 2001 Photobioreactors: production systems for phototrophic microorganisms J Appl Microbiol Biotechnol 57, 287-293pp 56 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - - THÁNG 6/2014 VIỆN NGHIÊN CỨU NI TRỒNG THỦY SẢN EFFECT OF LIGHT INTENSITY ON THE GROWTH OF Nannochloropsis oculata CULTURED IN PLAT PLATE GLASS & TUBULAR PHOTOBIOREACTOR Dang To Van Cam1, Trinh Trung Phi1, DangThi Nguyen Nhan1 ABSTRACT Study on the effect of light intensity at 3,000; 6,000 and 9,000 lux on the growth of Nannochloropsis oculata cultured in flat plate glass and tubular photobioreactor showed that light intensity had a distinct effect General trend is the higher light intensity, the higher daily density, maximal density and specific growth rate In flat plate glass reactor, populations were only able to reach maximal density at 90.84 and 83.75 million cell ml-1 (in the first and second repeated, respectively) at 3,000 lux; higher at 127.16 and 116.25 million cell.ml-1, at 6,000 lux; highest at 290.88 and 223.31 million cell.ml-1, at 9,000 lux Similarly, in tubular photobioreactor, populations were only able to reach maximal density at 185.62 and 222.50 million cell.ml-1, at 3,000 lux; higher at 362.50 and 442.50 million cell.ml-1, at 6,000 lux; highest at 535.50 and 577.50 cell.ml-1, at 9,000 lux The average specific growth rate cultured in flat plate glass reactor were only at 0.32 and 0.31.day-1, at 3,000 lux; higher at 0.34 and 0.35.day-1, at 6,000 lux; highest at 0.37 and 0.38.ngày-1, at 9,000 lux The average specific growth rate cultured in tubular photobioreactor were 0.25 and 0.27.day-1, at 3,000 lux; higher at 0.32 and 0.33.day-1, at 6,000 lux; highest at 0.36 and 0.37.ngày-1, at 9,000 lux The obtained results show that light intensity at 9,000 lux is the best for culturing N oculata in both flat plate glass reactor and tubular photobioractor Keywords: flat plate glass reactor, light intensity, Nannochloropsis oculata, tubular photobioreator Người phản biện: ThS Võ Minh Sơn Ngày nhận bài: 10/02/2014 Ngày thông qua phản biện: 28/02/2014 Ngày duyệt đăng: 30/3/2014 National Breeding Center for Southern Marine Aquaculture, Research Institute for Aquaculture No.2 Email: camdtv.ria2@mard.gov.vn TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - - THÁNG 6/2014 57 ... CĐAS cao (trong mức thí nghiệm) cho mật độ hàng ngày, khả đạt cực đại TĐTT cao Trong mức CĐAS nghiên cứu, mức 9.000 lux phù hợp cho vi? ??c ni sinh khối lồi N oculata hệ thống ống Ở hệ thống tấm, CĐAS... lượng ánh sáng mà tế bào nhận cho trình quang hợp kéo theo hàm lượng Carbon cố định (Tzovenis ctv., 2003) V KẾT LUẬN CĐAS có ảnh hưởng đến sinh trưởng quần thể N oculata nuôi hệ thống ống theo... (2010) nuôi Hy Lạp điều kiện nhiệt độ cao, ánh sáng tự nhiên kết hợp nhân tạo Hệ thống ống Zittelli ctv (1999) nuôi ánh sáng nhân tạo CĐAS 100 µmol photons.m-2.s-1 (tương đương 7.700 lux) cho mật độ