Phần 4 Kết quả và thảo luận
4.2. Kết quả lựa chọn tảo giống
Việc chọn chủng tảo để ni sinh khối có tầm quan trọng đặc biệt và trước tiên phải dựa trên năng suất tối đa, chất lượng sinh khối tốt. Sinh trưởng của tảo
Spirulina platensis thí nghiệm (các chủng SP2, SP4, SP8, T38, T48) ở các cơng
thức thí nghiệm được đánh giá thơng qua đo mật độ tế bào tại bước sóng 445nm trên máy quang phổ.
Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của các chủng tảo Spirulina platensis tham gia thí nghiệm được trình bày trong bảng 4.2 như sau:
Bảng 4.2. Tốc độ sinh trưởng của các chủng tảo giống ni trong phịng thí nghiệm
Chủng tảo
Thời gian đo (ngày)
0 3 6 9 12 15 18 21 SP2 ĐC 0.410 0.427 0.476 0.627 0.734 0.918 1.194 1.660 TN 0.495 0.500 0.551 0.595 0.721 0.890 1.109 1.584 SP4 ĐC 0.374 0.385 0.462 0.600 0.706 0.948 1.213 1.682 TN 0.491 0.476 0.520 0.591 0.706 0.846 1.081 1.502 SP8 ĐC 0.413 0.439 0.500 0.608 0.752 0.958 1.241 1.682 TN 0.457 0.496 0.549 0.629 0.772 1.016 1.273 1.687 T38 ĐC 0.423 0.427 0.461 0.583 0.702 0.878 1.139 1.581 TN 0.471 0.481 0.503 0.580 0.657 0.853 1.059 1.461 T48 ĐC 0.412 0.414 0.422 0.590 0.655 0.830 1.107 1.534 TN 0.500 0.533 0.530 0.639 0.761 0.910 1.099 1.478
Tốc độ sinh trưởng của mẫu được trình bày ở hình 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7.
Hình 4.1. Biểu đồ tốc độ sinh trưởng của chủng tảo SP2 TN và SP2 ĐC Từ hình 4.1 ta thấy tốc độ sinh trưởng của chủng tảo SP2 tăng theo thời Từ hình 4.1 ta thấy tốc độ sinh trưởng của chủng tảo SP2 tăng theo thời gian và có sự khác biệt rõ rệt giữa mẫu thí nghiệm và đối chứng (hình 4.1.). Mật độ chủng tảo SP2 đối chứng (SP2 ĐC) tăng từ 0.41 tới 1.66, như vậy sau 20 ngày tăng được 4.05 lần. Mật độ chủng tảo SP2 thí nghiệm (SP2 TN) tăng từ 0.495 tới 1.5835, như vậy sau 20 ngày thí nghiệm tăng được 3.2 lần, tăng chậm hơn so với chủng SP2 ĐC. Trong 6 ngày đầu thí nghiệm, tốc độ sinh trưởng của chủng tảo SP2 TN phát triển tốt hơn SP2 đối chứng, từ ngày thứ 6 trở đi chủng tảo SP2 TN phát triển thấp hơn SP2 đối chứng. Như vậy so với đối chứng tốc độ sinh trưởng chủng tảo SP2 TN thấp hơn 0.99 lần.
Tốc độ sinh trưởng của chủng SP4 sau 21 ngày có sự khác biệt rõ (Hình 4.2.). Chủng SP4 đối chứng và SP4 thí nghiệm đều tăng trưởng mạnh nhất ở ngày thứ 21. Chủng SP4 đối chứng tăng từ 0.374 tới 1.682, như vậy sau 21 ngày thí nghiệm tăng 4.5 lần. Chủng tảo SP4 thí nghiệm tăng từ 0.491 tới 1.502, tăng 3.06 lần so với ngày đầu tiên đặt thí nghiệm, tăng ít hơn chủng SP4 ĐC.
Sau 9 ngày thí nghiệm đầu, chủng tảo SP4 thí nghiệm tăng trưởng nhanh hơn chủng SP4 đối chứng, từ ngày thứ 10 đến ngày 21, chủng tảo SP4 thí nghiệm phát triển chậm hơn chủng SP4 đối chứng. Như vậy so với mẫu đối chứng, tốc độ sinh trưởng chủng tảo SP4 thí nghiệm giảm 0.975 lần.
Hình 4.3. Biểu đồ tốc độ sinh trưởng của chủng tảo SP8 TN và SP8 ĐC Từ hình 4.3 ta thấy sau 21 ngày thí nghiệm chủng tảo SP8 tăng trưởng đều Từ hình 4.3 ta thấy sau 21 ngày thí nghiệm chủng tảo SP8 tăng trưởng đều theo thời gian. Chủng SP8 đối chứng và SP8 thí nghiệm đều tăng trưởng mạnh nhất ở ngày thứ 21. Chủng SP8 đối chứng tăng từ 0.413 tới 1.682, như vậy sau 21 ngày thí nghiệm tăng 4.07 lần. Chủng tảo SP8 thí nghiệm tăng từ 0.4565 tới 1.6865, tăng 3.69 lần so với ngày đầu tiên đặt thí nghiệm.
Như vậy, sau 21 ngày thí nghiệm đầu, chủng tảo SP8 thí nghiệm đều tăng trưởng nhanh hơn chủng SP8 đối chứng. Như vậy so với mẫu đối chứng, tốc độ sinh trưởng chủng tảo SP4 thí nghiệm tăng 1.04 lần.
Hình 4.4. Biểu đồ tốc độ sinh trưởng của chủng tảo T38 TN và T38 ĐC Từ hình 4.4 ta thấy tốc độ sinh trưởng của chủng tảo T38 tăng theo thời Từ hình 4.4 ta thấy tốc độ sinh trưởng của chủng tảo T38 tăng theo thời gian và có sự khác biệt rõ rệt giữa mẫu thí nghiệm và đối chứng. Chủng tảo T38 ĐC tăng từ 0.423 tới 1.581, như vậy sau 21 ngày tăng được 3.74 lần. Chủng tảo T38 thí nghiệm tăng từ 0.471 tới 1.4605, như vậy sau 21 ngày thí nghiệm tăng được 3.1 lần.
Ta thấy trong 7 ngày đầu thí nghiệm, tốc độ sinh trưởng của chủng tảo T38 thí nghiệm phát triển tốt hơn T38 đối chứng, từ ngày thứ 8 trở đi chủng tảo T38 thí nghiệm phát triển thấp hơn T38 đối chứng. Như vậy so với đối chứng chủng tảo T38 thí nghiệm thấp hơn 0.92 lần.
Từ hình 4.5 ta thấy tốc độ sinh trưởng của chủng T48 sau 21 ngày có sự khác biệt rõ. Chủng T48 đối chứng và T48 thí nghiệm đều tăng trưởng mạnh nhất ở ngày thứ 21. Chủng T48 đối chứng tăng từ 0.412 tới 1.534, như vậy sau 21 ngày thí nghiệm tăng 3.72 lần. Chủng tảo T48 thí nghiệm tăng từ 0.5 tới 1.478, tăng 2.96 lần so với ngày đầu tiên đặt thí nghiệm.
Sau 10 ngày thí nghiệm đầu, chủng tảo T48 thí nghiệm tăng trưởng nhanh hơn chủng T48 đối chứng, từ ngày thứ 11 đến ngày 21, chủng tảo T48 thí nghiệm phát triển chậm hơn chủng T48 đối chứng. Như vậy so với mẫu đối chứng, tốc độ sinh trưởng chủng tảo T48 thí nghiệm giảm 0.96 lần.
Hình 4.6. Biểu đồ tốc độ sinh trưởng của các chủng tảo nuôi ở cơng thức đối chứng trong phịng thí nghiệm
Từ đồ thị 4.6 ta thấy sau 21 ngày thí nghiệm chủng tảo SP2 tăng được 4.05 lần; chủng SP4 tăng được 4.5 lần; chủng SP8 tăng được 4.07 lần; chủng T38 tăng được 3.74 lần; chủng T48 tăng được 3.72 lần so với ngày đầu thí nghiệm.
Qua bảng 4.2 và hình 4.6, chủng T48 là chủng phát triển chậm nhất sau 21 ngày thí nghiệm. Chủng SP4 là chủng sinh trưởng tốt nhất qua 21 ngày thí nghiệm. Chủng sinh trưởng thứ 2 là chủng SP8, sinh trưởng đều, mật độ quang tăng mạnh sau 21 ngày.
Hình 4.7. Biểu đồ tốc độ sinh trưởng của các chủng tảo ni ở cơng thức thí nghiệm trong phịng thí nghiệm
Từ đồ thị 4.7 ta thấy sau 21 ngày thí nghiệm chủng tảo SP2 tăng được 3.2 lần; chủng SP4 tăng được 3.06 lần; chủng SP8 tăng được 3.69 lần; chủng T38 tăng được 3.1 lần; chủng T48 tăng được 2.96 lần so với ngày đầu thí nghiệm.
Qua bảng 4.2 và hình 4.7, chủng T38 là chủng phát triển chậm nhất sau 21 ngày thí nghiệm. Chủng SP8 là chủng sinh trưởng tốt nhất qua 21 ngày thí nghiệm, sinh trưởng tăng mạnh và trội hơn so với các chủng còn lại. Chủng sinh trưởng thứ 2 là chủng SP2, sinh trưởng đều, mật độ quang tăng mạnh sau 21 ngày. Như vậy, chủng SP8 là chủng phát triển tốt nhất trong môi trường nuôi bổ sung nước khống nên được sử dụng để ni thử nghiệm tại khu nuôi thu sinh khối ở Mỹ An, Thừa Thiên Huế.
4.3. TỐC ĐỘ TĂNG TRƯỞNG CỦA TẢO THÍ NGHIỆM TRONG Q TRÌNH NI THU SINH KHỐI TẠI MỸ AN, THỪA THIÊN HUẾ
Tốc độ sinh trưởng của tảo Spirulina được xác định bằng phương pháp đo mật độ quang OD bằng máy quang phổ UV-2450 Shimatzu (Nhật Bản) ở bước sóng 445nm (OD445nm). Kết quả thu được như sau:
Bảng 4.3. Tốc độ tăng trưởng của tảo Spirulina trong quá trình ni thu sinh khối ngoài trời tại Mỹ An, Thừa Thiên Huế
Lần thu Ngày nuôi OD Tốc độ tăng trưởng trong
từng giai đoạn (%/ngày)
0 1 0.353 0 1 13 1.281 9.91 2 22 1.386 11.33 3 31 1.269 10.35 4 40 1.238 10.07 5 49 1.404 11.47 6 58 1.444 11.78
Hình 4.8. Biểu đồ tốc độ sinh trưởng của tảo trong quá trình ni thu sinh khối ngồi trời
Phân tích, so sánh kết quả tại bảng 4.3 và hình 4.8 cho thấy, tốc độ sinh trưởng của tảo ở lần nuôi thu sinh khối đầu tiên là chậm nhất, mật độ tế bào tăng dần từ 0.353 lên 1.281 mất thời gian là 13 ngày, tốc độ tăng trưởng đạt 9.91%/ngày. Do mật độ tảo ban đầu ở các lần nuôi thu sinh khối tiếp theo lớn hơn ở lần thu đầu (0.5 > 0.353) nên đều chỉ cần sau 9 ngày nuôi, mật độ tảo đo được tại OD445nm đã lớn hơn 1.2, đều có thể tiến hành thu sinh khối. Kết quả này tương đương với nghiên cứu của Th.S Lăng (2007) thời gian thu hoạch một thế hệ từ 8 – 15 ngày. Tốc độ sinh trưởng ở các lần thu này đều đạt trên 10%/ngày theo thứ tự lần lượt là 11.33%/ngày, 10.35%/ngày, 10.07%/ngày, 11.47%/ngày, 11.78%/ngày. Từ ngày 49 đến 58 tảo sinh trưởng nhanh nhất, đạt 11.78%/ngày. 4.4. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG TẠI KHU NI SINH KHỐI NGỒI TRỜI Ở MỸ AN, THỪA – THIÊN HUẾ TỚI SINH TRƯỞNG CỦA TẢO THÍ NGHIỆM
a. Nhiệt độ
Nhiệt độ không những ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp lên quá trình trao đổi chất mà còn tác động lên cấu trúc tế bào (Payer, 1980). Do đó mỗi lồi tảo cần ni ở một khoảng nhiệt độ nước thích hợp, ngồi ngưỡng nhiệt độ tảo sẽ khơng phát triển và có thể bị chết.
Hình 4.9. Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng của tảo tại khu ni sinh khối ngồi trời trong tháng 7
Trong tháng 7, nhiệt độ trung bình trong khoảng 10 ngày đầu (ứng với lần thu sinh khối T1) có sự biến động lớn nhất từ 27.5 đến 36oC do ngày thứ 5, 6, 7 có mưa lớn làm cho nhiệt độ giảm xuống thấp (27.5oC). Biến động nhiều thứ 2 trong tháng là 10 ngày cuối tháng (ứng với lần thu sinh khối thứ 3) từ 30.75 đến 35.25oC do ngày 27, 28 có mưa. Ổn định nhất là 10 ngày giữa tháng, biến động nhiệt độ chỉ từ 34.25 đến 36oC do trời nắng đều, khơng có mưa. Vì vậy tốc độ sinh trưởng của tảo cũng phụ thuộc ít nhiều theo nhiệt độ. Tốc độ sinh trưởng chậm nhất là ở lần thu T1, phải mất 13 ngày tảo mới đạt điều kiện để thu sinh khối (từ 0.353 đến 1.281). Mặc dù ở 2 lần thu sinh khối T2, T3 đều chỉ mất 9 ngày, nhưng do biến thiên nhiệt độ ở T3 lớn hơn T2, nên mật độ tảo trong ngày thu sinh khối ở T3 ít hơn so với T2 (1.269 < 1.386).
Hình 4.10. Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng của tảo tại khu ni sinh khối ngồi trời trong tháng 8
(T3, T4, T5, T6 lần lượt là các lần thu sinh khối tảo thứ 3, 4, 5, 6)
Trong tháng 8, nhiệt độ biến động đều hơn tháng 7, đều trên 30oC, nhiệt độ trung bình cao nhất là 36.75oC ở ngày nuôi thứ 52 do trời nắng đều, có mưa nhưng với lượng rất ít. Vì vậy, tảo sinh trưởng với tốc độ nhanh, đều đạt mật độ tế bào trên 1.2 ở ngày thứ 9, đạt điều kiện để thu sinh khối.
Theo Richmon (1986), nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của tảo là 35 - 37oC và nhiệt độ thấp nhất cho sản xuất tảo Spirulina là 18oC. Mặt khác, theo Vonshak và Tomaselli (2000) ở các lồi Spirulina khác nhau thì nhiệt độ sinh trưởng khác nhau, cũng theo nghiên cứu này có nhiều lồi Spirulina thích hợp sinh trưởng ở các nhiệt độ từ 24 – 42oC. Nhìn chung tháng 7, tháng 8 ở Mỹ An có nhiệt độ cao, trung bình từ 27.5 - 36.75oC, là khoảng nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng phát triển của tảo Spirulina.
b. Độ pH
Hình 4.11. Biểu đồ sự thay đổi pH và tốc độ sinh trưởng của tảo trong quá trình ni sinh khối ngồi trời
(T1, T2, T3, T4, T5, T6 lần lượt là các lần thu sinh khối tảo thứ 1, 2, 3, 4 5, 6)
pH là một trong những nhân tố mơi trường có ảnh hưởng rất lớn lên sự phát triển của tảo. Kết quả đo cho thấy pH tăng cùng với sự phát triển của tảo, đạt giá trị thấp nhất ở ngày nuôi thứ 25 là 9.15 và giá trị cao nhất ở ngày nuôi thứ 40 là 10.35. Sau mỗi lần thu sinh khối, pH tăng dần đều do mật độ tảo tăng cao dẫn đến làm thay đổi hệ đệm CO2. Mặt khác, khi tảo Spirulina phát triển sẽ hấp thu
chủ yếu NO3- (Zarrouk, 1966; Paoletti et al., 1975; Schloăsser, 1982) thì cũng
dẫn đến pH tăng (Goldman and Brewer, 1980). Theo Zarrouk (1968) trong điều kiện phịng thí nghiệm tảo Spirulina platensis thích hợp với mơi trường kiềm và
phát triển tốt ở pH = 8.3 – 11. Khi pH môi trường quá cao hay quá thấp đều không thuận lợi cho tảo. Cũng theo Zarrouk khi ni tảo Spirulina ngồi trời pH = 10.5 không hạn chế sự phát triển của tảo nhưng khi pH tăng lên 11 lại giới hạn tảo phát triển. Theo Richmon (1986), tảo Spirulina thuộc nhóm tảo hấp thu chủ yếu HCO3- cho quá trình quang hợp, nên phát triển mạnh ở môi trường pH cao và pH của thí nghiệm (pH = 9.15 - 10.35) ln nằm trong khoảng thích hợp cho tảo phát triển, kết quả của thí nghiệm cũng phù hợp với nghiên cứu của Ciferii (1983) là tảo S. platensis phát triển mạnh ở hồ Rombou và hồ Bodou có đặc điểm pH rất cao (10 - 10.4).
c. Hàm lượng cacbon vô cơ trong môi trường nuôi tảo ([HCO3-], [CO32-])
Trong q trình ni, mơi trường ni tảo có thể xuất hiện các dạng hợp chất cácbon vơ cơ H2CO3, CO2, HCO3-, CO32-. Tỉ lệ các ion này luôn thay đổi và phụ thuộc vào pH. Sự biến đổi qua lại các dạng này hay cân bằng giữa chúng với nhau tùy thuộc vào pH môi trường. Thông thường tảo Spirulina platensis sử
dụng cacbon ở dạng HCO3- và hình thành các ion OH-, CO32- dẫn tới việc pH trong dịch huyền phù ln có xu hướng tăng lên. Theo Đặng Đình Kim và Đặng Hồng Phước Hiền (1999), q trình này có thể được minh họa như sau:
Hình 4.12. Biểu đồ biểu diễn tác động của quang hợp và hô hấp lên pH và dạng ion cacbon vô cơ trong nước
* [HCO3-]:
Hình 4.13. Biểu đồ sự thay đổi [HCO3-] trong quá trình ni sinh khối ngồi trời
Theo hình 4.13, hàm lượng HCO3- có xu hướng giảm dần, từ 4.6mg/l ngày đầu tiến xuống cịn 2.7mg/l (hình 4.13.) tại ngày ni thứ 58 (giảm 1.72 lần). Sau mỗi lần thu sinh khối, do mật độ tảo trong môi trường nuôi giảm, nhu cầu sử dụng HCO3- giảm nên hàm lượng HCO3- có xu hướng tăng nhẹ, và lại bắt đầu giảm dần theo ngày, theo tốc độ sinh trưởng, phát triển và nhu cầu sử dụng của tảo.
Hình 4.14. Biểu đồ sự tương quan giữa [HCO3-] và pH trong môi trường dinh dưỡng ở khu sinh khối ngoài trời
Mối liên hệ giữa [HCO3-] và giá trị pH của môi trường dinh dưỡng trong suốt q trình ni tảo được trình bày tại hình 4.14. Sau các lần thu sinh khối 1, 2, 3, 4, 5 (tương ứng với các ngày nuôi 13, 22, 31, 40, 49), hàm lượng HCO3- có tăng nhẹ do được bổ sung thêm vào môi trường nuôi (lần lượt từ 3.5 – 4.0; 3.6 – 4.0; 3.8 – 4.0; 3.4 – 3.6; 3.0 – 3.4); sau đó giảm dần do mật độ tảo giảm, nhu cầu sử dụng HCO3- giảm, hàm lượng HCO3- tăng, pH của môi trường dinh dưỡng giảm theo, xảy ra đúng với sự tương quan được thể hiện ở hình 4.12.
* [CO32-]:
Hình 4.15. Biểu đồ sự thay đổi [CO32-] trong quá trình ni sinh khối ngồi trời
Theo hình 4.15 ta thấy, ngược lại với HCO3-, mặc dù [CO32-] cũng biến động, nhưng nhìn chung có xu hướng tăng dần trong suốt q trình ni (tăng từ 1.66 lên 4.99mg/l, tăng gấp 3 lần). Có thể giải thích cho những điều này là do nguồn dinh dưỡng cacbon mà tảo sử dụng là HCO3- tạo ra OH- và CO32-, khi đó CO32- khơng được tảo sử dụng sẽ tồn tại trong môi trường dưới dạng các muối và tích lũy dần dần.
Diễn biến mối quan hệ giữa [CO32-] và pH thể hiện khơng rõ lắm (hình 4.16). Tuy nhiên, có thể thấy rằng, hàm lượng CO32- tăng dần, pH mơi trường ni cũng có chiều hướng tăng nhưng với biên độ nhỏ hơn (từ 9.25 ở ngày đầu ni lên 10.28 ở ngày cuối cùng).
Hình 4.16. Biểu đồ sự tương quan giữa [CO32-] và pH trong môi trường dinh dưỡng ở khu sinh khối ngồi trời
Nhìn chung, trong suốt q trình ni sinh khối, hàm lượng HCO3-, CO32- và pH đều được kiểm sốt tốt, khơng có sự biến động lớn, phù hợp với yêu cầu nuôi tảo.
d. [N_NO3-]
Nitrat (NO3-) là một trong những dạng đạm được tảo Spirulina hấp thu chủ yếu (Zarrouk, 1966; Paoletti et al., 1975; Schloăsser, 1982), khi hm lng quá