a. Nhiệt độ
Theo Karin et al. (2006), các loài vi tảo thường phát triển tốt trong khoảng nhiệt độ từ 15 – 25oC . Nhiệt độ tăng làm tăng sự phát triển của tảo cho đến khi đạt nhiệt độ tối ưu (Soeder., 1981). Tăng nhiệt độ vượt quá mức tối ưu làm giảm tổng hợp protein và do đó dẫn đến giảm tốc độ tăng trưởng (Konopka và cs., 1978).
Chlorella vulgaris tăng trưởng tối ưu ở nhiệt độ 25oC.
b. Ánh sáng
Cũng như các loài thực vật khác, tảo cũng cần ánh sáng cho quá trình quang tổng hợp vật chất hữu cơ từ CO2. Không chỉ vậy nó còn là nguồn năng lượng chính trong giai đoạn tăng trưởng quang tự dưỡng. Các sinh vật sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển đổi CO2 vào các hợp chất hữu cơ trong tế bào. Tảo
22
khắc phục hạn chế ánh sáng bằng cách giảm độ bão hòa của màng lục lạp. Khi cường độ ánh sáng quá cao, vượt mức độ bão hòa sẽ gây ra hiện tượng
photoinhibition - hiện tượng ức chế ánh sáng. Điều này có thể làm bất hoạt các enzym tham gia vào quá trình cố định CO2 (Iqbal và cs., 2012) Cường độ ánh sáng thích hợp thay đổi rất lớn tuỳ theo điều kiện nuôi cấy, Nuôi trong bình thuỷ tinh dung tích nhỏ cần cường độ ánh sáng là 1000 LUX, với bể nuôi lớn cường độ ánh sáng cần cung cấp vào khoảng 5000 – 10000 LUX.
c. pH
Một trong những yếu tố quan trọng nhất trong nuôi cấy tảo là pH vì nó quyết định khả năng hòa tan và hàm lượng sẵn có của CO2 cũng như các chất dinh dưỡng thiết yếu trong môi trường. pH có một tác động đáng kể tới quá trình trao đổi chất của tảo (Chen và cs .,1994). Trong quá trình sinh trưởng, tảo hấp thu cacbon vô cơ khiến cho pH tăng lên đáng kể trong suốt quá trình nuôi (Hansen và cs .,2002). Mức tăng trưởng tối ưu của tảo đạt được trong khoảng pH trung tính (7 – 7,6).
pH là yếu tố chính chi phối nồng độ tương đối của dạng cacbon trong nước. Ở giá trị pH cao, hàm lượng CO2 có sẵn trong nước nhỏ, làm hạn chế sự tăng trưởng của tảo (Azov và cs .,1982). Do pH cao làm tăng tính linh hoạt của thành tế bào mẹ, ngăn ngừa sự phá vỡ của nó và ức chế việc hình thành các tự bào tử, từ đó làm tăng thời gian hoàn thành của chu kỳ tế bào (Guckert và cs ., 1990). Ở giá trị pH thấp, điều kiện có tính axit làn thay đổi sự hấp thu chất dinh dưỡng (Gensemer và cs ., 1993) hoặc làm tăng khả năng phát tán kim loại độc (Sunda và cs ., 1975) và do đó làm ảnh hưởng tới sự phát triển của tảo.
d. Cấp khí
Theo person (1980) nhận xét giữa các chế độ sục khí liên tục bán liên tục và không sục khí đã nhận thấy năng suất của bể sục khí cao hơn 30% so với không sục khí. Đối với vi tảo, CO2 đóng vai trò quan trọng đặc biệt trong quá trình quang hợp, nó có thể được cung cấp bởi nguồn CO2 trong khí quyển, từ khói thải của nhà máy, trong các muối carbonate hòa tan như NaHCO3. Khi sục khí CO2 ở nồng độ quá lớn cũng có ảnh hưởng ức chế đến quá trình sinh trưởng của tảo.
e. Dinh dưỡng
Cacbon là một trong những chất dinh dưỡng quan trọng cần phải được cung cấp trong quá trình sinh trưởng của tảo. Nó là yếu tố cần thiết cho quang
hợp và sinh sản. Tỷ lệ cố định cacbon thấp sẽ làm giảm tốc độ tăng trưởng của tảo. Cacbon có thể được sử dụng dưới các hình thức của cacbonat hoặc bicacbonat. CO2 trong nước có thể có mặt ở bất kỳ hình thức nào tùy thuộc vào pH, nhiệt độ và hàm lượng dinh dưỡng. Ở những giá trị pH cao, lượng cacbonat tăng và bicacbonat giảm (Chen et al., 1994). Ở những giá trị pH trung bình (pH=8,2) , 90 % cacbon hiện diện trong HCO3-, chỉ có 1% tồn tại như CO2 phân tử và phần còn lại là bicacbonat. (Eshaq et al., 2010). Khi hàm lượng CO2 quá cao có thể làm giảm nồng độ tương đối của protein và các sắc tố trong tế bào nhưng làm gia tăng hàm lượng carbohydrate. Sự thay đổi trong thành phần tế bào này làm giảm năng suất sinh khối tối đa (Gordillo et al., 1998)
Trong thủy vực tảo có khả năng tổng hợp chất vô cơ thành chất hữu cơ cho cơ thể thông qua quá trình quang hợp. Trong các thủy vực tự nhiên sự phát triển của tảo phụ thuộc vào 3 yếu tố chính là nước, ánh sáng và muối vô cơ mà chủ yếu là Photpho và Nitơ. Do đó tại một thời điểm chỉ cần hạn chế một trong ba nhân tố trên là có thể giới hạn sự sinh trưởng của tảo. Tuy nhiên nguồn giới hạn này có thể thay đổi và việc xác định đúng nguồn nhân tố giới hạn từ ba nguồn trên trong điều kiện thực tế của ao nuôi tảo cũng như các nguồn nước thải là điều cần thiết cho việc quản lý sự phát triển của tảo (Lucc et al., 1990). Theo Round (1975) khi bất kì nhóm tảo nào phát triển chiếm ưu thế, điều này có liên quan đến khả năng dự trữ Nitơ và Photpho trong tế bào tảo.
Nitơ và phốtpho là hai chất dinh dưỡng quan trọng cho sự tăng trưởng và sự trao đổi chất của các tế bào tảo. Tuy nhiên trong nước thải sau khi xử lý bằng các quá trình hiếu khí hoặc yếm khí vẫn còn chứa nhiều Nitrat (NO3-), amon (NH4+), phosphate (PO43-), dẫn đến hiện tượng phú dưỡng ở ao hồ gây nở hoa tảo độc hại (Sawayama et al., 1998). Prasad (1982) và Geddes (1984) đã xem xét P và N là chìa khóa của hiện tượng phú dưỡng. Vì vậy, cần nghiên cứu xử lý 2 dinh dương này trong nước để ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng nguồn nước (Sawayama và et al., 2000). Theo Smith (1982) và Downing (1997) thì Nitơ và Photpho là hai chất dinh dưỡng được cho là có ảnh hưởng đến việc hạn chế sinh trưởng, phát triển của thực vật phù du . Nước thải được xử lý chủ yếu là do quá trình phân hủy hiếu khí hoặc kỵ khí; Tuy nhiên, nước thải được xử lý vẫn còn chứa các hợp chất vô cơ như nitrat, amoni và phosphate, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng ở hồ và gây nở hoa tảo độc hại (Sawayama et al., 1998).
24
Nitơ là một yếu tố dinh dưỡng góp phần quan trọng trong việc sản xuất sinh khối tảo và tham gia vào thanh phần của tế bào như axit amin, protein, amino axit… và chiếm 7% đến 20% trọng lượng khô của tế bào ( Hu .Q ., 2004). Hầu hết các loài vi tảo có khả năng sử dụng nhiều nguồn nitơ gồm có nitơ hữu cơ (ure, glutamin, glyxin,…) và nitơ vô cơ (amoni, nitrat và nitrit). Các dạng nitơ vô cơ trong nước được tảo hấp thụ và đồng hóa thành các hợp chất sinh hóa trong cơ thể và được các tế bào sử dụng để đáp ứng các thay đổi của nhu cầu sinh lý. Tác động chủ yếu của tình trạng thiếu nitơ trong môi trường nuôi tảo là việc giảm hàm lượng protein (Morris et al., 1997) và tăng khả năng tích tụ các chất béo (Thompson et al., 1996).
Phốt pho là một phần dinh dưỡng chính đóng một vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của tế bào như chuyển giao năng lượng, sinh tổng hợp acid nucleic, DNA cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển bình thường của tảo. Phốtpho thường chiếm 1% trọng lượng khô của tảo (Hu.Q., 2004). Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong môi trường tự nhiên, phốtpho là yếu tố giới hạn đối với sự phát triển của tảo (Borchardt và cs ., 1968). Hàm lượng phốtpho thấp trong môi trường cũng dẫn đến sự tích tụ các chất béo. Tổng litpit trong tảo
Scendesmus sp. tăng từ 23% lên 53%, đồng thời với việc giảm nồng độ phốtpho trong nước từ 0,1 – 2,0 mg/L (Li et al., 2010)