Ảnh hưởng của axetat và sắt đến vi tảo H.lacustris trong pha tích lũy

Một phần của tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số điều kiện nuôi đến sự sinh trưởng và tích luỹ astaxanthin ở tảo lục haematococcus lacustris (Trang 52)

4. Nội dung nghiên cứu

3.4. Ảnh hưởng của axetat và sắt đến vi tảo H.lacustris trong pha tích lũy

lũy

3.4.1. Ảnh hưởng của axetat và sắt đến mật độ và kích thước của vi tảo H. lacustris

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung axetat, axetat+Fe2+, Fe2+ trong môi trường nuôi tảo có ảnh hưởng rõ rệt đến mật độ tế bào tảo (Hình 3.11).

Hình 3.11 Ảnh hưởng của axetat và Fe2+ đến mật độ tế bào vi tảo H. lacustris

Ở mẫu đối chứng, mật độ tế bào không có chênh lệch đáng kể theo thời gian theo dõi, trung bình đạt khoảng 2.5 x 105 tb/ml. Ở thí nghiệm có bổ sung Fe2+, mật độ tế bào có xu hướng tăng theo thời gian. Trong nghiệm thức này, mật độ tế bào sau 2 giờ bổ sung được ghi nhận ở mức 2,4×105 tb/ml, đến 52 giờ sau thì mật độ đã tăng đến hơn 3,0×105 tb/ml. Ngược lại, hai thí nghiệm có bổ sung axetat và axetat+Fe2+ thì mật độ tế bào lại có xu hướng giảm dần. Với nghiệm thức bổ sung axetat, mật độ tế bào sau 54 giờ nuôi là 0,8×105tb/ml, giảm khoảng 1,2×105 tb/ml so với thời điểm bắt đầu thí nghiệm. Tương tự, mật độ tế bào ở các mẫu nuôi trong môi trường bổ sung axetat+Fe2+ cũng có xu hướng giảm sau 54 giờ nuôi (giảm 1,6×105 tb/ml so với lúc bắt đầu thí nghiệm). Việc tăng mật độ sau khi bổ sung axetat+Fe2+ làm tăng năng suất tích lũy ở pha tích lũy của loài vi tảo H. lacustris [25] [48].

Kết quả tương tự đã được báo cáo trong nghiên cứu của Kobayashi và cs (2001), ông đã tiến hành bổ sung Axetat và Fe trong pha tích lũy tế bào, đã cho thấy mật độ tế bào trong mẫu có bổ sung axetat+Fe2+ cao hơn mẫu không bổ sung [25]. Hay trong thí nghiệm của R.Sarada và cs (2001), môi trường nuôi đã được bổ sung axetat để tạo stress cho tảo H. lacustris, kết quả cho thấy mẫu bổ sung axetat có mật độ tế bào tăng đồng thời nồng độ astaxanthin cao hơn lần lượt 2,5 đến 4,4 lần ở ngày thứ 6 và ngày thứ 9 so với mẫu đối chứng [48]. Như vậy có thể thấy việc bổ sung axetat trong môi trường nuôi vi tảo H. lacustris vào pha tích lũy sẽ giúp tăng khả năng tổng hợp astaxanthin.

Kích thước tế bào giữa các nghiệm thức trong thí nghiệm này nhìn chung có sự khác biệt (Hình 3.12). Sau 2 giờ đầu, các nghiệm thức không thay đổi rõ rệt về kích thước, nhưng đến 24 giờ bổ sung axetat và Fe2+, kích thước tế bào ở các nghiệm thức bắt đầu có sự thay đổi rõ rệt. Ở mẫu đối chứng và các mẫu có bổ sung axetat trong môi trường nuôi, đường kính tế bào gần như không tăng trong 24 giờ đầu, trong khi đó mẫu có bổ sung axetat+Fe2+ kích thước lại

tăng rõ rệt (3,1 ± 0.56 μm ). Sau 54 giờ nuôi, kích thước tế bào của mẫu có bổ sung Fe2+ cao nhất trong bốn nghiệm thức (27,36 ± 0,87μm). Các tế bào tảo ở nghiệm thức axetat+Fe2+ có đường kính gần bằng mẫu Fe, với đường kính tế bào khoảng 26,93 ± 1,34μm. Mẫu tảo được nuôi trong môi trường có axetat tuy có sự thay đổi về kích thước tế bào nhưng giá trị chênh lệch không cao so với thời điểm bắt đầu nuôi cấy (3,14 ± 1μm ). Cuối cùng là mẫu đối chứng với đường kính tế bào gần như không có sự thay đổi, với kích thước 22,59 ± 1,12μm sau 54 giờ nuôi.

Hình 3.12. Ảnh hưởng của axetat và Fe2+ đến kích thước tế bào vi tảo

H. lacustris trong pha tích lũy

3.4.2. Ảnh hưởng của axetat và sắt đến sự thay đổi hình thái của vi tảo H. lacustris

Quan sát hình thái tảo dưới kính hiển vi cho thấy những khác biệt rõ rệt giữa các nghiệm thức theo thời gian. Ở nghiệm thức đối chứng, đa số tế bào vẫn ở trạng thái sinh dưỡng sau 54h thí nghiệm (tế bào còn 2 roi, di chuyển

được, có màng nhầy). Một số tế bào đã rụng roi và dần chuyển sang dạng tiền bào tử, tuy nhiên sự tăng lên về kích thước là không đáng kể.

Ở 2 nghiệm thức có bổ sung axetat, một hiện tượng không mong muốn đã xảy ra là nhiễm vi sinh. Số lượng tế bào chết và số lượng vi sinh tăng dần theo thời gian. Điều này có thể là do axetat cung cấp nguồn cacbon hữu cơ cần thiết cho sự phát triển mạnh của các vi khuẩn đã có mặt sẵn trong môi trường nuôi. Bên cạnh đó, hiện tượng vi tảo kết mảng cũng được ghi nhận ở 2 nghiệm thức này. Sự kết mảng này thường được quan sát thấy khi tảo vị nhiễm vi sinh hoặc nấm nặng. Tuy vậy, các tế bào chưa bị nhiễm lại cho thấy một sự chuyển trạng thái nhanh chỉ sau 24h. Hầu hết các tế bào rụng roi, ngừng di chuyển và tròn lên với thành tế bào dày hơn. Đáng chú ý, trong nghiệm thức bổ sung thêm Fe2+ cùng với axetat, kích thước tế bào tăng đáng kể và có màu đỏ hơn. Đây có thể coi là dấu hiệu của sự tích lũy astaxanthin nhiều hơn trong nghiệm thức bổ sung axetat+Fe2+ so với nghiệm thức chỉ bổ sung axetat.

Trong khi đó, ở thí nghiệm chỉ bổ sung Fe2+, sự chuyển trạng thái của tảo trong pha tích lũy diễn ra với tốc độ chậm hơn. Sau 24h, môi trường nuôi tảo vẫn là hỗn hợp tế bào sinh dưỡng và tiền bào tử, chỉ đến sau 54h, đa số tế bào mới chuyển sang trạng thái nghỉ. Môi trường nuôi có ghi nhận nhiễm vi sinh nhưng không đáng kể. Tảo không chỉ tăng mạnh về kích thước mà còn phân chia tăng về số lượng tế bào. Có thể thấy ở hình 3.13, tế bào tảo sau 54h vẫn còn chứa diệp lục tố bên cạnh astaxanthin đang được tích lũy dần ở tâm tế bào.

Hình 3.13. Sự thay đổi hình thái của các nghiệm thức theo thời gian Từ những kết quả trên, có thể nhận định rằng axetat thúc đẩy quá trình chuyển trạng thái trong khi Fe2+ có những tác động tích cực đến việc tích lũy nội chất. Với kết quả này, Fe2+ kết hợp với cường độ ánh sáng cao được đánh giá là cách tiếp cận tiềm năng cho pha tích lũy của H. lacustris

Trong nghiên cứu của Kobayashi và cs năm 2001, hầu hết các tế bào có đường kính đạt cực đại trong khoảng 30 μm ở mẫu chỉ bổ sung Fe2+ và kích thước của tế bào ở pha tiềm bào có xu hướng tỷ lệ thuận với khả năng tích lũy astaxanthin của vi tảo H. lacustris [25].

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN

Từ các kết quả nghiên cứu của đề tài tôi rút ra được những kết luận sau: - Các điều kiện của quá trình tối ưu hóa môi trường dinh dưỡng nuôi cấy vi tảo H. lacustris được dự đoán theo phương trình dự đoán tốc độ sinh trưởng: Y = 0,24 - 0,005x1 - 0,002x2 + 0,008 x1x2 - 0,011x21 - 0,027x22 với bộ điều kiện tối ưu là N= 0.7 (g/L) và P= 0,038 (g/L).

- Sự thay đổi về hàm lượng dinh dưỡng có ảnh hưởng đến một số đặc điểm sinh học của tảo H. lacustris. Sự thiếu hụt nitrat và phosphat ở các mức khác nhau có ảnh hưởng rõ rệt đến mật độ tế bào (mật độ cao nhất ở môi trường không chứa nitrate (0N) đạt 16855 ± 3930 tb/ml) trong khi kích thước tế bào không thay đổi nhiều (dao động từ 17,5 – 21 μm), hàm lượng sắc tố ở các nghiệm thức có sự thay đổi: hàm lượng carotenoid tăng mạnh nhất trong môi trường không chứa nito (xấp xỉ 4 mg/ml/1ml dịch nuôi sau 8 ngày tích lũy), hàm lượng chlorophyll a tăng đáng kể trong nghiệm thức 0P và N/2 và có xu hướng giảm xuống với mức độ không lớn ở các nghiệm thức còn lại (p>0.05), hàm lượng Chlorophyll b không thay đổi nhiều sau thời gian tích lũy ở hầu hết các nghiệm thức, riêng ở môi trường 0P cao hơn 2 mg/ml so với ban đầu.

- Kết quả nghiên cứu cho thấy ánh sáng đỏ và trắng thích hợp cho sự sinh trưởng của vi tảo hơn ánh sáng xanh, cụ thể: Mật độ tế bào đạt cao nhất ở nghiệm thức ánh sáng trắng (43658 ± 6494 tb/ml); Kích thước, đường kính của tế bào giảm ở cả 3 nghiệm thức, mạnh nhất ở nghiệm thức ánh sáng xanh và trắng (giảm xấp xỉ 2,8 μm); Hàm lượng sắc tố trong 1ml dịch tảo đều tăng lên ở cả 3 nghiệm thức, tăng mạnh nhất ở nghiệm thức ánh sáng trắng (chlorophyll a tăng 4,07 ± 1,3 mg/ml, chlorophyll b tăng 6,3 ± 0,5 mg/ml và hàm lượng carotenoics tăng 4,3 ± 0,23 mg/ml (p>0,05), đồng thời kết quả trên

đơn vị 1 tế bào cho thấy: ánh sáng trắng có khả năng kích thích tích lũy carotenoids trong khi ánh sáng xanh thúc đẩy sự tổng hợp chlorophyll b, còn ánh sáng đỏ lại làm giảm đáng kể chlorophyll a.

- Việc bổ sung axetat, axetat+Fe2+, Fe2+ trong môi trường nuôi có ảnh hưởng rõ rệt đến một số đặc điểm sinh học của tảo H. lacustris: Mật độ tế bào tảo H. lacustris cao nhất ở nghiệm thức bổ sung Fe2+ (đạt hơn 3,0×105 tb/ml sau 52 giờ nuôi cấy) và có xu hướng giảm dần ở 2 nghiệm thức còn lại; Kích thước tế bào đạt cao nhất tại nghiệm thức bổ sung Fe2+ (27,36 ± 0,87μm); Kết quả quan sát hình thái tảo dưới kính hiển vi, có thể nhận định rằng axetat thúc đẩy quá trình chuyển trạng thái và Fe2+ có những tác động tích cực đến việc tích lũy nội chất. Từ kết quả này, Fe2+ kết hợp với cường độ ánh sáng cao được đánh giá là cách tiếp cận tiềm năng cho pha tích lũy của H. lacustris

KIẾN NGHỊ

Sau khi thực hiện các thí nghiệm trên tôi có một số kiến nghị sau đây: - Để hoàn thiện phương trình dự báo và tìm ra điều kiện tối ưu nhằm nuôi cấy H. lacustris sinh trưởng nhanh, đạt mật độ cao, kéo dài giai đoạn sinh dưỡng, cần có những nghiên cứu thực nghiệm tiếp theo, mở rộng phạm vi các biến độc lập: yếu tố vật lý (ánh sáng, nhiệt độ, pH, …), yếu tố hóa học (nguyên tố đa lượng, vi lượng, …), …

- Cần có những nghiên cứu sâu hơn và dài hơn để đánh giá xu hướng thay đổi của hàm lượng sắc tố theo phổ ánh sáng cũng như ảnh hưởng của axetat và sắt rõ ràng hơn. Bên cạnh đó, cần có các phương pháp giảm thiểu nguy cơ nhiễm vi sinh và hiện tượng vi tảo kết mảng trong các nghiệm thức bổ sung axetat, sử dụng phương pháp tách chiết asthaxanthin tối ưu hơn, ….

- Tiếp tục khảo sát các yếu tố cảm ứng nhằm tìm ra điều kiện tích lũy astaxanthin nhanh và hiệu quả nhất ở H. lacustris. Từ đó, xây dựng mô hình nuôi và sản xuất astaxanthin từ H. lacustris trong thực tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu Tiếng Việt

1. Đặng Phú Hoàng, Phạm Tú Anh (2017). Nghiên cứu nhân sinh khối vi tảo Haematococcus pluvialis và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tổng hợp astaxanthin.

2. Trịnh Ngọc Nam, Trương Ngọc Bảo Trân, Huỳnh Thị Hiếu, Nguyễn trần Duy Hiền, Trần Thị Bích Liên (n.d.). Nghiên cứu nâng cao sự tích lũy astaxanthin ở vi tảo Haematococcus pluvialis bởi các điều kiện stress của môi trường nuôi cấy. 10.

3. Lê Thị Thơm, Lưu Thị Tâm, Đinh Thị Ngọc Mai, Hoàng Thị Lan Anh, Ngô Thị Hoài Thu, Nguyễn Cẩm Hà, Đặng Diễm Hồng (2013). Ảnh hưởng nồng độ Nitrate lên sinh trưởng của vi tảo lục Haematococcus pluvialis

trong điều kiện phòng thí nghiệm. Tạp chí Sinh học, 2013, 35(2): 219-226 Tài liệu Tiếng Anh

4. Ambati, R. R., Phang, S.-M., Ravi, S., & Aswathanarayana, R. G. (2014). Astaxanthin: Sources, Extraction, Stability, Biological Activities and Its Commercial Applications—A Review. Marine Drugs, 12(1), 128–152.

5. Bjerkeng, B. (1997). Chromatographic Analysis of Synthesized Astaxanthin—A Handy Tool for the Ecologist and the Forensic Chemist? The Progressive Fish-Culturist, 59(2), 129–140.

6. Boussiba, S. (2000). Carotenogenesis in the green alga Haematococcus pluvialis: Cellular physiology and stress response. Physiologia Plantarum, 108(2), 111–117.

7. Chekanov, K., Lobakova, E., Selyakh, I., Semenova, L., Sidorov, R., & Solovchenko, A. (2014). Accumulation of Astaxanthin by a New Haematococcus pluvialis Strain BM1 from the White Sea Coastal Rocks (Russia). Marine Drugs, 12(8), 4504–4520.

https://doi.org/10.3390/md12084504 Chlorophyll b | CAS 519-62-0 | SCBT - Santa Cruz Biotechnology. (n.d.). Retrieved July 10, 2020, from https://www.scbt.com/p/chlorophyll-b-519-62-0

8. Christian, D., Zhang, J., Sawdon, A. J., & Peng, C.-A. (2018). Enhanced astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis using high carbon dioxide concentration and light illumination. Bioresource Technology, 256, 548–551.

9. Czygan, F. C. (1970). [Blood-rain and blood-snow: Nitrogen- deficient cells of Haematococcus pluvialis and chlamydomonas nivalis]. Archiv Fur Mikrobiologie, 74(1), 69–76.

10. Do, T.-T., Ong, B.-N., Nguyen Tran, M.-L., Nguyen, D., Melkonian, M., & Tran, H.-D. (2019). Biomass and astaxanthin productivities of Haematococcus pluvialis in an angled twin-layer porous substrate photobioreactor: Effect of inoculum density and storage time. Biology, 8(3), 68.

11. Drago, N., & Coman, C. (n.d.). astaxanthin production from a new strain of Haematococcus pluvialis grown in bath culture.. 2, 10.

12. Fábregas, J., Domínguez, A., Maseda, A., & Otero, A. (2003). Interactions between irradiance and nutrient availability during astaxanthin accumulation and degradation in Haematococcus pluvialis. Applied Microbiology and Biotechnology, 61(5), 545–551.

13. García-Malea, M. C., Acién, F. G., Fernández, J. M., Cerón, M. C., & Molina, E. (2006). Continuous production of green cells of Haematococcus pluvialis: Modeling of the irradiance effect. Enzyme and Microbial Technology, 38(7), 981–989.

14. Gong, X., & Chen, F. (1998). Influence of medium components on astaxanthin content and production of Haematococcus pluvialis. Process Biochemistry, 33(4), 385–391.

15. Guerin, M., Huntley, M. E., & Olaizola, M. (2003). Haematococcus astaxanthin: Applications for human health and nutrition. Trends in Biotechnology, 21(5), 210–216.

16. Hagen, Ch., Braune, W., & Greulich, F. (1993). Functional aspects of secondary carotenoids in Haematococcus lacustris [Girod] Rostafinski (Volvocales) IV. Protection from photodynamic damage. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 20(2), 153–160.

17. Han, S.-I., Yao, J., Lee, C., Park, J., & Choi, Y.-E. (2019). A novel approach to enhance astaxanthin production in Haematococcus lacustris using a microstructure-based culture platform. Algal Research, 39, 101464.

18. Harker, M., Tsavalos, A. J., & Young, A. J. (1996). Factors responsible for astaxanthin formation in the Chlorophyte Haematococcus pluvialis. Bioresource Technology, 55(3), 207–214.

19. Hata, N., Ogbonna, J. C., Hasegawa, Y., Taroda, H., & Tanaka, H. (2001). Production of astaxanthin by Haematococcus pluvialis in a sequential heterotrophic-photoautotrophic culture. Journal of Applied Phycology, 13(5), 395–402.

20. Hoàng Thị Thụ Thụ. (2013). Effect of nitrat concentration on growth of green microalga Haematococcus pluvialis under laboratory conditions | Thom | Academia Journal of Biology.

21. Hong D. D., Mai D. T. N., Lam B. D., Tam L. T., Thuy N. T. T., Ha N. C., Thom L. T., Hoang D. D., Anh H. L., & Thu N. T. H. (2012). Combined effects of nitrat concentration and illumination conditions on the

growth of microalga Haematococcus pluvialis. Academia Journal of Biology, 34(4), 493–499.

22. Imamoglu, E., Dalay, M. C., & Sukan, F. V. (2010). Semi- continuous Cultivation of Haematococcus pluvialis for Commercial Production. Applied Biochemistry and Biotechnology, 160(3), 764–772.

23. Kang, C. D., Lee, J. S., Park, T. H., & Sim, S. J. 2007. “Complementary limiting factors of astaxanthin synthesis during photoautotrophic induction of Haematococcus pluvialis: C/N ratio and light intensity.” Applied microbiology and biotechnology, 74(5), 987-994.

24. Katsuda, T., Lababpour, A., Shimahara, K., & Katoh, S. (2004). Astaxanthin production by Haematococcus pluvialis under illumination with LEDs. Enzyme and Microbial Technology, 35(1), 81–86.

25. Kobayashi, Tohuru. K, Yoshiki. T (2001). Enlarged and astaxanthin-accumulating cyst cells of the green alga Haematococcus pluvialis. Journal of Bioscience and Bioengineering Volume 92, Issue 6, 2001, 565-568.

26. Kobayashi, M., Kakizono, T., Nishio, N., & Nagai, S. (1992). Effects of light intensity, light quality, and illumination cycle on astaxanthin formation in a green alga, Haematococcus pluvialis. Journal of Fermentation and Bioengineering, 74(1), 61–63.

27. Kobayashi, M., Kurimura, Y., & Tsuji, Y. (1997). Light- independent, astaxanthin production by the green microalga Haematococcus pluvialis under salt stress. Biotechnology Letters, 19(6), 507–509.

28. Lababpour, A., Hada, K., Shimahara, K., Katsuda, T., & Katoh, S. (2004). Effects of Nutrient Supply Methods and Illumination with Blue Light Emitting Diodes (LEDs) on Astaxanthin Production by Haematococcus pluvialis. J. BIOSCI. BIOENG., 98, 5.

29. Lee, S.-A., Lee, N., Oh, H.-M., Kim, D. G., & Ahn, C.-Y. (2020). Fast-track production of astaxanthin by reduced cultivation time with the “red cell inoculation system” (RCIS) and various chemical cues in Haematococcus lacustris. Journal of Applied Phycology, 32(1), 41–50.

30. Li, J., Zhu, D., Niu, J., Shen, S., & Wang, G. (2011). An economic assessment of astaxanthin production by large scale cultivation of

Haematococcus pluvialis. Biotechnology Advances, 29(6), 568–574.

31. Li, T. (2015). Scopus preview—Scopus—Welcome to Scopus. https://www.scopus.com/home.uri

32. Lichtenthaler, H. K., & Wellburn, A. R. (1983). Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochemical Society Transactions, 11(5), 591–592.

Một phần của tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số điều kiện nuôi đến sự sinh trưởng và tích luỹ astaxanthin ở tảo lục haematococcus lacustris (Trang 52)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(84 trang)