hơn 10%. Trong quá trình nuơi nhân tạo thì ta cần phải điều chỉnh và theo dõi nồng độ NaCl cho phù hợp với quá trình nuơi để tăng tổng hợp β- caroten. Dưới sự tác động của yếu tố độ mặn cao các giọt β-caroten và giọt lipit trong tế bào vi tảo giúp ngăn ngừa sự mất nước trong tế bào chính vì vậy mà vi tảo cĩ khả năng phát triển trong điều kiện độ mặn cao. Dưới ảnh hưởng của độ mặn cao sẽ cảm ứng sự sinh β-caroten của vi tảo.[19]
Hàm lượng KNO3
Trong điều kiện nuơi nhân tạo với cường độ ánh sáng cao, liên tục cùng với độ mặn thích hợp và nhiệt độ thuận lợi thì quá trình tăng tích lũy β-caroten đã xảy ra nhưng để đạt được hiệu quả tối ưu thì điều kiện thiếu Nitơ là một trong những yếu tố rất quan trọng. Thiếu dinh dưỡng trong quá trình nuơi sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ phát triển của tảo nhưng lại cĩ vai trị thúc đẩy quá trình tăng tổng hợp β-caroten trong tế bào. Tuy nhiên nếu như kéo dài thời gian thiếu hàm lượng KNO3 trong thời gian nuơi cấy thì sẽ dẫn đến tỷ lệ chết của tế bào cao như vậy lượng β-caroten thu được trong một đơn vị thể tích sẽ giảm [21].
1.2.4 Tình hình nghiên cứu về quá trình tăng tổng hợp β-caroten của tảo Dunaliella tảo Dunaliella
21
Dunaliella đã được chứng minh là lồi tảo cĩ khả năng tích lũy caroten với lượng lớn trong các giọt dầu ở khoảng gian bào giữa các thylacoid trong lục lạp. β-caroten cho thấy khả năng hấp thụ cực đại trong ete dầu hỏa ở bước sĩng 453nm và 481nm. Các chủng giàu β-caroten thường phân bố ở những nơi cĩ chứa >10% muối, và chiếm ưu thế ở nơi cĩ nồng độ muối bão hịa [38]. Màu đỏ cam của các hồ nước mặn dưới điều kiện chiếu sáng mạnh thường là màu β-caroten của Dunaliella. Trong điều kiện sinh trưởng bình thường (1-2M NaCl) Dunaliella thường cĩ màu xanh, và chỉ chứa 0.3% β-caroten, tương tự như các lồi thực vật và tảo khác. Tuy nhiên, nếu bị sốc mạnh hàm lượng β-caroten được tích lũy cĩ thể lên tới trên 14% khối lượng khơ, là mức hàm lượng cao nhất so với bất kỳ lồi tảo và thực vật nào đã được biết. Mức độ tổng hợp β-caroten cịn phụ thuộc vào các thơng số sinh trưởng sinh lý, cụ thể là cường độ ánh sáng, nồng độ muối, nhiệt độ, và thiếu dinh dưỡng [35]. Các stress mơi trường càng mạnh càng làm chậm tốc độ tăng trưởng của tảo, và làm tăng hàm lượng beta caroten tích lũy. Tuy nhiên, nếu các stress này xảy ra cùng một lúc, sẽ làm giảm số lượng tế bào/đơn vị thể tích, ảnh hưởng đến sự tồn tại của tế bào. Vì vậy, theo một nhĩm tác giả, việc điều chỉnh cường độ ánh sáng và độ mặn cĩ thể là chiến lược tốt nhất để đạt được mức tích lũy β- caroten tối ưu. Chủng D.salina của Iran cĩ màu xanh khi sinh trưởng trong mơi trường NaCl 1-2M, trong khi đĩ nĩ cĩ mầu cam khi sinh trưởng trong mơi trường NaCl 4M. Sự tích lũy caroten là nguyên nhân chính gây nên sự đổi màu từ màu xanh sang màu cam của D.salina tại NaCl 4M.
22
Hình 1.11: Bốn lồi D. parva, D. salina, D. viridis and D. pseudosalina sinh trưởng trong NaCl 4.0 M (A), Bể muối ở Gave-Khooni Salt Marsh, Iran cĩ mặt D. salina màu đỏ cam (B), hình dạng của D. salina
sinh trưởng trong NaCl 4 M (C) và hình dạng của D. salina sinh trưởng trong NaCl 2M(D).
Bảng 1.4 : Hàm lượng caroten (Car.), hàm lượng chlorophyll (Chl.) tỷ sơ carotenoid/chlorophyll và màu sắc của tảo Dunaliella salina nuơi trong mơi trường cĩ độ mặn khác nhau NaCl (M) trong một tuần [26].
Mầu sắc tảo Car/Chl Chl µg/ml Car µg/ml Nồng độ NaCl (M) Xanh 0,39 3,25 1,25 0,17 Xanh 0,61 4,17 2,57 1 Xanh 0,82 6,01 4,57 2 Cam 1,53 2,14 3,32 3 Đỏ cam 2,58 1,1 2,84 4
23
Cĩ một vài lý do về sự tăng tổng hợp β-caroten đã được đề xuất và và được điều tra như sau:
1. Lưu trữ cacbon: β-caroten được lưu trữ và tích lũy như một sản phẩm của quá trình quang hợp khi mà tốc độ sinh trưởng của tế bào bị hạn chế. Các tế bào Dunaliella khơng sử dụng hoặc chuyển hĩa β-caroten trong điều kiện bĩng tối hoặc với sự cĩ mặt của CO2 nhưng trong điều kiện ánh sáng bình thường.
2. β-caroten bảo vệ tế bào chống lại các chất gây tổn thương tới chất diệp lục. Giả thuyết này được phân tích bằng hình ảnh vi điện tử của tế bào
Dunaliella giàu β-caroten cho thấy cĩ khoảng cách lớn giũa các giọt β- caroten và chất diệp lục nằm trong thylacoid.
3. Hiệu quả hấp thụ: β-caroten chống lại sự tổn thương do các bức xạ cường độ cao. Trong điều kiện tăng trưởng bị hạn chế thì β-caroten hoạt động như một màn hình hấp thụ các bức xạ dư thừa. Giả thuyết này được chấp nhận thơng qua quan sát tế bào tảo Dunaliella salina giàu β-caroten cho thấy nĩ cĩ khả năng bảo vệ tối đa chống lại các bức xạ cao với với ánh sáng màu xanh và bảo vệ tối thiểu với chiếu xạ ánh sáng màu đỏ. Như vậy chức năng của β-caroten trong tế bào tảo Dunaliella salina là bảo vệ tế bào chống lại các tác hại của bức xạ cường độ ánh sáng cao bằng cách hấp thụ ánh sáng màu xanh và vùng quang phổ của nĩ.
Quá trình làm tăng tích lũy β-caroten của Dunaliella salina gồm hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất là nuơi cấy Dunaliella salina trong một thể tích nhỏ để đạt được tốc độ sinh trưởng tối ưu sau đĩ mới chuyển sang giai đoạn hai, trong giai đoạn này tảo được chuyển sang nuơi cấy với thể tích lớn hơn và tiến hành pha lỗng bằng cách nuơi trong mơi trường thiếu nitrat hoặc nuơi trong bình cĩ nồng độ muối cao hơn 1/3 lần so với khoảng cĩ cảm ứng β-caroten. Việc tối ưu hĩa lại mật độ tế bào cho thấy khả năng
24
sản xuất β-caroten đạt hiệu quả cao hơn, và lượng tế bào đạt hiệu quả khoảng 0,7 – 0,9 x 106 tế bào\ml [26].
Nghiên cứu gần đây của cho thấy cĩ một cách tiếp cận khác về khả năng sinh β-caroten của tế bào tảo. Trong quá trình phát triển của tảo
Dunaliella bardawil nếu cho tiếp xúc với nhiệt độ thấp khoảng 10-15oC thì tảo cĩ khả năng tạo ra đồng phân 9-cis của β-caroten.[24]
b. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Ở nước ta hiện nay các cơng trình nghiên cứu trên đối tượng và vi tảo Dunaliella chưa thực sự nhiều và đầy đủ. Các cơng trình nghiên cứu trong chủ yếu được thực hiện bởi Đặng Đình Kim, Đặng Diễm Hồng và cộng sự thực hiện, mở đầu cho hướng nghiên cứu trên đối tượng vi tảo
Dunaliella đĩ là cơng trình nghiên cứu đặc điểm sinh trưởng và hàm lượng sắc tố của hai lồi tảo thuộc chi Dunaliella và phần 2 là nghiên cứu các tác động của mật độ ban đầu[2], pH và nồng độ muối NaCl khác nhau. Tiếp theo các thành cơng của nghiên cứu đĩ thì nhĩm nghiên cứu đã thự hiện hang loạt các đề tài liên quan tới đơi tượng là vi tảo Dunaliella như nghiên cứu một số đặc điểm sinh trưởng và quang hợp của hai lồi tảo Dunaliella salina và Dunaliella bardawil, (1995), Ảnh hưởng của sốc muối NaCl lên sinh trưởng, hoạt tính quang hợp và hàm lượng sắc tố của vi tảo Dunaliella salina(1996), tác động của điều kiện đĩi đạm lên hoạt động của chu trình xanthophyll và sự tích lũy β-caroten của vi tảo Dunaliella salina(1998) [4],tác động của cường độ ánh sáng cao lên hoạt động của chu trình xanthophyll và sự tích luỹ β-caroten của vi tảo Dunaliella salina(1998)[4],Nghiên cứu tính đa dạng của một số lồi Dunaliella
(Chlorophyta) bằng kỹ thuật RAPD-PCR. (2000). Nhưng các cơng trình nay hiện nay khơng thấy cĩ đĩng gĩp nhiều trong thực tế cũng như ứng dụng trong cơng nghiêp.
25