Bài giảng Nuôi trồng rong tảo biển Nguyễn Thị Hải Thanh

• Tảo bao gồm: tảo lớn macroalgae - seaweed, và vi tảo microalgae – có sự đa dạng sinh học rất cao • Phycology Tảo học: khoa học nghiên cứu về tảo, dựa trên các điểm tương đồng về hình

Tảo (Algae)

Sơ lược về tảo

Nội dung

• Khái niệm về tảo

• Phân bố

• Hình thái của tảo

• Tổ chức cơ thể và Sinh sản của tảo

• Phân loại của tảo

Vị trí phân loại của tảo

– Thời của Linné (1735), Tảo

được coi như một nhóm tập

– Tảo lam (Cyanobacteria) cũng

thuộc nhóm Tảo, tuy nhiên

nhóm này gần với Prokaryote

hơn

Tảo (Algae):Có nhiều quan điểm khác nhau về vị trí

của tảo trong phân loại

Vị trí phân loại của tảo

• Tảo bao gồm: tảo lớn (macroalgae - seaweed), và

vi tảo (microalgae) – có sự đa dạng sinh học rất cao

• Phycology (Tảo học): khoa học nghiên cứu về tảo, dựa trên các điểm tương đồng về hình thái, sinh

lý và sinh thái của chúng, bao gồm:

– Tảo nhân sơ (prokaryotic bluegreen algae

-cyanobacteria) và Prochlorophyte (picoplankton –

0.6um)

– Tảo nhân chuẩn: (Eukaryotic algal) nhóm này được đại diện bởi 9 nhánh trong cây phát sinh chủng loại

Phân bố của tảo

• Tảo lớn có kích thước hơn 50

m có mặt ở đại dương cũng

như các rừng trên cạn; chủ

yếu là tảo nâu (brown algae)

• Một số tảo sống trên đá vôi,

tạo nên cấu trúc giống đá

ngầm: Cyanobacteria

Phân bố của tảo

• Tảo sinh trưởng và đính với

động vật để ngụy trang cho

động vật

• Tạo cộng sinh (symbiont)

với động vật như thủy tức

(Hydra), san hô, trùng lông

protozoan Paramecium; trên

san hô gọi, chúng được gọi

là zooxanthellae

Phân bố của tảo

• Tảo nhỏ sống trên đinh tảo lớn

hơn gọi là: epiphyton

• Tảo sống tự do trong nước ở

tầng mặt: phytoplankton; ở đáy

gọi là tảo đáy -

benthichplankton

• Tảo trên cạn

– Tảo có thể thích nghi với

môi trường trên cạn và có

mặt ở sa mạc, đồng cỏ, và

trên đá

Phân bố

• Sống trên các sông băng,

• Sống cộng sinh với nấm thành địa

y (lichens), giúp chuyển đá thành

đất băng cách tiết ra các axit, ổn

định đất sa mạc và là chỉ thị cho

sự ô nhiễm không khí

Phân bố của tảo

– Tảo có thể sống ở

trên cây, hay thậm

chí trên ống lông

của gấu bắc cực

Hình thái tảo (theo kích thước)

MACROALGAE

Hình thái tảo

1 Đơn bào (Unicell): tế bào

đơn lẻ, chuyển động (như

Chlamydomonas and

Euglena) or không chuyển

động (like Diatoms)

2 Dạng đa bào : có 6 kiểu sau:

a Colonies :

 Tập hợp các cá thể sống thành tập đoàn, giữa chúng có mối

liên hệ qua chất nền mucin ( extracellular matrix made of a

gelatinous glycoprotein ), các tập đoàn có thể chuyển động

(like Volvox and Pandorina) hoặc không (like Scendesmus and

Pediastrum)

 Coenobium:

Tập đoàn với số lượng nhất định tế bào, không thể tồn tại độc lập, cùng thực hiện nhiệm vụ, hầu như không có sự biệt hóa

b Tập hợp : tập hợp các tế bào có thể phân chia đơn giản (vì thế, tập đoàn của nó không cố định về hình dạng và kích thước), dạng này có các kiểu chính sau:

• Dạng Palmelloid : Các tế bào không có lông roi, cùng

sống trong bọc chất keo (mucilage) (Tetraspora)

•Kiểu Dendroid (kiểu cây) : giống như cây

phân nhánh(Dinobryon)

• Dạng Amip hay rễ giả (Rhizopodial)

Chlorarachnion

c Kiểu gióng: tế bào con vẫn còn đính vào mẹ sau khi

phân bào và hình thành nên chuỗi tế bào mới; các

tế bào chung thành tế bào; có thể không phân

nhánh (Zygnema and Ulthrix) hoặc phân nhánh

(Cladophora , Pithophora)

d Cộng bào dạng xi phon: một tế bào lớn, đa nhân, không có thành tế bào ngăn cách, ví dụ

Vaucheria (Ngành tảo lục)

e Kiểu bản ( Parenchymatous) (Ulva ) and algae: là dạng phổ

biến của tảo lớn, có mô (tế bào chưa biệt hóa) sinh

trưởng từ một nhóm tế bào gốc - ở đỉnh hay gốc, với

phân bào 3 chiều

; pseudoparenchymatous (such as Batrachospermum)

pseudoparenchymatous superficially resemble parenchyma but are composed of apprised filaments

f Dạng tản(erect thallus forms) : Thallus, from Latinized

Greek (thallos), meaning a green shoot or twig , is an

undifferentiated vegetative tissue ( leaves , roots , and

stems ) of some non-mobile organisms such as Chara and

Nitella

CẤU TRÚC TẾ BÀO

Tảo nhân sơ

Thành tế bào, màng tế bào

• Thành tế bào 4 lớp kiểu Gram âm

– Lớp Murein (peptido glycan)

– Lớp lypopolysaccharide (Thiếu lớp cellulose –có khả năng tiêu hóa cao, ví dụ Spirulina)

– Lớp vỏ nhầy mucin (Bao vỏ - sheath, glycocalix, màng – capsule, lớp nhầy - slim)

– Có thể có thêm các cấu trúc lỗ nhỏ đính thành hoặc các phần phụ như: tiêm mao và tua

• Màng tế bào

– Phía trong thành

– Màng sinh chất, có chiều dày khoảng 8nm

Cấu trúc thylacoid

• Là hệ thống màng nhìn rõ nhất trong cấu trúc của tảo nhân

sơ

• Nằm tự do trong tế bào chất và chứa bộ máy quang hợp

• Là các túi phẳng, có đính các phycobilisome giữa các hàng, phycobilisome hoạt động như một chất thu nhận ánh sáng

– Phycobilisome là các phycobiliprotein: phức hợp protein gắn với các chất màu (phycocyanin), phycobiliprotein tạo nên màu của tảo lam

• Được xắp xếp dưới dạng vòng đồng tâm, hay bó song song hoặc dạng phân tán

• Trong Gloeobacter: chỉ có một hàng phycobilisome ngoại vi

• Trong prochlorophyte (protococcos) không có

phycobilisome

trung tâm tế bào chất

• Hạt Poly-hydroxybutyrate: có thể chứa các thể vùi không thường xuyên, hoặc nhiệt dẻo phân hủy

sinh học tự nhiên

• Các ribosome: phân bố khắc tế bào

• Không bào khí: có trong tảo phù du

Các kiểu phân bào

• Phân đôi trực tiếp: thành tế bào 4 lớp sẽ thắt lại, tạo thành 2 tế bào con

• Sự lõm vào của màng tế bào và thành PG, ko liên quan đến màng ngoài,

– Multiple fission hình thành nên các thể baeocyte

• Chamaesiphon có hình thức phân bào giống như nảy mầm

• Cyanobacteria phân bào

– Phân mảnh (hormogonia)

– Hình thành akinete (bào tử)

– Sinh sản hữu tính đặc biệt theo lối tiếp hợp giữa hai tế bào

Tảo nhân chuẩn

Thành tế bào

• Thành tế bào:

– Là polysaccharide: các sợi cellulose liên kết thành bộ

xương (skeleton) nhằm bảo vệ và duy trì hình dạng ổn định cho tế bào

– Một số tảo có mannan hay xylan thay thế cho cellulose

– Phần vô định hình tạo nên chất nền của thành tế bào

– Một số tảo lớn có màng keo chứa các polysaccharide có

giá trị thực tiễn như alginate, fucoidine, agar, carragenan, porphyrane, furcelleran, funoran

– Nhiều tảo đơn bào thành tế bào chỉ là chất nguyên sinh

đậm đặc hay chu chất (periplast) – Một số có tiết các chất ra ngoài thành như silic (tảo

silic); calci carbonat (Coralline algae ); oxyt sat…

Tế bào của tảo có nhiều đặc điểm chung của các sinh vật có nhân thật (Eukarya )

Plasma membrane (màng tế bào),

periplast, pellicle

• Plasma membrane (màng tế bào): Có ở hầu

hết tế bào tảo nhân chuẩn: là lớp màng mỏng bao quanh tế bào chất

• Periplast: Ngành Chryptophyta (Tảo 2 roi)

không có thành tế bào, có lớp màng ngoài bao quanh tế bào chất

• Pellicle: ngành Euglenophyta lớp bao bên

ngoài tế bào chất có bản chất là protein

Tế bào chất, nhân, bào quan

ribôsom Đôi khi sắc lạp có một vùng đậm đặc protein liên kết với các sản phẩm dự trữ tạo thành một cấu trúc gọi là nhân tinh bột hay nhân protein

– Có chứa các giọt lipid nhỏ nằm giữa các thylakoid

– Còn có các vô sắc lạp gồm leucoplast và amyloplast Chúng làm nhiệm

vụ tích lũy chất dự trữ

Tế bào chất, nhân, bào quan

• Ty thể: tương tự như ty thể của các sinh vật khác:

– Hai lớp màng:,màng ngoài trơn nhẵn, màng trong ăn sâu vào phía trong chất nền và tạo thành những mào (crista) trên đó mang nhiều loại enzim hô hấp

– Chất nền của ty thể có chứa ADN và ribosôm

• Thể Golgi (Golgi body):

– Là các túi dẹp xếp song song với nhau, hình vòng cung, phía lồi là mặt trans, phía lõm là mặt cis

– Tổng hợp và tiết ra polysaccharide vào thành tế bào

• Tế bào chất (cytoplasm) của tảo có chứa ribosom 80S và các giọt lipid

• Một số tảo di động có các nhóm hạt lipid màu vàng cam cấu tạo nên các điểm mắt (stigma – eyespot) – là cơ quan thụ cảm ánh sáng

• Chất dự trữ tế bào có nhiều dạng: tinh bột ở tảo lục, floridean ở Tảo đỏ,

laminarian ở Tảo nâu, leucosin ở Tảo roi Prymnesiophyta, fructosan ở Tảo lục

Acetabularia Ngoài ra còn có các chất dự trữ phân tử thấp như đường,

glycoside, polyol

• Tảo có không bào co rút (contractile vacuoles) giúp cho việc duy trì nước

trong tế bào và laọi bỏ chất thải ra khỏi tế bào

• Nhiều dạng tảo đơn bào còn có roi, số lượng có thể là 1, 2 hoặc nhiều Các roi

này xuất phát từ đầu cùng của tế bào, có chức năng vận chuyển

Sinh sản

• Sinh sản sinh dưỡng: được thực hiện bằng những

phần riêng rẽ của cơ thể, không chuyên hóa về

chức phận sinh sản

– Ở các tảo đơn bào, sinh sản sinh dưỡng thực hiện

bằng cách phân đôi tế bào

– Ở các tảo tập đoàn có một số tế bào phân chia nhanh hình thành những tập đoàn nhỏ bên trong tập đoàn

mẹ (ở tảo Volvox, tảo lưới)

– Ở các tảo dạng sợi thực hiện bằng cách đứt đoạn gọi

Sinh sản

• Sinh sản vô tính

• Được thực hiện bằng các bào tử chuyên hóa, có

roi (bào tử động - zoospore) hay không roi (bào

tử bất động- aplanospores or hypnospores), hình thành trong túi bào tử, về sau bào tử nảy mầm thành tản mới

• Autospore – bào tử bảo vệ (e.g, cyst trong

Dunaliella): giống như bào tử bất động, ko có khả năng chuyển động, hình thành trong điều kiện bị stress

Sinh sản

• Sinh sản hữu tính : không phải là hình thức sinh sản ưu thế của tảo, được thực hiện bằng sự kết

hợp của những tế bào chuyên hóa là giao tử,

hình thành trong các túi giao tử đơn bào

• Dựa vào mức độ giống hay khác nhau của các

giao tử mà có 3 hình thức Sinh sản hữu tính:

đẳng giao, dị giao và noãn giao

• Một số tảo có sự xen kẽ thế hệ trong quá trình

sống Sự xen kẽ thế hệ có thể là đẳng hình hay dị hình

Môi trường nuôi cấy tảo biển

• 5 Các loại môi trường

• 6 So sánh công thức môi trường nuôi

1 Lịch sử nghiên cứu và phát

triển

• Các thuật ngữ:

– Nước biển tự nhiên (Natural seawater):

– Nước biển nhân tạo (Artificial seawater)

– “Làm giàu” (enrichment): để chỉ việc thêm các

nguyên tố đa lượng, vi lượng, vitamin vào NW và

AW để thu được năng suất sinh khối tảo phù hợp – NW:chỉ nguồn nước biển tự nhiên chưa làm giàu – AW: chỉ nước biển nhân tạo chưa làm giàu

1 Lịch sử nghiên cứu và phát

triển

• Việc tạo ra môi trường nuôi cấy tảo được phát

triển từ cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 ((Allen and Nelson 1910; Allen 1914)

– Tỷ lệ các chất hóa học không phải là yếu tố quyết định – Hóa chất sử dụng có thể không tinh khiết và thường làm nhiễm các tạp chất là các yếu tố vi lượng vào môi trường nuôi

– Các yếu tố quan trọng cần đảm bảo trong môi trường:

độ pH, sắt, vitamin, không có chất độc, nước tiệt

trùng ko lẫn tạp chất

1 Lịch sử nghiên cứu và phát triển

• Môi trường nước biển tự nhiên:

• Môi trường nước biển nhân tạo:

2 Vật liệu cần thiết

• 2.2.Thiết bị, dụng cụ thủy tinh, ống đong

• Thiết bị: Phần lớn trang thiết bị phải đạt đúng tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm: Cân phân

tích, đo pH, máy khuấy từ…

• Dụng cụ: thủy tinh, teflon hoặc nhựa tổng hợp

• Tính an toàn của các vật liệu sử dụng

• Rửa và bảo quản dụng cụ thủy tinh

2 Vật liệu cần thiết

• 2.3 Nguồn nước, xử lý và bảo quản

– Là yếu tố rất quan trọng quyết định thành công của một qui trình nuôi

– Yêu cầu của nguồn nước:

– Lấy nước biển:

• Tầng pycnocline

2 Vật liệu cần thiết

• 2.3 Nguồn nước, xử lý và bảo quản

• Các bước lưu ý khi tiến hành khử trùng nước biển lọc

• 1 Thêm CO2 gián tiếp hoặc trực tiếp

• 2 Làm lạnh nhanh nước biển sau khi khử trùng bằng cách đặt vào bồn

• 6 thêm nồng độ cao EDTA vào môi trường (ví dụ mtruong K) cho một số tảo có thể chịu được

• 7 Khử trùng một khối lượng nhỏ nước biển với lò vi song

• 8 Giảm nồng độ Fe

3 Dung dịch Stock

• 3.1 Các yếu tố đa lượng - Macronutrients

(Nitrogen,Phosphorus, and Silicon)

• 3.2 Yếu tố vi lượng - Trace Metals

• 3.3 Vitamins

• 3.4 Đệm pH - pH Buffers

• 3.5 Chất tạo phức - Chelators

• 3.6 Dịch chiết đất - Soil Extracts

• 3.7 Germanium Dioxide (GeO2)

• Các chất dinh dưỡng này thường yêu cầu với

tỷ lệ 16N: 16Si: 1P

• Cách pha các stock nhiều yếu tố

3 Dung dịch Stock

• 3.1 Yếu tố đa lượng (Nitrogen,Phosphorus,

and Silicon)

• Bổ sung nguồn Nito:

– NaNO3 hoặc KNO3

– NH4Cl, Ure

• Bổ sung nguồn Phosphat

• Bổ sung nguồn Silicat

3 Dung dịch Stock

• 3.2 Yếu tố vi lượng

3 Dung dịch Stock

• 3.3 Vitamin

• 3 loại vitamin được sử dụng, với yêu cầu về

lượng như sau: vitamin B12> thiamine>

propanediol): Tris – base và Tris – HCl; có thể gây độc (dùng

1-5mM); Tris mang lại hiệu quả duy trì pH tốt hơn

• Glycylglycine: tan trong nước, có thể pha trực tiếp bột vào

NW, không độc

• HEPES (N-hydroxyethyl] piperazine-N ‘

[2-ethanesulphonic acid]) and MOPS (3-N-morpholino

• propane sulfonic acid) được dùng cho môi trường nuôi tảo

nước ngọt, hiếm khi dùng cho nước mặn

– EDTA hay được sử dụng nhất, và sử dụng dưới

dạng muối Na (Na2EDTA.2H2O); ức chế sinh

trưởng của một số loài tảo đại dương

– nitrilotriacetic acid (NTA) và axit citric đôi khi được dùng

3 Dung dịch Stock

• 3.6 Dịch chiết đất

• Một số ít môi trường sử dụng: Erdschreiber

• Dùng để giữ giống một số loài tảo, không dùng trong các thí nghiệm liên quan đến sinh lý

3 Dung dịch Stock

• 3.7 GeO 2

• Trong trường hợp đặc biệt, germanium

dioxide có thể được thêm vào ngăn chặn sự phát triển của tảo cát, nhưng khác

tảo cũng có thể bị ảnh hưởng

• Bổ sung (100 mg/L) GeO2 vào môi trường để

hạn chế diatom trong môi trường nuôi tảo lớn, tuy nhiên tảo nâu lại bị ảnh hưởng

• Bổ sung GeO2 để loại diatom khỏi tảo roi, nhưng tảo dinoflagella lại bị ảnh hưởng

4 Các phương pháp chuẩn bị môi

trường

• 4.1 Môi trường nước biển tự nhiên

– 1 Lựa chọn nguồn nước biển tốt để pha môi

trường, với độ mặn >30%o, nếu có thế

– 4 Thêm yếu tố đa lượng, Fe-EDTA, yếu tố vi

lượng, vitamin sau khi các yếu tố này cũng đã

4 Các phương pháp chuẩn bị môi

trường

• 4.2 Môi trường nước biển nhân tạo

• AW gồm có 2 phần: phần muối cơ bản (main - basal

salts) tạo nên “nước biển cơ bản” và dung dịch làm

giàu (giống với dung dịch cho vào NW)

• Muối cơ bản được chia thành 2 phần:

• Muối Na hoặc K khan (ví dụ: NaCl, Na2SO4, KCl,

NaHCO3, KBr, NaF) và

• Muối ngậm nước - Sunphat hoặc clo (ví dụ: MgCl2 ·

6H2O, CaCl2 · H2O, and SrCl2 · 6H2O) Các muối khan, nhất thiết phải được pha riêng với muối ngậm nước, sau đó đổ chung vào với nhau, rồi lần lượt thêm dung

4 Các phương pháp chuẩn bị môi

trường

• 4.2 Môi trường nước biển nhân tạo

• Lợi ích của AW so với NW

– Thành phần AW thường ổn định trong nhiều năm, trừ khi có sự thay đổi trong việc sử dụng muối của một nhà sản xuất khác, hoặc thay đổi trong qui

trình sản xuất của nhà sản xuất

– Có thể sử dụng nghiên cứu về điều kiện hạn chế dinh dưỡng, hoặc tỷ lệ dinh dưỡng vì chúng có thể kiểm soát một yếu tố dinh dưỡng nào đó ở mức

độ rất thấp, thậm chí = 0

5 Các loại Môi trường

• 5.1 Môi trường nước biển nhân tạo (Phụ lục

A – Algal Culturing Techniques)

• 5.2 Môi trường nước biển tự nhiên (Phụ lục

A – Algal Culturing Techniques)

Modified Johnsons Medium (J/l) (Borowitzka, M.A., 1988)

To 980 ml of distilled water add:

NaCl as needed to obtain desired

salinity MgCl2·6H2O 1.5 g MgSO4·7H2O 0.5 g

Fe solution (for 1 litre)

Khử trùng và kỹ thuật vô trùng

– 5.2 Transferring Liquid Cell Cultures

– 5.3 Transfer of Agar Culture

• 6.Khử trùng môi trường nuôi cấy

– 6.1 Dung dịch Stock – 6.2 Khử trùng môi trường nuôi cấy lỏng

– 6.3 Khử trùng môi trường nuôi cấy thạch

• 7.Đánh giá các điều kiện vô trùng