Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu nhân nuôi liên tục sinh khối tảo Chaetoceros sp. nhằm phục vụ nuôi trồng thủy sản tại Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:92

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn tiến hành phân lập, làm thuần 1 loài tảo silic Chaetoceros sp.; khảo sát sự sinh trưởng của tảo Chaetoceros sp. phân lập được với quy mô phòng thí nghiệm trong môi trường đơn giản; tìm hiểu, xây dựng mô hình và thử nghiệm thực tế quy trình nhân nuôi liên tục sinh khối tảo Chaetoceros sp. ngoài tự nhiên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu nhân nuôi liên tục sinh khối tảo Chaetoceros sp. nhằm phục vụ nuôi trồng thủy sản tại Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Phạm Thị Ngọc Diễm NGHIÊN CỨU NHÂN NUÔI LIÊN TỤC SINH KHỐI TẢO Chaetoceros sp. NHẰM PHỤC VỤ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TẠI CẦN GIỜ, TP HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Phạm Thị Ngọc Diễm NGHIÊN CỨU NHÂN NUÔI LIÊN TỤC SINH KHỐI TẢO Chaetoceros sp. NHẰM PHỤC VỤ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TẠI CẦN GIỜ, TP HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành : Sinh thái học Mã số : 8420120 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐỨC HƯNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do chính bản thân tôi thực hiện, các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn chính xác, trung thực và chưa từng có ai công bố. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những kết quả đã nêu trong luận văn này. Tác giả Phạm Thị Ngọc Diễm
LỜI CẢM ƠN Để có được kết quả như ngày hôm nay, trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban chủ nhiệm Khoa cùng các quý thầy cô trong Khoa Sinh học - Trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình học và thực hiện công tác nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS Nguyễn Đức Hưng - người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn đến em Nguyễn Văn Duy cùng các em sinh viên ở phòng thí nghiệm Sinh học - Khoa Sư phạm Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Sài Gòn đã hết lòng giúp đỡ và chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm cho tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới tất cả những người thân trong gia đình, bạn bè cùng lớp đã giúp đỡ, động viên tôi về mặt vật chất cũng như tinh thần để tôi có thể hoàn thành đề tài của mình. TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 HỌC VIÊN Phạm Thị Ngọc Diễm
MỤC LỤC Trang bìa phụ Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục từ viết tắt Danh mục hình Danh mục bảng MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 3 1.1. Đặc điểm tự nhiên và xã hội của huyện Cần Giờ ............................................. 3 1.1.1. Vị trí địa lí .................................................................................................. 3 1.1.2. Đặc điểm địa hình thổ nhưỡng ................................................................... 4 1.1.3. Đặc điểm khí hậu ....................................................................................... 4 1.1.4. Đặc điểm thủy văn ..................................................................................... 5 1.1.5. Đơn vị hành chính và đặc điểm dân số ...................................................... 5 1.1.6. Đặc điểm kinh tế, văn hoá - xã hội ............................................................ 5 1.2. Tổng quan về tảo silic ...................................................................................... 6 1.2.1. Đặc điểm về hình thái và cấu tạo tế bào .................................................... 6 1.2.2. Đặc điểm sinh trưởng ................................................................................. 8 1.2.3. Các hình thức sinh sản ............................................................................. 10 1.2.4. Vai trò của tảo silic .................................................................................. 12 1.3. Giới thiệu sơ lược về tảo Chaetoceros và tình hình nhân sinh khối tảo ........ 13 1.3.1. Phân loại ................................................................................................... 13 1.3.2. Đặc điểm hình thái của tảo....................................................................... 14 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của tảo................... 14 1.3.4. Tình hình nhân sinh khối tảo.................................................................... 15 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 21 2.1. Thời gian, địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 21 2.1.1. Thời gian nghiên cứu ............................................................................... 21 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................ 21
2.2. Phương pháp nghiên cứu tảo .......................................................................... 21 2.2.1. Thu mẫu ................................................................................................... 21 2.2.2. Phân lập .................................................................................................... 22 2.2.3. Nuôi thích nghi ........................................................................................ 23 2.2.4. Định danh hình thái .................................................................................. 23 2.2.5. Định danh phân tử tảo Chaetoceros sp. bằng mã vạch DNA .................. 24 2.2.6. Phương pháp xác định mật độ tế bào vi tảo ............................................. 28 2.2.7. Thiết lập mối tương quan giữa mật độ tế bào và mật độ quang .............. 29 2.2.8. Xác định thời gian thế hệ và tốc độ tăng trưởng ...................................... 30 2.2.9. Xác định độ mặn và pH của dịch nuôi ..................................................... 31 2.2.10. Bố trí thí nghiệm tại phòng thí nghiệm .................................................. 32 2.2.11. Thiết kế ao nuôi tảo liên tục ngoài trời .................................................. 33 2.2.12. Môi trường dinh dưỡng nuôi thực nghiệm............................................. 33 2.3. Phương pháp xử lí và phân tích số liệu .......................................................... 33 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 34 3.1. Phân lập và định danh .................................................................................... 34 3.1.1. Phân lập và định danh loài Chaetoceros dựa vào hình thái ..................... 34 3.1.2. Kết quả phân tích mã vạch DNA ............................................................. 36 3.2. Sự sinh trưởng của tảo Chaetoceros subtilis ở quy mô phòng thí nghiệm .... 41 3.2.1. Mối tương quan giữa mật độ tế bào và OD ............................................. 41 3.2.2. Sự sinh trưởng của C. subtilis trong các loại môi trường nuôi cấy khác nhau ................................................................................................. 42 3.3. Thử nghiệm mô hình nhân nuôi liên tục C. subtilis ngoài trời ...................... 50 3.3.1. Xử lí nguồn nước cấp để phục vụ thực nghiệm ....................................... 50 3.3.2 Kết quả xây dựng ao nuôi thử nghiệm ngoài trời ..................................... 52 3.3.3. Nhân sinh khối trong điều kiện tự nhiên .................................................. 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 57 PHỤ LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt 1 BM Biomass productivity Năng suất sinh khối 2 bp Base pair Cặp Base Basic Local Alignment Search 3 BLAST Tool Thời gian phân chia mỗi 4 Dd Division per day ngày 5 N Ngày 6 OD Optical density Mật độ quang 7 PSII Photosystem II Quang hệ II 8 SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn 9 SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét 10 td Doubling time Thời gian thế hệ 11 tb Tế bào 12 μ Growth rate Tốc độ tăng trưởng
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Bản đồ huyện Cần Giờ ............................................................................ 3 Hình 1.2. Cấu trúc vỏ tảo silic................................................................................. 7 Hình 1.3. Các pha tăng trưởng của vi tảo ............................................................... 8 Hình 1.4. Sơ đồ biểu diễn sự thay đổi huỳnh quang ............................................. 10 Hình 1.5. Vòng đời của tảo silic với sinh sản vô tính và hữu tính ........................ 11 Hình 1.6. Mô hình sản xuất tảo ............................................................................. 17 Hình 2.1. Dụng cụ thu mẫu ................................................................................... 21 Hình 2.2. Kĩ thuật phân lập vi tảo ......................................................................... 22 Hình 2.3. Thiết bị thu sinh khối tảo ...................................................................... 24 Hình 2.4. Sơ đồ thiết kế mồi để khuếch đại trình tự gen rbcL-3P ........................ 26 Hình 2.5. Sơ đồ thiết kế mồi để khuếch đại trình tự gen LSU D2-D3.................. 27 Hình 2.6. Thiết bị buồng đếm hồng cầu xác định mật độ tảo ............................... 29 Hình 2.7. Thiết bị đo hiệu suất lượng tử tối đa của quang hệ II ........................... 30 Hình 2.8. Thiết bị đo độ mặn nước ....................................................................... 32 Hình 2.9. Thiết bị đo pH ....................................................................................... 32 Hình 2.10. Phân bón NPK ....................................................................................... 33 Hình 3.1. Tảo Chaetoceros sp. qua kính hiển vi quang học.................................. 34 Hình 3.2. Ảnh SEM tảo Chaetoceros sp. .............................................................. 35 Hình 3.3. Kết quả điện di sản phẩm DNA tổng số của Chaetoceros sp................ 36 Hình 3.4. Kết quả kiểm tra độ tinh sạch của DNA bằng Nanodrop ..................... 37 Hình 3.5. Kết quả điện di sản phẩm PCR của vùng gen rbcL 3P và LSU D2-D3 ...................................................................................... 38 Hình 3.6. Kết quả BLAST trình tự gen rbcL-3P trên GenBank. .......................... 38 Hình 3.7. Kết quả BLAST trình tự gen LSU D2-D3 trên GenBank ..................... 39 Hình 3.9. Mối tương quan giữa mật độ tế bào và mật độ quang .......................... 42 Hình 3.10. Đường cong tăng trưởng của Chaetoceros sp. ở các môi trường khác nhau .............................................................................................. 43 Hình 3.11. Màu sắc dịch nuôi cấy tại thời điểm mật độ tế bào đạt cực đại của các nghiệm thức .................................................................................... 49
Hình 3.12. Bồn chứa 10m3 ...................................................................................... 50 Hình 3.13. Hệ thống xử lí nước cấp để nuôi và nhân sinh khối tảo ........................ 51 Hình 3.14. Hệ thống ao nuôi liên tục ...................................................................... 52 Hình 3.15. Thực nghiệm nhân giống ở quy mô từ 0,5 – 2,5 -10 lít ........................ 53 Hình 3.16. Dịch tảo ở quy mô 10 lít bị nhiễm tảo tạp khác .................................... 53
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Các thành phần có trong phản ứng khuếch đại trình tự rbcL-3P ............ 26 Bảng 2.2. Các thành phần có trong phản ứng khuếch đại trình tự LSU D2-D3 ...... 27 Bảng 2.3. Chu kì nhiệt khuếch đại trình tự .............................................................. 28 Bảng 3.1. Kết quả mô tả hình dạng của Chaetoceros sp. ........................................ 35 Bảng 3.2. Kết quả BLAST vùng gen LSU D2-D3 các mẫu tương đồng trên cơ sở dữ liệu của GenBank .......................................................................... 40 Bảng 3.3. Mật độ tế bào Chaetoceros subtilis dưới ảnh hưởng của các mật độ khởi đầu khác nhau nuôi trong phòng thí nghiệm ................................... 45 Bảng 3.4. Tốc độ tăng trưởng và năng suất sinh khối của Chaetoceros subtilis ở các môi trường khác nhau nuôi trong phòng thí nghiệm ..................... 48 Bảng 3.5. Điều kiện môi trường trong quá trình thử nghiệm so với ở điều kiện phòng thí nghiệm ..................................................................................... 54
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong các hệ sinh thái rừng ngập mặn, nhóm tảo silic (khuê tảo, tảo cát) là nhóm sinh vật sơ cấp quan trọng của nhiều chuỗi thức ăn cho các sinh vật khác. Tảo silic thường chiếm ưu thế (> 80%) trong thành phần phiêu sinh thực vật của rừng ngập mặn vùng cửa sông, ngoài ra chúng còn được đánh giá là giàu dinh dưỡng nên thường được sử dụng làm nguồn thức ăn cho lớp hai mảnh vỏ. Huyện Cần Giờ nằm ở phía Đông Nam thành phố Hồ Chí Minh, có bờ biển dài gần 20km và hệ thống sông ngòi chằng chịt. Đây là điều kiện thuận lợi để nuôi trồng nhiều loài hải sản có giá trị kinh tế cao. Trên các con sông Hà Thanh, Đồng Tranh, Cộng Hòa, Rạch Lỡ… của huyện Cần Giờ, có rất nhiều giàn nuôi hàu làm nổi trên sông. Hiện nay, huyện Cần Giờ có gần 500 hộ nuôi hàu với tổng diện tích mặt nước gần 12 ha, sản lượng hơn 100 tấn/ha. Năm 2010, số tiền thu về từ nuôi hàu đạt gần 50 tỉ đồng. Nhìn chung, khu vực huyện Cần Giờ có điều kiện khí hậu tương đối ổn định quanh năm, vì vậy việc thiết lập các hệ thống nuôi tảo ngoài trời sẽ có tính khả thi cao. Đặc biệt, trong những năm gần đây, nghề nuôi hàu ở Cần Giờ đã phát triển quá mức, mật độ nuôi cao nên có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt nguồn thức ăn phiêu sinh thực vật, và tiềm ẩn những nguy cơ ô nhiễm môi trường nước, dẫn tới tỉ lệ hàu bị loại (hàu ốm) phải bán với giá thấp sau các đợt thu hoạch. Điều này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống kinh tế người dân huyện Cần Giờ. Những thử nghiệm đầu tiên về nuôi cấy liên tục tảo Chaetoceros với nước biển được làm giàu có thể mở ra những hướng phát triển mới để kiểm soát việc nuôi tảo đại trà nhằm phục vụ nuôi trồng thủy sản trên cạn (trại giống ương ghép, trại giống tôm, vỗ béo hàu), vì thế chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu nhân nuôi liên tục sinh khối tảo Chaetoceros sp. nhằm phục vụ nuôi trồng thủy sản tại Cần Giờ, Tp HCM”.
2 2. Mục tiêu nghiên cứu Phân lập và định danh được một loài tảo Chaetoceros sp. từ rừng ngập mặn Cần Giờ và xác định khả năng nhân sinh khối liên tục ngoài tự nhiên của loài tảo này. 3. Đối tượng nghiên cứu Trong đề tài này, chúng tôi chọn tảo silic Chaetoceros sp. để làm đối tượng nghiên cứu. Đây là một trong những chi tảo silic được đánh giá là có tiềm năng làm thức ăn trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam và cũng như trên thế giới. 4. Nội Dung Nghiên Cứu 1. Phân lập, làm thuần 1 loài tảo silic Chaetoceros sp. 2. Khảo sát sự sinh trưởng của tảo Chaetoceros sp. phân lập được với quy mô phòng thí nghiệm trong môi trường đơn giản. 3. Tìm hiểu, xây dựng mô hình và thử nghiệm thực tế quy trình nhân nuôi liên tục sinh khối tảo Chaetoceros sp. ngoài tự nhiên. 5. Phạm vi nghiên cứu Đề tài chỉ nghiên cứu 1 loài Chaetoceros sp. phân bố ở khu vực rừng ngập mặn Cần Giờ.
3 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Đặc điểm tự nhiên và xã hội của huyện cần giờ 1.1.1. Vị trí địa lí Huyện Cần Giờ cách trung tâm thành phố Hồ Chí Minh khoảng 40 km về phía Đông Nam. Vị trí của huyện Cần Giờ ở từ 106 độ 46’12” đến 107 độ 00’50” Kinh độ Đông và từ 10 độ 22’14” đến 10 độ 40’00” vĩ độ Bắc.[1] Hình 1.1. Bản đồ huyện Cần Giờ [1] Cần Giờ giáp ranh với huyện Nhơn Trạch, huyện Long Thành (tỉnh Đồng Nai), huyện Châu Thành, thị xã Bà Rịa, thành phố Vũng Tàu (tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu) về
4 phía Đông và Đông Bắc. Giáp với huyện Cần Đước, huyện Cần Giuộc ( tỉnh Long An) huyện Gò Công Đông (tỉnh Tiền Giang) về phía tây. Giáp với huyện Nhà Bè (TP.HCM) về phía Tây Bắc. Phía Nam giáp với Biển Đông. Toàn huyện có 01 thị trấn Cần Thạnh và 06 xã: Bình Khánh, Tam Thôn Hiệp, An Thới Đông, Long Hòa, Lý Nhơn và Thạnh An (xã đảo) (xem hình 1.1).[1] 1.1.2. Đặc điểm địa hình thổ nhưỡng Tổng diện tích tự nhiên của toàn huyện là 70.445,34ha (đã bao gồm diện tích khu Gò Gia), chiếm 1/3 tổng diện tích toàn Thành phố [1]. Trong đó, diện tích mặt nước là 25.075 ha, bằng 35% diện tích tự nhiên của huyện; diện tích đất rừng và rừng là 32.000 ha, chiếm 47,25%, đa số là đất rừng ngập mặn (rừng Sác và Đước). Địa hình tương đối bằng phẳng, có độ chênh cao khoảng 0,0 – 1,5 m; có thể chia huyện Cần Giờ thành 7 dạng địa hình: - Dạng không ngập nước; - Dạng ngập nước theo chu kì nhiều năm; - Dạng ngập theo chu kì năm; - Dạng ngập theo chu kì tháng; - Dạng ngập theo chu kì ngày đêm; - Dạng bãi bồi ven biển và cửa sông; - Dạng mặt nước; bao gồm mặt nước sông rạch và biển. Một mặt do mật độ dòng chảy ở đây cao, mặt khác diễn biến của thủy triều rất phức tạp nên xác định chính xác diện tích mặt nước là rất khó khăn. 1.1.3. Đặc điểm khí hậu Huyện Cần Giờ mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, có hai mùa mưa và nắng rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, nền nhiệt độ cao và ổn định [1]. Nhiệt độ trung bình của các tháng trong năm từ 25oC-29oC, cao tuyệt đối là 38,20C, thấp tuyệt đối là14,40C. Độ ẩm trung bình từ 73% đến 85%, độ bốc hơi từ 3,5 đến 6 mm/ngày, trung bình 5 mm/ngày, cao nhất 8 mm/ngày [1].
5 Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.000 – 1.402 mm, trong mùa mưa lượng mưa tháng thấp nhất khoảng 100 mm, tháng nhiều nhất 240mm. Mùa mưa hướng gió chính là Tây – Tây Nam, mùa khô hướng gió Bắc – Đông Bắc [1]. 1.1.4. Đặc điểm thủy văn Hệ thống sông ngòi ở Huyện Cần Giờ chằng chịt, nguồn nước từ biển đưa vào bởi hai cửa chính hình phễu là vịnh Đồng Tranh và vịnh Gành Rai, nguồn nước từ sông đổ ra là nơi hội lưu của sông Sài Gòn và sông Đồng Nai ra biển bằng hai tuyến chính là sông Long Tàu và Soài Rạp; ngoài ra còn có sông Thị Vải, Gò Gia và các sông phụ lưu. Diện tích sông rạch là 22.161 ha chiếm 21,27% diện tích toàn huyện . Toàn bộ sông rạch chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều. Vì nằm trong vùng cửa sông, chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ bán nhật triều từ biển Đông truyền vào, các sông rạch của huyện Cần Giờ đều đóng vai trò "kênh dẫn triều" đưa nước mặn xâm nhập khắp địa bàn huyện làm cho khối nước mặt ở đây quanh năm bị mặn, lợ [1]. 1.1.5. Đơn vị hành chính và đặc điểm dân số Tổng diện tích tự nhiên toàn huyện trên 71.361 ha chiếm gần 1/3 diện tích toàn Thành phố, trong đó rừng và đất rừng chiếm 54%. Tính đến 31/12/2017 dân số toàn huyện Cần Giờ có 75.733 người (Nguồn: Chi cục thống kê huyện Cần Giờ), mật độ dân số 108 người/km2, tỷ lệ tăng dân số tự nhiên: 0,73%, dân cư của huyện phân bố không đồng đều giữa các đơn vị hành chính cấp xã; tập trung cao nhất ở xã Bình Khánh và thấp nhất là xã Thạnh An (xã đảo).. Thế mạnh của Cần Giờ được xác định là rừng và biển [1]. 1.1.6. Đặc điểm kinh tế, văn hoá - xã hội Hoạt động kinh tế chủ yếu là các ngành Nông - Lâm - Ngư nghiệp và một số hoạt động du lịch. Ngành nghề sinh sống chủ yếu của người dân ở huyện Cần Giờ là nuôi trồng và khai thác thủy sản, sản xuất muối, trồng trọt, chăn nuôi, kinh doanh thương mại, dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp, nhận khoán bảo vệ rừng phòng hộ. Tuy nhiên, quy mô sản xuất, kinh doanh còn nhỏ lẻ, manh mún, sản xuất còn nhiều rủi ro do thường xuyên bị ảnh hưởng bởi thời tiết, thiên tai, đời sống người dân ven biển còn nhiều khó khăn, mức sống thấp.
6 Theo quy hoạch phát triển kinh tế, huyện Cần Giờ có bờ biển dài gần 20 km, vùng biển có thể nuôi trồng nhiều loài thủy sản như: nghêu, tôm, sò, hàu, cá. Biển là nguồn lợi to lớn của ngư dân huyện Cần Giờ. Vì vậy, trong cơ cấu phát triển kinh tế của huyện, ngành nuôi trồng và đánh bắt thủy sản luôn được xem là ngành kinh tế mũi nhọn, là một trong những động lực phát triển kinh tế - xã hội của huyện Cần Giờ. 1.2. Tổng quan về tảo silic 1.2.1. Đặc điểm về hình thái và cấu tạo tế bào Tảo silic là loại tảo đơn bào có kích thước hiển vi, ở nhiều loài các tế bào nối với nhau thành chuỗi dài, một số sống riêng lẻ, một số ít loài dùng chất keo tiết ra bám vào các vật thể khác sống cố định, do tác động cơ học bị đứt gãy trôi đi sống phù du [2]. Các loài tảo silic khác biệt nhau bởi hình dạng và kết cấu vân hoa trên vỏ, dựa vào đặc điểm này chia tảo silic thành hai nhóm: nhóm tảo silic trung tâm và nhóm tảo silic lông chim. Nhóm tảo silic trung tâm (Centrales): Vân hoa trên mặt vỏ tế bào sắp xếp theo dạng tỏa tia từ một điểm hoặc nhiều điểm làm trung tâm, không di động. Nhóm tảo silic lông chim (Pennales): Vân hoa trên mặt vỏ tế bào sắp xếp theo dạng đối xứng hai bên đối với trục dài hoặc tuyến giữa của mặt vỏ như dạng lông chim, có hoặc không có khả năng di động [3]. Tảo silic có nhiều hình dạng khác nhau: hình hộp tròn, hình trụ, hình trứng, hình que, hình cong chữ S,…Vỏ của tảo như cái hộp gồm hai nắp úp lồng vào nhau. Vỏ trên (Epitheca) lớn, vỏ dưới (Hypotheca) nhỏ. Mặt của vỏ trên và dưới là mặt vỏ (Valve). Phần vỏ thân của hộp là vòng vỏ (Girdle), phần vỏ trên và vỏ dưới lồng vào nhau là đai nối (Connesting band) hoặc đai vòng (Hình 1.2) [2]. Tùy theo từng loài, tế bào có mặt vỏ hình tròn, hoặc hình bầu dục,… và do đó có ba trục khác nhau: - Trục dài (Apical axis) còn gọi là trục đỉnh là chiều dài của mặt vỏ. Tế bào có mặt vỏ hình tròn thì trục dài cũng là đường kính, tế bào có mặt vỏ hình bầu dục thì trục dài là chiều dài của hình bầu dục.
7 - Trục rộng (Transapical axis) còn gọi là trục cắt đỉnh là chiều rộng của mặt vỏ. Tế bào có mặt vỏ hình tròn thì trục rộng và trục dài bằng nhau và bằng đường kính, tế bào có mặt vỏ hình bầu dục thì trục rộng là chiều rộng của hình bầu dục. - Trục cao (Pervalvar axis) còn gọi là trục xuyên là chiều cao từ mặt vỏ trên tới mặt vỏ dưới của tế bào. Hình 1.2. Cấu trúc vỏ tảo silic [2] Vỏ tế bào tảo silic được cấu tạo bởi hợp chất silic và pectin. Tùy theo mức độ nhiều hay ít của hợp chất silic mà vỏ tế bào dày cứng như ở những loài sống sát đáy hoặc vỏ tế bào mỏng manh như ở các loài hoàn toàn sống phù du. Hầu như vỏ tế bào của các loài tảo silic đều có cấu tạo hoa vân rất tinh vi, dưới dạng những lỗ nhỏ và những buồng nhỏ [2]. Tế bào tảo silic gồm nhân (nucleus) thường nằm ở trung tâm tế bào. Trong tế bào tảo silic còn có trung thể (centrosome) do H L Smith quan sát thấy đầu tiên ở chi tảo Surirella là một hạt nhỏ, đường kính 1,5 - 2µm, nằm ở phần lõm của nhân hình thận. Chất nguyên sinh của tế bào tảo silic thường là khối lớn ở giữa tế bào, từ đó các sợi nối lớp chất nguyên sinh ở sát thành vỏ tế bào. Xen kẽ giữa các sợi chất nguyên sinh có thể thấy những hạt dầu nhỏ và không bào. Thể sắc tố thường phân bố ở sát mặt vỏ hoặc mặt vòng vỏ tế bào. Hình dáng và số lượng của chúng khác nhau tùy từng loài. Thông thường ở những tế bào tảo silic đang sống có màu nâu vàng do những sắc tố chlorophyll, phycoxanthin, phaeophin và diatomin tạo nên [2].
8 1.2.2. Đặc điểm sinh trưởng Quá trình sinh trưởng của tảo silic trong môi trường khép kín diễn ra theo 5 pha [3] (Hình 1.3). Hình 1.3. Các pha tăng trưởng của vi tảo [3] 1. Pha cảm ứng: Tảo bắt đầu thích nghi với môi trường, hình thành enzyme cảm ứng, các chất chuyển hóa lên quan đến quá trình phân chia và cố định cacbon nên quá tốc độ tăng trưởng của quần thể diễn ra chậm. 2. Pha lũy thừa: Tảo hấp thụ chất dinh dưỡng mạnh, số lượng tế bào tăng nhanh theo hàm lograit: Ct=C0.emt (1.1) Ct: Số lượng tế bào tại thời điểm t C0: Số lượng tế bào tại thời điểm ban đầu m: Tốc độ tăng trưởng 3. Pha giảm tốc độ tăng trưởng: Ở pha này chất dinh dưỡng bắt đầu cạn kiệt và yếu tố môi trường không còn thuận lợi nên tốc độ tăng trưởng của quần thể diễn ra chậm. 4. Pha cân bằng: Mật độ tế bảo đạt cực đại, số lượng tế bào tương đối ổn định.
9 5. Pha suy vong: Chất lượng nước suy giảm, chất dinh dưỡng cạn kiệt và một số chất chuyển hóa độc hại được tạo ra nên tảo không thể duy trì sự tăng trưởng, số lượng tế bào giảm. Do đó, để thu được sinh khối cao và chất lượng cần duy trì môi trường trong giai đoạn tăng trưởng theo cấp số nhân. Hơn nữa, giá trị dinh dưỡng của tảo thấp hơn khi nuôi cấy vượt quá ba pha do giảm khả năng tiêu thụ chất dinh dưỡng, thành phần dinh dưỡng của môi trường không đủ và các chất chuyển hóa độc hại được tạo ra. Sự sinh trưởng của tảo liên quan chặt chẽ đến quá trình quang hợp. Trên màng thylacoit có những phân tử sắc tố có khả năng điều khiển quá trình quang hợp, phát lại nhiệt hay phát huỳnh quang. Huỳnh quang chủ yếu được phát ra từ chlorophyll a của PSII. Huỳnh quang diệp lục đã được sử dụng để đánh giá thực trạng cấu trúc và chức năng của màng thylacoit. Nó phản ánh hoạt động của các quá trình khởi nguyên như sự hấp thụ ánh sáng, sự phân bố và vận chuyển năng lượng cũng như phản ánh trực tiếp hiệu suất của phản ứng quang hóa trong PSII. Các phản ứng quang hóa này phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa khử của chất nhận điện tử đầu tiên của PSII và của các phức hệ vận chuyển điện tử khác của màng [4]. Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên hoạt động của bộ máy quang hợp của Chaetoceros nuôi ở các giá trị pH khác nhau, tác giả sử dụng phương pháp đo huỳnh quang diệp lục. Huỳnh quang phát ra bởi PSI khá nhỏ. Tuy nhiên, ở Cyanobacteria sự phát huỳnh quang của PSI và phycobilisomes thì nhiều hơn [5]. Phân tử chlorophyll hấp thụ ánh sáng chuyển sang trung tâm phản ứng (P680) sau đó truyền điện tử cho Quinnone A (QA) và trung tâm phản ứng bị oxi hóa. Huỳnh quang nhỏ nhất được xác định (Fo). Khi các trung tâm phản ứng đóng lại, chất nhận điện tử (QA) bị khử hoàn toàn và huỳnh quang lớn nhất được xác định (Fm). Huỳnh quang biến thiên (Fv) được sử dụng để đánh giá hiệu suất lượng tử của phản ứng quang hóa trong quá trình quang hợp. Giá trị Fv/ Fm được xác định bằng cách đo hiệu suất huỳnh quang tăng từ huỳnh quang tối thiểu đến huỳnh quang tối đa và giá trị này thường giảm với các stress môi trường (Hình 1.4). Mức độ stress cũng như khả năng phục hồi của bộ máy quang hợp phụ thuộc vào từng loài, trạng thái sinh lí và điều kiện môi trường.
10 Hình 1.4. Sơ đồ biểu diễn sự thay đổi huỳnh quang [5] 1.2.3. Các hình thức sinh sản Tảo silic có hai hình thức sinh sản. Phân cắt tế bào là phương pháp phổ biến nhất. Khi đó nội chất phân đôi, hai mảnh vỏ tách ta kèm theo một nửa nội chất, sau đó tự tổng hợp nên vỏ thứ hai. Các tế bào ở các thế hệ sau nhỏ hơn hai thế hệ đầu. Khi các thế hệ sau có mảnh vỏ quá nhỏ chúng sẽ hình thành nên vỏ tạm thời (perizonium), trong lớp vỏ đó tế bào lớn lên và tạo thành bào tử tự thân (autospore). Bào tử đạt đến kích thước chuẩn sẽ tổng hợp nên hai nắp vỏ mới. Gặp điều kiện bất lợi tảo silic hình thành bào tử nghỉ bằng cách chất tế bào mất nước, co lại và tạo ra lớp vỏ tạm thời khá dầy, nhiều khi có gai nhưng vẫn nằm trong nắp cũ. Khi gặp điều kiện thận lợi trở lại thì nắp vỏ ngoài tan đi và nẩy mầm thành tế bào sinh trưởng bình thường [6]. Rất ít gặp sinh sản hữu tính ở tảo silic. Một số loài sinh sống ở nước ngọt có thể tiến đến gần nhau, nội chất thoát ra khỏi nắp vỏ và tạo nên bao nhầy, sau đó phân chia giảm nhiễm tạo ra 4 nhân con. Hai nhân con về sau thoái hóa đi, hai nhân còn lại sẽ biến thành 2 giao tử. Chúng kết hợp với 2 giao tử của 2 tế bào bên cạnh và tạo thành 2 hợp tử. Hợp tử sẽ phát triển 2 nắp vỏ mới của tế bào. Một số tảo silic trung tâm sống ở nước mặn hình thành nên 2 hay 4 giao tử (tùy loài) không có lông roi nằm