Bài viết trình bày việc ảnh hưởng của các mật độ ban đầu khác nhau lên sinh trưởng của quần thể tảo Nannochloropsis oculata, mật độ tảo dày đặc trong buồng đếm hồng cầu và trong ống dẫn vào ngày nuôi đạt mật độ cực đại ở các nghiệm thức, tốc độ tăng trưởng ngày của quần thể tảo ở các mật độ ban đầu khác nhau và sinh trưởng của quần thể tảo ở các nghiệm thức có tỷ lệ thu hoạch khác nhau.
Trang 1Ả NH HƯỞNG CỦA MẬT ĐỘ BAN ĐẦU VÀ TỶ LỆ THU HOẠCH LÊN SINH
TRƯỞNG VI TẢO Nannochloropsis oculata NUÔI TRONG HỆ THỐNG ỐNG DẪN
TRONG SUỐT NƯỚC CHẢY LIÊN TỤC
EFFECT OF INITIAL DENSITY AND HARVEST RATIO ON GROWTH RATE OF Nannochloropsis
oculata (EUSTIGMATOPHYCEAE) CULTURED IN A BIO-FENCE PHOTOBIOREACTOR
Bùi Bá Trung, Hoàng Thị Bích Mai, Nguyễn Hữu Dũng, Cái Ngọc Bảo Anh
Khoa Nuôi trồng Thủy sản, Trường Đại học Nha Trang
Tóm tắt
M ột hệ thống bao gồm 10 ống thuỷ tinh trong suốt đã được lắp đặt để nuôi Nannochloropsis
nhi ệt độ trong suốt quá trình nuôi luôn ở mức thích hợp Thí nghiệm về các mật độ ban đầu khác nhau ảnh hưởng lên sinh khối của quần thể tảo đã được thực hiện Mật độ ban đầu thích hợp nhất được xác định là 8x106tb/mL v ới mật độ cực đại lên đến 61,07x106tb/mL, đây là một mật độ rất cao khi so sánh
v ới các hệ thống nuôi Nannochloropsis oculata khác ở Việt Nam như túi nilon và bể composite Trong
T ừ khóa: Nannochloropsis, vi tảo, tỉ lệ thu hoạch
Abstract
A bio-fence of 10 glass tubes was developed for outdoor culture of Nannochloropsis oculata A cooling system accompanied with the bio-fence was designed to decrease temperature in culture An experiment of different initial densities affecting algal biomass was conduted The optimal initial
cell concentration compared with the other Nannochloropsis oculata culturing systems in Vietnam such as polyethylene sleeves and fibre-glass tanks In addition, experiment of the harvesting ratio on the biomass indicated that a daily harvest of 10% of culture volume resulted in the minimal effect on cell number of Nannochloropsis oculata
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Nannochloropsis oculata là một loài tảo
đơn bào sống ở biển, tế bào Nannochloropsis
oculata chứa một hàm lượng Eicosapentaenoic
acid (20:5ω3, EPA) rất cao Vì thế, loài vi tảo
này là một trong những nguồn sản xuất EPA
tiềm năng nhất và đã được sử dụng trong nhiều
trại sản xuất giống hải sản ở Châu Âu kể từ cuối
những năm 1980 Nannochloropsis oculata
được nuôi trong các trại sản xuất giống hải sản
với ba mục đích Đó là: (1) làm thức ăn chính
hoặc bổ sung cho sản xuất rotifer, (2) để làm
giàu rotifer và (3) tạo “hiệu ứng nước xanh”
trong bể nuôi ấu trùng cá [5]
Hiện nay, loài vi tảo này đang được nuôi thu sinh khối với nhiều kiểu khác nhau (nuôi thu hoạch toàn phần, nuôi liên tục và bán liên tục), theo hai phương thức là nuôi trong nhà và nuôi
ngoài trời Nannochloropsis oculata thường
được nuôi trong nhà bởi các túi polyethylene treo trên giàn hoặc các bể polyethylene hình trụ tròn khung sắt với thể tích nuôi từ 50 đến 500L, nuôi trong các ống composite, các mặt phẳng trong suốt Một trong những bất lợi cho nuôi thu
sinh khối Nannochloropsis oculata trong nhà là
chi phí sản xuất cao do việc sử dụng ánh sáng
từ điện Vì vậy, các hệ thống kín để nuôi
Nannochloropsis oculata ngoài trời ngày càng
VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trang 2được hoàn thiện Trong số các hệ thống kín
nuôi ngoài trời đã được thí nghiệm, việc nuôi
Nannochloropsis oculata trong các ống dẫn
trong suốt thường cho năng suất cao và thể tích
nuôi có thể lớn [2] Mặc dù hệ thống các ống
dẫn trong suốt có một số nhược điểm như: đắt
tiền, khó vệ sinh, tảo dễ bị tổn thương do áp lực
cao của oxy sinh ra từ quang hợp của tảo,
nhưng nếu hệ thống được nghiên cứu thiết kế
phù hợp thì có thể khắc phục được những khó
khăn trên và tận dụng được lợi thế về mặt năng
suất nuôi của hệ thống ống dẫn trong suốt
Trong thời gian gần đây, nghề sản xuất
giống cá chẽm Lates calcarifer ngày càng phát
triển mạnh, nhu cầu về thức ăn tươi sống cũng
Nannochloropsis oculata được sử dụng nhiều
nhất trong sản xuất rotifer Vì vậy, nghiên cứu
nuôi thu sinh khối vi tảo Nannochloropsis
oculata ngoài trời với năng suất cao là vấn đề
then chốt để nâng cao năng suất nuôi thức ăn
tươi sống với giá thành hạ
II ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
Thí nghiệm được tiến hành tại Trung tâm
Nghiên cứu Giống và Dịch bệnh Thuỷ sản
trường Đại học Nha Trang, Khánh Hòa từ tháng
7 – 12 năm 2007
2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu
2.1.1 Đối tượng
Nannochloropsis oculata thuộc ngành tảo
Heterokontophyta, lớp tảo Eustigmatophyceae
[3] Tảo giống được chuyển từ môi trường thạch
sang môi trường lỏng trong các bình tam giác
400 mL Sau đó tảo giống được nhân sinh khối
trong các bình cầu 10L trước khi đưa vào thí
nghiệm
2.2.2 Vật liệu thí nghiệm
Hệ thống nuôi bao gồm có 9 dãy ống trong suốt được lắp đặt cố định trên khung sắt và cách đều nhau 1,25m Mỗi dãy ống bao gồm có
10 ống dẫn trong suốt đặt song song và nối với nhau bởi các co dạng chữ U, ống ở vị trí thấp nhất được nối trực tiếp với máy bơm đặt trong
bể sợi thuỷ tinh (30L) Nước và tảo sẽ được bơm từ bể lên ống ở vị trí thấp nhất và chảy qua các ống bên trên, cuối cùng trở về bể qua ống ở
vị trí cao nhất tạo thành dòng tuần hoàn liên tục
trong hệ thống nuôi
2.2.2 Các thí nghiệm
Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của
mật độ ban đầu khác nhau lên sinh khối tảo
nuôi Thí nghiệm được bố trí với 4 nghiệm thức,
tb/mL Số lần lặp lại là 3 lần Điều kiện nuôi: Môi
trường nuôi F/2 (Guillard, 1975), sục khí liên tục 24/24 giờ, độ mặn: 27 ppt, pH nước ban đầu: 7,5 - 7,8 hệ thống được làm mát bằng nước
thống làm mát
Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng
của tỷ lệ thu hoạch lên sinh khối tảo nuôi theo kiểu bán liên tục Khi sinh khối tảo đạt đến pha gia tốc dương của sự sinh trưởng, một chế độ thu hoạch bán liên tục được thực hiện hàng ngày Tỷ
lệ thu hoạch hàng ngày được lựa chọn là 10%, 20%, 30% và 40% thể tích nuôi, song song đó là
bổ sung nước biển sạch và môi trường dinh dưỡng bù vào thể tích tảo đã thu hoạch.Thí nghiệm được lặp lại 3 lần
2.3 Thu thập và xử lý số liệu
Các thông số môi trường pH, nhiệt độ (T), được đo hàng ngày vào lúc 8 giờ và 14 giờ Mật độ tế bào được xác định bằng buồng đếm hồng cầu Bukner có V= 0,1mL
Trang 3chuyển sang dạng ln trước khi tiến hành phân tích
phương sai
III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Các số liệu về môi trường thí nghiệm
3.1.1 Nhiệt độ
Do được bố trí thêm hệ thống làm mát nên
có thể khống chế được sự gia tăng nhiệt độ quá
cao Nhiệt độ cao nhất trong cả hai thí nghiệm
3.1.2 pH
Theo Peter Coutteau 1996 [4], giá trị pH tốt
nhất cho nuôi thu sinh khối tảo là trong khoảng
7 – 9 Tuy nhiên, trong nuôi thu sinh khối tảo
ngoài trời với các hệ thống kín có cường độ chiếu sáng cao như các hệ thống quang dưỡng (photobioreactors) thì pH thường vượt quá 9 Đây là một trong những hạn chế của hệ thống cần được khắc phục trong các nghiên cứu tiếp
3.2 Ảnh hưởng của mật độ ban đầu đến sinh trưởng của quần thể tảo
0 0 0
1 0 0 0
2 0 0 0
3 0 0 0
4 0 0 0
5 0 0 0
6 0 0 0
7 0 0 0
4 T riệ u tb /m L 6 T riệ u tb /m L 8 T riệ u tb /m L 1 0 T riệ u tb /m L
Hình 1 Ảnh hưởng của các mật độ ban đầu khác nhau lên
sinh trưởng của quần thể tảo Nannochloropsis oculata
Hình 1 cho thấy quần thể tảo ở cả 4 mật độ
ban đầu khác nhau sinh trưởng trong 11 ngày
thì tàn lụi Sinh trưởng của quần thể tảo ở các
mật độ ban đầu 4, 6, 8 triệu tb/mL có dạng của
đường cong sinh trưởng chuẩn Tuy nhiên, ở cả
3 mật độ ban đầu này, sinh trưởng của tảo
không trải qua pha ban đầu (induction phase)
Mật độ tế bào tảo gia tăng nhanh sau 5 ngày
nuôi, tăng trưởng chậm từ ngày thứ 6 đến ngày
thứ 8 và tàn lụi nhanh chóng sau đó
Trong khi đó, ở mật độ ban đầu 10 triệu tb/mL, sinh trưởng của quần thể tảo rất khác với đường cong sinh trưởng chuẩn Chỉ trong 3 ngày nuôi, mật độ tảo đạt gấp 5 lần mật độ ban đầu (hình 1) Sau đó, mật độ tảo giảm xuống rồi lại tiếp tục tăng khá đều đặn đến ngày thứ 7 thì chuyển sang pha tàn lụi
Trang 4
Hình 2 Mật độ tảo dày dặc trong buồng đếm hồng cầu và trong ống dẫn
vào ngày nuôi đạt mật độ cực đại ở các nghiệm thức
3.3 Ảnh hưởng của mật độ ban đầu lên mật độ cực đại
Mật độ cực đại của cả 4 nghiệm thức đạt được trong khoảng thời gian từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 10 của đợt thí nghiệm
Bảng 1 Mật độ của quần thể tảo trong khoảng thời gian từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 10
Mật độ ban đầu Ngày
Số liệu trình bày trên bảng là giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn Số liệu có các chữ cái khác nhau thể hiện khác nhau có ý nghĩa thống kê (P<0,05)
Bảng 1 cho thấy nghiệm thức với mật độ
ban đầu 4 triệu tb/mL quần thể tảo đạt mật độ
cực đại sớm nhất vào ngày thứ 6 với mật độ
cực đại là 44,08 triệu tb/mL Tiếp đó, nghiệm
Mật độ ban đầu có ảnh hưởng đến mật độ cực đại của quần thể tảo Kết quả kiểm định thống kê về mật độ cực đại cho thấy có sự khác nhau về mật độ cực đại giữa các nghiệm thức
Trang 5Như vậy, trong giới hạn mật độ ban đầu từ
4 đến 8 triệu tb/mL, mật độ cực đại của tảo
Nannochloropsis oculata nuôi trong hệ thống
các ống dẫn trong suốt càng cao khi mật độ ban
đầu càng lớn Mật độ cực đại đạt cao nhất ở hai
lô thí nghiệm với mật độ ban đầu là 8 triệu tb/mL
và 10 triệu tb/mL Kết quả phân tích trên cho
thấy, mật độ ban đầu là 8 triệu tb/mL và 10 triệu
tb/mL cho sinh khối tảo cao nhất Tuy nhiên, ở
mật độ ban đầu 10 triệu tb/mL, sinh trưởng của
tảo không ổn định, không theo chiều hướng của
đường cong sinh trưởng chuẩn và tốn nhiều tảo giống (trong khi mật độ cực đại không khác với mật độ cực đại của nghiệm thức có mật độ ban đầu 8 triệu tb/mL) nên mật độ ban đầu là 8 triệu tb/mL được xác định là mật độ ban đầu thích hợp nhất nuôi tảo trong cho hệ thống các ống dẫn trong suốt Mật độ ban đầu là 8 triệu tb/mL được chọn làm mật độ ban đầu cho thí nghiệm sau
3.4 Ảnh hưởng của mật độ ban đầu lên tốc
độ sinh trưởng của quần thể tảo ở pha gia tốc dương
- 0 4 0
- 0 2 0
0 0 0
0 2 0
0 4 0
0 6 0
0 8 0
1 0 0
1 2 0
N g à y
4 T r iệ u t b /m L 6 T r iệ u t b /m L 8 T r iệ u t b / m L 1 0 T r iệ u t b / m L
Hình 3 Tốc độ tăng trưởng ngày của quần thể tảo ở các mật độ ban đầu khác nhau
Hình 3 cho thấy tốc độ sinh trưởng của
quần thể tảo nuôi với các mật độ ban đầu khác
nhau đạt cao nhất trong khoảng thời gian 5
ngày đầu của chu kì nuôi Sinh trưởng của quần
thể tảo ở các nghiệm thức có mật độ ban đầu là
4, 6, 8 triệu tb/mL ổn định hơn ở nghiệm thức
với mật độ ban đầu 10 triệu tb/mL Trong đó, ở
hai nghiệm thức với mật độ ban đầu là 6 và 8
triệu tb/mL, tốc độ sinh trưởng của quần thể đạt
giá trị dương kéo dài đến ngày thứ nuôi thứ 8
Tuy nhiên, sinh trưởng của quần thể tảo nuôi
với các mật độ ban đầu khác nhau gia tăng
không đều đặn theo ngày nuôi
Sinh trưởng của quần thể tảo ở nghiệm thức với mật độ ban đầu 10 triệu tb/mL biến động rất lớn, tốc độ sinh trưởng của quần thể tảo đạt rất cao ở ngững ngày nuôi thứ 1, thứ 3
và giảm đến giá trị âm ở những ngày nuôi thứ 2,
4, 8 Ở mức mật độ ban đầu này, sinh trưởng của quần thể tảo chỉ ổn định trong khoảng thời gian từ ngày thứ nuôi thứ 5 đến thứ 7
3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ thu hoạch đến sinh trưởng quần thể tảo
Khi quần thể tảo đang ở pha gia tốc dương, mật độ tế bào đạt trên 45 triệu tb/mL, chúng tôi tiến hành thu hoạch tảo với tỷ lệ 10%, 20%, 30% và 40%
Trang 60 0 0
5 0 0
1 0 0 0
1 5 0 0
2 0 0 0
2 5 0 0
3 0 0 0
3 5 0 0
4 0 0 0
4 5 0 0
5 0 0 0
N g à y
Hình 4 Sinh trưởng của quần thể tảo ở các nghiệm thức có tỷ lệ thu hoạch khác nhau
Việc thu hoạch tảo và bổ sung nước biển
sạch, môi trường dinh dưỡng hàng ngày đã làm
suy giảm mật độ tế bào tảo nhưng thu hoạch
bán liên tục đã kéo dài thời gian sinh trưởng của
tảo nuôi lên 15 ngày (dài hơn 4 ngày so với nuôi
thu hoạch toàn phần) Trong thời gian tiến hành
thu hoạch bán liên tục, trời có nhiều mưa nên
tốc độ sinh trưởng của tế bào thấp, không thể
bù đắp được lượng tế bào đã thu hoạch Vì vậy,
càng về cuối thí nghiệm, mật độ tế bào càng suy
giảm Đến ngày nuôi thứ 12 thì mật độ tế bào
của quần thể tảo suy giảm nghiêm trọng và có
dấu hiệu tàn lụi ở các nghiệm thức với tỷ lệ thu
hoạch 20%, 30% và 40% Ở nghiệm thức với tỷ
lệ thu hoạch 10%, sinh trưởng của quần thể tảo kéo dài đến ngày nuôi thứ 14 mới chuyển sang pha tàn lụi
Kết quả nghiên cứu này cũng tương tự như nghiên cứu của Phạm Thị Lam Hồng
(1999) [1] khi nuôi Nannochloropsis oculata với
các tỷ lệ thu hoạch 30% và 60% Ở các tỷ lệ thu hoạch 30% & 60%, mật độ của quần thể tảo suy giảm rất lớn và tàn lụi ở ngày nuôi thứ
12 Quần thể tảo trong nghiên cứu của chúng tôi và của Phạm Thị Lam Hồng đã không thể duy trì mức độ tăng trưởng cao để bù dắp được lượng tế bào đã thu hoạch theo các tỷ lệ như mong muốn
Bảng 2 Sinh trưởng của quần thể tảo trong ở các tỷ lệ thu hoạch khác nhau
Tỷ lệ thu hoạch Ngày
Trang 7Trong thời gian thu hoạch bán liên tục
(ngày 6 đến ngày 15), kết quả xử lý thống kê
cho thấy có sự khác biệt về mật độ tế bào
trung bình giữa quần thể tảo nuôi thu hoạch
10% với mật độ tế bào trung bình của các quần
thể tảo nuôi có tỷ lệ thu hoạch 20%, 30% &
40% Trong đó, mật độ tế bào trung bình của
quần thể tảo nuôi với tỷ lệ thu hoạch 10% lớn
hơn mật độ tế bào trung bình ở các quần thể
tảo nuôi với các tỷ lệ thu hoạch 20% 30% &
40% Kết quả xử lý thống kê cũng cho thấy
không có sự khác biệt về mật độ tế bào ở các
nghiệm thức có tỷ lệ thu hoạch 20%, 30% và
40%
Như vậy, ở nghiệm thức với tỷ lệ thu hoạch
10% sinh khối của quần thể tảo suy giảm ít hơn
so với các nghiệm thức với tỷ lệ thu hoạch 20%,
30% và 40% Sinh trưởng của quần thể tảo nuôi
với tỷ lệ thu hoạch 10% rất giống với sinh
trưởng của quần thể tảo nuôi bán liên tục của
Zhang Cheng-Wu (2001) [5] Trong nghiên cứu
của mình, Zhang đã xây dựng một mô hình thu
hoạch bán liên tục mới với tỷ lệ thu hoạch và
thời điểm thu hoạch khác nhau, trong thời gian
đầu tỷ lệ thu hoạch là 5%, sau đó tăng dần lên
10%, 15% và 20% Mô hình thu hoạch bán liên
tục này đã kéo dài thời gian sinh trưởng của tảo
lên gấp 4 lần so với nghiên cứu của chúng tôi
Tuy nhiên, ở tỉ lệ thu hoạch 5% trong
nghiên cứu của Phạm Thị Lam Hồng [1], sinh
trưởng của quần thể tảo rất khác với nghiệm
thức có tỷ lệ thu hoạch 10% của thí nghiệm 3
Trong khi mật độ tế bào của quần thể tảo với tỷ
lệ thu hoạch 5% của Phạm Thị Lam Hồng vẫn
tiếp tục tăng nhưng quần thể tảo nhanh chóng tàn lụi sau chỉ sau 9 ngày nuôi thì ở tỷ lệ thu hoạch 10%, quần thể tảo trong nghiên cứu của chúng tôi suy giảm về mật độ tế bào nhưng lại kéo dài được thời gian sinh trưởng lên đến 15 ngày Qua so sánh sinh trưởng của quần thể tảo với các tỷ lệ thu hoạch khác nhau trong nghiên cứu của chúng tôi với các nghiên cứu của Phạm Thị Lam Hồng và Zhang Cheng-Wu cho thấy rất khó để có thể xác định được một tỷ
lệ thu hoạch nào đó vừa đảm bảo kéo dài thời gian sinh trưởng vừa đảm bảo năng suất thu hoạch tảo Vì vậy, việc áp dụng mô hình thu hoạch như của Zhang dường như là giải pháp tốt nhất cho nuôi thu sinh khối tảo theo kiểu bán liên tục
IV KẾT LUẬN
1 Mật độ ban đầu tối ưu cho nuôi thu sinh khối
vi tảo Nannochloropsis oculata bằng hệ thống
ống dẫn trong suốt nước chảy liên tục là 8 triệu tb/mL Ở mật độ ban đầu này, mật độ cực đại của quần thể tảo đạt cao nhất (61,07 ± 1,27 triệu tb/mL)
2 Sinh trưởng của quần thể tảo với tỷ lệ thu hoạch 10%, 20%, 30% và 40% kéo dài được 15 ngày, dài hơn 4 ngày so với nuôi thu hoạch toàn phần trong thí nghiệm 1 Có sự khác biệt về mật
độ tế bào giữa quần thể tảo nuôi với tỷ lệ thu hoạch 10% với các tỷ lệ thu hoạch 20%, 30% và 40% Không có sự khác biệt về mật độ tế bào giữa các nghiệm thức với tỷ lệ thu hoạch 20%, 30% và 40% Trong đó, tỷ lệ thu hoạch 10% ít ảnh hưởng nhất đến sinh trưởng của quần thể tảo
Trang 8TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Phạm Thị Lam Hồng 1999, Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mặn, ánh sáng và tỷ lệ thu hoạch lên
một số đặc điểm sinh học, thành phần sinh hoá của hai loài vi tảo Nannochloropsis oculata (Droop) Hipper 1981 và Chaetoceros muelleri Lemmerman 1898 trong điều kiện phòng thí
nghiệm Luân văn thạc sĩ Trường Đại học Nha Trang
2 Amos Richmond 2004, Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology Blackwell Publishing
3 C van den Hoek et al (1995), Algae: An introduction to phycology Cambridge University Press
4 Peter Coutteau In Patrick Lavens and Patrick Sorgeloos (1996), Manual on the production and use of live food for aquaculture Published by the Food and Agriculture Organization of the United Nations
5 Zhang Cheng-Wu, Odi Zmora, Reuven Kopelm & Amos Richmond 2001, An industrial-size flat
plate glass reactor for mass production of Nannochloropsis sp (Eustigmatophyceae)
Aquaculture, 195, 35–49
