Luận văn Khảo sát môi trường tăng trưởng tối ưu và kiểm tra định tính lipid của vi tảo Tetraselmis

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT MÔI TRƯỜNG TĂNG TRƯỞNG TỐI ƯU VÀ KIỂM TRA ĐỊNH TÍNH LIPID CỦA VI TẢO TETRASELMIS Ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực hiện : CAO HOÀNG SƠN Giáo viên hướng dẫn : ThS. LÊ THỊ MỸ PHƯỚC Niên khóa : 2004 - 2009 TP. HỒ CHÍ MINH, 08/2010 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Sinh Học, các thầy cô trong khoa Khoa Học Ứng Dụng trường ĐH Tôn Đức Thắng, đã tận tình dạy dỗ giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường. Em xin gửi đến cô, ThS. Lê Thị Mỹ Phước , lời cảm ơn sâu sắc nhất. Cô đã truyền đạt cho em những kiến thức, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn anh Trương Huy Hoàng, người đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện luận văn Chân thành cảm ơn Các anh chị trong phòng thí nghiệm chuyển hóa sinh học - Đại học Khoa Học Tự Nhiên đã tận tình góp ý, chỉ bảo và tạo điều kiện thuận lợi cho em từ khi mới vào phòng cho đến lúc hoàn thành luận văn. Con xin cảm ơn ba mẹ, cảm ơn dì Minh cùng đại gia đình đã là nguồn động viên tinh thần lớn giúp con vượt qua giai đoạn khó khăn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến: Các bạn lớp 08SH và các em lớp 09SH đã quan tâm, ủng hộ, hỗ trợ và đóng góp ý kiến trong quá trình thực hiện luận văn. Chân thành cảm ơn bạn Lê Ngọc Tuấn đã đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian qua! Mặc dù đã nỗ lực, cố gắng hoàn thiện đề tài nhưng không tránh khỏi những sai sót. Rất mong sẽ nhận được những lời góp ý từ quý thầy cô, các anh chị và các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2010 Cao Hoàng Sơn Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp i MỤC LỤC Trang Mục lục ........................................................................................................................... i Danh mục bảng .................................................................................................................... v Danh mục hình..................................................................................................................... vi Danh mục biểu đồ .............................................................................................................. vii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu đề tài...................................................................................... 2 CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu chung về tảo ................................................................................ 3 2.1.1. Các dạng cấu trúc cơ thể. ............................................................................. 3 2.1.1.1. Cấu trúc đơn giản............................................................................................ 3 2.1.1.2. Cấu trúc amíp.................................................................................................. 4 2.1.1.3. Cấu trúc palmella ............................................................................................ 4 2.1.1.4. Cấu trúc hạt ..................................................................................................... 4 2.1.1.5. Cấu trúc dạng sợi ............................................................................................ 4 2.1.1.6. Cấu trúc dạng bản ........................................................................................... 5 2.1.1.7. Cấu trúc ống (siphon) ..................................................................................... 5 2.1. 2. Thành phần cấu tạo. ..................................................................................... 5 2.1.2.1. Màng tế bào .................................................................................................... 5 2.1.2.2. Chất nguyên sinh ............................................................................................ 6 2.1.2.3. Thể màu và chất dự trữ ................................................................................... 6 2.1.2.4. Không bào....................................................................................................... 6 2.1.2.5. Roi .................................................................................................................. 7 2.1.2.6. Điểm mắt. ...................................................................................................... 7 2.1.3 Sinh sản ......................................................................................................... 7 2.1.3.1 Sinh sản sinh dưỡng. ....................................................................................... 7 2.1.3.2. Sinh sản vô tính .............................................................................................. 8 Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp ii 2.1.3.3. Sinh sản hữu tính ........................................................................................... 8 2.1.4. Dinh dưỡng ở tảo .......................................................................................... 10 2.1.4.1. Dinh dưỡng carbon ......................................................................................... 11 2.1.4.2. Dinh dưỡng nitơ .............................................................................................. 13 2.1.4.3. Dinh dưỡng phốt pho ...................................................................................... 16 2.1.4.4. Dinh dưỡng vi lượng ...................................................................................... 16 2.1.5. Ảnh hưởng của một số yếu tố ngoại cảnh đến sinh trưởng và phát triển của tảo ............................................................................................................... 17 2.1.5.1. Ánh sáng ......................................................................................................... 17 2.1.5.2. Nhiệt độ ......................................................................................................... 18 2.1.5.3. Độ mặn ........................................................................................................... 18 2.1.5.4. Ảnh hưởng của pH. ......................................................................................... 19 2.1.6. Phân bố .......................................................................................................... 20 2.2. Giới thiệu chung về tảo Tetraselmis ........................................................... 21 2.2.1. Vị trí phân loại ................................................................................................ 21 2.2.2. Đặc điểm sinh học ......................................................................................... 21 2.3. Sơ lược về công nghệ sản xuất đại trà vi tảo .............................................. 24 2.3.1. Lịch sử nghiên cứu ......................................................................................... 24 2.3.2. Các kiểu bể nuôi trồng tảo .............................................................................. 25 2.3.2.1. Hệ thống bể nông (shallowponds) ................................................................. 26 2.3.2.2. Hệ thống bể dài (Rayceways) ........................................................................ 26 2.3.2.3. Hệ thống nghiêng (cascade) .......................................................................... 27 2.3.2.4. Hệ thống bể phản ứng quang sinh dạng ống ................................................. 27 2.3.2.5. Hệ thống bể lên men ...................................................................................... 28 2.3.3. Tách sinh khối .............................................................................................. 28 2.3.3.1. Phương pháp li tâm ........................................................................................ 28 2.3.3.2. Phương pháp lọc ............................................................................................. 29 2.3.3.3 Phương pháp tạo bông .................................................................................... 29 2.3.4. Sấy sinh khối ................................................................................................. 30 2.3.4.1. Phương pháp sấy phun .................................................................................... 30 2.3.4.2. Sấy mặt trời..................................................................................................... 31 Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp iii 2.3.4.3. Phương pháp sấy đông khô ............................................................................. 31 2.4. Sơ lược về nhiên liệu sinh học ...................................................................... 31 2.4.1. Định nghĩa ..................................................................................................... 31 2.4.2. Phân loại nhiên liệu sinh học ....................................................................... 31 2.4.3. Biodiesel ......................................................................................................... 32 2.4.3.1. Biodiesel là gì? ............................................................................................... 32 2.4.3.2. Lịch sử phát triển của Biodiesel ..................................................................... 32 2.4.3.3. Ưu và nhược điểm của Biodiesel .................................................................... 33 2.4.3.4 Những nguồn nguyên liệu để sản xuất Biodiesel ở Việt Nam ....................... 35 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. VẬT LIỆU VÀ MÔI TRƯỜNG .................................................................. 36 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 36 3.1.2. Địa điểm thí nghiệm .................................................................................... 36 3.1.3. Hóa chất ......................................................................................................... 36 3.1.4. Thiết bị ........................................................................................................... 36 3.1.5. Môi trường .................................................................................................... 37 3.1.5.1. Môi trường F/2 ............................................................................................... 37 3.1.5.2. Môi trường Walne .......................................................................................... 38 3.1.5.3. Môi trường Walne TM ................................................................................... 40 3.1.5.4. Môi trường TT3 .............................................................................................. 41 3.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 41 3.2.1. Chuẩn bị các dụng cụ thí nghiệm ................................................................ 41 3.2.2. Bố trí thí nghiệm ........................................................................................... 41 3.2.2.1. Thí nghiệm 1 ................................................................................................... 41 3.2.2.2. Thí nghiệm 2 ................................................................................................... 45 3.3. Phương pháp xác định các chỉ tiêu ............................................................. 45 3.3.1. Xác định mật độ tế bào................................................................................. 45 3.3.2. Xác định độ mặn ........................................................................................... 46 3.3.3. Phương pháp định tính lipid........................................................................ 47 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 4.1. Thí nghiệm 1.................................................................................................. 49 Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp iv 4.1.1. Phương trình đường tuyến tính giữa mật độ và độ hấp thu ..................... 49 4.1.2. Tăng trưởng của tảo tetraselmis trên các môi trường thử nghiệm .......... 50 4.1.3. So sánh tăng trưởng của tảo tetraselmis trên 4 môi trường ..................... 54 4.1.4. Thảo luận ...................................................................................................... 55 4.2. Thí nghiệm 2: Kiểm tra định tính lipid ...................................................... 56 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết Luận ....................................................................................................... 58 Đề nghị ........................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt .......................................................................................... 60 Tài liệu tiếng anh .......................................................................................... 60 Tài liệu Internet ............................................................................................ 60 PHỤ LỤC Phụ lục .......................................................................................................... 62 Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp v DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1. Danh mục một số nguyên tố cần cho sinh trưởng của tảo .............................. 11 Bảng 2.2 Một số phương pháp sấy sinh khối tảo ........................................................... 30 Bảng 3.1 Thành phần dinh dưỡng của môi trường F/2 .................................................. 37 Bảng 3.2 Thành phần khóang vi lượng đậm đặc của môi trường F/2 ............................ 37 Bảng 3.3 Thành phần vitamin đậm đặc của môi trường F/2 .......................................... 38 Bảng 3.4 Thành phần khoáng vi lượng đậm đặc của môi trường Walne....................... 38 Bảng 3.5 Thành phần vitamin đậm đặc môi trường Walne ........................................... 39 Bảng 3.6 Thành phần dinh dưỡng đậm đặc môi trường Walne ..................................... 39 Bảng 3.7 Thành phần dinh dưỡng môi trường Walne ................................................... 40 Bảng 3.8 Thành phần dinh dưỡng môi trường Walne TM ............................................ 40 Bảng 3.9 Thành phần môi trường TT3 .......................................................................... 41 Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp vi DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1. Cấu trúc mônát dạng đơn bào ......................................................................... 4 Hình 2.1. Cấu trúc dạng hạt ............................................................................................ 4 Hình 2.3 Tảo Chaetophora ............................................................................................. 5 Hình 2.4. Tảo Bryopsis ................................................................................................... 5 Hình 2.5 Sinh sản hữu tính ở Dunaliella ....................................................................... 8 Hình 2.6. Tế bào tảo Tetraselmis dưới vật kính dầu ...................................................... 21 Hình 2.7 Quy trình công nghệ sản xuất đại trà vi tảo .................................................... 25 Hình 2.8. Hệ thống bể dài (rayceways) .......................................................................... 26 Hình 2.9. Mô hình bể nghiêng kiểu shetlik .................................................................... 27 Hình 2.10 Mô hình bể phản ứng quang sinh dạng ống .................................................... 27 Hình 2.11. Mô hình sản xuất tảo sạch vi khuẩn trong hệ thống kín ................................. 28 Hình 3.1 Địa điểm thí nghiệm ....................................................................................... 42 Hình 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 ................................................................................ 44 Hình 3.3. Nhuộm mẫu tảo với Nile Blue A .................................................................... 45 Hình 3.4. Buồng đếm hồng cầu ..................................................................................... 45 Hình 3.5. Máy đo OD ..................................................................................................... 46 Hình 3.6. Tỷ trọng kế...................................................................................................... 46 Hình 3.7. Công thức Nile Blue A ................................................................................... 47 Hình 3.8. Sơ đồ quang học của máy phân tích hùynh quang ......................................... 47 Hình 4.1 Tetraselmis sau 1 tuần nuôi ............................................................................ 55 Hình 4.2. Định tính lipid trong tetraselmis ..................................................................... 57 Hình 4.3. Mẫu đối chứng ................................................................................................ 57 Hình 4.4. Quy trình sản xuất Biodiesel từ tảo ................................................................ 61 Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp vii DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 4.1 Đường tuyến tính giữa độ hấp thu ánh sáng và mật độ của tảo Tetraselmis .................................................................................... 49 Biểu đồ 4.2 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên môi trường F/2 ...................... 50 Biểu đồ 4.3 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên môi trường TT3 .................... 51 Biểu đồ 4.4 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên môi trường Walne ................. 52 Biểu đồ 4.5 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên môi trường Walne TM .................................................................................................. 53 Biểu đồ 4.6 Đường cong tăng trưởng của Tetraselmis trên 4 môi trường ......................... 54 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Luận văn tốt nghiệp đại học khóa 08 SVTH: Cao Hoàng Sơn Ngành công nghệ sinh học nông nghiệp 1 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Tetraselmis hay còn gọi là platymonas, được biết đến đầu tiên là loài vi tảo biển dùng làm thức ăn có chất lượng cao cho ấu trùng các loài nhuyễn thể như trai, sò, ngao, hàu,…Ngày nay, tảo Tetraselmis được biết đến như là nguồn lipid tự nhiên, với hàm lượng lipid khá lớn, rất thuận lợi để sản xuất nhiên liệu sinh học. Trong bối cảnh hiện nay, cùng với sự phát triển như vũ bão của quá trình công nghiệp hóa là sự khai thác quá mức những nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là nguồn nhiên liệu hóa thạch, điều đó đã khiến cho nguồn năng lượng truyền thống (dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên) ngày càng cạn kiệt. Cụ thể theo thông tin của EU (tháng 1/2007), tiêu thụ năng lượng toàn cầu sẽ tăng lên gấp đôi từ 10 tỉ tấn quy ra dầu / năm thành 22 tỉ tấn quy ra dầu / năm đến năm 2050. Giáo sư Nghê Duy Đấu, viện sĩ công trình đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh) cho biết theo bộ năng lượng Mỹ và ủy ban năng lượng thế gi