Nghiên cứu sự tích lũy lipid trong quá trình tăng trưởng của vi tảo Nannochloropsis oculata (Droop) Hibberd

Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật Mã số: 62420112 Họ tên nghiên cứu sinh: Trịnh Cẩm Tú Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Trang Việt và PGS.TS. Trần Thanh Hương Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Tên đề tài luận án: Nghiên cứu sự tích lũy lipid trong quá trình tăng trưởng của vi tảo Nannochloropsis oculata (Droop) Hibberd
Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật
Mã số: 62420112
Họ tên nghiên cứu sinh: Trịnh Cẩm Tú
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Trang Việt và PGS.TS. Trần Thanh Hương
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM.

1. TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN:
N. oculata là vi tảo biển, đơn bào, hình cầu, có kích thước nhỏ (2 - 5 μm) (Fawley và cộng sự, 2007; Hibberd, 1981) đang được quan tâm nghiên cứu cho mục đích sản xuất nhiên liệu sinh học (Makri và cộng sự 2011). Đề tài được thực hiện với mục tiêu tìm hiểu về các giai đoạn tăng trưởng của vi tảo N. oculata, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tác động lên mối tương quan giữa tăng trưởng tế bào và tích lũy lipid trong tế bào trong điều kiện nuôi cấy in vitro và bước đầu áp dụng trong điều kiện ở vườn thực nghiệm.
Kỹ thuật nuôi cố định tế bào N. oculata trên lame được thực hiện nhằm theo dõi chu kỳ tế bào trong thời gian 24 giờ. Dịch treo tế bào vi tảo được nuôi cấy trong các Erlen 100 mL chứa 20 mL môi trường lỏng f/2 cải tiến được lắc. Đường cong tăng trưởng và mối quan hệ giữa tăng trưởng tế bào và tích lũy lipid được phân tích dựa trên sự kết hợp giữa hai kỹ thuật nuôi cố định tế bào trên lame và dịch treo tế bào trong Erlen. Ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy, chu kỳ sáng - tối, xử lý NaCl ở các nồng độ thay đổi 0 – 1 M, các chất điều hòa tăng trưởng thực vật (IAA, GA3, zeatin và ABA) và nitrogen lên quá trình tăng trưởng và tích lũy lipid của vi tảo trong điều kiện in vitro được nghiên cứu và thảo luận. Vi tảo được nuôi trong các thùng 30 L chứa 20 L môi trường f/2 cải tiến 4 nhằm đánh giá sự tạo sinh khối và lipid dự trữ ở điều kiện vườn thực nghiệm.

2. NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN:
Chu kỳ tế bào N. oculata trên lame xảy ra trong 24 giờ và gồm ba giai đoạn: tăng trưởng (khoảng 5 giờ), phân chia tế bào (khoảng 15 giờ) và phóng thích tế bào (khoảng 4 giờ). Sự tăng trưởng và phân chia tế bào thường diễn ra trong giai đoạn sáng trong khi sự phóng thích tế bào thường diễn ra trong giai đoạn tối.
Đường cong tăng trưởng của N. oculata trong môi trường lỏng gồm các chu kỳ liên tiếp, mỗi chu kỳ khoảng 15 ngày và gồm ba giai đoạn: tăng trưởng chậm, tăng trưởng nhanh và bão hòa. Sự tích lũy lipid bắt đầu từ cuối chu kỳ thứ nhất hay đầu chu kỳ thứ hai (từ ngày 20), tương ứng với trọng lượng khô và đường kính tế bào tăng, mật độ tế bào và cường độ quang hợp vẫn giữ ở mức tối đa, trong khi cường độ hô hấp tăng dần, đồng thời hoạt tính auxin và cytokinin giảm, hoạt tính gibberellin và acid abscisic tăng.
Trong sự tăng trưởng dịch treo tế bào vi tảo N. oculata, mật độ tế bào thay đổi theo nhịp: cao ở đầu giai đoạn sáng do sự phóng thích tế bào ở cuối giai đoạn tối và thấp ở cuối giai đoạn sáng do sự phân hủy tế bào.
Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật kiểm soát sự phân chia tế bào và sự tích lũy lipid ở N. oculata. Auxin nội sinh giảm dần cho tới ngày 20, theo hướng ngược với gibberellin, trước khi bắt đầu sự gia tăng tích lũy lipid. Cytokinin nội sinh tăng (ngày 6 - 14) tương ứng với sự tăng cường độ hô hấp và quang hợp, mật độ và kích thước tế bào, và trọng lượng khô, sau đó giảm tương ứng với kích thước tế bào và trọng lượng khô giảm (ngày 14 - 20). Auxin, cytokinin, gibberellin và ABA ngoại sinh đều kích thích sự phân chia tế bào nhưng auxin và cytokinin cản trong khi gibberellin không làm thay đổi sự tích lũy giọt dầu trong tế bào.
Các xử lý IAA 0,5 mg/L hoặc GA3 0,1 mg/L liên tục, và loại NaCl trong 10 giờ trước khi nuôi vi tảo trong các thùng đặt ở vườn thực nghiệm làm tăng mật độ tế bào so với đối chứng nhưng không làm tăng tỷ lệ tế bào tích lũy giọt dầu.
Sự nuôi vi tảo ở vườn thực nghiệm được thực hiện theo phương pháp hai giai đoạn, xử lý IAA trong 20 ngày đầu và loại hoàn toàn nitrogen trong 4 ngày vào giai đoạn sau giúp tăng sinh khối tảo và hàm lượng lipid dự trữ.

3. CÁC ỨNG DỤNG/ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN HAY NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGỎ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU
Áp dụng phương pháp nuôi vi tảo theo hai giai đoạn với sự kết hợp xử lý các chất điều hòa tăng trưởng thực vật, sự loại hoàn toàn NaCl hoặc nitrogen ở mỗi giai đoạn phù hợp nhằm thu sinh khối và tăng lipid dự trữ.