Thực hiện tiêu bản cố định một số loài vi khuẩn lam (Cyanobacteria)

h như: cơ thể đơn bào sống thành tộc đoàn dạng khối đặc ở Microcystis; và đa bào dạng sợi không có dị bào, thẳng ở Oscillatoria và xoắn ở Spirulina; Sợi với dị bào ở giữa sợi ở Anabaena và dị bào ở đầu sợi ở Cylindrospermum; Sợi có bao với hiện tượng phân nhánh giả đơn và phân nhánh giả đôi ở Scytonema; Hình thức sinh sản sinh dưỡng bằng cách phân đôi tế bào ở Microcystis hay bằng tảo đoạn ở Oscillatoria; Sinh sản vô tính bằng bì bào tử nằm cạnh dị bào ở Cylindrospermum; Có đời sống tự do ở hầu hết VKL và dạng sống cộng sinh như Anabaena cộng sinh trong khoang lá của Bèo hoa dâu. Kết quả nghiên cứu còn cho thấy sử dụng thuốc nhuộm Fast Green pha trong formol với nồng độ 1% để định hình và nhuộm mẫu là thích hợp cho hầu hết các giống VKL vì các mẫu đều bắt màu tốt. Sau khi đã khử nước với ethanol, có thể sử dụng Butanol để khử nước tiếp tục vì mẫu không bị co hay bị biến dạng. Thời gian khử nước cho từng nồng độ của ethanol và Butanol pha trong ethanol và thao tác trãi mẫu lên lame thay đổi tùy theo đặc điểm của mỗi giống VKL. Baum Canada pha trong Butanol với tỉ lệ 1:1 là thích hợp vì khi dán mẫu đến khi khô cứng lại thì Baum Canada vẫn còn trãi đủ trong các tiêu bản. MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH DANH SÁCH BẢNG TÓM TẮT Trang PHẦN I. MỞ ĐẦU...................................................................................................................1 I. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................1 II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU..........................................................................1 III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................2 1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI KHUẨN LAM ......................................................................2 1.1. Cấu tạo tế bào .....................................................................................................2 1.1.1. Tế bào dinh dưỡng........................................................................................2 1.1.2. Dị bào .............................................................................................................3 1.1.3. Bào tử.............................................................................................................4 1.2. Cấu tạo cơ thể (tản) ...........................................................................................5 1.2.1. Tản đơn bào ..................................................................................................5 1.2.2. Tản đa bào hình sợi ......................................................................................6 1.3. Sinh sản ...............................................................................................................8 1.3.1. Tản đơn bào .................................................................................................8 1.3.2. Tản đa bào dạng sợi ...................................................................................8 1.4. Sinh học ............................................................................................................8 1.4.1. Sự cử động ...................................................................................................8 1.4.2. Thích ứng sắc tố ............................................................................................9 1.4.3. Phân bố và Sinh thái ...................................................................................9 1.4.4. Sự dinh dưỡng ..............................................................................................9 1.5. Ý nghĩa thực tiễn...............................................................................................10 1.6. Nguồn gốc và tiến hóa ......................................................................................13 1.7. Một số nghiên cứu về Vi khuẩn lam ............................................................... 13 1.7.1. Trên thế giới ................................................................................................ 13 1.7.2. Ở Việt Nam ..............................................................................................................14 2. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................15 2.1. PHƯƠNG TIỆN................................................................................................15 2.1.1. Dụng cụ........................................................................................................15 2.1.2. Hóa chất ......................................................................................................16 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................17 2.2.1. Thời gian và địa điểm thực hiện................................................................17 2.2.2. Phương pháp thực hiện ..............................................................................17 a. Thu mẫu .........................................................................................................17 b. Xử lý mẫu .......................................................................................................18 c. Thực hiện tiêu bản cố định............................................................................18 d. Đặc điểm và vị trí phân loại của các giống thu được .................................20 PHẦN 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................................23 PHẦN 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................24 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................25 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH CÁC GIỐNG ĐÃ THỰC HIỆN TIÊU BẢN CỐ ĐỊNH .......................26 Anabaena với dị bào ở giữa sợi.....................................................................................26 Cylindrospermum với dị bào ở đầu sợi và bì bào tử nằm cạnh dị bào ......................27 Microcystis: tộc đoàn dạng khối đặc ............................................................................28 Oscillatoria dạng sợi thẳng không có dị bào................................................................28 Scytonema: sợi có bao và phân nhánh giả đơn (hình trên) và phân nhánh giả đôi (hình dưới)...........................................................29 Spirulina dạng sợi xoắn không có dị bào .....................................................................30 DANH SÁCH HÌNH ------oOo------ Trang Hình 1. Synechococcus ...............................................................................................................2 Hình 2. Dị bào và bì bào tử................................................................................................. 4 Hình 3. Nội bào tử và ngoại bào tử ..................................................................................... 5 Hình 4. Tộc đoàn có dạng khối đặc (A) và phẳng ................................................................. 6 Hình 5. Sợi có bao: phân nhánh thật.................................................................................... 6 Hình 6. Sợi có bao: phân nhánh giả đơn (A) và phân nhánh giả đôi ........................................7 Hình 7. Sợi hẹp dần và có bao nhầy bao khoảng 2/3 sợi ....................................................... 7 Hình 8. Sợi không có bao nhầy và sinh sản bằng tảo đoạn .........................................................8 Hình 9. Bèo hoa dâu có Anabaena sống cộng sinh trong lá........................................................9 Hình 10. Thảo dược được điều chế từ tảo xoắn Spirulina ....................................................10 Hình 11. Tiêu bản hoàn chỉnh............................................................................................20 Hình 12. Thao tác khử nước của qui trình 2 ........................................................................22 DANH SÁCH BẢNG ------oOo------ Trang Bảng 1. Lượng Butanol và ethanol tuyệt đối để pha các dung dịch Butanol có nồng độ cần thiết.. .....................................................................................................................19 Bảng 2. Thời gian khử nước cho từng nồng độ ethanol và Butanol (qui trình 1)....................21 Bảng 3. Thời gian khử nước ở các nồng độ ethanol và Butanol (qui trình 2) ...........................22 PHẦN 1. MỞ ĐẦU I. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Sinh học là môn khoa học thực nghiệm, nghĩa là bên cạnh những giờ học lý thuyết phải có những buổi học thực hành, như thế sẽ giúp sinh viên (SV) lĩnh hội kiên thức sâu sắc và toàn diện hơn. Vì thế trong quá trình giảng dạy, bên cạnh việc nâng cao lượng giảng dạy lý thuyết, tôi còn cố gắng tìm các biện pháp nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy cho phần thực hành. Trong các giờ học thực hành môn Phân loại thực vật của SV ngành sư phạm Sinh học của trường, cụ thể là khi học về nhóm tiền nhân trong đó có ngành Vi khuẩn lam (VKL). Để SV hiểu rõ hơn các đặc điểm của nhóm sinh vật này cần phải có một số lượng loài nhất định mới có thể minh họa hết các đặc điểm của chúng vì một loài thể hiện một hoặc một vài đặc điểm nào đó của ngành mà thôi. Trước buổi thực hành, SV thu mẫu mang vào phòng thí nghiệm nhưng thường số giống thu được rất ít nên minh họa được rất ít đặc điểm của ngành. Nguyên nhân số giống thu được ít là do một số giống thường gặp như Oscillatoria thì dễ thu mẫu nên các em thu bị trùng nhau, còn các giống khác hiếm gặp hơn như Scytonema hay Cylindrospermum thì thường không thu được. Hơn thế nữa, các giống sống lơ lững trong nước thì lại càng khó thu hơn mà phòng thí nghiệm của bộ môn Sinh chưa có lưới vớt phiêu sinh. Ngoài ra, đôi khi thời điểm thực hành rơi vào mùa khô nên việc thu mẫu lại càng khó, như thế thì hiệu quả học tập của SV chưa cao. Các TBCĐ các loài VKL lưu trữ trong phòng thí nghiệm sẽ góp phần khắc phục những khó khăn trên. Đề tài với mục tiêu thực hiện các TBCĐ một số loài VKL nhằm phục vụ cho việc giảng dạy thực hành môn Phân loại Thực vật của SV ngành sư phạm Sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học của giáo viên và SV trường Đại học An Giang. Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm: • Tìm hiểu đặc điểm chung của VKL về: - Cấu tạo tế bào và cấu tạo cơ thể (tản). - Sự sinh sản. - Đặc điểm sinh học. - Ý nghĩa thực tiễn. - Nguồn gốc và tiến hóa. - Một số nghiên cứu về VKL. • Thực hiện tiêu bản tạm thời và TBCĐ một số loài VKL thu được II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: các giống VKL thu được từ môi trường đất ẩm, lơ lững trong nước hoặc cộng sinh với thực vật bậc cao. - Phạm vi nghiên cứu: thực hiện khoảng 120 TBCĐ cho một số giống VKL với các đặc điểm như: đa bào dạng sợi đơn thẳng và xoắn, có và không có dị bào cũng như bì bào tử, sợi có bao nhầy, phân nhánh giả đơn và phân nhánh giả đôi; và dạng đơn bào sống thành tộc đoàn dạng khối. 1 III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI KHUẨN LAM 1.1. Cấu tạo tế bào 1.1.1. Tế bào dinh dưỡng ∗ Hình dạng và kích thước - Hình dạng: tế bào dinh dưỡng của VKL có thể có hình cầu, hình êlip rộng hoặc êlip kéo dài, hình quả lê hay hình que. - Kích thước: dao động: có tế bào đường kính chỉ khoảng 1 μm như ở Synechococcus (Hình 1) nhưng cũng có tế bào đường kính lớn hơn 30 μm (vài loài thuộc giống Oscillatoria). Hình 1. Synechococcus. ∗ Vách tế bào Vách tế bào của Vi khuẩn lam khá dày gồm 4 lớp, lớp bên ngoài thường hóa nhày, đôi khi tạo thành bao chuyên hóa bao xung quanh tế bào, hoặc một nhóm tế bào, một phần hay toàn bộ sợi. Vách tế bào chủ yếu do hợp chất murein, đây là một glucosaminoprotein do axit d- glutamic, alanin d và l, và axit diaminopimelic hợp thành. Ngoài ra vách này có thể có thêm cellulose, và bắt màu thuốc nhuộm Gram âm. ∗ Chất nguyên sinh Chất nguyên sinh ở VKL đậm đặc hơn các nhóm thực vật khác, không có chuyển động Brown và phân biệt thành hai vùng: - Vùng ngoài có màu, còn được gọi là vùng sắc bào chất (Chromatoplasme): vùng này tập trung các phiến mỏng quang hợp thylakoids; các thể ribô tròn, to 70 S - trung tâm tổng hợp protein; và các hạt cyanophycin nhỏ, chiết quang, bản chất lipoprotein, bị nhuộm đỏ bởi carmine, tan trong acid. Các hạt cyanophycin này thường sắp xếp thành hàng dài ở lớp ngoài của vùng ngoài, có lẽ chúng là các hạt dự trữ vì chúng có nhiều khi ở ngoài sáng và có ít khi ở trong tối. Những yếu tố cấu trúc này dao động phụ thuộc vào trạng thái sinh lý của tế bào. Các phiến thylakoids có thể phân bố lộn xộn hay định hướng tỏa tròn. Ngoài ra ở vùng ngoài còn có những hạt glycogen, đây là chất dự trữ chính của VKL. Chúng được tạo thành trong quá trình quang hợp, có kích thước rất nhỏ và bị nhuộm màu đỏ nâu với iod. 2 - Vùng trong, còn được gọi là vùng trung bào chất (Centroplasme) chứa ADN. Dưới kính hiển vi diện tử, ADN là những sợi rất mịn, dày khoảng 25 Ao. Ngoài ra còn có những hạt volutin là những chất dự trữ của nguồn protein. Ranh giới giữa hai vùng không rõ ràng, chỉ nhận biết được khi dùng phẩm Feulgen nhuộm trung bào chất chứa ADN. Ngoài ra, trong chất nguyên sinh của những VKL sống ở các thủy vực có lưu huỳnh xuất hiện những hạt nhỏ lưu huỳnh. Ở nhiều loài trong chất nguyên sinh còn có không bào khí: dưới kính hiển vi ở độ phóng đại nhỏ (10X), không bào khí là túi có màu nâu đen hay đen, ở độ phóng đại lớn hơn túi có màu tím đỏ. Không bào khí đôi khi chỉ xuất hiện ở điều kiện sinh lý nào đó như chuyển vào môi trường có ánh sáng cao chẳng hạn. Theo Klebahn (1992) phân tích thì phần lớn các khí trong không bào khí là nitơ. Cơ cấu của không bào khí dưới kính hiển vi điện tử là những ống hình trụ (đường kính 70 nm, chiều dài gấp nhiều lần chiều rộng). Khác với màng tế bào, màng của không bào khí chứa 95% protein (Jones & Jost, 1970) và theo Smith at all. (1969) thì protein này giống với protein của siêu khuẩn và không có sắc tố. Vai trò của không bào khí là chứa khí được tiết ra trong quá trình lên men tiến hành bên trong tế bào, làm phao và che ánh sáng (light shielding). Do đó ở những loài VKL có đời sống trôi nổi thường chứa không bào khí giúp cho tản nhẹ và dễ nổi trong nước. Đối với những loài sống bám thì không bào khí chỉ có trong một giai đoạn nhất định của chu trình sống. Không bào khí được hình thành trong ranh giới giữa vùng ngoài và vùng trong và hoàn toàn không cân xứng giữa hai vùng. Một số loài sống ở lớp trên của đáy bùn như Oscillatoria, các không bào khí sắp xếp ở phía các vách ngăn ngang. ∗ Sắc tố Trong sắc bào chất ta gặp các nhóm sắc tố: - Nhóm diệp lục tố: chỉ có diệp lục tố a có màu lục. - Nhóm carotenoids: gồm caroten và xanthophyll có màu vàng hoặc cam. - Nhóm các sắc tố phụ trội gọi là phycobiliprotein: không nằm trên thylakoids như diệp lục tố mà nằm trong các khoang giữa các lớp màng gồm c-phycocyanin (thanh tảo tố) và c-phycoerythrin (hồng tảo tố) hiện diện với nồng độ cao. Sự hiện diện của nhóm phycobiliprotein và sự vắng mặt của diệp lục tố b đặc trưng cho Vi khuẩn lam. Sự vắng mặt của diệp lục tố b chứng tỏ rằng Vi khuẩn lam là nhóm cổ xưa vì diệp lục tố b trong các phản ứng quang hóa cho hiệu suất cao trong quang hợp. Màu của VKL có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện môi trường sống, tuổi, ánh sáng… 1.1.2. Dị bào Dị bào là tế bào đặc biệt chỉ có ở VKL có dạng sợi, chúng có vách dày, nội dung có vẽ như rỗng, có một hoặc hai lỗ ở đầu tiếp xúc với tế bào dinh dưỡng tùy thuộc vào vị trí của chúng ở đầu hay giữa sợi, qua đó lưu thông tế bào chất với các tế bào cạnh nó (Hình 2). Dị bào có nguồn gốc từ tế bào dinh dưỡng nên hình dạng cũng giống tế bào sinh ra chúng nhưng kích thước thường lớn hơn. Dưới kính hiển vi quang học, chất tế bào của 3 dị bào trông đồng nhất (homogeneous), nhưng dưới kính hiển vi điện tử nó có một hệ thống màng, thường có màu xanh vàng do có diệp lục tố a và caroten nhưng thiếu phycocyanin, không bào khí và các hạt dự trữ. Dị bào có chứa enzyme nitrogenase nên có khả năng cố định nitơ tự do trong không khí thành các dạng đạm dễ tiêu như ammonia (NH3), nitrites (NO2−) hoặc nitrates (NO3−). Các dạng đạm này được thực vật hấp thu trực tiếp và chuyển thành protein và acid nucleic. Nitrogenase bị bất hoạt bởi oxy nên chúng chỉ cố định nitơ trong môi trường kị khí. Do không có hệ thống quang II (PS II) nên nó không sản xuất oxy trong quá trình quang hợp do đó dị bào không có oxy. Dị bào được thành lập khi cơ thể cần đạm và môi trường thiếu chất đạm. 1.1.3. Bào tử ∗ Bì bào tử (akinetes) Bì bào tử là tế bào thường có kích thước to hơn các tế bào dinh dưỡng trên cùng tản, có tế bào chất đậm đặc do chứa nhiều trữ liệu. Vách tế bào rất dày, màu hơi nâu, đôi khi có chạm trổ. Chúng có thể có hình gần tròn như ở Anabaena (Hình 2A), hơi dài ở Cylindrospermum (Hình 2B) hay rất dài ở Anabaena (Hình 2C). A Bì bào tử Dị bào Bì bào tử C Dị bào Hình 2. Dị bào và bì bào tử. 4 Bì bào tử được hình thành từ một hay nhiều tế bào dinh dưỡng bằng cách nối liền các tế bào dinh dưỡng lại. Nhờ có vách dày mà bì bào tử có thể chịu đựng được thời tiết không thuận lợi, khi gặp điều kiện thuận lợi, chúng nẩy mầm cho ra một tản mới. Như vậy, bì bào tử không chỉ là tế bào sinh sản của VKL mà còn là một giai đoạn tiềm sinh của chúng. ∗ Nội bào tử (endospores) Là những bào tử được thành lập ở bên trong tế bào mẹ và hoàn toàn giống với tế bào mẹ chỉ khác về kích thước. Nội bào tử được hình thành do sự phân chia liên tục của chất nguyên sinh trong tế bào dinh dưỡng thành nhiều tế bào con, có khi lên tới 100 tế bào con (Hình 3A). ∗ Ngoại bào tử (exospores) Là những bào tử được thành lập ở ngoài tế bào mẹ, ở ngọn tế bào ấy và làm thành chuỗi (Hình 3B). Ngoại bào tử Nội bào tử Hình 3. Nội bào tử (A) và ngoại bào tử (B). 1.2. Cấu tạo cơ thể (tản) Cơ thể chưa có sự chuyên hóa thành các mô được gọi là tản. Tản có thể đơn bào hoặc đa bào. 1.2.1. Tản đơn bào Tản đơn bào thường ở trong một bao nhầy và chiếm số lượng không nhiều. Tế bào có thể có hình cầu, hình bầu dục,… và thường sống chung với nhau gọi là tộc đoàn. Tộc đoàn có thể dạng khối (Hình 4A) hay phẳng (Hình 4B). Khối có thể đặc hoặc bộng và có hình dạng xác định hoặc không. Chúng sống trôi nổi hoặc đính trên các thực vật khác. 5 Hình 4. Tộc đoàn có dạng khối đặc (A) và phẳng (B). 1.2.2. Tản đa bào hình sợi • Sợi đơn: do các tế bào giống nhau (tế bào dinh dưỡng) xếp nối tiếp nhau thành một hàng (Oscillatoria, Lyngbya … ). • Sợi phân nhánh: có hai kiểu phân nhánh: - Phân nhánh thật: do một tế bào trên sợi hoặc tế bào ngọn phân cắt dọc và mỗi tế bào phát triển thành một nhánh mới, có sự liên tục với sợi gốc (Hình 5). Hình 5. Sợi có bao: phân nhánh thật. - Phân nhánh giả: khi sợi gốc bị gãy hoặc do một tế bào chết, nếu hai tế bào ở hai đầu vị trí bị tổn thương đó phân cắt mạnh tạo thành hai nhánh đâm thủng bao chui ra ngoài gọi là phân nhánh giả đôi (Hình 6B); nếu chỉ một trong hai tế bào ở đầu bị tổn thương phân chia tạo nhánh đâm thủng bao chui ra ngoài gọi là phân nhánh giả đơn (Hình 6A). 6 A B Hình 6. Sợi có bao: phân nhánh giả đơn (A) và phân nhánh giả đôi (B). Sợi có thể trần (Hình 8) hay nằm trong một bao nhầy. Bao có thể bao quanh bào tế bào, tộc đoàn, một phần của sợi (Hình 7) hay toàn bộ sợi. Cấu tạo chính là đường đa hòa tan được. Bao có thể rất mỏng (không nhận ra) hoặc rất dày, mềm hoặc cứng, trong suốt hoặc có màu tùy theo môi trường (màu lam khi môi trường kiềm, đỏ hoặc tím khi acid và vàng hoặc nâu khi nhiều muối hoặc tản bị khô héo). Bao có màu khi có nhiều ánh sáng và không màu khi thiếu ánh sáng. Bao có thể đồng nhất hay phân thành nhiều lớp, các lớp xếp song song dọc theo trục của sợi hay tạo góc với trục, hoặc tạo thành dạng hình phễu. Bao có thể chặt và nhày, đôi khi hóa lỏng, dưới tác động của clorua iodua kẽm, màng bao có màu tím nhạt hoặc màu lam. Tản có thể do nhiều sợi dính nhau làm thành lông mịn trên đá như Calothrix, miếng như ở Symploca, dề mỏng như ở Brachytrichia, khối như Nostoc. Sợi có thể hẹp dần về phía đuôi đến khi gần như không còn chất tế bào (Hình 7). Hình 7. Sợi hẹp dần và có bao nhầy bao khoảng 2/3 sợi. 7 1.3. Sinh sản Vi khuẩn lam không có sinh sản hữu tính (là nhóm duy nhất của sinh vật sơ hạch không có đặc điểm này), chúng chỉ sinh sản sinh dưỡng hay sinh sản vô tính. 1.3.1. Tản đơn bào Ở những Vi khuẩn lam đơn bào, sinh sản sinh dưỡng bằng cách phân đôi tế bào. Sự phân cắt tế bào thẳng góc với chiều dài tế bào, hay phân cắt theo 2 mặt phẳng thẳng góc nhau cho ra tộc đoàn dạng phẳng hay phân cắt theo 3 chiều cho ra tộc đoàn dạng khối dày. 1.3.2. Tản đa bào dạng sợi • Sinh sản sinh dưỡng bằng tảo đoạn (đoạn tản): tản đứt ra thành nhiều đoạn ngắn, cử động được (trượt), rời tản mẹ và mọc thành một sợi khác (Hình 8). Nhờ cử động trượt này giúp tảo lan truyền loài rất xa. Tế bào trong tảo đoạn thường mỏng hơn ở trạng thái dinh dưỡng. Tảo đoạn Hình 8. Sợi không có bao nhầy và sinh sản bằng tảo đoạn. Cơ chế làm gãy và rời các tảo đoạn là: - Gián bào: một hay hai tế bào gần nhau, hóa nhầy thành một chất đều hòa, màu lục vàng, chiết quang. Tế bào cạnh đó nhờ vậy rời nhau dễ dàng và tản đứt nơi ấy. - Hoại bào: một tế bào trở nên vàng và vách ngang của chúng lõm. Tế bào ấy lần lần tan đi và làm cho tảo đoạn rời ra. • Sinh sản vô tính bằng những bào tử: có thể là bì bào tử, nội bào tử hay ngoại bào tử. 1.4. Sinh học 1.4.1. Sự cử động Tản của nhiều VKL có thể cử động trượt hoặc cử động quả lắc, nhanh hoặc chậm. Có thể quan sát hoạt động này dưới kính hiển vi với Oscillatoria, Spirulina... Vận tốc cử động có thể 2-5 micron mỗi giây. Phần lớn các tản đổi chiều sau một thời gian. Thông thường chiều của sự cử động là hướng về phía ánh sáng hay quang hướng động dương. 8 1.4.2. Thích ứng sắc tố Vi Khuẩn lam thường có màu bổ túc với ánh sáng của nơi nó sống: chúng chứa nhiều hồng tảo tố khi môi trường chứa nhiều ánh sáng lục, nhiều thanh tảo tố nơi có ánh sáng đỏ. Các VKL sống ở sâu thường có màu đỏ hay tím. Nhờ có sự thích ứng sắc tố giúp VKL hấp thu nhiều ánh sáng và chúng có thể sống trong nhiều môi trường rất khác nhau, rất sáng hay rất tối. 1.4.3. Phân bố và Sinh thái Vi Khuẩn lam có sức sống rất dẽo dai, chúng hiện diện trong tất cả môi trường. - Trên giá thể: mặt bùn của ruộng, mương hay các đường mương; trên mặt đất ẩm (Oscillatoria, Phormidium); trên các chân tường, sân xi măng hay trên vỏ cây ẩm (Scytonema); trên đá dựa biển (Calothrix, Brachytrichia, Lyngbya ...). - Trong nước: nhiều Vi khuẩn lam sống trong nước đó là các phiêu sinh thực vật. Đa số sống ở nước ngọt như Aphanocapsa, Anabaena, Microcystis, Oscillatoria, Spirulina... Một số có thể sống trong nước biển Phormidium, Microcoleus, … Đa số VKL phát triển tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 30 - 350C. Nhiều loài có thể phát triển ở nhiệt độ cao, thậm chí ở các suối nước nóng 70 – 80 o C, một số có khả năng tồn tại ở nhiệt độ thấp (trong băng tuyết hay ở cực). Khoảng pH thích hợp cho VKL từ 7,5 - 10. Trong môi trường kiềm hoạt động cố định đạm của VKL mạnh hơn trong môi trường acid. Bức xạ ánh sáng mặt trời: VKL có khả năng làm giảm mức tác hại của những tia sáng có bước sóng ngắn nhờ sự tiết chất nhầy quanh tế bào, bảo vệ cho VKL tránh khỏi sự khô hạn cũng như ảnh hưởng gây hại của bức xạ mặt trời. Vì vậy, VKL có thể sống trong các vùng như ở Nam cực, vùng sa mạc khô cằn hay vùng núi cao, nơi băng giá hay trên tuyết. Như vậy, VKL lam phân bố rộng rãi trên tất cả các khu vực và điều kiện khác nhau. 1.4.4. Sự dinh dưỡng Hình thức dinh dưỡng chủ yếu của VKL là quang tự dưỡng. Một vài loài có thể sống dị dưỡng (Simonsiella trong miệng của người, Oscillospira trong thực quản của chuột). Nhiều loài VKL sống cộng sinh với nấm làm thành Ðịa y, cộng sinh trong lá của Bèo hoa dâu hay trong rễ của Thiên tuế. Hình 9. Bèo hoa dâu có Anabaena sống cộng sinh trong lá. 9 1.5. Ý nghĩa thực tiễn Một số VKL sống trong nước ở ruộng trồng lúa có khả năng cố định đạm từ nitơ tự do của khí quyển, giúp tăng độ phì nhiêu cho nước và đất. Trong lá bèo hoa dâu có một loài VKL cộng sinh có khả năng cố định đạm từ nitơ tự do của khí quyển, vì vậy trong nông nghiệp bèo hoa dâu được sử dụng làm phân xanh có giá trị. Một số loài sinh khối có hàm lượng protein cao và chứa các acid amin khó thay thế. Spirulina là nhóm có ích cho loài người trong đó 2 loài Spirulina maxima và S. platensis hiện đang được nuôi trồng ở nhiều nước trên thế giới và cả ở Việt Nam theo qui mô công nghiệp để lấy sinh khối sản xuất thảo dược (Hình 10), xử lý nước thảy; sắc tố được dùng làm phẩm màu trong công nghệ thực phẩm và mỹ phẩm (Watanabe, 1970) và điều chế Vitamin B12 (Brown et al. 1950). Ngoài ra chúng còn được sử dụng làm bánh có tên là Dihe ở Trung Phi. Tổ chức Y tế thế giới (WHO/OMS) công nhận tảo Spirulina là thực phẩm bảo vệ sức khỏe tốt nhất của loài người trong thế kỉ 21. Cơ quan quản lí thực phẩm và dược phẩm Hoa Kì (FDA) công nhận nó là một trong những nguồn protein tốt nhất. Hình 10. Thảo dược được điều chế từ tảo xoắn Spirulina. Hàm lượng protein trong Spirulina thuộc vào loại cao nhất trong các thực phẩm hiện nay, 56%-77% trọng lượng khô, cao hơn 3 lần thịt bò, cao hơn 2 lần trong đậu tương ... 10 Hàm lượng vitamin rất cao. Cứ 1 kg tảo xoắn Spirulina chứa 55 mg vitamin B1, 40 mg vitamin B2, B3 mg vitamin B6, 2 mg vitamin B12, 113 mg vitamin PP, 190 mg vitamin E, 4.000 mg caroten trong đó β-Caroten khoảng 1700 mg (tăng thêm 1000% so với cà rốt), 0,5mg axít folic,inosit khoảng 500-1.000 mg. Hàm lượng khoáng chất có thể thay đổi theo điều kiện nuôi trồng, thông thường sắt là 580-646 mg/kg (tăng thêm 5.000% so với rau chân vịt), mangan là 23-25 mg/kg, Mg là 2.915-3.811/kg, selen là 0,4 mg/kg, canxi, kali, phốtpho đều khoảng là 1.000- 3.000 mg/kg hoặc cao hơn (hàm lượng canxi tăng hơn sữa 500%). Phần lớn chất béo trong Spirulina là axít béo không no, trong đó axít linoleic 13.784 mg/kg, γ-linoleic 11.980 mg/kg. Đây là điều hiếm thấy trong các thực phẩm tự nhiên khác. Hàm lượng cacbon hydrat khoảng 16,5%, hiện nay đã có những thông tin dùng glucoza chiết xuất từ tảo Spirulina để tiến hành những nghiên cứu chống ung thư. Tảo Spirulina có chứa phong phú các axít amin cần thiết như lysin, threonin...rất quan trọng cho trẻ, đặc biệt là trẻ thiếu sữa mẹ. Hàm lượng khoáng chất và các nguyên tố vi lượng phong phú có thể phòng tránh bệnh thiếu máu do thiếu dinh dưỡng một cách hiệu quả, và cũng là nguồn bổ sung dinh dưỡng rất tốt cho trẻ lười ăn. Trong tảo Spirulina có chứa nhiều loại chất chống lão hóa như β-caroten, vitamin E, axít γ-linoleic. Những chất này có khả năng loại bỏ các gốc tự do thông qua tác dụng chống ôxi hóa, làm chậm sự lão hóa của tế bào, đồng thời sắt, canxi có nhiều trong tảo vừa dễ hấp thụ vừa có tác dụng phòng và hỗ trợ điều trị các bệnh thường gặp ở người già như thiếu máu, xốp xương. Các nhà khoa học người Nhật nghiên cứu cho rằng người trung niên và người già dùng tảo Spirulina và chịu khó vận động là bí quyết trường thọ của con người. Ý nghĩa bảo vệ sức khỏe của tảo Spirulina là ở chỗ sau khi dùng, tất cả các loại dinh dưỡng mà cơ thể cần đều được bổ sung cùng một lúc, có lợi cho việc trao đổi chất, đồng hóa tổ chức, tăng cường sức đề kháng từ đó đạt được mục đích phòng chống bệnh tật và thúc đẩy phục hồi sức khỏe. Ở Nhật Bản, người già không coi tảo Spirulina là một biện pháp bảo vệ sức khỏe tạm thời mà là để bảo vệ sức khỏe lâu dài để hạn chế chi phí thuốc men và viện phí. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh tảo Spirulina làm tăng sức đề kháng với nghịch cảnh và tăng sức dẻo dai trong vận động. Với liều dùng vừa phải, Spirulina làm cân bằng dinh dưỡng, tổng hợp các chất nội sinh, tăng hormon và điều hòa sinh lý, khiến cho người đàn ông có một "sức mạnh" tự nhiên, bền vững. Khi dùng Spirulina, các hoạt chất của nó sẽ điều hòa hormon, làm cân bằng cơ thể, khiến người phụ nữ trở nên "ướt át" hơn, cơ thể sẽ trẻ ra, biểu hiện rõ nhất trên làn da. Song song đó, tảo Spirulina cũng có tác dụng trong phòng chống một số bệnh ung thư do các hoạt chất tăng cường miễn dịch, chống oxy hóa, bảo vệ tế bào, chống đột biến gen. Tại Ấn Độ, một nghiên cứu năm 1995 cho kết quả: với liều 1g / ngày, Spirulina có tác dụng trị ung thư vòm họng cho những người có thói quen nhai trầu thuốc. 11 Ở VN, một số nghiên cứu của Viện Dược liệu và Đại học Y Hà Nội, Viện Công nghệ sinh học và Viện Tai- Mũi- Họng đã xác định tác dụng hỗ trợ điều trị ung thư của tảo Spirulina. Ngoài ra, Spirulina còn có tác dụng trong phòng chống HIV/AIDS. Năm 1996-1997, một nhóm nhà khoa học người Nhật đã phân lập và xác định cấu trúc một hoạt chất mới trong Spirulina và đặt tên là Spirulan (Ca-Sp). Các thử nghiệm đã chứng tỏ Ca-Sp có tác dụng kháng virus HIV type 1 và virus Herpes simplex type 1. Tảo Spirulina có những tác dụng đã và đang được các nhà khoa học nghiên cứu như tác dụng kích thích tế bào tủy xương, hồi phục chức năng tạo máu, chức năng giảm mỡ máu, giảm huyết áp, dưỡng da, làm đẹp... Vi Khuẩn lam tích lũy ở đáy thủy vực tham gia vào việc hình thành bùn sapropen là nguồn phân bón có giá trị cao. Ngoài ra, cùng với vi khuẩn và các động vật nguyên sinh, VKL được dùng làm sạch sinh học các nguồn nước thải từ sản xuất công nghiệp. Độc tố của VKL (Cyanotoxin) rất quan trọng trong các thủy vực nước ngọt. Các động vật khi uống nước có VKL thì độc tố._.