Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina

Spirulina được xem là chi vi khuẩn lam cổ đã từng xuất hiện cách đây hơn 3 tỉ năm. Trước đây, người ta cũng gọi nó là tảo lam nhưng chính xác nó là vi khuẩn lam cổ có lịch sử lâu đời hơn tảo nhân thật hay thực vật bậc cao hơn 1 tỉ năm (Henrikson, 1999).

1. Hình thái và phân loại tảo Spirulina

Spirulina thuộc Ngành: Cyanobacteria, Lớp: Chlorobacteria, Bộ: Oscillatoriales, Họ: Phormidiaceae, Chi: Arthrospira, Loài: Arthrospira maxima, Arthrospira platensis. 

Spirulina được xem là chi vi khuẩn lam cổ đã từng xuất hiện cách đây hơn 3 tỉ năm. Trước đây, người ta cũng gọi nó là tảo lam nhưng chính xác nó là vi khuẩn lam cổ có lịch sử lâu đời hơn tảo nhân thật hay thực vật bậc cao hơn 1 tỉ năm (Henrikson, 1999). Spirulina (Arthrospira) là loài có khả năng vận động tiến về phía trước hoặc phía sau. Sự vận động này được thực hiện bởi các lông ở sườn bên cơ thể. Các sợi lông này có đường kính 5-7 nm và dài 1-2 µm nằm quanh cơ thể. Các lông này hoạt động như tay chèo giúp vi khuẩn lam hoạt động (Fox, 1996). 

Tảo Spirulina nhìn dưới kính hiển vi (Ảnh: www.spirulineaquitaine.com) 

Theo Vonshak (1997), thì Spirulina có khả năng tạo ra các không bào khí nhỏ (gas vesicle) có đường kính cỡ 70 nm và được cấu tạo bằng các sợi protein bện lại. Không bào khí sẽ nạp đầy khi sợi Spirulina muốn nổi lên trên bề mặt để nhận ánh sáng cho quá trình quang hợp. Đến cuối ngày là lúc tế bào tạo ra một lượng lớn carbohydrate, lúc đó các tế bào sẽ tụ tập lại và tạo ra một áp suất thẩm thấu cao bên trong cơ thể, sau đó các không bào khí sẽ không thể duy trì áp suất thẩm thấu lâu bên trong tế bào và chúng sẽ vỡ, giải phóng ra các khí làm cho sợi tảo chìm xuống đáy và tại đây xảy ra quá trình chuyển hoá carbohydrrate thành protein.

2. Môi trường sống của tảo Spirulina

Trong môi trường sống có độ kiềm cao, Spirulina nổi lên hoặc lặn xuống ít nhất một lần trong suốt thời gian 24 giờ và sẽ thường xuyên hơn nếu như có gió nhẹ trên bề mặt hồ và nó sẽ sản sinh ra 2-4 gam sinh khối mỗi ngày trong điều kiện khí hậu và dinh dưỡng thích hợp. Spirulina sống trong môi trường kiềm tính, pH thích hợp khoảng 9,5-11,5 tối ưu nhất là pH = 9,5. Tảo Spirulina có thể sống trong nhiệt độ nước là 20-40oC, thích hợp nhất là 35oC. Tảo lơ lửng ở độ sâu có thể tới 50 cm, và trong môi trường nhân tạo thường nuôi ở mức nước 10-30 cm (nuôi hồ hở), hoặc có thể trong hồ đáy sâu 1-1,5 m (sục khí) nhưng phải đảm bảo tảo nhận nhận được ánh sáng. Ánh sáng là điều không thể thiếu giúp cho tảo quang hợp và phát triển. Cường độ ánh sáng thích hợp cho tảo phát triển là khoảng 1500-2500 lux (Vonshak, 1997).

3. Đặc điểm dinh dưỡng của tảo Spirulina

Spirulina là vi sinh vật quang dưỡng bắt buộc, chúng không thể sống hoàn toàn không có ánh sáng. Do đó phải đảm bảo các chỉ tiêu ánh sáng, nhiệt độ, pH, điều kiện khuấy trộn,…đảm bảo cho tảo phát triển tốt nhất. Môi trường dinh dưỡng của Spirulina gồm các dưỡng chất: cacbon, nitơ, các chất khoáng đa lượng và vi lượng.

+ Dinh dưỡng cacbon: Spirulina đồng hóa carbon chủ yếu ở dạng vô cơ, tốt nhất là bicarbonate (HCO3-) thông qua quá trình quang hợp. Nguồn cacbon cung cấp cho Spirulina khoảng 1,2-16,8 g NaHCO3/lít.

+ Dinh dưỡng nitơ: Spirulina có khả năng đồng hóa nitơ theo phản ứng khử nhờ enzyme nitrogenase xúc tác khi có ATP. Kết quả nitơ được tổng hợp thành protein của chúng. Chúng không có khả năng sử dụng nitơ trong không khí mà sử dụng dưới các dạng nitrat (NO3-), NH3, (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, (NH2)2CO. Tuy nhiên khi sử dụng nguồn nitơ không từ nitrate phải kiểm soát nồng độ vì có thể ảnh hưởng đến sự phát triển sinh khối của tảo, thậm chí có thể gây chết tảo.

Các chất khoáng cần cung cấp cho môi trường nuôi tảo:

- P vô cơ khoảng 90-180 mg/lít.
- K+ và Na+ dưới dạng kết hợp với N, P.
- Mg+: đóng vai trò tương tự như P.
- Ca2+: không ảnh hưởng rõ đến sinh trưởng của tảo.
- Fe cung cấp dưới dạng muối FeSO4. Nồng độ Fe2+ có thể dao động từ 0,56-56 mg/lít môi trường.
- Cl-: tảo Spirulina rất ưa Clo vô cơ, nồng độ cung cấp từ muối NaCl khoảng 1-1,5 g/lít. 

Nếu môi trường có những vi lượng khoáng khác thì Spirulina cũng sẽ hấp thụ. Điều này có gây hại hay có lợi cho tảo cũng như ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau này. Sự hấp thu có hại: Pb, Cd, Hg, As,…Sự hấp thu có lợi: Senlen, Sắt, Germani và có thể cả Iod. Spirulina cũng chịu tác động của các hormone, giúp tảo tăng trưởng nhanh như indol acetic acid (AIA), gibberelic acid (GA3).

4. Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản của Spirulina

Cũng giống như sự phát triển chung theo qui luật tăng trưởng của các sinh vật. Spirulina cũng trải qua các giai đoạn: thích nghi, logarit, đường thẳng, giảm, ổn định, suy tàn. Tảo Spirulina có phương thức sinh sản vô tính (phân chia từ một sợi tảo mẹ trưởng thành). Từ một sợi tảo mẹ, hình thành nên những đoạn necridia chứa các tế bào chuyên biệt cho sự sinh sản. Trong các necridia hình thành các đĩa lõm ở hai mặt và tách rời tạo các hormogonia bởi sự chia cắt tại vị trí các đĩa này. Trong sự phát triển, dần dần phần đầu gắn tiêu giảm, hai đầu hormogonia trở nên tròn nhưng vách tế bào vẫn có chiều dày không đổi. Các hormogonia phát triển, trưởng thành và chu kì sinh sản được lập đi lập lại một cách ngẫu nhiên, tạo nên vòng đời của tảo. Trong thời kì sinh sản tảo Spirulina nhạt màu ít sắc tố xanh hơn bình thường. Spirulina có vòng đời khá đơn giản và tương đối ngắn. Trong điều kiện tối ưu (nuôi trong phòng thí nghiệm) vòng đời khoảng 1 ngày. Trong điều kiện tự nhiên là khoảng 3-5 ngày.