Условий для выращивании одноклеточных водорослей
Одноклеточные планктонные водоросли
Весьма своеобразные искусственные луга образуют одноклеточные планктонные водоросли, выращиваемые в самых различных районах земного шара.
В морской среде планктонные водоросли иногда достигают чрезвычайно большой численности, размножаясь Делением с огромной скоростью. При благоприятных условиях в одном литре воды может находиться до не скольких десятков миллионов микроскопических растений. Обильное их размножение придает, в зависимости от вида водорослей, воде разнообразные оттенки: желтый, зеленый, бурый, красный и до. В таких случаях говорят о цветении моря. В течение месяца потомство одной диатомовой водоросли может достигнуть 100 млн. Клеток, но планктонные водоросли не живут долго и Колоссальной численности достигают лишь на протяжении короткого периода времени. Массовое размножение микроскопических водорослей иногда приводит к заморам в отдельных районах морей, т. е. к массовой гибели большинства животных и растений.
Мелкие планктонные водоросли, находясь во взвешенном состоянии, для своего размножения и роста могут использовать многометровую водную толщу. Установлено, что на единицу биомассы планктонных водорослей приходится большая работа по связыванию солнечной энергии, чем у крупных водных растений. Планктонные водоросли используют от 3 до 7% солнечной энергии, т. е. в несколько раз больше, чем наземные растения. По некоторым расчетам только диатомовые водоросли в течение одного года образуют на 1 км 2 площади до 1500 т живой массы.
В морском фитопланктоне содержатся практически все незаменимые аминокислоты, жиры, углеводы, много различных витаминов, но, несмотря на его огромное количество, добыча микроскопических растений в Мировом океане по ряду технических причин нерентабельна. Во многих странах разрабатываются методы искусственного разведения одноклеточных водорослей.
Примерно из 6 тыс. различных видов планктонных водорослей для культивирования наибольший интерес представляют пока протококковые, к которым относятся прежде всего хлорелла (Chlorella vulgaris), сценедесмус (Scenedesmus asumitatus) и др.
Несмотря на то что хлорелла является пресноводной водорослью, экспериментально доказано, что ее с большим успехом можно выращивать и в соленой морской воде.
Смешанная культура хлореллы и хламидомонады, так называемая зеленая вода, широко используется в Японии и других странах для кормления зоопланктонных организмов, служащих в свою очередь кормом для личинок рыб и креветок. Одноклеточные водоросли применяются для кормления устриц, мидий, морских гребешков и других моллюсков. Оказалось, что планктонные водоросли можно культивировать в сточных водах, что значительно удешевляет выращивание морских животных.
Искусственно изменяя условия содержания (температуру, освещенность, солевой и газовый состав и др.), можно получать водорослевую массу с различным содержанием органических и минеральных веществ. Таким образом, регулируя условия, удается направлять процесс фотосинтеза, добиваясь продуцирования живого вещества требуемого химического состава. В одной и той же культуре хлореллы удавалось менять содержание жира в клетках от 4,5 до 85,6% (в пересчете на сухое вещество), белков — от 8,7 до 58%, углеводов — от 5,7 до 37,5%.
Хлореллу обычно выращивают в бассейнах глубиной 10-15 см до достижения концентрации водорослей, равной 1-2 г биомассы в 1 л воды. На некоторых установках получают с 1 м 2 площади 20-30 г сухого вещества водорослей, содержащего до 50% белковых веществ. В хлорелле белковых веществ вдвое больше, чем в бобовых, и в четыре раза больше, чем в пшенице.
Ученые Академии наук Узбекистана разработали промышленную установку для выращивания хлореллы. С одного гектара ее площади можно получать до 300-500 ц сухой, или до 1200-2000 ц сырой биомассы. В этом количестве хлореллы содержится 150-250 ц белка. Пока ни одна сельскохозяйственная культура не дает таких огромных урожаев.
Созданная в 1971 г. установка для выращивания хлореллы могла производить более 6 т зеленой массы в сутки. Исследования узбекских ученых показали, что с одного гектара водорослевого хозяйства можно получать столько белка, сколько дает эксплуатация 20-25 га земли, засеянной пшеницей, или 10 га картофельного поля.
В ФРГ выведена культура протококковых водорослей с продолжительностью роста 2 дня. В них содержится до 50% белка. Стоимость однодневного рациона человека на основе этих водорослей не превышает 0,035 марки.
Установлено, что 100 г высушенной хлореллы при ежедневном использовании в пищу поставляют человеку необходимое количество витаминов.
Белковые продукты, производимые из одноклеточных водорослей, могут использоваться как для питания людей, так и в качестве прибавки к кормам сельскохозяйственных животных. Введение в рацион животных суспензии из хлореллы позволяет повышать ежесуточные привесы на 15-20%. Получая белок из одноклеточных водорослей, можно использовать его в качестве заменителя рыбной и соевой муки в животноводстве. Для этих целей в Японии строится завод по производству белкового концентрата производительностью до 200 тыс. т в год.
Оболочки клеток хлореллы (без соответствующе обработки) устойчивы к действию желудочного сока, что мешает перевариванию водорослей в желудках сельскохозяйственных животных и человека. Сухую клеточную массу водорослей размалывают на шаровых мельницах, обрабатывают перекисью водорода, сырые водоросли, продавливаются через перфорированный диск и т. д. Весьма эффективный метод разрушения клеточных оболочек предложен чехословацкими учеными. Сырая мяса хлореллы загружается в особые установки и под давлением 0,5 МПа (5 кгс/см 2 ) подвергается термообработке. В результате получается зеленый порошок, содержащий легко усвояемые человеком и животными питательные вещества.
Применение одноклеточных водорослей в сельском хозяйстве не ограничивается животноводством. Внесение их в почву позволяет повышать урожай некоторых зерновых культур в среднем на 15%.
Для выращивания одноклеточных водорослей в широком масштабе необходимо решить еще целый ряд проблем. Так, несмотря на высокую концентрацию водорослей в водоемах для культивирования, процесс их сбора требует больших затрат труда. Вначале водоросли подвергают предварительному концентрированию затем окончательному концентрированию и сушке.
На первом этапе водоросли сгущают посредством флотации или центрифугирования на центрифугах постоянного действия. Окончательное концентрирование одноклеточных водорослей осуществляют на центрифугах периодического действия, фильтрованием через фильтры из синтетических материалов, выпариванием воды на солнце и т. д. В результате получается масса, содержащая 8-10% сухого вещества. После окончательного концентрирования клеточную массу высушивают до содержания в ней влаги 10-12% следующими методами: сублимационной сушкой, азеотропной сушкой, сушкой с распылением клеточной массы и сушкой в сушилках конвейерного типа.
Хлорелла при идеальных условиях за одни сутки может увеличиваться в объеме в 10 тыс. раз, и с единице площади устройств для ее выращивания можно снижать ежегодно до 240 урожаев. Многочисленные удачныe эксперименты по культивированию одноклеточных водорослей указывают на один из весьма перспективных путей получения пищевых и кормовых веществ.
Морские растения являются прекрасным объектом культивирования, благодаря способности усваивать углекислоту, минеральные соли, воду и синтезировать различные органические соединения. Росту водорослей способствуют соли азота, фосфора, калия и соединения, содержащие микроэлементы. Весьма ценным свойством водорослей является их способность усваивать питательные вещества из воды всей своей поверхностью.
Широкое распространение водорослей во всех морях создает предпосылки для их искусственного выращивания. Культивируя морские растения в наиболее благоприятных регулируемых условиях, человечество может получать ежегодно на морских плантациях миллионы тонн цепной продукции.
В настоящее время на подводных лугах различных государств мира ежегодно выращивается около 800 тыс. т водорослей.
Источник
Условий для выращивании одноклеточных водорослей
Многие культивируемые в домашних условиях организмы, используемые аквариумистами для выкармливания личинок и мальков рыб, являются фильтраторами и используют для своего питания одноклеточные грибы-дрожжи, бактерий и одноклеточные водоросли. Одноклеточные водоросли богаты белками, жирами и углеводами. Для рыб они часто являются основным источником витаминов, незаменимых аминокислот, незаменимых жирных кислот, а также каротиноидных пигментов, необходимых для нормального роста и развития как культивируемых кормовых организмов, так и для полноценного развития личинок и мальков аквариумных рыб. Обычно одноклеточные водоросли, используемые в качестве основного или дополнительного корма для выращивания коловраток, жаброногих, веслоногих и ветвистоусых рачков условно подразделяются на пресноводные и морские. Из пресноводных водорослей наиболее часто культивируют зеленых жгутиконосцев (Phacus, Euglena viridis) и протококковые водоросли (рис. 22) (Scenedesmus, Spirulina, Chlorella); из морских — Dunaliella tertiolecta, Nephrochloris salina, Isochrysis galbona, Monochrysis lutheri, Phaeodactylum tricornutum, Platymonas viridis, а также морскую хлореллу (Chlorella sp.f.marina).
Планктонные протококковые (Protococcales):
1-сценедесмус iScenedesmus); 2— хпорелла (Chlorella) в момент размножения
Для выращивания большинства пресноводных коловраток, стрептоцефалюсов, пресноводных ветвистоусых и веслоногих рачков используют пресноводные виды водорослей: при выращивании соленоводной коловратки и артемии — морские. Однако скармливание пресноводным организмам морских водорослей весьма полезно, поскольку в составе клеток пресноводных водорослей отсутствуют высоконенасыщенные жирные кислоты (ВНЖК) с числом углеродных атомов более 20. К ним относятся незаменимые эйкозапентаеновая и декозагексаеновая жирные кислоты. Все культивируемые морские виды водорослей, за исключением дуналиеллы, содержат в своем составе эти кислоты. Правда, у платимонас, морской зеленой жгутиковой водоросли, есть только первая из этих двух кислот. Недостаток этих жирных кислот в составе пищи личинок и мальков рыб, особенно морских, приводит к нарушению обмена веществ, задержке роста, а иногда и их гибели.
Важной особенностью различных одноклеточных водорослей является их размер, наличие шипиков и выростов оболочки, а также степень их переваривания в организме фильтратора. Так допустимый размер клетки водоросли для многих коловраток не превышает 15 мкм, для науплиев артемии и стрептоцефалюсов — 25 мкм, для взрослых рачков — 40 — 50 мкм. Для коловраток не желательны виды, имеющие шипы и выросты оболочек (Scenedesmus, Phaeodactylum). Водоросли должны быть нетоксичными (токсичны сине-зеленые водоросли), иметь легко переваримые клеточные оболочки, легко культивируемыми. Положительной особенностью водорослей платимонас, дуналиеллы и монохризис является отсутствие у их. клеток плотной оболочки, и, как следствие этого, легкость их переваривания, у сценедесмуса — простота культивирования, хлорелла не селится на стенках культиватора и быстро делится, не образуя при этом покоящихся цист, дуналиелла очень пластична и легко адаптируется как к химическому составу среды, так и к общей концентрации солей; Для организации фитопланктонного блока в домашних условиях лучше всего получить чистую культуру водорослей из какой-либо научной или производственной лаборатории, специализирующейся на выращивании водорослей или кормовых объектов. Чистую культуру водорослей можно получить и самому. Для этого нужно взять воду из водоема в начале периода массового «цветения» воды и определить под микроскопом вид наиболее массовой водоросли.
Источник
Культивирование микроскопических зеленых водорослей
Массовое культивирование одноклеточных водорослей хлореллы, сценодесмуса и других получило распространение начиная с 1940-х годов. Культуры микроскопических водорослей широко изучаются в связи с применением: в сельском хозяйстве как дополнительного источника белка и витаминов; для очистки сточных вод; для создания замкнутых биологических систем (в космосе) для регенерации воздуха и воспроизводства пищи; для получения ценных биологически активных веществ (в медицине); при проведении научно-исследовательских работ по изучению фундаментальных основ биосинтеза фотосинтезирующих организмов. Хлорелллу (вместе с хламидомонадой) культивируют в качестве живого корма при разведении мелких беспозвоночных – моины, дафний, коловраток, которые затем используют для кормления мальков рыб.
В лаборатории микроскопические водоросли содержат в сосудах с водой. При массовом культивировании применяется два основных способа: интенсивное культивирование в замкнутых аппаратах с контролируемыми условиями (фотобиореакторы) и массовая культура под открытым небом. Для сохранения коллекции чистых культур водорослей с определенными свойствами их содержат на твердых (агаризованных) питательных средах.
Водорослям как фотосинтезирующим организмам нужен свет, углекислый газ, минеральные вещества, кислород; водоросли культивируют при определенной температуре, также необходимо движение воды в сосудах. Для получения максимального урожая (биомассы) разработаны методы оптимизации роста и продуктивности культур микроскопических водорослей ().
Основные элементы питательной среды для выращивания водорослей – азот, фосфор, сера, магний и железо. При длительном культивировании водорослей в лаборатории используются специальные питательные среды, но универсальной среды, пригодной для всех, не существует (Вассер и др., 1989).
Среда Кнопа применяется для зеленых водорослей в разведениях 1/2, 1/4, 1/10: Ca(NO3)2 – 0,25 г, MgSO4 – 0,06 г, KH2РO4 – 0,06 г, KCl – 0,08 г, Fe2Cl6 – 1 капля 1 %-ного раствора, дистиллированная вода – 1 л.
Среда Прата используется для хранения культур: KNO2 – 0,1 г, KH2РO4 – 0,01 г, MgSO4 – 0,01 г, FeCl3 – 0,001 г (или феррум цитрат– 0,05 г), агар – 1,2 %, водопроводная вода – 1 л. Для культивирования водорослей раствор разбавляют в 10-20 раз.
Фотобиореакторы. Закрытые культиваторы для выращивания микроводорослей (Chlorella и другие) представляют собой системы труб из стекла или поликарбоната. Для хлореллы необходимо: солнечный свет, тепло, вода, углекислый газ (СО2), питательные вещества (азот, фосфор, калий, микроэлементы). При промышленном производстве биомассы микроводорослей уделяется важное внимание чистоте воды и качеству используемых культур. В настоящее время предлагается спектр промышленных фотобиореакторов. Внутри труб (емкостей) циркулирует питательная среда с микроводорослями. При промышленном производстве свет обеспечивается естественным солнечным освещением. Или используются лампы. Сбор урожая биомассы производится ежедневно: при достижении определенной концентрации биомассы хлореллы, часть идет на сбор урожая, часть – снова поступает в биореактр, при этом добавляется свежая питательная среда, и цикл повторяется. В закрытых фотобиореакторах регулируются условия производства биомассы микроводорослей, что позволяет выращивать чистые культуры и получать стандартную продукцию. Производительность фотореакторов в некоторых случаях в 10 раз выше, чем в бассейнах.
С 1 м 2 предприятие производит стандартной суспензии хлореллы от 2,5 до 18,4 л (около 10 г/м 2 ) в сутки. Химический состав хлореллы: протеин — 35-43 %; каротин -111-480 мг/кг; жир — 0,37-7,49 %; зола — 3,34-10,50 %; кальций — 1,52 2-2,41 г/кг; фосфор — 4,79-14,60 г/кг.
При выращивании микроводорослей в качестве живого корма используются бассейны, применяется метод раздельного выращивания планктонных животных и водорослей. В бассейнах глубиной около 1 м создается необходимый режим (свет, тепло, питательные вещества) для культивирования хлореллы или других водорослей. В рядом находящихся бассейнах выращивают рачков. Суспензия водорослей по трубам стекает в бассейн с рачками, создавая для них необходимую кормовую базу. При оптимальных условиях можно получать за 2 месяца 80 г/м 2 дафний.
Лабораторные культуры. Водоросли выращивают в стерильных закрытых (ватными пробками) пробирках или колбах. При выращивании чистых культур следует соблюдать условия стерильности, принятые в микробиологических исследованиях. После посева культуры выставляют на свет (окно или люминесцентные лампы). Используют молодые интенсивно растущие культуры, в хорошем физиологическом состоянии, без уродливых форм.
Для выделения форм используют разные методы. Благодаря положительному фототаксису подвижные клетки скапливаются на освещенной стороне сосуда, затем их собирают пипеткой. Нейстонные водоросли с газовыми вакуолями отделяют центрифугированием, они скапливаются в верхних слоях жидкости. Чистую культуру получают из покоящихся стадий путем высушивания, замораживания и т. д, разрушая сопутствующие организмы, а покоящиеся стадии при этом сохраняются. Для выделения отдельных организмов используют пипетку с длинным концом, работая под микроскопом или бинокуляром. Удобным является метод агаризированных пластинок для изоляции жгутиковых организмов: отдельные колонии снимают и переносят в пробирки с жидкой средой (Вассер и др., 1989). Для получения малых доз водорослей можно применять лабораторный культиватор микроводорослей с погруженной лампой ДРЛ-500 или ДРЛ-1000.
Источник