Technology of cultivation of the marine microalga Tetraselmis viridis under natural light and at minimum technical cost
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Abstract
The main reason for slow implementation of scientific developments of marine algotechnology into industrial practice is the lack of systems that allow obtaining microalgae biomass in quantities that are necessary for practical study of potential products and development of industrial technology for their production. Such systems can significantly reduce the economic cost of creating and maintaining favorable abiotic conditions for growing microalgae on an industrial scale, since solar energy is used as a light source. The article proposes a method for growing marine microalgae Tetraselmis viridis in natural light and at minimum technical cost. The authors developed a mobile unit for cultivating marine microalgae and studying their growth characteristics in natural light. This unit is proposed to be used in the transition from laboratory cultivation to cultivation on an industrial scale. The basic requirements for the mobile unit for industrial cultivation of algologically pure T. viridis are specified. The technology ensuring the organization of T. viridis cultivation process with a maximum productivity of 5.7 g·m−2·day−1 and a maximum culture density of 271.6 billion cells·m−2 (R² = 0.99) has been developed. The authors provide a comparative assessment of the biochemical composition and kinetic growth characteristics of T. viridis depending on growing conditions using either the mobile unit in natural light or the laboratory photobioreactor in constant artificial light.
Authors
References
Абдулагатов И. М., Алхасов А. Б., Догеев Г. Д., Тумалаев Н. Р., Алиев Р. М., Бадавов Г. Б., Алиев А. М., Салихова А. С. Микроводоросли и их технологические применения в энергетике и защите окружающей среды // Юг России: экология, развитие. 2018. Т. 13, № 1. С. 166–183. [Abdulagatov I. M., Alkhasov A. B., Dogeev G. D., Tumalaev N. R., Aliev R. M., Badavov G. B., Aliev A. M., Salikhova A. S. Technological application of microalgae in power industry and environmental protection. Yug Rossii: ekologiya, razvitie, 2018, vol. 1, no. 13, pp. 166–183. (in Russ.)]. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2018-1-166-183
Авсиян А. Л. Влияние суточного светового режима на продуктивность культуры Arthrospira platensis Gomont // Вопросы современной альгологии. 2018. № 3 (18). [Avsiyan A. L. Influence of diurnal light regimen on Arthrospira platensis Gomont culture productivity. Voprosy sovremennoi algologii, 2018, no. 3 (18). (in Russ.)]. http://algology.ru/1374
Боровков А. Б., Геворгиз Р. Г. Продуктивность Spirulina platensis и Tetraselmis viridis при использовании различных методов культивирования // Экология моря. 2005. Вып. 70. С. 9–13. [Borovkov A. B., Gevorgiz R. G. Production of Spirulina platensis and Tetraselmis viridis by different methods of cultivation. Ekologiya morya, 2005, iss. 70, pp. 9–13. (in Russ.)]. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/4698
Горбунова С. Ю., Тренкеншу Р. П. Опыт получения альгологически чистой культуры Tetraselmis viridis Rouch. в нестерильных условиях // Вопросы современной альгологии. 2020. № 1 (22). С. 94–100. [Gorbunova S. Yu., Trenkenshu R. P. Experiment on obtaining an algologically pure culture of Tetraselmis viridis in non-sterile conditions. Voprosy sovremennoi algologii, 2020, no. 1 (22), pp. 94–100. (in Russ.)]. https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-1(22)-94-100
Гудвилович И. Н., Боровков А. Б. Биологическая ценность БАД на основе спирулины // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2012. Вып. 105. С. 130–133. [Gudvilovich I. N., Borovkov A. B. Biological value of BAS on the base of Spirulina supplements. Byulleten’ Gosudarstvennogo Nikitskogo botanicheskogo sada, 2012, iss. 105, pp. 130–133. (in Russ.)]
Жондарева Я. Д., Тренкеншу Р. П. Рост Tetraselmis viridis (Rouchijajnen) R. E. Norris, Hori et Chihara, 1980 в тепличном бассейне при естественном освещении и аэрации воздухом // Вопросы современной альгологии. 2019. № 3 (21). С. 76–87. [Zhondareva Ya. D., Trenkenshu R. P. Growth of Tetraselmis viridis (Rouchijajnen) R. E. Norris, Hori & Chihara, 1980 in the greenhouse pool under natural light and aeration. Voprosy sovremennoi algologii, 2019, no. 3 (21), pp. 76–87. (in Russ.)]. https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-3(21)-76-87
Копытов Ю. П., Лелеков А. С., Геворгиз Р. Г., Нехорошев М. В., Новикова Т. М. Методика комплексного определения биохимического состава микроводорослей // Альгология. 2015. Т. 25, № 1. С. 35–40. [Kopytov Yu. P., Lelekov A. S., Gevorgiz R. G., Nekhoroshev M. V., Novikova T. M. Method of complex analysis of biochemical composition of microalgae. Al’gologiya, 2015, vol. 25, no. 1, pp. 35–40. (in Russ.)]. https://doi.org/10.1615/InterJAlgae.v17.i4.70
Лелеков А. С., Тренкеншу Р. П. Простейшие модели роста микроводорослей. 4. Экспоненциальная и линейная фазы роста // Экология моря. 2007. Вып. 74. С. 47–49. [Lelekov A. S., Trenkenshu R. P. Simplest models of microalgae growth. 4. Exponential and linear growth phases of microalgae culture. Ekologiya morya, 2007, iss. 74, pp. 47–49. (in Russ.)]. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/4780
Тренкеншу Р. П., Терсков И. А., Сидько Ф. Я. Плотные культуры морских микроводорослей // Известия Сибирского отделения Академии наук СССР. Серия биологических наук. 1981. № 15, вып. 3. С. 75–82. [Trenkenshu R. P., Terskov I. A., Sidko F. Ya. Plotnye kul’tury morskikh mikrovodoroslei. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Akademii nauk SSSR. Seriya biologicheskikh nauk, 1981, no. 15, iss. 3, pp. 75–82. (in Russ.)]
Тренкеншу Р. П. Простейшие модели роста микроводорослей. 1. Периодическая культура // Экология моря. 2005. Вып. 67. С. 89–97. [Trenkenshu R. P. Simplest models of microalgae growth. 1. Batch culture. Ekologiya morya, 2005, iss. 67, pp. 89–97. (in Russ.)]. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/4658
Харчук И. А., Береговая Н. М. Содержание биохимических компонентов в морской микроводоросли Tetraselmis viridis при длительном хранении в состоянии холодового анабиоза // Вопросы современной альгологии. 2019. № 1 (19). С. 88–95. [Kharchuk I. A., Beregovaya N. M. The content of biochemical components in the marine microalgae Tetraselmis viridis during long-term storage in a state of cold hibernation. Voprosy sovremennoi algologii, 2019, no. 1 (19), pp. 88–95. (in Russ.)]. https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-1(19)-88-95
Чекушкин А. А., Лелеков А. С., Геворгиз Р. Г. Сезонная динамика предельной продуктивности в горизонтальном фотобиореакторе // Актуальные вопросы биологической физики и химии. 2020. Т. 5, № 3. С. 405–411. [Chekushkin A. A., Lelekov A. S., Gevorgiz R. G. Seasonal dynamics of limit productivity in a horizontal photobioreactor. Aktual’nye voprosy biologicheskoi fiziki i khimii, 2020, vol. 5, no. 3, pp. 405–411. (in Russ.)]
Чернышев Д. Н., Горбунова С. Ю., Тренкеншу Р. П. Разделение спектров поглощения культуры и ацетонового экстракта микроводоросли Tetraselmis viridis на спектры отдельных пигментов // Актуальные вопросы биологической физики и химии. 2020. Т. 5, № 2. С. 232–238. [Chernyshev D. N., Gorbunova S. Yu., Trenkenshu R. P. Decomposition of cultural absorption spectra and the acetone extract of microalgae Tetraselmis viridis into spectrum of individual pigments. Aktual’nye voprosy biologicheskoi fiziki i khimii, 2020, vol. 5, no. 2, pp. 232–238. (in Russ.)]
Béchet Q., Moussion P., Bernard O. Calibration of a productivity model for the microalgae Dunaliella salina accounting for light and temperature. Algal Research, 2017, vol. 21, pp. 156–160. https://doi.org/10.1016/j.algal.2016.11.001
Benemann J. R. Microalgae aquaculture feeds. Journal of Applied Phycology, 1992, vol. 4, iss. 3, pp. 233–245. https://doi.org/10.1007/BF02161209
Bonnefond H., Moelants N., Talec A., Bernard O., Sciandra A. Concomitant effects of light and temperature diel variations on the growth rate and lipid production of Dunaliella salina. Algal Research, 2016, vol. 14, pp. 72–78. https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.12.018
Borovkov A. B., Gudvilovich I. N., Avsiyan A. L. Scale-up of Dunaliella salina cultivation: From strain selection to open ponds. Journal of Applied Phycology, 2020, vol. 32, iss. 3, pp. 1545–1558. https://doi.org/10.1007/s10811-020-02104-5
Chaumont D. Biotechnology of algal biomass production: A review of systems for outdoor mass culture. Journal of Applied Phycology, 1993, vol. 5, iss. 6, pp. 593–604. https://doi.org/10.1007/BF02184638
de la Noüe J., Laliberté G., Proulx D. Algae and waste water. Journal of Applied Phycology, 1992, vol. 4, iss. 3, pp. 247–254. https://doi.org/10.1007/BF02161210
Demmig-Adams B., Adams W. Antioxidants in photosynthesis and human nutrition. Science, 2002, vol. 298, no. 5601, pp. 2149–2153. https://doi.org/10.1126/science.1078002
Dobrojan S. Obţinerea substanţelor biologic active din biomasa microalgei Spirulina platensis (Nordst.) Geitl crescută pe ape reziduale. Mediul Ambiant [Scientific Journal of Information and Ecological Culture], 2010, no. 2 (50), pp. 24–28. (in Moldavian).
Markou G. Fed-batch cultivation of Arthrospira and Chlorella in ammonia-rich wastewater: Optimization of nutrient removal and biomass production. Bioresource Technology, 2015, vol. 193, pp. 35–41. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.06.071
Peel M. C., Finlayson B., McMahon T. A. Updated world map of the Köppen–Geiger climate classification. Hydrology and Earth System Sciences, 2007, vol. 11, iss. 5, pp. 1633–1644. https://doi.org/10.5194/hess-11-1633-2007
Wellburn R. W. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology, 1994, vol. 144, iss. 3, pp. 307–313. http://dx.doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2
Xu Y., Ibrahim I. M., Harvey P. J. The influence of photoperiod and light intensity on the growth and photosynthesis of Dunaliella salina (Chlorophyta) CCAP 19/30. Plant Physiology and Biochemistry, 2016, vol. 106, pp. 305–315. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.05.021