Биологическая энциклопедия - методы массового культивирования микроскопических водорослей

Массовая культура под открытым небом.Различного типа установки под открытым небом были испытаны и описаны уже в начале 50-х годов Институтом Карнеги (США), в Японии и некоторых других странах. В настоящее время существует много разных конструкций установок для выращивания водорослей под открытым небом (табл. 40, 41). , Принципиальная схема такого культивирования состоит в выращивании водорослей в жидких питательных средах в бассейнах, лотках и других емкостях с различными способами перемешивания, подачи углекислоты и использованием солнечного света.

Представляет интерес установка для массового культивирования сценедесмуса в Тжебоне (Чехословакия), где суспензия водорослей стекает по плоской, специальным образом оборудованной поверхности, которая является крышей оранжереи. В другом варианте эта же установка может размещаться на поверхности Грунта и используется, в частности, в Болгарии.

В Рупите (Болгария) при строительстве установок массового культивирования применены местные природные ресурсы, обеспечивающие наряду с хорошей инсоляцией использование природного источника С02, воды источника, богатого минеральными солями, и регулирование температуры за счет воды горячих источников.

В Советском Союзе Биологическим институтом ЛГУ разработаны типовые установки лоткового типа с открытой циркуляционной системой. В Узбекистане используют преимущественно круглые бассейны по типу японских установок. Размеры установок варьируют от небольших до 1000 2000 м2.В качестве объектов культивирования широко используются зеленые одноклеточные водоросли, особенно из протококковых (хлорелла и сценедесмус) и из вольвоксовых (дюналиелла); ведутся также работы с сине-зеленой нитчатой водорослью спирулиной и некоторыми другими.

Производительность установок составляет в среднем 15 20 г/м2 сухой биомассы в сутки, достигая иногда 25 30, а в отдельных случаях 35 40 г/м2. Урожай с единицы объема суспензии в условиях массовой культуры под открытым небом составляет в среднем 0,2 г/л в сутки, поднимаясь в отдельных случаях до 1,2 г/л. Плотность культуры, при которой ведется выращивание водорослей, варьирует в зависимости от типа установок и составляет 25 400 млн.

клеток на 1 мл.Культуры под открытым небом характеризуются низкими коэффициентами размножения, что свидетельствует, по существу, об экстенсивном ведении культуры, при котором получение больших количеств биомассы обеспечивается использованием больших площадей.Постоянно меняющиеся погодные условия являются причиной того, что в установках открытого тина невозможно длительное, стабильное снятие устойчивого урожая, что приближает зтот принцип культивирования водорослей к способам возделывания высших растений, когда процесс накопления урожая существенным образом зависит от погодных условий.

Продуктивность установок под открытым небом удается повысить путем организации систем обогрева и охлаждения и освечивания культуры искусственными источниками освещения. Такое культивирование, по существу, занимает промежуточное положение между экстенсивной культурой водорослей и интенсивным высокоорганизованным культивированием по типу микробиологических производств.

Интенсивная культура. В 60-х годах в различных лабораториях был разработан ряд установок и аппаратов высокоинтенсивного управляемого культивирования фотосинтезирующих микроводорослей в полностью контролируемых условиях с автоматической стабилизацией оптимальных условий и непрерывной автоматической регистрацией таких важных физиологических функций культуры, как скорость роста, интенсивность фотосинтеза, минеральное питание.

Наиболее совершенным из таких методов культивирования является проточное выращивание водорослей, при котором по сигналам, получаемым от самой культуры, осуществляются автоматический отбор прирастающих клеток (урожая), подача свежей питательной среды и стабилизация оптической плотности культуры. Одна из принципиальных схем такого типа культивирования представлена на рисунке 282.

Главным преимуществом этих методов культивирования является возможность вести длительное непрерывное выращивание водорослей с поддержанием постоянной плотности суспензии на оптимальных значениях, при которых наблюдается максимальная продуктивность культуры. С этой целью разработаны специальные реакторы, в которых используются мощные источники света и специальные системы светораспределения и световодов, что обеспечивает равномерное освещение клеток в достаточно плотных культурах.

Примеры таких установок даны на таблице 40 и рисунке 283. , Урожаи, в частности, хлореллы, которые получают в таких установках, составляют примерно 30 40 г сухой биомассы с 1 л суспензии в сутки или 80 100 г с 1 м2 освещаемой поверхности.Таким образом, в настоящее время можно считать достаточно детально разработанными физиологические основы культивирования микроскопических фотосинтезирующих водорослей и некоторые принципы технологии их выращивания как в установках под открытым небом, так и в закрытых аппаратах.

Рентабельность массового культивирования водорослей существенным образом зависит от аспектов применения получаемой биомассы и должна оцениваться, очевидно, в каждом конкретном случае индивидуально. Так, методы высокоинтенсивного культивирования водорослей, помимо исследовательской работы, направленной на выяснение потенциальной продуктивности фотосинтетического аппарата растений и других проблем физиологии, биохимии и генетики фотосинтезирующих клеток, находят применение для биосинтеза соединений, меченых различными изотопами углерода (С14, С13), дейтерировапных соединений, а также в космической биологии для создания замкнутых экологических систем жизнеобеспечения. Высокая продуктивность и стабильность работы систем интенсивного проточного культивирования хлореллы позволили осуществить многомесячные эксперименты с испытателями по биологической регенерации воздуха с помощью фотосинтеза.

Эффективность применения биомассы водорослей в сельском хозяйстве остается еще неясной. Биомасса водорослей, получаемая при культивировании под открытым небом, используется для изучения их кормовых достоинств как источника белка и физиологически активных соединений. Результаты противоречивы, что свидетельствует о необходимости проведения дальнейшей исследовательской работы.

Вместе с тем в более широком плане разработка способов промышленного культивирования одноклеточных фотосинтезирующих микроводорослей является одним из путей введения процесса фотосинтеза в промышленное производство. Последствия такого явления своеобразной индустриализации фотосинтеза трудно переоценить. .