Algele − hrană pentru organismele acvatice

L. Ungureanu, T. Tumanova, G. Ungureanu

Problema utilizării eficiente a producţiei primare algale de către consumatorii diferitor verigi trofice superioare este în permaneneță în vizorul hidrobiologilor în vederea valorificării biomasei algale în acvacultură. Interrelaţiile organismelor animale şi vegetale în heleșteiele piscicole sunt diverse şi polifuncţionale. Reproducerea fitofagilor şi dezvoltarea lor intensă corelează cu producţia fitoplanctonului. În majoritatea cazurilor factorul de bază care limitează consumul algelor este selectivitatea dimensională şi calităţile gustative ale acestora. Reprezentanţii zooplanctonului consumă biomasa diferitor specii de alge, însă preferă algele clorococoficee, cu dimensiuni mai mici ale celulelor. Algele clorococoficee au o valoare nutritivă mai mare pentru zooplancton decât bacilariofitele, de aceea sporirea ponderii acestora din urmă în formarea biomasei fitoplanctonului, poate
duce la inhibarea filtratorilor zooplanctonici și respectiv reducerea cantității de hrană pentru peștii consumatori ai zooplanctonului. Crustaceele planctonice consumă atât algele monocelulare cât şi coloniale, care predomină în plancton, iar fluctuaţiile sezoniere ale componenţei specifice a comunităţilor algale se reflectă în raţia alimentară a zooplanctonului filtrator. Crustaceele inferioare dezmembrează cu uşurinţă coloniile algale şi le utilizează în nutriţie, ceea ce are o semnificaţie deosebită în reglarea efectivului fitoplanctonului în cazul „înfloririi” apei cu forme coloniale.
Populaţiile piscicole au o influenţă directă asupra componenţei şi abundenţei organismelor planctonice şi bentonice. Corelația dintre producţia primară şi productivitatea piscicolă din diferite ecosisteme acvatice este semnificativă.

Fitoplanctonul constitue un preţios material nutritiv pentru zooplancton, dar şi pentru peştii planctonofagi. Puietul de peşte, în special de ciprinide, consumă fitoplancton, zooplancton şi zoobentos. Peştii adulţi au o hrana diferită, astfel, crapul argintiu consumă fitoplancton, dar şi forme mici de zooplancton.
Sângerul, graţie filtrului său branhial, poate reţine particule de la 8 la 100 μm, în majoritate formate din alge planctonice, inclusiv cianofite. Intensitatea nutriţiei cu fitoplancton depinde de dezvoltarea în masă a unor specii din diferite grupe taxonomice, printre care un aport semnificativ în condiţiile Republicii Moldova îl au algele cianofite (cianobacteriile), clorofite și bacilariofite.
Cea mai mare valoare energetică o au algele bacilariofite (525 cal în 100 g de masă verde), urmate de cele clorofite (472 cal) şi cianofite (441 cal). Microalgele se deosebesc prin componența biochimică a biomasei.

Algele roșii conțin glucide (până la 70%), proteine (20-40%), lipide (până la 3%), cenuşăşi alte substanţe (20%).

Algele brune conțin glucide (până la 70%), proteine (5-20%), lipide(1-3%), cenuşă şi alte substanţe (25-35%).

Algele cianofite (cianobacterii) conțin glucide (până la 60%), proteine (până la 78%), lipide(2-12%).

Algele verzi conţin mai puţine glucide (30-40%), proteine (40-45%), lipide (1-10%) şi alte substanţe (10-20%) [1].

Medii nutritive și culturi de microalge

Biomasa algală obținută prin cultivare în condiții dirijate poate fi utilizată în acvacultură. Cultivarea microalgelor poate fi efectuată în condiții de laborator sau în heleșteie piscicole. Pentru cultivarea algelor în condiții de laborator se utilizează culturile de alge obținute prin izolarea lor din probele colectate în natură. Acest proces include câteva etape de bază:
1. Prelevarea probelor de alge din ecosisteme acvatice.
2. Obținerea culturilor de alge pure prin însămânțare în cutii Petri pe medii nutritive agarizate, care conțin 0,5-2% agar-agar. Pe suprafața de mediu agarizat se introduce 0,1 ml suspensie de alge cu densitatea nu mai mare de 100 celule la 1 ml din proba prelevată.
3. Transferarea coloniei separate de microalge de pe mediul agarizat în eprubete cu mediu nutritiv lichid.
4. Cultivarea pe medii nutritive corespunzătoare culturilor de alge.

Mediile nutritive, recomandate pentru cultivareanmicroalgelor sunt diverse, iar alegerea lor depinde de scopul cultivării și particularitățile biologice ale speciei care urmează a fi cultivată. Mediile de cultură pot fi lichide sau solide. Majoritatea microalgelor se dezvoltă pe medii nutritive minerale, iar unele necesită suplimentarea cu substanțe organice, vitamine și alte substanțe biologic active. Mediile nutritive conțin elementele nutritive de bază (N, P, S, Mg, K, Ca) și microelemente (Fe, Mn, Cu, Mo, Br, Zn ș.a.). Azotul și fosforul sunt introduși în mediu nutritiv cel mai des sub formă de săruri − nitrați și fosfați. Sursa de carbon este CO2 dizolvat în apă, care pătrunde prin difuzie din atmosferă și în rezultatul respirației algelor sau prin introducerea în mediu de cultură a carbonaților și bicarbonaților

Pentru pregătirea mediilor nutritive solide la soluția de elemente nutritive și microelemente se adaugă agar. Concentrația agarului, necesară pentru pregătirea mediului nutritiv solid, este în dependență de concentrația sărurilor în mediu.

La pregătirea mediilor nutritive se utilizează apă distilată, sau apă potabilă sterilizată și reagenți chimici. Pentru a evita formarea sedimentului în mediu nutritiv este necesar de preparat componentele separat, în cantități mici de apă. Aceasta se referă la soluțiile de
microelemente, fosfați și bicarbonați. Componentele mediului nutritiv se adaugă consecutiv în ordinea indicată, ultimele fiind introduse microelementele și apa. După dizolvarea completă a tuturor componentelor, mediile preparate se filtrează. Sterilizarea mediilor nutritive preîntâmpină dezvoltarea fungilor.

Mediile nutritive lichide și solide, bine închise, pot fi păstrate în frigider, însă nu mai mult de o lună. Dacă mediile nutritive se păstrează mai mult de o lună, în ele se dezvoltă fungi, are loc evaporarea apei, hidroliza, oxidarea și sedimentarea componentelor.
Cultura de alge poate fi obținută prin izolare din natură sau poate fi procurată din colecții. Sușe sunt numite culturile bine studiate din punct de vedere fiziologic și biochimic.

Caracteristica acestora trebuie să fie reflectată în pașaportul sușei. Pașaportul sușei conține informația privind proveniența, autorul, care a izolat-o din natură, condițiile de cultivare, componența mediului nutritiv, caracteristici morfologice și ale culturii. În Republica Moldova sușele se înregistrează în Colecția Națională de Organisme Nepatogene din cadrul Institutului de Microbiologie și Biotehnologie.

Componența mediilor nutritive recomandată pentru diferite specii de alge 

Mediul Cnop (g/l, utilizat în diluții ½, ¼, 1/10
pentru cultivarea algelor verzi):
Ca(NO3)2 − 0,25
MgSO4 ·7H2O − 0,06
KH2PO4 − 0,06
KCl − 0,08
Fe2Cl6 − o picătură de soluție de 1%
 

Mediul Prat (g/l, pentru păstrarea culturilor în
colecții):
KNO3 − 0,10
K2HPO4 − 0,01
MgSO4 ·7H2O − 0,01
Agar-agar − 1,2%
FeCl2·6H2O − 0,001
 

Mediul Tamia (g/l, utilizat în diferite diluții pentru
cultivarea algelor verzi):
KNO3 − 5, 0
MgSO4 ·7H2O − 2,50
KH2PO4 − 1,25
FeSO4 ·7H2O − 0,003
Soluție de microelemente* − 1 ml,
EDTA − 0,037

*Soluție de microelemente
H3BO3 − 2,86 g/l
MnCl2·4H2O − 1,81 g/l
ZnSO4 ·7H2O − 0,222 g/l
MoO3 − 176,4 mg/10 l
NH4VO3 − 229,6 mg/10 l

Mediul Ciu -10 (g/l, utilizat pentru cultivarea
cianofitelor (cianobacteriilor), algelor verzi și
bacilariofite):
Ca(NO3)2 − 0,04
K2HPO4 − 0,01
MgSO4· 7H2O − 0,025
Na2CO3 − 0,02
Na2SiO3 · 9H2O − 0,025
FeCl3 · 6H2O − 0,0008

Mediul Gromov (mg/l, mediu universal utilizat în
diferite diluții):
KNO3 − 100, 0
K2HPO4 − 66,7
MgSO4 · 7H2O − 33,3
ZnSO4 · 7H2O − 0,022
MnSO4 · 7H2O − 1,81
CuSO4 · 5H2O − 0,079
Na3BO3· 4H2O − 2,63
(NH4)6 · Mo7O24 · 4H2O − 1
FeSO4· 7H2O − 9,3
CaCl2 · 2H2O − 1,2
Co(NO3)2 · H2O − 0,02
EDTA − 10
Agar-agar − 1,5%

Mediul Ghindac (g/l, utilizat în diluții, ¼ și 1/8
pentru cultivarea intensivă a algelor):
(NH4)2CO3 − 3,0
(NH4)2SO4 − 0,3
MgSO4 · 7H2O − 5,0
KH2PO4 − 2,5
H3BO3 − 0,06
FeSO4· 7H2O − 0,04
CaCl2 · 2H2O − 0,04
ZnSO4 · 7H2O − 0,025
MnSO4 · 7H2O − 0,006
Na2MoO4 · 2H2O − 0,005
CuSO4 · 5H2O − 0,008
CoCl2 · 6H2O − 0,002
EDTA − 0,35

Mediul Driu (g/100 ml, pentru cultivarea cianofitelor
(cianobacteriilor) azotfixatoare):
K2HPO4 − 0,02
MgSO4 − 0,02
CaCl2 − urme
FeCl3 − urme
Apă distilată − 100 ml
10 GHID METODOLOGIC PENTRU PISCICULTORI

Mediul Borș (Cojuhari I., Borș Z., 1971) (g/l, utilizat
pentru cultivarea intensivă a algelor verzi):
NH4NO3 − 0,1
KH2PO4 − 0,04
FeSO4· 7H2O − 0,00001
MgSO4 · 7H2O − 0,04
CaCl2 − 0,02

Soluție de microelemente* − 1,8 ml

Condiții de cultivare a microalgelor

Algele se cultivă în eprubete sau baloane Erlenmayer, închise cu dopuri de vată și agitare lentă periodică. Vesela de laborator se sterilizează la temperatura de 165-180°C în etuvă timp de 2 ore. Sterilizarea soluțiilor se efectuează în autoclav timp de 45-60 minute. În scopuri industriale microalgele se cultivă în cultivatoare de diferite tipuri (cultivatoare deschise, bioreactoare ș.a).

Temperatura.

Temperatura optimală pentru cultivarea microalgelor este selectată în dependență de specie și componența mediului nutritiv și se recomandă a fi între 16 și 27°C. Temperatura optimă pentru cultivarea majorităţii algelor este de 18-24°C. Temperaturile mai mici de 16°C încetinesc creşterea
culturii, iar cele mai mari de 35°C sunt letale pentru multe specii de alge. Pentru majoritatea algelor verzi și cianofite (cianobacterii) temperatura optimală de cultivare se situiează în limitele 22-27°C, iar pentru cltivarea algelor bacilariofite, roşii şi euglenofite sunt cuprinse între 22 și 25°C [5].

Iluminarea.

Intensitatea luminii în cazul creşterii dirijate a algelor, reprezintă un factor de mediu extrem de important, nu doar prin semnificaţia sa, în sine, de element determinant al fotosintezei, ci şi prin faptul că, pe parcursul derulării procesului de creştere a algelor, odată cu mărirea densităţii suspensiei în mediul nutritiv apare un efect de autoumbrire în cadrul culturii algale, ceea ce reprezintă în fapt scăderea intensităţii radiaţiei luminoase la nivelul culturii în ansamblul său. Intensitatea luminii poate varia în funcţie de cantitatea de biomasă. Microalgele pot fi cultivate la lumina solară sau la alte surse de iluminare precum lămpi luminiscente sau fluorescente. La concentraţii reduse ale celulelor algale (până la 0,5 g/l biomasă absolut uscată) iluminarea culturii se recomandă în limitele 10-12 klx. La concentarţia biomasei algale de 0,5-1 g/l biomasă absolut uscată şi mai mare se recomandă iluminarea de până la 100 lux. Pentru cultivarea algelor se recomandă iluminarea de 4000-5000 lux. Pentru inocul se recomandă asigurarea cu lumină de 500-1000 lux [3].

Concentrația microalgelor în cultură poate fi determinată prin numărare la microscop, în camere cu volum stabilit. La determinarea biomasei algale în cultură, biomasa de alge se separă din mediul nutritiv prin filtrare sau centrifugare, se spală bine de sărurile din mediul nutritiv și se cântărește. La determinarea biomasei poate fi utilizat fotocolorimetrul sau spectrofotometrul.

Bibliografie
1. Banhou J., Alaoui Mhamdi N., Aleua L. Annual changes in the biochemical composition of the phytoplankton in the Idris First reservoir. In: Verh. Int. Ver. Theor. And angew. Lymnol, 2001, vol. 27, nr. 4, p. 2031 − 1045.
2. Cărăuş I. Cultura algelor pentru biomasă şi principii active : Note de curs, lucrări de laborator. Bacău: Universitatea din Bacău, 2007. 99 p.
3. Cultivarea algelor: Monografie / Sergiu Dobrojan, Victor Şalaru, Vasile Șalaru [et al.]; Univ. de Stat din Moldova, Lab. de Cercet. Şt. „Algologie”. − Chișinău: CEP USM, 2016. − 173 p.
4. Vasser et all. Algele. Ghid. Kiev: Naucova Dumca, 1989. 608 p. (în rusă) 5. West J.A. Long-term macroalgal culture maintenance // Algal culturing techniques, 2005, p.157-163.