Handbook of Microalgal Culture

Disusun oleh :

Achmad Fatah Nurdin

230110090132

Universitas Padjadjaran

Fakultas Perikakan dan Ilmu Kelautan

Sumedang

2010

BAGIAN 1Mikroalga: Dengan Referensi Untuk Budidaya Massal

1. Sel Mikrolaga

Mikrolaga adalah sejenis ganggang yang etrmasuk kedalam cyanobakteria dari filum cyanophiceae. Ciri umum mikrolaga adalah uniseluler, kolonia, dan berserabut. Mikrolaga eukariotik memiliki membran inti yang berisi genom.

Ultrastruktur dan pembelahan sel

Prokariotik

- Dinding Sel- Membran Plasma- Penyusun Tilakoid- Inklusi Sel- Pembelahan Sel

Eukariotik

- Dinding Sel- Pelikel, Membran Plasma, Periplast- Sitoplasma, Nukleus, Organel- Kloroplas- Pembelahan Sel dan reproduksi

Pertumbuhan dan Perkembangan Sel

- Pertumbuhan SelPertumbuhan didefinisikan sebagai peningkatan substansi yang hidup, biasanya jumlahsel untuk microoganisms uniseluler atau total massa sel untuk multiselulerorganisme. Parameter yang digunakan untuk megukur perubahan jumlah sel atau massa sel per satuan waktu adalah tingkat pertumbuhan.

- Siklus SelDalam mikroalga uniseluler ukuran sel umumnya ganda, dan kemudian selmembagi menjadi dua sel anak yang kemudian akan meningkatkan ukurannya. Siklus seldalam alga eukariotik melibatkan dua fase: mitosis dan interfase. Selamainterfase sel tumbuh dan semua konstituen seluler sehingga peningkatan jumlahbahwa setiap sel anak akan menerima satu set lengkap DNA direplikasi molekul dan salinan yang cukup dari semua konstituen lain dan organel.

- Penurunan SelPertumbuhan mikroba dipengaruhi oleh beberapa kimia dan kondisi fisik. Sebagaikonsentrasi substrat atau faktor lain menjadi pembatas, atau metabolit beracunmengumpulkan, menurunkan laju pertumbuhan. Dalam fase pertumbuhan, produksimetabolit sekunder sering terjadi. Selama ada konsumsi bahan penyimpanan organisme tetap layak. Ketika energi tidak lagi diproduksi untuk pemeliharaan sel, sel menurun dan akhirnya mati. Di beberapa kasus proses ini disertai dengan pembentukan beberapa spora atau struktur serupa yang dapat bertahan dan mengatasi kondisi yang buruk.

Gambaran umum Divisi Utama dan Kelas

- Cyannobacteria (Cyanophyta dan Proklorophyta)CyanophytaProchlorophyta

- EukariotikRhodophytaChlorophytaDinophytaChrysophytaPyrmnesiophytaBacillariophytaXanthophytaEustigmatophytaRhapidhophytaPhaeophyta

2. Fotosintesis dalam mikrolagaEnergi untuk fotosintesis disampaikan dalam bentuk cahaya. Cahaya radiasi

elektromagnetik dan berjalan pada kecepatan c 3 108ms 1. Berdasarkan pada panjang gelombang, radiasi elektromagnetik dapat dibagi menjadi beberapa komponen. Gamma dan sinar-X memiliki panjang gelombang yang lebih pendek, sedangkan gelombang radio di atas 10 3 m. Bagian terlihat spektrum kisaran dari sekitar 380nm violet ke merah jauh pada 750 nm. jangkauan ini biasanya dinyatakan dalam nanometer (1nm ¼ 10 9 m). Panjang gelombang cahaya tampakjuga sesuai dengan radiasi photosynthetically aktif (PAR), yaitu radiasi utilisable dalam fotosintesis. Reaksi fotosintesis cahaya terletak di membran tilakoid. Ini adalah terdiri dari dua komponen utama lemak mono-dan digalactosylglycerol diatur dalam suatu lapisan ganda, di mana protein yang tertanam membentuk mosaik cair (Singer & Nicholson, 1972). Mereka membentuk tertutup, rata vesikula sekitar ruang intrathylakoidal, lumen. Beberapa protein-protein atau pigmen-protein kompleks span membran tilakoid, sedangkan yang lain hanya sebagian protrudewith beberapa kelompok fungsional menghadap lumen atau stroma. Dalam cyanobacteria (dan juga eukariotik ganggang merah), yang lamellae fotosintesis terjadi sendiri

sendiri, kemungkinan besar sebagai akibat dari adanya phycobilisomes hidrofilik sebagai luar (utama) kompleks cahaya-panen. Dalam kloroplas tanaman yang lebih tinggi, sangat appressed daerah thylakoids ditumpuk Grana disebut dihubungkan oleh thylakoids tunggal disebut lamellae stroma.

Fotosistem II merupakan sebuah kompleks yang terletak di multimerik tilakoid membran, dengan lebih dari 20 subunit dan massa molekul relatif sekitar 300 kDa, terdiri dari pusat reaksi, oksigen-berkembang kompleks dan cahaya-panen antena dalam. Pusat PS reaksi II berisiprotein D2 dan D1 dan a dan b subunit cyt b559. D1 dan D2 protein membawa semua kelompok pemisahan prostetik penting yang diperlukan untuk mengisi dan yang stabilisasi, Z tirosin, donor elektron primer, P680, pheophytin dan akseptor kuinon primer dan sekunder, QA dan QB. Inti antena dibentuk oleh Chl a-protein intrinsik, mentransfer energi eksitasi dari antena luar untuk pusat reaksi. Dan CP47 CP43 terletak di sisi berlawanan dari pusat reaksi D1-D2. Baru-baru ini, kristal X-ray struktur PS II terisolasi dari Synechococcus elongatus itu diselesaikan di 3.8A ˚ resolusi.

Fotorespirasi merupakan proses bersaing untuk carboxylation, dimana karbon organik diubah menjadi CO2 tanpa keuntungan metabolik. Dalam hal ini proses, Rubisco berfungsi sebagai sebuah oxygenase, catalysing reaksi O2 dengan bisphosphate ribulosa untuk membentuk phosphoglycolate. Setelah dephosphorylation, glycolate dikonversi, dalam beberapa langkah, untuk serin, amonia dan CO2. Fotorespirasi tergantung pada konsentrasi relatif dari oksigen danCO2 mana rasio tinggi O2/CO2 (konsentrasi tinggi yaitu konsentrasi O2 dan rendah CO2) merangsang proses ini, sedangkan O2/CO2 rendah rasio carboxylation nikmat. Rubisco memiliki afinitas rendah untuk CO2, yang Km (halfsaturation) yang kira-kira sama dengan tingkat CO2 di udara. Dengan demikian, di bawah tinggi radiasi, oksigen tingkat tinggi dan CO2 dikurangi, kesetimbangan reaksi bergeser ke arah fotorespirasi. fotosintesis organisme berbeda secara signifikan suku mereka fotorespirasi: dalam beberapa spesies mungkin setinggi 50% fotosintesis bersih.

3. DASAR TEKNIK BUDIDAYA

Budidaya adalah klon genetik homogen disebarkan dari satu individu sel atau filamen, isolasi mikroalga meliputi langkah-langkah berikut:

- Pemilihan sumber mikroalga- Pengayaan dari suatu budaya- Pengisolasian langsung- Memproduksi axenic budaya, meliputi;

a. Pembersihan selb. Kepadatan gradien sentrifugasic. Radiasi UVd. Filtrasie. Antibiotik

Penapisan Bioaktif Mikroalga Untuk Molekul, meliputi:

- Pengetesan langsung- Pengetesan tidak langsung

Pemeliharaan dan Pelestarian Strain Mikroalga

Jenis ganggang dapat dipertahankan dalam bentuk cair atau pada media agar padat. Untuk mempertahankan suatu strain alga, budaya dapat disimpan pada radiasi rendah, pada suhu kamar dan ditransfer sekali dalam setiap enam bulan. Untuk pengawetan, kebanyakanganggang harus disimpan pada suhu kamar. Beberapa jenis ganggang dapat disimpandalam nitrogen cair untuk penyimpanan jangka panjang. Penentuan konsentrasi jumlah sel mensyaratkan bahwa sel tunggal ditangguhkan. Dalam beberapa kasus, sonikasi atau trypsinization diperlukan untuk memecahkan agregat dari ganggang. Langkah pengenceran biasanya diperlukan untuk mencapai resolusi yang diperlukan sel tunggal dalam mikroskopis langsung.

Kering massa diukur dengan berat kering biomassa total atau berat kering bebas abu. Penentuan berat kering memerlukan pemisahan sel, mencuci langkah-langkah dan pengeringan berat konstan. Perwakilan aliquots budaya alga diambil dan sel yang dipisahkan oleh membran filtrasi atau sentrifugasi. Itu filter membran atau tabung sentrifus harus pra-ditimbang. Sel biasanya dicuci dengan medium diencerkan atau buffer beberapa kali, diikuti oleh berkumur dengan air suling. Ganggang laut dapat dicuci dengan larutan isotonik (0,5 M) dari formate amonium atau amonium bikarbonat. Dari dua, amonium bikarbonat sudah tersedia, lebih murah dan menguap pada suhu yang lebih rendah (60 C), dan dengan demikian merupakan memuaskan cuci agen untuk penentuan bobot ganggang laut kering. Terendah layak suhu pengeringan harus digunakan untuk mencegah kehilangan volatile komponen. Turunkan suhu pengeringan dapat dipekerjakan di bawah dikurangi tekanan (misalnya di oven vakum). Ketika lingkungan budaya yang menguntungkan dan semua nutrisi yang dibutuhkan untuk sel pertumbuhan yang hadir dalam pertumbuhan non membatasi kuantitas, yaitu pada cukup tinggi konsentrasi sehingga perubahan kecil tidak mempengaruhi reaksi tingkat, alga paling uniseluler bereproduksi secara aseksual. Ukuran dan biomassa sel individu meningkat dengan waktu, sehingga pertumbuhan biomassa. Akhirnya, isi DNA dua kali lipat dalam jumlah dan pembelahan sel terjadi kemudian pada lengkap pembagian sel menjadi dua progeni dari genom yang sama dan lebih atau kurang identik ukuran. Jumlah Penduduk dengan demikian meningkat, dan populasipertumbuhan Oleh karena itu disebut sebagai peningkatan populasi jumlah sel dalam suatu budidaya.

Ini adalah metode yang paling umum untuk budidaya sel Mikroalga. Dalam sederhana batch sistem budaya, dalam jumlah terbatas medium lengkap dan ganggang inokulum ditempatkan dalam wadah budaya dan diinkubasi di lingkungan yang menguntungkan untuk pertumbuhan. Beberapa bentuk agitasi, seperti gemetar atau impeller pencampuran, diperlukan untuk menjamin pertukaran gizi dan gas di antarmuka sel-air. Kapal budaya dapat berbentuk kerucut termos sederhana atau lingkungan fermentor dikendalikan. Dalam budaya fotosintesis atau mixotrophic, CO2 disediakan oleh salah satu membersihkan botol berbentuk kerucut dengan udara diperkaya CO2 dan ditutup, atau dengan penyerangan dgn gas beracun udaya

terus menerus dengan CO2 diperkaya udara. budaya ini dapat diterangi oleh eksternal baik secara alamiah maupun sumber cahaya buatan, atau sinar matahari melalui serat optik, Ditempatkan dalam pembuluh budaya. Batch budaya secara luas digunakan untuk budidaya komersial alga untuk kemudahan operasi dan sistem budaya yang sederhana.

4. LINGKUNGAN STRESS FISIOLOGIRespon terhadap rangsangan atau perubahan lingkungan merupakan ciri yang melekat

dari setiap organisme hidup. Perubahan kondisi lingkungan sehingga dapat didefinisikan berdasarkan tanggapan bahwa sel mengalami akibatnya merasakan perubahan, baik atau membatasi-faktor stres. Stres akan didefinisikan sebagai kondisi lingkungan yang menghasilkan ketidakseimbangan metabolik yang memerlukan penyesuaian biokimia dan metabolik sebelum steady state pertumbuhan baru dapat dibentuk.

Ruang budaya alga yang terkena berbagai perubahan dalam lingkungan kondisi. Perubahan ini terjadi dalam dua skala waktu yang berbeda. Salah satunya adalah sirkadian siklus. Yang lainnya adalah siklus musiman yang bervariasi sesuai dengan iklim dan lokasi geografis habitat tertentu di mana ganggang tumbuh Dalam budaya alga padat digunakan dalam bioteknologi ganggang, siklus ketiga dipaksakan oleh sistem pencampuran intensif, yang terutama hasil dalam terang-gelap siklus yang berfluktuasi dalam fraksi detik dibandingkan dengan jam atau bulan dalam dua siklus lainnya. Mikroalga memang dikembangkan beragam mekanisme untuk merasakan dan acclimating perubahan di lingkungan mereka. Aklimatisasi tanggapan yang diamati meliputi perubahan cahaya-panen sintesis kompleks dan degradasi sebagai respon terhadap perubahan kualitas dan intensitas cahaya. perubahan tersebut bertujuan untuk membantu menyeimbangkan efisien penyerapan eksitasi energi dan mengurangi produksi kekuasaan (NADPH) dan energi kimia (ATP) dengan pemanfaatannya bagi pertumbuhan dan pemeliharaan sel. Ketidakmampuan untuk mempertahankan keseimbangan akibat eksitasi melebihi fotosintesis pusat reaksi dapat menghasilkan produksi spesies oksigen beracun yang dapat menyebabkan kematian foto-oksidatif. Seperti yang tersirat, banyak stres tanggapan dan proses adaptif yang terkait dengan fotosintesis.

5. DAMPAK LINGKUNGAN TERHADAP KOMPOSISI SELKomposisi sel umumnya sama ketika dibuat perbandingan dengan mengungkapkan

jumlah besar fraksi dalam hal total karbon organik dalam sel. Memang, mikroalga dari asal yang berbeda memiliki kecenderungan, meskipun dengan pengecualian tertentu, menyerupai satu sama lain dalam hal komposisi sel, terutama dalam jumlah relatif crude protein, lipid, dan karbohidrat yang mengandung ketika dewasa dalam kondisi pertumbuhan lebih atau kurang optimal. Untuk spesies tunggal. Disisi lain, variasi dalam komposisi sel mungkin berbeda banyak flip, menurut dengan kondisi budaya di mana ia tumbuh. Jelas, faktor lingkungan, khususnya cahaya, suhu, status gizi, dan salinitas, tidak hanya mempengaruhi fotosintesis dan produktivitas biomassa sel, tapi juga mempengaruhi pola, jalur dan kegiatan metabolisme sel sehingga sel komposisi dinamis. Dampak pada kedua memiliki implikasi bioteknologi luas dan konsekuensi. Bab ini akan menjelaskan beberapa kecenderungan umum dari respon seluler mikroalga, dalam hal komposisi sel, dengan faktor-faktor lingkungan utama, dan kemudian alamat bagaimana manipulasi budaya alga dengan berbagai lingkungan faktor bisa mencapai tujuan bioteknologi tertentu.

Faktor Lingkungan yang mempengaruhinya adalah:

a. Cahayab. Temperatur (Suhu)

Faktor Nutrisi yang mempengaruhinya adalah:

a. Nitrogenb. Fosforusc. Zat Besi

BAGIAN 2

Massa Budidaya Dari Mikroalga

1. Nutrisi AlgaAlgae mampu membentuk nutrisi, yaitu autotrophy (phototrophy) dan heterotrophy

(phagotrophy), yang autotrophy sejauh ini yang paling penting. Auxotrophy adalah tempat

ganggang membutuhkan sedikit jumlah senyawa organik penting seperti vitamin dan asam amino.

Nutrisi yang dibutuhkan adalah:

a. Karbonb. Nitrogenc. Fosforusd. Mikronutrisi lainnya dan air

2. Nutrisi Alga Karbon Heterotrofik NutrisiKebanyakan cyanobacteria tidak mampu mengasimilasi, atau mengasimilasi harga yang

sangat lambat, karbon organik substrat dalam al (gelap et Smith., 1976). Dalam kasus platensis Spirulina, yang laju pertumbuhan spesifik maksimum dari heterotrofik makan (-glukosa) budaya adalah ketiga yang diukur dalam budaya fotosintesis. Ini berarti bahwa untuk mencapai keluaran produk yang sama menilai, konsentrasi sel dari Spirulina heterotrofik budaya harus minimal tiga kali lebih tinggi dibanding fotosintetik budaya. Alasan untuk laju pertumbuhan maksimum spesifik lambat heterotrofik budaya alga keprihatinan afinitas rendah untuk organik ini karbon substrat. Tinggi konsentrasi substrat organik, bagaimanapun, akan mengakibatkan hambatan substrat pertumbuhan.

3. Prinsip Biologi Budidaya MassaPada awal 1954, Phillips & Myers menyimpulkan, berdasarkan studi mengenai laju

pertumbuhan pyrenoidosa Chlorella, bahwa 'budaya tumbuh lebat di bawah sinar matahari akan mengalami peningkatan yang signifikan dalam pertumbuhan jika sel-sel pindah dan keluar dari intensitas cahaya tinggi permukaan depan di seperti laju untuk memberikan flash kali antara 1 dan 100 'ms. Beberapa eksperimen 50 tahun yang terjadi, melahirkan pengamatan ini keluar.

Fakta bahwa sel-sel photoautotrophic dapat memanfaatkan cahaya yang kuat hanya jika terkena untuk ringan seperti sebentar-sebentar telah lama diakui (Burlew, 1953). Dua pendekatan dasar untuk mengungkap sel untuk pencahayaan berselang adalah discernable: Salah satu metode (digunakan dalam eksperimen) memerlukan penggunaan sumber cahaya atau sistem yang menyediakan pencahayaan sesekali. Pendekatan ini mungkin berguna hanya untuk kerapatan sel rendah, di mana naungan pada dasarnya saling tidak ada, yang berguna untuk budaya massa dan kapan produktivitas tinggi dicari. Kemungkinan kedua adalah praktis hanya satu, yaitu terus menerus menggunakan sumber cahaya (di laboratorium atau di luar ruangan) dan memiliki sel bergerak tinggi frekuensi, dan keluar dari volume diterangi. Menerangi sel, yang digantikan oleh sel gelap, dialihkan ke volume gelap sementara mantan ini sel gelap pada gilirannya mereka, diterangi. Dengan cara ini lebih sel (dalam padat budaya) yang terkena kilatan cahaya per satuan waktu. Terapan sebentar-sebentar untuk individu sel dalam budaya, cahaya kuat (lebih tinggi dengan urutan besarnya dari jenuh cahaya), ini berlaku diencerkan dengan yang tersedia di lebih kecil dosis untuk sel lebih sepanjang jangka waktu tertentu, yang digunakan sehingga lebih efektif, dibandingkan dengan menggunakan cahaya diterangi sel terus menerus pada kepadatan rendah.

4. Massa-produksi Dari Mikroalga: Photobioreactors

Photobioreactors (PBR) adalah reaktor yang phototrophs (mikroba, ganggang atau sel tanaman) yang tumbuh atau digunakan untuk melakukan reaksi photobiological. Dalam bab ini, istilah fotobioreaktor hanya digunakan untuk sistem tertutup. Saat ini, produksi komersial dari biomassa mikroba phototrophic adalah terbatas pada beberapa spesies Mikroalga yang dibudidayakan di kolam terbuka dengan cara lingkungan selektif atau tingkat pertumbuhan yang tinggi. PBR menawarkan lingkungan budaya yang tertutup, yang dilindungi dari kejatuhan langsung, relatif aman dari invasi bersaing mikroorganisme, dan di mana kondisi yang lebih baik memastikan dominasi dikendalikan dari spesies yang diinginkan. Jadi, PBR memungkinkan eksploitasi potensi dari lebih dari 50000 spesies Mikroalga dikenal, banyak yang mungkin menjadi sumber yang menarik dari senyawa bernilai tinggi.

5. Pengolahan Hilir Cell-massa dan ProdukSemua proses hilir budaya Mikroalga melibatkan satu atau lebih € solidâ " langkah

pemisahan cair. Biomassa mungkin perlu dipisahkan dari medium kultur, atau puing-puing sel dihapus berikut gangguan sel untuk rilis dari metabolit bunga. Biomassa biasanya dipanen oleh sedimentasi, sentrifugasi atau filtrasi, kadang-kadang membutuhkan sebuah flokulasi tambahan langkah. Gudin & Therpenier (1986) melaporkan bahwa pemulihan sel Mikroalga dicatat.

Flokulasi adalah kumpulan sel-sel menjadi massa agregat dengan penambahan polimer. . agregat sel Mikroalga menawarkan keuntungan dengan memfasilitasi cellbroth pemisahan. Agregasi sebagai hasil dari penyesuaian pH atau elektrolit Selain dianggap sebagai koagulasi, agregasi sedangkan sebagai hasil dari Selain polimer disebut flokulasi (Mackay, 1996; Boonaert et al., 1999).

Pemanenan sel alga dengan flokulasi lebih mudah dibandingkan dengan konvensional metode seperti sentrifugasi atau filtrasi, karena memungkinkan besar jumlah budaya diperlakukan. flokulasi kimia telah menjadi metode pilihan dalam penghapusan alga dari kolam pengolahan limbah dan lainnya aplikasi limbah. Meskipun flokulasi dianggap sebagai yang paling metode cocok untuk biomassa Mikroalga pemanenan, metode ini melibatkan ekonomi

atau kelemahan teknis, seperti biaya energi tinggi, flocculant keracunan, atau non-kelayakan scaling up (Hee-Mock et al., 2001).

Mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi dapat digunakan baik untuk pemanenan biomassa (Mikrofiltrasi) dan isolasi metabolit produk (ultrafiltrasi). Kedua metode mengandalkan media filter membran berpori, perbedaan mendasar antara dua kegiatan yang rentang ukuran partikel ditangani. Perlu diketahui bahwa industri dan sistem ultrafiltrasi mikrofiltrasi secara fisik dan operasional yang sama.

Beku-kering (lyophilization) adalah yang paling lembut dari biomassa alga pengeringan metode. The alga biomassa (bubur alga biasanya datang dari sebuah sentrifugasi langkah) akan mengalami dehidrasi adalah beku dan kristal es sublimasi oleh sedikit pemanasan tanpa pencairan. Es langsung menyublim menjadi uap dengan mengekspos itu untuk tekanan parsial uap air di bawah 4,6 mmHg, titik tripel air. Di bawah tekanan ini, energi panas menambahkan bisa berubah secara langsung ke dalam air es uap. Tentang 2800 kJ panas diperlukan untuk setiap es dihapus (Chisti 228 Hilir Pengolahan Cell-massa dan Produk & Moo-Young, 1991). Karena kristal es subliming meninggalkan rongga, bahan kering Grafts berisi berbagai interstisi ke mana air dapat menembus untuk memberikan kembali cepat dan lengkap-hidrasi saat dibutuhkan. Karena itu beku, konstituen dari bahan alga amobil disimpan selama sublimasi pengeringan. Karena biaya modal yang tinggi dari peralatan dan biaya energi tinggi, beku-kering hanya disarankan untuk aplikasi baik-baik saja mana diinginkan untuk mempertahankan komposisi biokimia dari biomassa,dan dimana kerusakan sel memudahkan proses hilir (Molina Grima et al., 1996).

Gangguan sel mikroba adalah unit operasi yang penting dalam persiapan produk intraseluler dari mikroorganisme. Ada nomor cara di mana ini dapat dicapai, didasarkan pada tindakan mekanis, umpamanya homogenizers, pabrik manik-manik dan ultrasound, atau tindakan non-mekanis, umpamanya beku, pelarut organik dan shock osmotik (Middelberg, 1994). Itu metode gangguan sel tergantung di dinding mikroalga dan sifat produk yang akan diperoleh.

Setelah insolubles dihapus, langkah kedua dalam sebuah bioseparation biasanya produk isolasi. Isolasi melibatkan mengambil air yang sangat encer pakan dan menghilangkan sebagian besar dari air dan juga membuang bahan yang sangat beragam properti dibandingkan dengan produk yang diinginkan. Konsentrat yang dihasilkan dapat akan dimurnikan dengan berbagai metode yang tidak akan efektif dalam encer solusi. Dua metode utama untuk isolasi ekstraksi dan adsorpsi, yang terakhir akan dirawat di bab ini sebagai bentuk adsorpsi tidur diperluas.

Untuk pemanenan biomassa, flokulasi tampaknya menjadi proses untuk mengobati besar jumlah budaya. Namun, sentrifugasi dianggap sebagai yang paling mikroalga metode pemanenan yang tepat, termasuk beberapa spesies yang rapuh. Dalam kasus-kasus terakhir, mikrofiltrasi bisa menjadi alternatif. Sebagai aturan ibu jari, yang memilih kriteria untuk panen biomassa (Bagian 10.2.5) mungkin berguna. Sehubungan dengan biomassa dehidrasi, matahari-pengering yang paling alternatif murah tapi untuk alga nilai tinggi, baik semprot pengeringan dan lyophilization dapat dipertimbangkan. Manik pabrik tampaknya menjadi alternatif yang baik karena melanggar alga seperti Haematococcus dan Monodus. Akhirnya, untuk produk fraksinasi dan pemurnian, teknik kromatografi adalah saat ini pilihan pertama untuk dipertimbangkan. Meskipun banyak faktor yang besar menggabungkan untuk mempengaruhi hasil akhir, studi kasus analisis menunjukkan bahwa biaya produksi alga di ditutup photobioreactors sangat sensitif terhadap panen berikutnya dan pemulihan proses dan bahwa produksi biomassa alga photoautotrophic adalah faktor kunci untuk menjadi kompetitif.

6. Produksi Industri Mikroalga cell massa dan Produk Sekunder dan Hasil Utama Produksi (Chlorella)

Bab ini sebagian besar didasarkan pada perspektif pribadi saya dan 44 tahun pengalaman dalam memelihara laboratorium budaya makroalga dan mikroalga. Saya telah mengamatifasilitas budaya di lembaga-lembaga akademis lainnya dan beberapa belum memadai untuk studi memuaskan pada ganggang biologi dan budaya pemeliharaan jangka panjang. Dalam berikut bagian, saya menunjukkan aspek-aspek yang dapat manfaat bagi orang lain yang ingin empertahankan budaya sebagai saham gen kolam renang untuk berbagai macam phycological penelitian. 2.0. Metode 2.1. Air laut Untuk pemeliharaan rutin makroalga laut, saya lebih memilih alam laut berbasis medium kultur bukannya buatan medium kultur. Cara terbaik untuk mendapatkan air laut untuk budaya dari daerah pesisir terbuka jauh dari industri dan perumahan daerah. air laut yang diperoleh dengan ember plastik 10 liter dan kemudian dituangkan melalui corong plastik dilengkapi dengan filter jaring Nitex (100 mm sampai Teknik budidaya alga 157.

7. Produksi Industri Mikroalga cell massa dan Produk Sekunder dan Hasil Utama Produksi (Arthrospira (Spirulina) platensis)

Kriopreservasi dapat didefinisikan sebagai penyimpanan dari organisme hidup, atau bagiannya, di sebuah ultralow suhu (biasanya lebih dingin dari -130 ° C) seperti yang tetap mampu bertahan hidup setelah thawing. Kriopreservasi masih sebagian besar ilmu empiris karena yang mendasari mekanisme biologis sel cedera selama pembekuan dan thawing tidak sepenuhnya dipahami (Baust 2002). Dalam bab ini istilah "ganggang" akan merujuk pada cyanobacteria dan Ganggang eukariotik. Istilah "Unit alga" akan merujuk ke organisme tunggal. Setelah pengenalan beberapa prinsip-prinsip dasar kriopreservasi, protokol akan dijelaskan yang memiliki potensi untuk kriopreservasi sukses dari berbagai alga. Metode yang dapat diadaptasi untuk berbagai laboratorium di biaya sederhana akan ditekankan. Alasan dan Persyaratan Minimum Pemeliharaan terus-menerus aktif tumbuh alga strain selama jangka waktu yang lama sering mahal dan memakan waktu. Sebaliknya, budaya tetap hidup dalam ditangkap atau negara terbelakang umumnya metabolisme memerlukan minimal perhatian.

Spora istirahat atau tidur tahapan beberapa spesies dapat dipertahankan pada suhu kamar atau suhu dingin selama bertahun-tahun tanpa perhatian. Misalnya, hidup pluvialis Haematococcus Flotow aplanospores telah pulih dari udara-tanah kering setelah 27 tahun (Leeson et al 1984)., Dan cyanobacterium yang Nostoc Vaucher komune dihidupkan kembali dari herbarium spesimen setelah 107 tahun penyimpanan (Cameron 1962). Namun, viabilitas yang beristirahat tahap umum penurunan dengan waktu, dan ganggang laut banyak yang tidak menunjukkan setiap tahap tidak aktif persisten. Kriopreservasi memungkinkan ganggang yang hidup yang tidak memiliki istirahat yang normal tahap untuk dipertahankan selamanya dalam keadaan ditangkap. Keuntungan dan kerugian dari kriopreservasi.

8. Produksi Industri Mikroalga cell massa dan Produk Sekunder dan Hasil Utama Produksi (Dunaliella)

The fotobioreaktor dan ermentor teknologi yang dikembangkan dan digunakan selama dua terakhir dekade oleh Martek Biosciences Corporation digunakan sebagai contoh. Penekanan ditempatkan pada photobioreactors karena lebih banyak ganggang phototrophs dari heterotrophs. fotobioreaktor desain berbeda, tergantung pada akhir tujuan. Secara umum,

photobioreactors canggih lebih fleksibel tetapi lebih mahal untuk membangun dan lebih rumit untuk beroperasi. Martek mulai merancang photobioreactors dua dekade yang lalu untuk memproduksi stabil isotopically senyawa berlabel (13Carbon, 2Hydrogen, 15Nitrogen) (Behrens et al 1989,. 1994, 1996). Kami memiliki kapal ini juga digunakan untuk memproduksi pigmen, asam lemak, dan molekul bioaktif (Kyle et al. 1989, Behrens 1992, Radmer dan Parker 1994, dan Kyle Behrens 1996, Apt dan Behrens 1999).

Selain menghasilkan biomassa untuk produk ganggang, photobioreactors telah dirancang untuk mendukung kehidupan di luar angkasa (Radmer et al. 1987, Godia et al. 2002), penghapusan berbagai senyawa dari air (An dan Kim 2000, Gaffney et al. 2001), produksi vesikel gas di cyanobacteria (Kashyap et al. 1998, Sundararajan dan Ju 2000), CO2 removal (Keffer dan Kleinheinz 2002), produksi hidrogen (Kosourov et al. 2002, Tsygankov et al. 2002), dan produksi macroalgal (Huang dan Rorrer 2002, Polzin dan Rorrer 2002, Barahona dan Rorrer 2003). Namun, ini mungkin palsu karena ditemukan Martek banyak spesies dari semua kelompok alga yang mampu pertumbuhan heterotrofik.

Penting untuk dicatat bahwa Martek's pendekatan photobioreactors dan fermentors dipengaruhi dalam arah yang berbeda berdasarkan status teknologi individu. Strategi untuk Pertumbuhan Skala Besar-Algae Beberapa pendekatan umum telah digunakan untuk tumbuh jumlah besar alga phototrophic. Pendekatan-pendekatan mencakup sistem outdoor seperti kolam dan tank tempat cahaya diberikan sebagai sinar matahari (lihat Bab 14), dan sistem dalam ruangan seperti photobioreactors tempat cahaya diberikan oleh lampu listrik (Oswald 1988, Chaumont 1993, Hu dan Richmond 1994, Grima Molina et al. 1995, Pushparaj).

9. Produksi Industri Mikroalga cell massa dan Produk Sekunder – Spesies yang Berpotensi Tinggi (Haematococcus)

Komersial budaya mikroalga umumnya membutuhkan kemampuan untuk secara ekonomis menghasilkan jumlah tonbiomassa alga. Hal ini memerlukan volume budaya10.000 untuk lebih dari 1.000.000 liter, dan oleh karena ituhampir semua budaya skala komersial saat ini sedang dalam terbukakolam luar ruangan. Chlorella spp., Spirulina platensis Geitler,S. maxima Geitler (= Arthrospira [lihat Castenholz 1989],tapi di sini disebut Spirulina untuk mencerminkan penggunaan umum),Dunaliella salina (Dunal) Teodoresco, Haematococcus pluvialis Flotow, dan spesies Nannochloropsis ditanamluar di kolam terbuka, yang terakhir untuk digunakan dalam akuakultur.Beberapa spesies lain juga telah berkembang dengan suksesdi kolam outdoor pada skala kecil:Porphyridium spesies, spesies Monodus, Phaeodactylumtricornutum Bohlin, dan obliquus Scenedesmus (Turpin)Kützing. Bab ini menjelaskan fitur kuncikolam desain, operasi, dan manajemen untukbudaya luar mikroalga, dengan penekanan khusus.

10. Produksi Industri Mikroalga cell massa dan Produk Sekunder – Spesies yang Berpotensi Tinggi (Porphirydium)Ganggang laut makroskopik bentuk sebuah hidup penting sumber daya dari lautan.

Rumput laut adalah makanan penting bagi manusia dan hewan, serta pupuk untuk tanaman dan sumber berbagai bahan kimia (Lembi dan Waaland 1988, Sahoo 2000). Rumput laut telah momentum sebagai sistem percobaan baru untuk biologi al penelitian (Sahoo et. 2002) dan sebagai bagian integral dari budidaya sistem terpadu (Chopin et al. 2001, Troell et al. 2003, Neori et al. 2004). Kita semua menggunakan rumput produk dalam kehidupan kita Sebagai contoh, beberapa polisakarida rumput laut digunakan dalam pasta gigi, sabun, shampoo, kosmetik, susu, es krim, daging, makanan olahan, penyegar udara, dan banyak lainnya item. Di

negara-negara oriental banyak seperti Jepang, Cina, Korea, dan lain-lain, rumput laut adalah makanan pokok.

11. Produksi Industri Mikroalga cell massa dan Produk Sekunder – Spesies yang Berpotensi Tinggi ( Masa Budidaya Nannochloropsis Di Sistem Tertutup)

Menghitung sel dalam kebudayaan-dengan segala cara-memiliki duaaplikasi prinsip. Yang pertama adalah untuk memperkirakan ukuranpenduduk berbudaya, dinyatakan sebagai total jumlah sel (koloni, kadang-kadang) dalam budaya sebagai keseluruhan atau, lebih biasanya, individu per satuan volumebudaya. Meskipun ada perkiraan banyak penggantiukuran populasi-biomassa atau basah atau berat kering,klorofil konten, isi nitrogen organik, fosfor,atau besi-ada aspek yang lebih mendasar untukjumlah sel; populasi di alam bertahan atau tidakdalam bentuk individu, tidak biomassa, dan predatormakan sel atau koloni.Lebih lanjut, konsep penting dari kuota sel,artinya konten seluler rata-rata tunggal dari beberapakonstituen (misalnya, nitrogen, fosfor, besi, vitaminB12), membutuhkan baik sel hitungan dan kimia (seringradiokimia) penentuan konstituen.

Aplikasi kedua adalah penghitungan sel dalam memperkirakandari tingkat augmentasi budaya, setara denganlaju peningkatan populasi; sering ini diungkapkansebagai tingkat pembelahan sel, karena fundamentalmeningkatkan proses adalah dengan pembagian satu individusel menjadi dua (kadang-kadang lebih) dengan cara biasa (lihatBab 18). 2.0. Menghitung oleh Light Menular Tujuan praktisnya adalah untuk menghitung semua sel di dikenal volume bahan berbudaya ketika mereka semua diselesaikan ke dalam satu pesawat, atau hampir satu pesawat, dalam kedalaman Fokus dari sistem tujuan-mata mikroskop. Mungkin perlu untuk melumpuhkan atau noda sel untuk memfasilitasi pengamatan atau untuk mempertahankan mereka untuk menghitung pada lebih nyaman kemudian waktu.

12. Produksi Industri Mikroalga cell massa dan Produk Sekunder – Spesies yang Berpotensi Tinggi (Nostoc)

Dalam berbagai kesempatan, budaya dapat dengan mudah dipantau dan dihitung dengan mikroskop optik (lihat Bab 16). Namun, peneliti mengakui awal pada kebutuhan untuk mengotomatisasi penghitungan sel. otomatis menghitung sel biasanya lebih cepat daripada penghitungan mikroskop optik, dan meminimalkan kesalahan yang terkait dengan menghitung manusia. Karena banyak sel dapat dihitung, statistik signifikansi data yang jauh meningkat. Selain itu, parameter selular lain juga dapat ditentukan, misalnya, volume atau isi sel DNA. Akhirnya, fitoplankton terkecil (picoplankton, <2 untuk 3 mm) tidak dapat dibedakan dari bakteri ketika diteliti dengan menggunakan mikroskop cahaya (misalnya, Prochlorococcus), tetapi mereka dapat dihitung dengan menggunakan teknik otomatis.

Namun, sel otomatis menghitung juga memiliki masalah dan keterbatasan. Instrumen relatif mahal, mulai dari US $ 20.000 untuk counter sederhana dan mencapai sampai dengan US $ 300.000 untuk aliran yang paling canggih cytometers. Beberapa cytometers aliran high-end dapat hanya bisa digunakan oleh personil yang sangat terlatih. Akhirnya, karena sel-sel diukur secara membabi buta, kontrol yang tepat adalah diperlukan untuk memastikan bahwa sinyal tidak diukur hasil dari partikel nontarget (detritus, kontaminan). Pada 1970-an, pengenalan Coulter Counter (Sekarang dipasarkan oleh Beckman Coulter) untuk fitoplankton menghitung (Sheldon dan Parsons 1967, Sheldon 1978) merupakan kemajuan besar pertama menuju

otomatis fitoplankton menghitung. Partikel dalam larutan digambar melalui lubang kecil, memisahkan dua elektroda antara yang arus listrik.

Sebagai partikel masing-masing melewati lubang tersebut, yang dipindahkan sendiri volume melakukan cair, sebentar meningkatkan impedansi bukaan tersebut. Sinyal ini dikonversi menjadi sebuah pulsa tegangan. Dengan menghitung jumlah pulsa untuk diberikan volume melewati lubang, satu memperoleh perkiraan konsentrasi partikel. Itu volume bola sama dengan setiap sel juga dapat diperkirakan dari amplitudo nadi. Meskipun banyak digunakan untuk menghitung sel fitoplankton yang besar dalam budaya, Counter Coulter memiliki beberapa keterbatasan. Pertama, bahkan dengan kecepatan rana terkecil yang tersedia, maka teknis sangat menantang untuk menghitung sel kecil dari 1 sd 2 mm, membuat teknik ini tidak berlaku untuk picoplankton. Kedua, karena satu parameter sel (Volume sel) yang ditentukan, sulit untuk membedakan fitoplankton sel dari partikel lain seperti seperti bakteri, detritus, dan bahkan gelembung udara atau untuk bekerja dengan kultur campuran yang mengandung, misalnya, beberapa fitoplankton dengan ukuran yang tumpang tindih. Lain instrumen yang menggunakan sinar untuk mengukur partikel ukuran konter HIAC (Pasifik Ilmiah Instrumen). Hal ini kurang luas daripada Coulter Counter tetapi sangat baik disesuaikan dengan pemantauan terus menerus budaya (Malara dan Sciandra 1991, Sciandra et al. 2000). Karena satu parameter diukur, itu menderita dari jenis yang sama pembatasan sebagai Coulter Counter.

13. Peranan Mikroalga Dalam Kehidupan dan Dalam Nutrisi HewaniDasar Pendataan Setiap perkiraan tingkat pertumbuhan memerlukan deret waktu

pengukuran yang memungkinkan perkiraan tingkat perubahan biomassa. Jika tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperkirakan tingkat pertumbuhan populasi, maka jumlah sel harus dihitung menggunakan salah satu metode yang dijelaskan di sebelumnya ab. Atau, parameter lain dapat diukur sebagai proxy untuk jumlah sel jika dapat dibuktikan linier dengan jumlah sel. Khas tindakan proxy berada di fluoresensi vivo, biomassa (seperti berat kering, partikulat bahan organik), dan densitas optik. Itu konsentrasi klorofil, protein, karbohidrat, dan lemak dalam budaya juga digunakan sebagai tindakan proxy, tapi hanya jika mereka dapat terbukti linier dengan baik jumlah sel (untuk perhitungan populasi tingkat pertumbuhan) atau biomassa (untuk perhitungan tingkat pertumbuhan, dalam arti sederhana pertambahan bahan).

Untuk menggunakan mengukur proxy adalah penting untuk mengetahui kondisi pertumbuhan dimana proxy dan mengukur jumlah sel atau biomassa linier dan konsentrasi rentang di mana ini dapat terdeteksi. Bagi banyak parameter (misalnya, pigmen per sel, protein per sel, karbon per sel), ada periode aklimatisasi ke kondisi pertumbuhan baru, di mana hubungan antara nilai per-sel parameter dan sel jumlah cukup bervariasi. Periode ini bisa berlangsung selama 20 atau generasi lebih (Merek 1981, Kana dan Glibert 1987). Secara umum, parameter seperti fluoresensi klorofil, partikulat karbon organik (POC), partikulat organik nitrogen (PON), protein, atau karbohidrat tidak dapat digunakan untuk mengikuti perubahan ukuran populasi sampai fisiologis steady state tercapai. Beberapa komponen, terutama lemak atau konten karbohidrat, terus meningkat setelah memasuki fase budaya diam dan mungkin akan sangat menyesatkan bila digunakan incautiously (Fisher dan Schwarzenbach 1978; Shifrin dan Chisholm 1981; Reitan et al. 1994; Zhekisheva et al. 2002).

14. Peranan Mikroalga Dalam Akuakultur (Situasi Global dan Masa Depan)

Cyanobacteria dan eukariotik keturunan mereka, ganggang bersel satu (yang kita lihat bersama sebagai mikroalga), memainkan peran penting dalam ekologi planet, yang bertanggung jawab untuk sekitar 45% dari global produktivitas (Field et al 1998). dan mendukung jaring makanan di perairan dari kolam ke lautan. Namun, mencoba untuk mengukur kontribusi mereka terhadap ekologi dinamika dan siklus biogeochemical tetap menakutkan proses karena berbagai alasan. Berdiri tanaman dari mikroalga (dinyatakan sebagai konsentrasi pigmen klorofil sebuah [Chla] per satuan volume) bervariasi atas lebih dari enam perintah besarnya (Gbr. 19,1). Teknik budidaya alga 287 Ketidakpastian dalam mendefinisikan peran ekologi melampaui menemukan parameter yang nyaman bagimenggambarkan biomassa.

Mikroalga biomas khusus fisiologis tanggapan juga bervariasi dengan perubahan di lingkungan karakteristik seperti radiasi, suhu, dan ketersediaan hara (Gambar 19.3). Meskipun mendefinisikan biomassa mikroalga dalam tubuh air sulit, memprediksi tingkat mereka biomas-spesifik fotosintesis, yang merupakan deskripsi yang sangat diinginkan dari kontribusi mereka dengan siklus karbon global, bahkan lebih. Pengaruh faktor lingkungan terhadap pertumbuhan, komposisi kimia, dan fisiologis tanggapan dari mikroalga, meskipun kompleks dan timedependent, ditentukan semata-mata oleh biokimia proses di bawah kendali genetik.

Peran fisiologi Mikroalga adalah untuk menjelaskan pengaruh-pengaruh dan menentukan peran lingkungan dalam mengatur organisme 'pertumbuhan dan kelangsungan hidup. Namun, tidak ada parameterisasi tetap sebab dan efek yang berlaku di semua kelompok: Ada taksonomi perbedaan dalam struktur dan integrasi seperti komponen sebagai pigmen fotosintesis, elektron pembawa, dan enzim. Sedangkan mikroalga sebagai group bervariasi dalam hal komposisi biokimia mereka dan tanggapan fisiologis, variabilitas adalah memerintahkan, mencerminkan reaksi ditentukan secara genetis karakteristik lingkungan di mana mereka tumbuh. Sebagai contoh, mikroalga sangat berbeda dalam ukuran dan bentuk, dan dalam taksa yang beragam, mereka pigmentasi dan tanggapan fotosintesis akan untuk beberapa hal skala menurut undang-undang allometris (Finkel dan Irwin 2000, Finkel 2001, Raven dan Kübler 2002). Percobaan dengan kultur dan akan tetap menjadi pusat untuk pemahaman kita tentang tanggapan Mikroalga untuk lingkungan variabilitas. Kami jelaskan di sini jenis tanggapan yang dapat dipelajari, sistem untuk menggunakan, dan beberapa isu yang harus diatasi untuk menghubungkan Hasil dari percobaan laboratorium untuk pertumbuhan mikroalga luas.

Banyak informasi yang bersifat umum di alam dan dimaksudkan untuk menggambarkan prinsip-prinsip bukan spesifik dari budidaya. Sebagai contoh, kita tidak memberikan petunjuk rinci langkah-demi-langkah untuk penggunaan teknik seperti spektrometri fluoresensi atau dan

tak terhitung kemungkinan untuk eksperimental desain. Kami merujuk Anda ke bagian lain dari buku ini untuk informasi rinci tentang persiapan media (Bab 2-5), pemeliharaan budaya (Bab 10), dan penghitungan sel dan penentuan pertumbuhan rate (Bab 16-18).

15. Peranan Mikroalga Dalam Akuakultur (Produksi Mikroalga)

Pigmen senyawa (misalnya, Chls b dan c, karoten, dan phycobiliproteins) juga memainkan peran penting baik dalam fotosintesis, dengan memperluas koleksi optik organisme jendela, atau di photoprotection, dengan mencegah selular irradiances kerusakan padap ertumbuhan yang tinggi. Penting produk degradasi klorofil juga ditemukan di air lingkungan, termasuk chlorophyllides, phaeophorbides, phaeophytins, dan steryl chlorin ester. The optik sifat unik dari sebuah Chl telah digunakan untuk mengembangkan spektrofotometri Jeffrey dan

Humphrey 1975) dan fluorometric (Holm-Hansen et al. 1965) pengukuran teknik. Dengan omersial ketersediaan fluorometers untuk pengukuran rutin dari sebuah Chl, pigmen ini telah menjadi universal parameter untuk estimasi biomassa fitoplankton dan produktivitas.

Metode ini memiliki potensi optik secara signifikan meremehkan atau melebih-lebihkan sebuah Chl Konsentrasi, karena tumpang tindih penyerapan dan fluoresensi band co-terjadi b Chls dan c, produk degradasi klorofil, dan aksesori pigmen (Pohon et al 1985,. Smith et al. 1987, Hoepffner dan Sathyendranath 1992, Bianchi et al. 1995, Tester et al. 1995). Spektrofotometri dan fluorometric namun metode yang umum digunakan untuk banyak analisis aplikasi karena murah, sederhana, dan cepat. Kinerja tinggi kromatografi cair (HPLC) telah memungkinkan untuk secara bersamaan menentukan konsentrasi berbagai karotenoid dan klorofil dan produk degradasi mereka. Akibatnya, HPLC telah memberikan peneliti dengan kuat alat untuk mempelajari proses yang pigmen fitoplankton kolam.

HPLC analisis pigmen dapat digunakan untuk membantu dalam penentuan fitoplankton tingkat pertumbuhan (lihat Bab 18), penggembalaan zooplankton aktivitas, dan proses fisiologis fitoplankton (Lihat Bab 19). Ada atau tidak adanya individu pigmen membantu membedakan grup alga utama di perairan alami. Pigmen yang unik untuk satu alga kelas atau yang hadir hanya dua atau tiga kelas (Jeffrey dan Vesk 1997) dapat digunakan untuk penilaian kuantitatif komposisi komunitas fitoplankton. Banyak teknik HPLC telah dipublikasikan ke tanggal, dan memutuskan metode pilihan dapat besar. Tidak ada metode tunggal HPLC cocok untuk semua aplikasi, dan metode masing-masing memiliki keunggulan tersendiri dan keterbatasan. Metode HPLC sembilan belas dipublikasikan antara 1983 dan 1998 ditinjau Jeffrey et al. (1999), sedangkan metode lain (Zapata et al. 2000, Van Heukelem dan Thomas 2001) telah sejak diterbitkan. Sebelum mencoba untuk memilih metode, analis harus mengidentifikasi pigmen sasaran untuk memilih teknik yang memberikan pemisahan terbaik. Karena banyak faktor yang mempengaruhi sensitivitas metode ini, jaminan harus dilakukan bahwa metode untuk pengumpulan sampel, ekstraksi, dan HPLC analisis dalam kombinasi hasil yang memadai deteksi untuk pigmen hadir pada konsentrasi rendah. Bab ini berisi informasi metodologis diterbitkan dalam sebuah memorandum NASA teknis, Samudera Pengesahan Protokol optik satelit Samudra Sensor Warna (Bidigare et al 2003).,

Yang menggambarkan Global Bersama Ocean Flux Study (JGOFS) berbasis protokol HPLC (UNESCO 1994). Protokol ini berasal dari reverse-fase C18 metode KCKT Wright et al. (1991) yang direkomendasikan oleh Komite Keilmuan pada Penelitian Oseanografi (SCOR) untuk analisis pigmen fitoplankton. Meskipun ini Metode diakui karena kemampuannya untuk menyelesaikan chemotaxonomically pigmen penting, itu dibatasi oleh ketidakmampuan untuk memisahkan normal (monovinyl) klorofil a (MV Chl a) dari divinyl klorofil a (DV Chl a), unsur utama dari total Chl (TChl seorang, yang didefinisikan sebagai MV Chl a + DV Chl a + chlorophyllide a).

Karena sebuah TChl merupakan pengukuran yang paling penting dalam aplikasi pigmen HPLC banyak hal, penting untuk memahami faktor-faktor yang mempengaruhi yang unik kuantifikasi akurat. Divinyl Chl, maka besar fotosintesis pigmen yang ditemukan Prochlorococcus, rekening selama 10 sampai 60% dari TChl di subtropis dan tropis kelautan perairan (Goericke dan Repeta 1993, Letelier et al. 1993, Andersen et al. 1996, Bidigare dan Ondrusek 1996, Gibb et al. 2000). Penggunaan metode HPLC yang tidak terpisah DV chromatographically Chl dan MV Chl dapat mengakibatkan harga yg terlalu tinggi 15-25% dari TChl konsentrasi (Latasa et al 1996).. Total Chl dapat diukur dengan HPLC dalam beberapa cara. MV Chl dan DV Chl dapat dipisahkan C8 berbasis teknik HPLC. Pemisahan kromatografi dari MV Chl dan DV Chl adalah biasanya miskin untuk C18-berdasarkan metode HPLC. Pada

yang terakhir, yang HPLC detektor dapat diatur untuk mengumpulkan data pada dua panjang gelombang yang berbeda (436 dan 450 nm) dan persamaan dwiwarna dapat digunakan untuk menyelesaikan MV Chl spektral dan DV Chl a (Latasa et al. 1996). Atau, TChl dapat secara akurat diukur, bahkan jika DV Chl dan MV Chl sebuah adalah baik sekarang dan tidak chromatographically dipisahkan, dengan mengoptimalkan parameter detektor seperti yang kedua klorofil menunjukkan respons detektor yang sama (Van Heukelem et al. 2002). Pendekatan sederhana ini berguna jika proporsi relatif dari setiap jenis klorofil adalah penting untuk tujuan analisis.

16. Peranan Mikroalga Dalam Akuakultur (Nilai Gizi Dari Perikanan Budidaya Mikroalga)

Pigmen senyawa (misalnya, Chls b dan c, karoten, dan phycobiliproteins) juga memainkan peran penting baik dalam fotosintesis, dengan memperluas koleksi optik organisme jendela, atau di photoprotection, dengan mencegah selular irradiances kerusakan pada pertumbuhan yang tinggi. Penting produk degradasi klorofil juga ditemukan di air lingkungan, termasuk chlorophyllides, phaeophorbides, phaeophytins, dan steryl chlorin ester. The optik sifat unik dari sebuah Chl telah digunakan untuk mengembangkan spektrofotometri (Jeffrey dan Humphrey 1975) dan fluorometric (Holm-Hansen et al. 1965) pengukuran teknik. Dengan komersial ketersediaan fluorometers untuk pengukuran rutin dari sebuah Chl, pigmen ini telah menjadi universal parameter untuk estimasi biomassa fitoplankton dan produktivitas.

Metode ini memiliki potensi optik secara signifikan meremehkan atau melebih-lebihkan sebuah Chl Konsentrasi, karena tumpang tindih penyerapan dan fluoresensi band co-terjadi b Chls dan c, produk degradasi klorofil, dan aksesori pigmen (Pohon et al 1985,. Smith et al. 1987, Hoepffner dan Sathyendranath 1992, Bianchi et al. 1995, Tester et al. 1995). Spektrofotometri dan fluorometric namun metode yang umum digunakan untuk banyak analisis aplikasi karena murah, sederhana, dan cepat. Kinerja tinggi kromatografi cair (HPLC) telah memungkinkan untuk secara bersamaan menentukan konsentrasi berbagai karotenoid dan klorofil dan produk degradasi mereka.

Akibatnya, HPLC telah memberikan peneliti dengan kuat alat untuk mempelajari proses yang mempengaruhi pigmen fitoplankton kolam. HPLC analisis pigmen dapat digunakan untuk membantu dalam penentuan fitoplankton tingkat pertumbuhan (lihat Bab 18), penggembalaan zooplankton aktivitas, dan proses fisiologis fitoplankton (Lihat Bab 19). Ada atau tidak adanya individu pigmen membantu membedakan grup alga utama di perairan alami. Pigmen yang unik untuk satu alga kelas atau yang hadir hanya dua atau tiga kelas Jeffrey dan Vesk 1997) dapat digunakan untuk penilaian kuantitatif komposisi komunitas fitoplankton. Banyak teknik HPLC telah dipublikasikan ke tanggal, dan memutuskan metode pilihan dapat besar. Tidak ada metode tunggal HPLC cocok untuk semua aplikasi, dan metode masing-masing memiliki keunggulan tersendiri dan keterbatasan. Metode HPLC sembilan belas dipublikasikan antara 1983 dan 1998 ditinjau Jeffrey et al. (1999), sedangkan metode lain (Zapata et al. 2000, Van Heukelem dan Thomas 2001) telah sejak diterbitkan.

Total Chl dapat diukur dengan HPLC dalam beberapa cara. MV Chl dan DV Chl dapat dipisahkan chromatographically dan individual dihitung dengan C8 berbasis teknik HPLC. Pemisahan kromatografi dari MV Chl dan DV Chl adalah biasanya miskin untuk C18-berdasarkan metode HPLC. Pada yang terakhir, yang HPLC detektor dapat diatur untuk mengumpulkan data pada dua panjang gelombang yang berbeda (436 dan 450 nm) dan

persamaan dwiwarna dapat digunakan untuk menyelesaikan MV Chl spektral dan DV Chl a (Latasa et al. 1996). Atau, TChl dapat secara akurat diukur, bahkan jika DV Chl dan MV Chl sebuah adalahbaik sekarang dan tidak chromatographically dipisahkan, dengan mengoptimalkan parameter detektor seperti yang kedua klorofil menunjukkan respons detektor yang sama (Van Heukelem et al. 2002). Pendekatan sederhana ini berguna jika proporsi relatif dari setiap jenis klorofil adalah penting untuk tujuan analisis.

Fotosintesis sirkadian Rhythmsritme sirkadian fotosintesis dalam alga adalahterutama terdeteksi pada irradiances lebih tinggi. Hal ini kontras dengan pengalaman umum bahwa banyak sirkadianritme pada hewan dan tumbuhan cenderung menghilang dicahaya terang dan berubah menjadi kegiatan yang berkesinambungan arrhythmic(Aschoff 1981). Rhythms kapasitas fotosintetikditemukan, misalnya, dalam cahaya putih di uniseluleralga seperti polyedrum Lingulodinium (Stein) Dodge(Sebelumnya disebut Stein polyedra Gonyaulax) (Hastingset al. 1961) atau sp Euglena viridis. (Walther dan Edmunds 1973)atau di lampu merah dalam alga coklat Ectocarpus berserabutsp. (Schmid et al. 1992). Contoh yang lebih baru adalahtropis macroalga merah Kappaphycus carrageenophyticalvarezii, dengan ritme sirkadian dari fotosintesisoksigen produksi dalam cahaya kontinyu putih (LL)seluruh rentang 100 sampai 1.000 foton mmol ·m-2 · s-1, tetapi tidak pada 40 mmol foton · m-2 · s-1 (Granbomet al. 2001).2.2.1.

17. N2 - fixing Sebagai Pupuk Hayati di Sawah

Selama bertahun-tahun, para peneliti telah menyadari adanya virus dalam alga. Dalam kebanyakan kasus ini berasal dari pengamatan partikel viruslike (VLPs) ketika sel-sel atau jaringan yang diperiksa oleh elektron mikroskop (misalnya, Lee 1971, Dalam review komprehensif tentang virus dari ganggang, Van Etten et al. (1991) melaporkan bahwa virus atau VLPs dari setidaknya 44 taksa alga eukariotik telah dilaporkan. Karena ini laporan, jumlah taksa telah berkembang cukup. Sebagai kesadaran terjadinya virus dalam prokariotik Teknik budidaya alga 365 Bab ini memberikan phycologists dengan beberapa alat untuk menilai budaya alga untuk infeksi virus; itu menguraikan kekuatan dan kelemahan dari beberapa pendekatan dan persediaan metode yang disederhanakan diadaptasi dari mereka dikembangkan dan digunakan oleh virologists alga.

Ada yang lain ulasan metode untuk pencacahan an mendeteksi virus dalam budaya dan sampel lingkungan (misalnya, Suttle 1993), tetapi tak ada satupun yang secara khusus difokuskan pada virus menginfeksi ganggang. Metode yang dijelaskan dalam bab tidak menggantikan mereka yang sudah tersedia untuk belajar virus tetapi dimaksudkan untuk memperkenalkan phycologists terhadap peralatan yang diperlukan untuk melakukan diagnosis sederhana. Bab ini pertama memberikan ikhtisar tentang virus biologi dan sejarah singkat dari penelitian virus alga. pemeriksaan menyeluruh Lebih virus alga yang tersedia di tempat lain, seperti tinjauan ekstensif oleh Van Etten et al. (1991, 2002) dan Suttle (2000a, 2000b).

Sebagai bidang virologi alga masih dalam tahap awal, akan ada diragukan lagi akan perkembangan lebih lanjut dan penemuan terkemuka untuk lebih memahami hubungan antara ganggang dan mereka virus yang menginfeksi. Saya harap bab ini akan melayani untuk menerangi mereka yang ingin tahu tentang hubungan ini menarik dan menyediakan mereka dengan alat untuk mengambil bagian dalam penemuan-penemuan. Biologi Umum Virus Virus merupakan entitas ultramicroscopic mengukur hanya 20 sampai 400 nm. Mereka terdiri dari inti asam nukleat dikelilingi oleh mantel protein (kapsid) dan kadang-kadang lipid luar amplop. partikel virus dapat Individu ikosahedral (poligonal), helical, atau kompleks dalam struktur, dan

hanya berisi satu jenis asam nukleat, RNA baik atau DNA, dalam beruntai tunggal (ss) atau double-stranded (ds) formulir. Seperti virus tidak dapat mereproduksi secara independen dari sel inang, mereka dianggap obligat intraselular parasit dan, dengan demikian, yang diturunkan ke mereka sendiri taksonomi kelompok. Sistem klasifikasi Komite Internasional Taksonomi Virus (ICTV) digunakan untuk menentukan keluarga virus, dan merupakan sebagian besar didasarkan pada jenis asam nukleat dan kehadiran atau tidak adanya amplop. berdasarkan klasifikasi lebih lanjut pada simetri kapsid, host, patologi dari penyakit, situs replikasi virus, dan properti lainnya. Alga virus Istilah ini sering digunakan untuk kelompok bersama virus yang menginfeksi semua jenis alga.

Ada dua utama virus jenis alga: cyanophage dan alga eukariotik virus. Cyanophage adalah virus yang menginfeksi ganggang prokariotik, atau cyanobacteria. Mereka dibagi di antara tiga keluarga fag ekor: Myoviridae, yang memiliki ekor kontraktil yang terpisah dari yang kapsid oleh leher; Podoviridae, yang pendek, noncontractile ekor, dan Siphoviridae, yang sudah lama, noncontractile ekor. Semua fag dalam keluarga mengandung dsDNA dan bakteri menginfeksi dan archaea (Ackermann dan DuBow 1987, Murphy et al. 1995). Tidak seperti cyanophage, ada saat ini hanya satu keluarga alga eukariotik virus, yang Phycodnaviridae, yang Saat ini dibagi menjadi empat genera-Chlorovirus, Prasinovirus, Prymnesiovirus, dan Phaeovirus-menurut untuk ganggang yang mereka menginfeksi.

Para anggota keluarga ini berekor dan berisi dsDNA. Ada, bagaimanapun, jumlah virus yang menginfeksi alga eukariotik yang tidak cocok ke dalam marga atau keluarga Phycodnaviridae, seperti sebuah virus yang menginfeksi eterosigma ssRNA akashiwo (Tai et al 2003)., Sebuah virus yang menginfeksi Micromona dsRNA pusilla (Brussaard et al 2004)., sebuah virus yang menginfeksi ssRNA Rhizosolenia setigera Brightwell (Nagasaki et al. 2004) dan novel virus sistem yang menghasilkan dua virus yang berbeda partikel di akashiwo Heterosigma (Lawrence dan Suttle, tidak diterbitkan). Kehidupan strategi-dasar dari virus adalah sebagai wajib parasit intraseluler. Tiga komponen utama strategi ini adalah untuk menemukan host yang cocok (adsorpsi, penetrasi, dan uncoating), untuk memanfaatkan inang reproduksi mesin untuk berkembang biak reproduksi (transkripsi, terjemahan, dan replikasi), dan untuk pelet itu host untuk melepaskan progeni kembali ke lingkungan (Perakitan dan rilis).

Perairan virus ganggang cenderung ditransmisikan antara host oleh difusi pasif, meskipun vektor lainnya, seperti invertebrata, belum belum diperiksa. Kemungkinan kontak antara menilai, secara langsung proporsional terhadap produk dari virus dan host kelimpahan (Murray dan Jackson 1992). Adsorpsi virus untuk tuan rumah hanya akan kemudian terjadi jika ada kontak antara struktur molekul pada keduanya. protein individu atau sekelompok protein dapat bertindak sebagai pengakuan struktur pada virus. Struktur adsorpsi mungkin protein, karbohidrat, atau glycolipid, dan sering memiliki fungsi lain yang dikenal dalam host-selular metab 366 Viral Kontaminasi ganggang Budaya Viral Kontaminasi ganggang Budaya 367 olism. Sebagai contoh, T5 menggunakan siderophore untuk menjadi tuan rumah, virus vaccinia menggunakan pertumbuhan epidermis faktor reseptor, dan virus rabies menggunakan sebuah asetilkolin reseptor. Meskipun struktur tama tersebut sering disebut sebagai reseptor virus, ini mungkin menyesatkan, sebagai Fungsi utama dari komponen ini bukan untuk virus lampiran. Ada kebutuhan energi tidak untuk lampiran, tapi mungkin dsorpsi pH-dependent atau memerlukan kofaktor tambahan. Sebagai contoh, Ca2 + dan + Mg2 sering dibutuhkan dalam konsentrasi millimolar untuk adsorpsi cyanophage (Ackerman dan DuBow 1987). Proses adsorpsi terjadi dengan cepat relatif terhadap tingkat tabrakan. Sekali virus telah terpasang ke host, DNA virus memasuki tuan rumah baik dengan permukaan fusi dan injeksi atau

endositosis.

18. Produksi Nitrogen dan Metan dari Mikroalga

Kemampuan untuk memanipulasi reproduksi seksual pada alga budaya yang berharga tidak hanya untuk menerangi siklus hidup, tetapi juga untuk memeriksa keterkaitan dari isolat, untuk emanipulasi mereka genom, dan untuk mengevaluasi fisiologi dan genetika dari proses itu sendiri. Namun, hanya beberapa jenis alga memiliki kondisi perkawinan telah ditetapkan cukup untuk menghasilkan zigot dengan percaya diri di setiap usaha. Reproduksi seksual jelas memerlukan membuka baru set jalur perkembangan pada siklus hidup dan sering membutuhkan pengaruh simultan dari yang kompatibel kawin strain dari tahap awal, tetapi di samping itu, banyak "lingkungan" faktor yang mempengaruhi keberhasilan.

Ini termasuk faktor fisik seperti suhu, kimia faktor-faktor seperti komposisi medium, dan bahkan seperti biasa faktor biologis sebagai syarat untuk kehadiran sebuah Simbion. Secara umum, kondisi untuk sukses gametogenesis yang sempit daripada mengizinkan pertumbuhan vegetatif. Kami telah mencoba untuk memasukkan di sini semua berhubungan pungutan tambahan dari literatur, termasuk pengamatan yang mungkin terlihat cukup organisme spesifik tapi tetap sugestif dari fenomena yang terjadi di alam. Satu-satunya ganggang kelompok yang kita sengaja menghilangkan pengamatan adalah dinoflagellates, yang seksualitas diperlakukan di Bab 24. Siklus seksual di euglenophytes dan cryptophytes belum ditunjukkan dengan jelas. 1.2. Dasar Seksualitas di Eukariota Di sini, reproduksi seksual mengacu pada penemuan unik dari eukariota di mana dua khusus dibedakan

19. Pencemaran Air dan Bioremediasi Terhadap Mikroalga (Eutrofikasi dan Pencemaran Air)

Sel haploid (gamet) sekering, sekering inti mereka, dan baik cepat atau lambat, peristiwa kompleks meiosis menghasilkan haploid progeni yang mengandung kromosom reassorted set. Ganggang ini adalah luar biasa untuk kemampuan mereka untuk menghindari proses dengan menggunakan pembelahan sel mitosis untuk lama periode, dan ini bisa menjadi karakteristik baik generasi haploid, diploid generasi, atau keduanya. Dengan demikian, manipulasi reproduksi seksual memerlukan Metode kedua untuk mendapatkan gamet aktif dan untuk mendorong generasi diploid untuk menjalani meiosis. Banyak baik umum tinjauan seksualitas dalam alga (Dring 1974, Gantt 1980) disebutkan dalam program ini bab.

Mereka sering memasukkan deskripsi dari pengamatan dari alam, bukan manipulasi budaya di laboratorium, informasi nilai potensial. 1.3. Definisi Istilah: Isogamy vs Oogami Sebuah istilah teknis banyak besar telah dilahirkan oleh studi tentang reproduksi seksual, sebagian dipengaruhi oleh kesejajaran dengan biologi tanaman darat dan lain dengan kesejajaran bersama protozoa. Sebagian besar diabaikan di sini, tetapi dapat diperiksa di Coleman (1979). Untuk keahlian khusus istilah dalam diatom, lihat Geitler (1932) dan von Stosch (1950), serta penelaahan terhadap seksualitas diatom oleh Drebes (1977). Istilah yang kita gunakan, isogamy mengacu kesamaan morfologi dari dua gamet yang sekering, mengabaikan perbedaan fisiologis yang mungkin hadir tapi tanpa diketahui. Oogami, sebaliknya, tradisional menggambarkan situasi di mana suatu besar sel telur immotile dibuahi oleh sebuah mobil dan banyak sel sperma lebih kecil. Di antara semuanya terletak derajat Anisogami, di mana kedua gamet flagellated tetapi berbeda dalam ukuran (setidaknya pada rata-rata)

20. Pencemaran Air dan Bioremediasi Terhadap Mikroalga (Pemurnian Air: Peranan Alga di Kolam Air Limbah)

Pengalaman Jepang Badan Lingkungan Jepang diterbitkan Terancam Satwa Liar Jepang-Red Data Book, edisi kedua, volume 9, pada tahun 2000. Volume ini adalah ertama Red List nonvascular tanaman (lumut, jamur, alga, dan lumut lichen) disusun menurut IUCN Red List Kategori dan Kriteria (1994), tetapi sering didasarkan pada tidak mencukupi informasi dan data. Red Daftar ganggang di Jepang mencakup 5 spesies punah, 1 jenis punah di alam liar, 35 kritis spesies terancam atau hampir punah, 6 rentan spesies, dan 24 spesies hampir terancam (Tabel 25,2). Beberapa jenis Jepang terancam punah dan terancam alga juga terjadi pada Red Daftar untuk Jerman. 2.1. Menentukan Kategori dari Ancaman Empat marga dan tujuh puluh empat spesies dan varietas Charales telah dilaporkan dari danau-danau, waduk, dan tambak di Jepang (Hirose dan Yamagishi 1977). Dari jumlah tersebut, 35 taksa endemik ke Jepang. Namun, survei terbaru adalah kurang, dan sedikit informasi yang ersedia di sebagian besar danau sebelumnya diduduki, waduk, dan kolam.

Untuk ganggang air tawar lainnya, ganggang yang ditargetkan taksa dipilih dalam cara yang sama. Hal ini biasanya sulit untuk survei semua habitat dari Charales dalam waktu singkat karena mereka hidup di berbagai habitat di danau, waduk, dan kolam. Oleh karena itu, pertama-tama perlu untuk memilih yang sesuai habitat untuk survei untuk spesies dengan risiko tinggi kepunahan. Kasaki (1964) mengamati distribusi Charales di 46 danau di Jepang dan ditemukan 31 taksa. Sejak 1995, eksplorasi lapangan telah dilaksanakan untuk 46 Charales di danau (Watanabe et al 2005).

Tinggi tanaman telah diteliti, sehingga terjadinya dan kelimpahan pada grid geografis sering tersedia. Namun, tidak ada penelitian kuantitatif distribusi Charales dan ganggang air tawar lainnya; hanya nama danau dan sungai yang ganggang dikumpulkan diketahui. Oleh karena itu, kategori terancam ditentukan dengan menghitung rasio menggunakan 422 EX SITU Konservasi Spesies jumlah danau atau sungai di mana alga bertahan dan mereka di mana mereka sebelumnya selamat.

21. Pencemaran Air dan Bioremediasi Terhadap Mikroalga (Penyerapan dan Adsorpsi Logam Berat Oleh Mikroalga )

Dari sudut pandang kimia, sebagian besar elemen dalam periodik tabel logam dan metaloid. Hanya H, B, C, N, P, O, S, halogen, dan mulia gas tidak termasuk dalam kategori ini. ion logam lebih lanjut dikelompokkan ke dalam jenis-A, tipe B dan kation-logam transisi (Morgan & Stumm, 1991). Dari sudut pandang biologis, logam dan ion logam dapat diurutkan menurut dampak lingkungan mereka atau toksisitas. unsur logam yang lebih besar dari kerapatan dari 5 g cm? 3 disebut berat. Karena unsur-unsur menggunakan efek toksik pada organisme hidup mereka disebut logam berat beracun. Beberapa berat logam, seperti tembaga, nikel, dan seng, pada konsentrasi sangat rendah, penting bagi kehidupan karena mereka memainkan peran penting dalam proses metabolisme mengambil tempat di sel-sel hidup (Gadd, 1993). Namun, peningkatan kadar ini ion logam beracun bagi sebagian besar organisme prokariotik dan eukariotik. Lain logam berat seperti kadmium, timah, dan merkuri yang tidak penting dan diketahui menyebabkan kerusakan parah pada organisme bahkan pada konsentrasi sangat rendah. Logam terjadi dalam berbagai bentuk: sebagai ion terlarut dalam air, seperti uap, atau

sebagai garam atau mineral dalam batuan, pasir, dan tanah. Mereka juga dapat terikat dalam organik atau anorganik molekul, atau melekat pada partikel-partikel di udara (Raspor, 1991; Wedepohl, 1991). toksisitas Logam seringkali tergantung pada bentuk kimia (Spesiasi logam). Hal ini berlaku umum bahwa untuk sebagian besar logam ion bebas yang paling beracun bagi kehidupan air (Sunda & Guillard, 1976; Anderson & spesies Morel, 1978). Beberapa bentuk organik seperti metil-merkuri akan diakui sangat efisien oleh organisme hidup. Hal ini lebih beracun dari spesies merkuri lainnya (George, 1991). Industri proses dan praktek pertanian intensif, sering mengakibatkan pelepasan berbagai logam berat ke dalam lingkungan daratan dan perairan. logam berat yang stabil dan kontaminan lingkungan gigih karena mereka tidak dapat rusak atau hancur. Oleh karena itu, mereka toksisitas menimbulkan masalah besar kesehatan lingkungan dan dan membutuhkan pencarian konstan untuk efisien, teknologi biaya-efektif untuk detoksifikasi terkontaminasi logam situs.

22. Pencemaran Air dan Bioremediasi Terhadap Mikroalga(Dampak Mikroalga Terhadap Kualitas Air Minum)

Dengan produksi oksigen fotosintesis mereka, mikroalga dapat memberikan dasar untuk pemeliharaan kualitas air yang baik dengan cara pemurnian diri, terutama di permukaan air yang lebih dalam yang masih bersih dan sehat. Dimana kualitas air terancam atau dirugikan oleh pencemaran, pengelolaan air dapat memperbaiki keadaan dengan menghilangkan polutan di sumber air limbah perawatan tanaman. Setiap pengelolaan air tersebut dimaksudkan untuk akhirnya mengelola dan mengendalikan populasi alga dalam kondisi alamiah. Seperti yang mungkin pilihan yang paling menjanjikan untuk mempekerjakan bioteknologi ganggang dalam air perawatan, pembuangan logam berat disebutkan di bawah ini. Hari ini, kebanyakan orang tidak memiliki akses yang cukup untuk tidak terkontaminasi dalam akuifer dengan air segar yang berkualitas tinggi. Sebaliknya, mereka harus mengandalkan diproses air permukaan yang diambil dari waduk sering eutrophicated, danau atau sungai. Di sini, seseorang sering dihadapkan dengan pengaruh negatif dari ganggang seperti gangguan pengolahan air, off-rasa dan bahkan toxification