Глава 5. Биотехнологии культивирования водорослей

 

Биотехнологические схемы выращивания водорослей, условия их содержания, конструкции плантаций (культиваторов) зависят от цели культивирования, которые могут весьма различаться. Выращивание водорослей может быть направлено:

- для использования в сыром виде (в пищу, например, салат из ламинарии или высушенные пластинки порфиры);

- на получение товарной массы для извлечения полисахаридов (фикоколлоидов) или при комплексной переработке – на извлечение разнообразных биологических активных веществ.

- как естественных биофильтров для улучшения качества воды в аквахозяйствах при выращивании беспозвоночных и рыбы, а также в зонах рекреаций на прибрежных морских акваториях

- для очистки сточных вод.

- получение биогаза (метана). И могут быть другие цели культивирования.

Получение биомассы и очистка воды – две главные задачи, которые можно решать одновременно при крупномасштабной аквакультуре водорослей (Силкин, Хайлов, 1988). Крупномасштабное культивирование возможно в естественных водоемах, в этом случае следует опираться на природные факторы, определяющие биологическую продуктивность водоема и выращиваемого объекта. Для извлечения ценных биологически активных веществ водоросли можно выращивать в культиваторах той или иной конструкции (зависит от вида и задач) с определенными условиями среды. Такое культивирование является дорогостоящим, масштабы культивирования небольшие.

На российской территории освоено опытно-промышленное культивирование на плантационных установках ламинарии сахаристой (Laminariasaccharina) в Баренцевом и Белом морях и ламинарии японской (Laminariajaponica) на Дальнем Востоке. Исследования по культивированию ламинарии на Белом и Баренцевом морях были начаты в конце 1970 – начале 1980 годов. На Баренцевом море первая опытно-промышленная ламинариевая плантация была создана в 1983 году в губе Дальнезеленецкой (рис. 17) на базе Мурманского морского биологического института Российской Академии наук. В это же время на Белом море промышленная плантация ламинарии создана Архангельским водорослевым комбинатом в районе Соловецких островов. Результаты опытно-промышленного культивирования были признаны положительными (Блинова и др., 1980; Макаров, 1982; Блинова, Макаров, 1987).

Водоросли, как первичные продуценты, являются перспективными объектами при создании поликультурных хозяйств. Экспериментально показано перспективность создания бикультуры «ламинария+мидия» в условиях Белого моря (Макаров, Кулаковский, 1982).

Для Мурманского побережья разработана технология использования плантации фукусовых водорослей для очистки морских акваторий, в частности Кольского залива, от нефтяной пленки (Воскобойников и др., 2004; Воскобойников, Пуговкин, 2012).

 

 

Рис. 17. Урожай ламинарии с плантации, Дальние Зеленцы, 1983 г.

 

Существуют разные способы выращивания морских макроводорослей:

- Выращивают водоросли на дне водоема. Используют естественный субстрат – камни или создают искусственные рифы. Выращивают в лагунах на мягком грунте, закрепляя водоросли на дне тем или иным способам.

- Выращивают в толще воды естественного водоема. Технические конструкции плантации могут весьма различаться. Водоросли выращивают на веревочном субстрате-поводцах или на сетях.

- Выращивают в специальных бассейнах или культиваторах с регулируемыми условиями среды.

Широко распространение получило выращивание макроводорослей в толще воды на стационарных установках. Биотехнология выращивания в толще воды зависит от биологических и экологических особенностей культивируемого вида, от климатических условий района, от конструкции плантации и ее расположения, естественных физических условий водоема и т. д. Разработаны инструкции по культивированию водорослей и перед тем, как приступать к выращиванию объекта следует изучить инструкцию и четко следовать ее положениям. Наиболее чувствительными к воздействиям любого типа являются ранние стадии развития растительных организмов, поэтому посевы спор следует проводить в четко контролируемых условиях при соблюдении всех правил.

Основы выращивания морских гидробионтов рассматриваются в ряде работ (Лавровская, 1979; Моисеев и др., 1985; Блинова, 1998; Шилин и др., 2009; Ким и др., 2014). Общее описание методов культивирования водорослей и беспозвоночных содержится в работах по дальневосточному региону (Марковцев и др., 1987), по беломорско-баренцевоморскому региону (Промысловые…, 1998; Биоресурсы и аквакультура…, 2002; Шилин, Саранчова, 2005) и других работах.

 

5.1. Биотехнология выращивания ламинарии

 

Общая схема выращивания ламинарии представлена на рис. 18. Основной способ выращивания ламинарии – подвесная культура, начинаемая со спор, на морских установках. Описание метода и основных приемов выращивания ламинарии сахаристой содержится в целом ряде работ (Макаров, 1987; Пронина и др., 1996; Макаров и др., 1997; Воскобойников и др., 1999, 2005; Блинова, 2007; Пронина, 2009). При культивировании ламинарии в условиях Баренцева и Белого морей следует строго придерживаться инструкций (Макаров, 1982; Блинова, Макаров, 1987).

Выбор места для плантации. Установки для выращивания ламинарии (рис. 19) рекомендуется размещать в бухтах с хорошим водообменом за счет приливо-отливных течений и относительно защищенных от воздействия штормовых волн, с глубинами от 10 до 30 м, с ровным рельефом дна, с преобладанием илисто-песчаного грунта (для удержания якорей).

 

Рис. 18. Схема биотехнологии выращивания

Подготовка емкостей и субстратов для посева. Для посева можно использовать любые емкости из нетоксичного материала. Емкости тщательно промывают и вымачивают в течение 1-2 недель, с обязательной сменой воды. Подготовка субстратовзаключается в их вымачивании и стерилизации. Вымачивание можно производить в проточной морской или пресной воде, сменяемой не реже одного раза в сутки. Затем субстраты в течение нескольких дне (3-7) стерилизуют для удаления осевших на них микроорганизмов путем подсушивания на солнце или прогрева в воде при температуре 70-80 ^оС в течение 2 часов или кратковременного погружения в кипящую воду. Стерилизации субстратов следует уделять особое внимание.

 

 

Рис. 19. Схема плантации по выращиванию ламинарии в толще воды

Отбор маточных растений для получения зооспор. Из природных зарослей отбираются крупные здоровые растения со зрелыми спороносными пятнами. Растения необходимо предохранять от воздействия прямых солнечных лучей, атмосферных осадков и обсыхания, поскольку споры могут быстро потерять жизнеспособность.

Стимулирование выхода зооспор заключается в выдерживании спороносных растений на воздухе. Проводят в прохладном помещении, с оптимальной температурой 10 ^оС, с хорошей вентиляцией. Отобранные растения или их части со спороносными пятнами промывают отфильтрованной морской водой и развешивают на вешалах. Продолжительность стимулирования зависит от температуры, влажности, подвижности воздуха в помещении и в каждом конкретном случае подбирается определенный режим путем контроля за динамикой выхода спор. В большинстве случаев хороший выход спор начинается через 12 часов после начала стимулирования. Контроль за выходом спор заключается в следующем. На спороносное пятно пипеткой наносят несколько капель морской воды. Спустя 15 мин капли собирают и переносят на предметное стекло и просматриваются под микроскопом (увеличение *120 раз). Выход спор считается нормальным, если в поле зрения находится более 100 спор.

Исследования показывают, что зрелое слоевище ламинарии сахаристой при правильно проведенном стимулировании может давать около 130 тыс. спор с 1 мм² спороносного пятна. Средняя площадь спороносного пятна составляет 50-60 тыс. мм². Следовательно, одно растений дает около 65х10⁸-78х10⁸ спор, что достаточно для засева 2300-2500 субстратов длиной 5,5 м.

Посев спор на искусственные субстраты. Сразу после окончания стимулирования производится посев спор на подготовленные веревочные субстраты. Посев спор можно проводить различными способами. Наиболее простой способ: субстраты и стимулированная ламинария укладываются слоями в емкости для посева и заливаются морской водой. Однако этот способ не позволяет учесть концентрацию осевших спор, что ведет к нестабильности результатов посева. Второй, часто применяемый способ, предусматривает предварительное получение суспензии спор и доведение ее до расчетной концентрации, после чего в суспензию спор опускаются заранее подготовленные субстраты. Осевшие споры через 1-2 дня хорошо закрепляются, и субстраты можно помещать в море на плантационной установке для выращивания ламинарии. Перевозить субстраты к установкам необходимо в емкостях с морской водой. Иногда используется посев на промежуточные субстраты с последующей пересадкой проростков ламинарии. Процесс пересадки трудоемок, однако в результате оптимального распределения водорослей на субстрате обеспечиваются более высокие урожаи

Уход за плантацией:первый год выращивания. После размещения субстратов с веревками на морских установках необходимо проводить периодический осмотр и уход за ними. Техническое обслуживание установок плантации производится согласно инструкции по их эксплуатации. В районах, где образуется ледяной покров, перед ледоставом установки необходимо заглубить, чтобы предупредить их повреждение при подвижке льда. Весной, как только море освободится ото льда, необходимо сразу же поднять установки к поверхности моря. Когда проростки достигнут длины 10-15 см, можно проводить прореживание и пересадку. Одновременно с субстратов удаляются и организмы-обрастатели. Субстраты, на которых проростки отсутствуют или их очень мало, снимают с установки и на их место закрепляют субстраты с вплетенными проростками. Пересадка ламинарии производится пучками по 3-5 экземпляров одинакового размера через каждые 10 см.

На втором годувыращивания ламинарии сахаристой у борку урожая с плантации можно начинать со второй половины июля. К этому времени ламинария достигает кондиционных размеров и массы. Для получения более высокого урожая сбор ламинарии можно проводить в начале осени, когда масса растений достигает наибольшей величины, но к этому времени на пластине появляется значительное количество обрастателей, и качество сырья ухудшается. При более позднем сборе ламинарии неизбежны потери урожая. После снятия урожая субстраты и горизонтальные канаты очищаются.