Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của sự sẵn có ánh sáng đối với hoạt động quang hợp và năng suất của các nền văn hóa Arthrospira platensis (Spirulina) ngoài trời
Tóm tắt
Yêu cầu cơ bản để thiết lập sản xuất sinh khối tảo quy mô lớn kinh tế hiệu quả, bất kể là phục vụ cho thực phẩm, thức ăn, sản phẩm giá trị cao hay năng lượng, là khả năng sản xuất sinh khối với chi phí thấp. Để đạt được mục tiêu này, cần có một quy trình sản xuất hiệu quả đảm bảo rằng năng suất tiềm năng được đạt được tại bất kỳ thời điểm nào. Khi năng suất được định nghĩa bởi khả năng sử dụng bức xạ mặt trời có sẵn, điều khiển quá trình quang hợp, quy trình sản xuất phải được tối ưu hóa để đáp ứng yêu cầu này. Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi chứng minh rằng việc thay đổi ánh sáng có sẵn cho các tế bào Arthrospira platensis được nuôi trồng ngoài trời thông qua một số phương pháp như điều chỉnh nồng độ sinh khối, thay đổi tỷ lệ khuấy trộn hoặc che bóng có thể thay đổi hoạt động quang photosynthesis tiềm năng và hoạt động rõ ràng. Bằng cách tối ưu hóa ánh sáng có sẵn cho các tế bào tảo trong điều kiện ngoài trời, năng suất có thể tăng khoảng 50%, từ 15.6 g m−2 ngày−1 trong một nền văn hóa bị hấp thụ quá mức ánh sáng lên 22.4 g m−2 ngày−1 trong một nền văn hóa mà việc điều chỉnh giảm ánh sáng được tối thiểu hóa. Do đó, bằng cách sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để ước lượng hoạt động quang hợp, chúng tôi chứng minh rằng việc làm tế bào tiếp xúc quá nhiều với ánh sáng có thể dẫn đến sự giảm điều chỉnh hoạt động quang hợp dẫn đến hiện tượng ức chế ánh sáng và năng suất sinh khối giảm xuống.
Từ khóa
#năng suất #quang hợp #Arthrospira platensis #tảo #nền văn hóa ngoài trời #hấp thụ ánh sángTài liệu tham khảo
Bennet J, Bogorad L (1973) Complementary chromatic adaptation in a filamentous blue-green alga. J Cell Biol 58:419–435
Ben-Yacov S, Guterman H, Vonshak A, Richmond A (1985) An automatic method for online estimation of photosynthetic rate in open algal ponds. Biotechnol Bioeng 27:1136–1145
Burlew JS (1953) Current status of the large-scale culture of algae. In: Burlew JS (ed) Algal culture: from laboratory to pilot plant. Carnegie Institution of Washington Publication, Washington, DC, pp 3–23
Cosgrove J, Borowitzka MA (2010) Chlorophyll fluorescence terminology: an introduction. In: Suggett DJ, Prásil O, Borowitzka MA (eds) Chlorophyll a fluorescence in aquatic sciences: methods and applications. Springer, Dordrecht, pp 1–17
Demmig-Adams B, Adams WW III (1992) Photoprotection and other response of plants to high light stress. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 43:599–626
Fontes AG, Vargas MA, Moreno J, Guerrero MG, Losada M (1991) Changes in the pigment content of Anabaena variabilis cells in outdoor culture. J Plant Physiol 137:441–445
Grobbelaar JU, Soeder CJ, Stengel E (1990) Modeling algal productivity in large outdoor cultures and waste treatment systems. Biomass 21:297–314
Grobbelaar JU (1991) The influence of light/dark cycles in mixed algal cultures on their productivity. Bioresour Technol 38:189–194
Grobbelaar JU (1994) Turbulence in mass algal cultures and the role of light dark fluctuations. J Appl Phycol 6:331–335
Henley JW (1993) Measurement and interpretation of photosynthetic light-response curves in algae in the context of photoinhibition and diel changes. J Phycol 29:729–739
Havlik I, Lindner P, Scheper T, Reardon KF (2013) On-line monitoring of large cultivations of microalgae and cyanobacteria. Trends Biotechnol 31:406–414
Kok B (1956) Photosynthesis in flashing light. Biochim Biophys Acta 21:245–258
Konk B, Shanks JV, Vigil RD (2013) Enhanced algal growth rate in a Taylor vortex reactor. Biotechnol Bioeng 110:2140–2149
Kromkamp JC, Beardall J, Sukenik A, Kopecky J, Masojidek J, Van Bergeijk S, Gabai S, Shaham E, Yamshon A (2009) Short-term variations in photosynthetic parameters of Nannochloropsis cultures grown in two types of outdoor mass cultivation systems. Aquat Microb Ecol 56:309–322
Laws EA, Satoru T, Hirata J, Pang L (1988) Optimization of microalgae production in a shallow outdoor flume. Biotechnol Bioeng 32:140–147
Lu CM, Vonshak A (1999) Photoinhibition in outdoor Arthrospira platensis cultures assessed by polyphasic chlorophyll fluorescence transients. J Appl Phycol 11:355–359
Masojidek J, Vonshak A, Torzillo G (2010) Chlorophyll fluorescence applications in microalgal mass cultures. In: Suggett DJ, Prásil O, Borowitzka MA (eds) Chlorophyll a fluorescence in aquatic science: methods and applications. Springer, Dordrecht, pp 277–292
Murata N, Takahashi S, Nishiyama Y, Allakhverdiev SI (2007) Photoinhibition of photosystem II under environmental stress. Biochim Biophys Acta 1767:414–421
Öquist G, Campbell D, Clarke AK, Gustafsson P (1995) The cyanobacterium Synechococcus modulates photosystem II function in response to excitation stress through D1 exchange. Photosynth Res 46:151–158
Osmond CB (1994) What is photoinhibition? Some insights from comparisons of shade and sun plants. In: Baker NR, Bowyer JR (eds) Photoinhibition of photosynthesis from molecular mechanisms to the field. BIOS Scientific Publishers, Abingdon, pp 1–24
Park Y, Chow WS, Anderson JM (1995) Light inactivation of functional photosystem II in leaves of peas grown in moderate light depends on photon exposure. Planta 196:401–414
Richmond A, Vonshak A (1978) Spirulina culture in Israel. Arch. Hydrobiol Beih Ergeb Limnol 11:274–280
Richmond A, Grobbelaar JU (1986) Factors affecting the output rate of Spirulina platensis with reference to mass cultivation. Biomass 10:253–264
Richmond A (2004) Principles for attaining maximal microalgal productivity in photobioreactors: an overview. Hydrobiologia 512:1–3
Robinson S, Deroo CS, Yocum CF (1982) photosynthetic electron transfer in preparations of the cyanobacterium Spirulina platensis. Plant Physiol 70:154–161
Sukenik A, Beardall J, Kromkamp JC, Kopecky J, Masojídek J, Van Bergeijk S, Gabai S, Shaham E, Yamshon A (2009) Photosynthetic performance of outdoor Nannochloropsis mass cultures under a wide range of environmental conditions. Aquat Microb Ecol 56:297–308
Torzillo G, Accolla P, Pinzani E, Masojidek J (1996) In situ monitoring of chlorophyll fluorescence to assess the synergistic effect of low temperature and high irradiance stresses in Arthrospira cultures grown outdoors in photobioreactors. J Appl Phycol 8:283–291
Torzillo G, Bernardini P, Masojidek J (1998) On-line monitoring of chlorophyll fluorescence to assess the extent of photoinhibition of photosynthesis induced by high oxygen concentration and low temperature and its effect on the productivity of outdoor cultures of Spirulina platensis (cyanobacteria). J Phycol 34:504–510
Torzillo G, Vonshak A (2013) Environmental stress physiology. In: Richmond A (ed) Microalgal culture: biotechnology and applied phycology and biotechnology, 2nd edn. Blackwell, Oxford, pp 90–113
Van der Heever JA, Grobbelaar JU (1997) The use of oxygen evolution to assess the short-term effects of toxicants on algal photosynthetic rates. Water SA 23:233–237
Van Kooten O, Snel JFH (1990) The use of chlorophyll fluorescence nomenclature in plant stress physiology. Photosynth Res 25:147–150
Vonshak A, Abeliovich A, Boussiba S, Arad S, Richmond S (1982) Production of Spirulina biomass: effects of environmental factors and population density. Biomass 2:175–185
Vonshak A (1986) Laboratory techniques for the culturing of microalgae. In: Richmond A (ed) Handbook for algal mass culture. CRC, Boca Raton, pp 117–145
Vonshak A, Sivak M, Walker D (1989) Use of a solid support in the study of photosynthetic activity of Spirulina platensis. J Appl Phycol 1:131–135
Vonshak A, Guy R (1992) Photoadaptation, photoinhibition and productivity in the blue-green alga, Spirulina platensis grown outdoors. Plant Cell Env 15:613–616
Vonshak A, Torzillo G, Tomaselli L (1994) Use of chlorophyll fluorescence to estimate the effect of photoinhibition in outdoor cultures of Spirulina platensis. J Appl Phycol 6:31–34
Vonshak A, Torzillo G, Accolla P, Tomaselli L (1996) Light and oxygen stress in Spirulina platensis (cyanobacteria) grown outdoors in tubular reactors. Physiol Plant 97:175–179
Vonshak A, Torzillo G, Masojidek J, Boussiba S (2001) Sub-optimal morning temperature induces photoinhibition in dense outdoor cultures of the alga Monodus subterraneus (Eustigmatophyta). Plant Cell Env 24:1113–1118
Walker DA (1995) Manipulating photosynthetic metabolism to improve crops—an inversion of ends and means. J Exp Bot 46:1253–1259