New technology of Black Sea algae Gelidium spinosum (S. G. Gmelin) P. C. Silva (Rhodophyta) cultivation

Main Article Content

B. N. Belyaev

http://orcid.org/0000-0002-6734-2895

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=28193

N. M. Beregovaya

http://orcid.org/0000-0003-0233-164X

Abstract

The results of long-term studies of conditions of cultivation of red Black Sea algae Gelidium spinosum (S. G. Gmelin) P. C. Silva (Rhodophyta) in Silva P. C., Basson P. W. & Moe R. L. 1996: 141 in the systems of engineering type aimed at increasing R-phycoerythrin concentration are given. The systems were developed on the basis of studying the influence of temperature, light and regimes of the nutrient medium flow saturated with carbon dioxide on the biomass growth and were protected by several patents. Anti-fouling methods were also taken into consideration while developing the systems. The relevance of the work is determined by the value of G. spinosum, which is a natural pigment and food dye, a powerful antioxidant used in immune diagnosis, microscopy and cytometry, the cost of which is estimated at $3250–14000 per 1 gram. The aim of the work was to optimize Black Sea G. spinosum cultivation conditions in the coastal systems of engineering type for increasing the yield of the R-phycoerythrin per unit of the area of cultivators. As the material we used G. spinosum from fouling of the rocks and shore protection structures in the vicinity of Sevastopol, which was cultivated in the laboratory setup at the temperature in the range of 15–27 °C, light intensity 10–25 klx in the regime of 18 h day : 6 h night, variations of flow of the nutrient medium using the Black Sea water with addition of salt, salts of nitrogen, phosphorus, iron, magnesium and manganese. At the last stage of the work the yield was (96.2 ± 8.8) g·m−2·day−1 of G. spinosum wet weight. At the lowest harvest of 87.4 g·m−2, with a minimum of dry matter of 36 % and the content of phycoerythrin to 12 mg·g1, the pigment yield of R-phycoerythrin will be 378.6 mg·m−2·day1. In the future, the coastal system of the cultivators with the depth of 0.5 m and mirror surface area of 1 ha (when working only 300 days a year) will produce not less than 1100 kg of R-phycoerythrin.

Article Details

Belyaev B. N., Beregovaya N. M. New technology of Black Sea algae Gelidium spinosum (S. G. Gmelin) P. C. Silva (Rhodophyta) cultivation. Marine Biological Journal, 2019, vol. 4, no. 1, pp. 3-11. doi: 10.21072/mbj.2019.04.1.01
Keywords:
macrophytes, gelidium, cultivation, R-phycoerythrin, struggle with epiphytes, composition and mobility of the nutrient medium, temperature, illumination
Section
Scientific communications

References

1. Агар в Севастополе [Электронный ресурс]. URL: https://sevastopol.tiu.ru/Agar.html [дата обращения 31.03.2018]. [Agar v Sevastopole [Electronic resource]. URL: https://sevastopol.tiu.ru/Agar.html [accessed 31.03.2018]. (in Russ.)]

2. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Москва : Наука, 1976. 280 с. [Adler Yu. P., Markova E. V., Granovskiy Yu. V. Planirovanie eksperimenta pri poiske optimalnyikh uslovii. Moscow: Nauka, 1976, 280 p. (in Russ.)]

3. Беляев Б. Н. Техническое обеспечение культивирования макрофитов // Рыбное хозяйство Украины. 2001. № 5. С. 21–24. [Belyaev B. N. Tehnicheskoe obespechenie kultivirovaniya makrofitov. Rybnoe khozyaistvo Ukrainy, 2001, no. 5, pp. 21–24. (in Russ.)]

4. Беляев Б. Н., Береговая Н. М., Далекая Л. Б. Влияние солености на продуктивность красной черноморской водоросли Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. // Рыбное хозяйство Украины. 2005. № 6 (41). С. 12–17. [Belyaev B. N., Beregovaya N. M., Dalekaya L. B. Vliyanie solenosti na produktivnost’ krasnoi chernomorskoi vodorosli Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. Rybnoe khozyaistvo Ukrainy, 2005, № 6 (41), pp. 12–17. (in Russ.)]

5. Беляев Б. Н. Скорость потребления биогенов при культивировании Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. (Rhodophyta) // Альгология. 2008. Т. 18, № 3. С. 256–263. [Belyaev B. N. Consumption of biogen rate by cultivation of Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. (Rhodophyta). Algologiya, 2008, vol. 18, no. 3, pp. 256–263. (in Russ.)]

6. Беляев Б. Н. Перспективы интенсивного культивирования черноморской красной водоросли Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. (Rhodophyta) // Рыбное хозяйство Украины. 2009. № 4. С. 13–18. [Belyaev B. N. Perspektivy intensivnogo kul’tivirovaniya chernomorskoi krasnoi vodorosli Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. (Rhodophyta). Rybnoe khozyaistvo Ukrainy, 2009, no. 4, pp. 13–18. (in Russ.)]

7. Беляев Б. Н., Береговая Н. М. Оптимизация условий культивирования для накопления R-фикоэритрина, суммарных каротиноидов и хлорофилла а в талломах гелидиума Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. (Rhodophyta) // Современные рыбохозяйственные и экологические проблемы Азово-Черноморского региона : материалы VII Междунар. конф., Керчь, 20–22 июня 2012 г. Керчь : ЮгНИРО, 2012. Т. 2. С. 120–124. [Belyaev B. N., Beregovaya N. M. Optimization of culture conditions for accumulation of R-phycoerythrin, total lipochromes and chlorophyll а in thallomes of helidium Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. (Rhodophyta). In: Sovremennye rybokhozyaistvennye i ekologicheskie problemy Azovo-Chernomorskogo regiona : materialy VII Mezhdunar. konf., Kerch, 20–22 June, 2012. Kerch: YugNIRO, 2012, vol. 2, pp. 120–124. (in Russ.)]

8. Беляев Б. Н., Береговая Н. М. Влияние состава культуральной среды на количество агара, пигментов и рост черноморского гелидиума Gelidium spinosum // Морской биологический журнал, 2016. Т. 1, № 4. С. 3–11. [Belyaev B. N., Beregovaya N. M. The influence of culture medium on the quantity of agar, pigments and growth of Gelidium spinosum from the Black Sea. Morskoj biologicheskij zhurnal, 2016, vol. 1, no. 4, pp. 3–11. (in Russ.)]. https://doi.org/10.21072/mbj.2016.01.4.01

9. Беляев Б. Н., Береговая Н. М. Влияние микродобавок Mn, Co, Zn на рост и биохимический состав черноморского гелидиума // Морские биологические исследования: достижения и перспективы : в 3-х т. : сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, приуроч. к 145-летию Севастопольской биологической станции, Севастополь, 19–24 сент. 2016 г. / под общ. ред. А. В. Гаевской. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2016. Т. 3. С. 346–348. [Belyaev B. N., Beregovaya N. M. Influence of microaddings Mn, Co, Zn on a height and biochemical composition of Black Sea gelidium. In: Morskie biologicheskie issledovaniya: dostizheniya i perspektivy : v 3-kh t. : sb. materialov Vseros. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem, priuroch. k 145-letiyu Sevastopol’skoi biologicheskoi stantsii, Sevastopol, 19–24 Sept., 2016 / A. V. Gaevskaya (Ed.). Sevastopol: EKOSI-Gidrofisika, 2016, vol. 3, pp. 346–348. (in Russ.)]

10. Декл. пат. UA № 42208 А, МКИ 7 C12N1/12, A01G 33/00. Спосіб вирощування чорноморської червоної водорості Laurencia papillosa (Forsk) Grev. / Беляєв Б. М., Євстігнеєва I. К. ; заявник Iнститут биологіï південних морів ім. А. О. Ковалевського НАН Украïни (UA). № 20001116443 ; заявл. 14.11.00 ; друк. 15.10.01. Бюл. № 9. [Dekl. pat. UA № 42208 A, MKY 7 C12N1/12, A01G 33/00. Sposib vyroshchuvannia chornomorskoi chervonoi vodorosti Laurencia papillosa (Forsk) Grev. / Beliaiev B. M., Yevstihneieva I. K.; zaiavnyk Instytut byolohii pivdennykh moriv im. A. O. Kovalevskoho NAN Ukrainy (UA). No. 20001116443; zaiavl. 14.11.00; druk. 15.10.01. Biul. № 9. (in Ukr.)]

11. Дзизюров В. Д., Жильцова Л. В. Возможности сопряжения функций роста и накопления в ней гелеобразующих полисахаридов у двух видов агарофитов – Ahnfeltia tobuchinsis и Gracilaria lichenides // III Всесоюзная конференция по морской биологии : тез. докл., Севастополь, октябрь 1988 г. Киев, 1988. Ч. 2. С. 202–203. [Dzizyurov V. D., Zhil’tsova L. V. Vozmozhnosti sopryazheniya funktsii rosta i nakopleniya v nei geleobrazuyushchikh polisakharidov u dvukh vidov agarofitov – Anfeltia tobuchinsis i Gracilaria lichenides. In: III Vsesoyuznaya konferentsiya po morskoi biologii : tez. dokl., Sevastopol, October 1988. Kiev, 1988, pt. 2, pp. 202–203. (in Russ.)]

12. Заявка 94063376. Украïна, МКИ 6 С 12N 1/12. Спосіб культивування чорноморської червонної водорості Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. / Беляев Б. Н., Силкин В. А. (Україна); ИнБЮМ НАНУ (Україна). № В – 4602186 ; заявлено 15.06.94 ; друк. 29.08.97. Пром. власн. оф. бюл. № 4. [Zayavka 94063376. Ukraine, МКI 6 С 12N 1/12. Sposib kultyvuvannya chornomors’koi chervonnoi vodorosti Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. / Belyaev B. N., Silkin V. A. (Ukraine), InBYuM NANU (Ukraine). No. В – 4602186; zayavleno 15.06.94; druk. 29.08.97. Prom. vlasn. оf. byul. no. 4. (in Ukr.)]

13. Калугина А. А., Грюнер В. С., Соколова Н. Н. Агар из черноморской водоросли гелидиум // Рыбное хозяйство. 1964. № 4. С. 68–70. [Kalugina A. A., Gryuner V. S., Sokolova N. N. Agar iz chernomorskoi vodorosli gelidium. Rybnoe khozyaistvo, 1964, no. 4, pp. 68–70. (in Russ.)]

14. Красновский А. А. Выделение фикоэритрина из красных водорослей, его спектральные и фотохимические свойства // Доклады Академии наук СССР, 1952. Т. 82, № 6. С. 947–950. [Krasnovskii A. A. Vydelenie fikoeritrina iz krasnykh vodoroslei, ego spektral’nye i fotokhimicheskie svoistva. Doklady Akademii nauk SSSR, 1952, vol. 82, no. 6, pp. 947–950. (in Russ.)]

15. Минюк Г. С., Дробецкая И. В., Чубчикова И. Н. Одноклеточные водоросли как возобновляемый биологический ресурс: обзор // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 2. С. 5–23. [Minyuk G. S., Drobetskaya I. V., Chubchikova I. N. Unicellular algae as renewable biological resource: A review. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2008, vol. 7, no. 2, pp. 5–23. (in Russ.)]

16. Пат. UА 96379 С2, МПК АО1G 33/00. Спосіб культивування чорноморської водорості Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. (Rhodophyta) / Беляев Б. Н. (UA) ; заявник Iнститут биологіï південних морів ім. А. О. Ковалевського НАН Украïни (UA). № а 201008755 ; заявл. 13.07.2010 ; друк. 25.10.2011. Бюл. № 20. [Pat. UA 96379 S2, MPK AO1G 33/00. Sposib kultyvuvannia chornomorskoi vodorosti Gelidium latifolium (Grev.) Born. et Thur. (Rhodophyta) / Beliaev B. N. (UA); zaiavnyk Instytut byolohii pivdennykh moriv im. A. O. Kovalevskoho NAN Ukrainy (UA). № a 201008755; zaiavl. 13.07.2010; druk. 25.10.2011. Biul. № 20. (in Ukr.)]

17. Стадничук И. Н. Фикобилипротеины. Москва : ВИНИТИ, 1990. 196 с. (Итоги науки и техники. Сер. Биологическая химия). [Stadnichuk I. N. Fikobiliproteiny. Moscow: VINITI, 1990, 196 p. (Itogi nauki i tekhniki. Ser. Biologicheskaya khimiya). (in Russ.)]

18. Huguenin J. E. En examination of problems and potentials for future large scale intensive seaweed culture systems. Aquaculture, 1976, no. 9, pp. 313–342. https://doi.org/10.1016/0044-8486(76)90074-0

19. Kaliaperumal N., Rao M. U. Studies on the standing crop and phycocolloid of Gelidium pusillum and Pterocladia heteroplatos. Indian Journal of Botany, 1981, vol. 4, no. 2, pp. 91–95.

20. Huang L. Preliminary observations on the growth of Gelidium amansii Lamx. in the sporelings stage. Acta Oceanologica Sinica, 1982, vol. 4, no. 2, pp. 223–230.