بهینه‏ سازی شرایط رشدی برخی از مهمترین ریزجلبک‏ های خالص‏ سازی شده از دریاچه بزنگان و بررسی مقدار کلروفیل و کاروتنوئید آن‏ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه بیوتکنولوژی و به نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد گروه بیوتکنولوژی و به نزادی گیاهی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشیار گروه بیوتکنولوژی و به‏نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

ریزجلبک‏ها به عنوان یک منبع بالقوه پایدار برای مواد اولیه سوخت‏، غذا‏، مواد شیمیایی‏، تغذیه دام و حتی برای صنعت داروسازی شناخته می‏شوند. در این مطالعه، اثرات نوع محیط کشت شامل محیط‏های F2، Walne، BG11، BBM و TAP در pH‏های 6، 5/6، 7، 5/7، 8 و 9 و شدت‏های نور در پنج سطح شامل 2000، 2700، 3300، 4500 و 7800 لوکس بر روی رشد ریزجلبک‏های خالص‏سازی شده از دریاچه بزنگان مطالعه شد. رشد ریزجلبک‏ها با تعیین وزن خشک و نرخ رشد ویژه آن‏ها تعیین شد. همچنین مقدار کلروفیل و کاروتنوئید با کمک روش‏های بیوشیمیایی استاندارد در شرایط بهینه رشدی تعیین گردید. نتایج نشان داد که در ریزجلبک‏های Nodularia sp.، Tetraselmis sp.، Chlamydomonas sp. و Chlorella sp. بیشترین رشد به ترتیب در محیط کشت‏های والن (83/0 گرم در لیتر)،F2 (76/1 گرم در لیتر)،TAP (28/1 گرم در لیتر) وBG11 (72/1 گرم در لیتر) مشاهده شد. همچنین بهترین pH و شدت نور برای رشد ریزجلبک‏ها به ترتیب برابر با 5/7 و 4500 لوکس بود. بیشترین مقدار کلروفیل و کاروتنوئید به ترتیب در ریزجلبک Chlorella sp. (92/21 میکروگرم در میلی‌لیتر) و Tetraselmis sp. (78/6 میکروگرم در میلی‌لیتر) بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of the growth conditions of some of the most important microalgae purified from Bazangan Lake and evaluation of their chlorophyll and carotenoids content

نویسندگان [English]

  • sara khosravinia 1
  • Abdolreza Bagheri 2
  • Saeid Malekzadeh 3
  • Nasrin Moshtaghi 3

1 Ph.D. Student, Department of Biotechnology and Plant Breeding, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

2 Professor, Department of Biotechnology and Plant Breeding, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

3 Associate Professor, Department of Biotechnology and Plant Breeding, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

چکیده [English]

Microalgae are known as a potentially sustainable source of feedstock for fuel, food, chemicals, feeding animals and even for the pharmaceutical industries. In this project, the effects of mediums including (F2, Walne, BG11, BBM and TAP), pH (6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0 and 9.0) and light intensity (at five levels: 2000, 2700, 3300, 4500 and 7800 Lux) on growth of microalgae purified from Bazangan lake were studied. The Microalgae growth was determined by measuring dry weight and specific growth rate. Also, chlorophyll and carotenoid content were estimated using the standard biochemical methods in optimal codition. The results showed that in Tetraselmis sp., Nodularia sp., Chlamydomonas sp. and Chlorella sp. microalgae, the highest growth rate was observed in F2 (1.76 gL−1), Waln (0.83 gL−1), TAP (1.28 gL−1) and BG11 (1.72 gL−1) medium, respectively. Also, the optimum pH and light intensity for growth of the microalgae was 7.5 and 4500 Lux respectively. The highest chlorophyll and carotenoid content was obtained in Chlorella sp. with 21.92 μg/ml and Tetraselmis sp. with 6.78 μg/ml respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bazangan Lake
  • Microalgae
  • Growth optimization
  • Chlorophyll
  • Carotenoid

بهینه‏سازی شرایط رشدی برخی از مهمترین ریزجلبک‏های خالص‏سازی شده از دریاچه بزنگان و بررسی مقدار کلروفیل و کاروتنوئید آن‏ها

سارا خسروی‏نیا، عبدالرضا باقری*، سعید ملک‏زاده شفارودی و نسرین مشتاقی

مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی، گروه بیوتکنولوژی و به نژادی گیاهی

تاریخ دریافت: 21/3/1398            تاریخ پذیرش:  24/4/1398

چکیده

ریزجلبک‏ها بعنوان یک منبع بالقوه پایدار برای مواد اولیه سوخت‏، غذا‏، مواد شیمیایی‏، تغذیه دام و حتی برای صنعت داروسازی شناخته می‏شوند. در این مطالعه، اثرات نوع محیط کشت شامل محیط‏های F2، Walne، BG11، BBM و TAP در pH‏های 6، 5/6، 7، 5/7، 8 و 9 و شدت‏های نور در پنج سطح شامل 2000، 2700، 3300، 4500 و 7800 لوکس بر روی رشد ریزجلبک‏های خالص‏سازی شده از دریاچه بزنگان مطالعه شد. رشد ریزجلبک‏ها با تعیین وزن خشک و نرخ رشد ویژه آن‏ها تعیین شد. همچنین مقدار کلروفیل و کاروتنوئید با کمک روش‏های بیوشیمیایی استاندارد در شرایط بهینه رشدی تعیین گردید. نتایج نشان داد که در ریزجلبک‏های Nodularia sp.، Tetraselmis sp.، Chlamydomonas sp. و Chlorella sp. بیشترین رشد بترتیب در محیط کشت‏های والن (40/0 گرم در لیتر)،F2  (51/0 گرم در لیتر)،TAP  (48/0 گرم در لیتر) وBG11  (55/0 گرم در لیتر) مشاهده شد. همچنین بهترین pH و شدت نور برای رشد ریزجلبک‏ها بترتیب برابر با 5/7 و 4500 لوکس بود. بیشترین مقدار کلروفیل و کاروتنوئید در ریزجلبک Chlorella sp. بترتیب با 9/39 و 3/23 میکروگرم در میلی‌لیتر بدست آمد.

واژه های کلیدی: دریاچه بزنگان، ریزجلبک‏، بهینه‏سازی رشد، کلروفیل، کاروتنوئید.

* نویسنده مسئول، تلفن: عبدالرضا باقری 05138805722، پست الکترونیکی: abagheri@um.ac.ir

مقدمه

 

مسائل زیست محیطی، غذا و انرژی، ثبات جوامع را با چالشی بزرگ روبرو ساخته است. افزایش جمعیت جهان، عدم تناسب تولیدات صنعتی و کشاورزی با این رشد جمعیتی و توزیع نابرابر منابع و تکنولوژی، مشکل را تشدید نموده است. برای تغذیه و برآورد نیازهای چنین جمعیت عظیمی، یافتن راهکارهای جدید و معنی­‏دار جهت افزایش تولید، ضروری بنظر می‏رسد. در این راستا، استفاده از میکروارگانیسم‏­ها افق جدیدی را پیش روی محققین گشوده است و از میان آن‏ها، جلبک‏ها بدلیل داشتن خصوصیات ویژه و حضور ترکیبات زیستی متنوعی که می­‏تواند در صنایع غذایی، دارویی، آرایشی، تولید کودها و سوخت­های زیستی، مورد استفاده قرار گیرد، توجه خاصی را به خود معطوف ساخته است (46).

جلبک‏ها گروهی از موجودات فتوسنتز کننده هستند که به دو دسته ریز و درشت تقسیم می‏شوند. جلبک‏های ریز یا میکروسکوپی عموما تک سلولی هستند و بعنوان تولید کنندگان نخستین، نقش بسیار مهمی را در اکوسیستم‏های آبی دارند. همچنین، این جلبک‏ها بعنوان منبع غذایی برای انواع زئوپلانکتون‏ها و لارو آبزیان، جایگاه خاصی در صنعت آبزی پروری یافته‏اند (46). علاوه بر آبزی‏پروری، ریزجلبک‏ها، عمدتا بعنوان منبع استحصال رنگیزه‏هایی از جمله انواع کلروفیل‌ها و کارتنوئیدها مانند بتاکارتن و آستاگزانتین در صنایع دارویی، غذایی و ساخت لوازم آرایشی کاربرد فراوانی دارند (43، 44 و 47). در حال حاضر رنگ‏های مصنوعی با رنگ‏های طبیعی جایگزین شده و آن‌ها در مواد غذایی مختلف از جمله شکلات‏، آدامس، نوشیدنی‏ها، پاستا و غیره کاربرد فراوانی دارند (29).

کلروفیل رنگدانه سبز موجود در گیاهان و جلبک‌ها است که به جذب نور خورشید و تبدیل آن به انرژی شیمیایی کمک می‌کند. پنج نوع کلروفیل a، b،c ، d و e در جلبک‌ها وجود دارد. کلروفیل a در همه جلبک‌ها وجود دارد، کلروفیل b تنها در کلروفیسه و اوگلنوفیسه، کلروفیل c در جلبک‌های دریا‌زی مانند فئوفیسه، کریپتوفیسه، کریزوفیسه و دیاتومه‌ها، کلروفیل d در برخی جلبک‌های قرمز و کلروفیل e در گونه‌های خاصی از جنسVaucheria  وTribonema  از اگزانتوفیسه‌ها وجود دارد. اعتقاد بر این است که این ماده برای بدن انسان بسیار مفید است. مصرف غذاهای حاوی کلروفیل باعث پاک شدن جریان خون، از بین رفتن بوی بد دهان و بدن و جلوگیری از فساد دندان‌ها می‌شود. کلروفیل همچنین بعنوان یک عامل آنتی اکسیدان قوی باعث کاهش تخریب سلول‌ها بوسیله عوامل سرطان‌زای محیطی می‌شود (34).

کاروتنوئیدها از رنگدانه‏های طبیعی بسیار مهم هستند که توسط گیاهان و جلبک‏ها تولید شده (38) و محلول در چربی هستند و نقش مهمی در فتوسنتز ایفا می‏کنند (24). حیوانات و انسان‏ قابلیت سنتز آن‏ها را ندارند و باید از طریق رژیم غذایی دریافت شوند که پس از آن می‏توانند از شکل کاروتنوئیدی به شکل دیگر تبدیل شوند. همچنین نقش مهمی در تشکیل ویتامین A بر عهده دارند (13). کاروتنوئیدها در صنایع پزشکی، دارویی و بیوتکنولوژی کاربرد دارند (20 و 33). علاوه بر نقشی که در تشکیل رنگدانه‏ها بر عهده دارند، خاصیت آنتی اکسیدانی نیز برای آن‏ها گزارش شده است (13). کاروتنوئیدها بعنوان مکمل، برای میگوی پرورشی استفاده فراوانی داشته و مهم‏ترین اثر آن‌ها ایجاد رنگدانه‏ در آن است (13).

حجم معاملات بازار در حوزه رنگ‌ها، مخصوصا در بخش مواد غذایی، در سال 2016 حدود 2 میلیارد دلار برآورد شده و پیش بینی می‌شود با نرخ رشد مرکب سالانه 1/6 درصد، به 3 میلیارد دلار در سال برسد 2023 برسد. رنگ‌های طبیعی 31 درصد از این بازار را به خود اختصاص داده است. در کشور ما بر اساس آمار نامه اداره صنایع و معادن بیش از 672 واحد صنایع غذایی با تولیدی نزدیک به چهل میلیون تن در حال فعالیت هستند، که بدلیل عدم وجود واحد تولیدکننده رنگ‌های خوراکی در داخل ایران، رنگ‌های مورد نیاز خود را از خارج کشور تامین نموده‌اند. بنابراین، در حال حاضر تقاضای بسیاری برای رنگ­های خوراکی با منشاء طبیعی در کشور موجود است (26).

رنگ‌های طبیعی موجود در جلبک‌ها یکی از محبوب‌ترین آن‌ها است. ریزجلبک‌های سبز یکی از بزرگترین منابع کلروفیل محسوب می‌شود، بعنوان مثال بیومس Chlorella sp. حدود 15/1 میلی‌گرم کلروفیل دارد که حدود 20 برابر اسفناج است (26). سیانوباکترهایی مانند Nodularia sp. نیز طیف وسیعی از رنگ‌های طبیعی از قبیل کلروفیل، کاروتنوئیدها و فیکوبیلی پروتئین‌ها را در خود جای داده است (49).

بنابراین، با توجه به اهمیت اقتصادی ریزجلبک‏ها، فراهم کردن شرایطی برای دستیابی به رشد سریع‏تر و ارزان‏تر آن‏ها بسیار ضروری است. عوامل بسیاری بر رشد ریزجلبک‏ها اثر دارند که فاکتورهای فیزیکی مثل نور و pH از عوامل مهم و تأثیرگذار بر فعالیت‏های فتوسنتزی و در نتیجه رشد ریزجلبک‏ها هستند (18 و 45). نور یکی از فاکتورهای مهم رشدی در ریزجلبک‏ها است که انرژی لازم برای تثبیت کربن و تبدیل CO2 به ترکیبات آلی را فراهم می‏کند اما آن نمی‏تواند توسط ریزجلبک‏ها ذخیره شود، بنابراین باید به طور پیوسته تامین شود (37). از طرفی ریز جلبک‏ها نمی‏توانند همه فوتون‏های نور را جذب و استفاده کنند و بنابراین نور زیاد سبب مهار نور در لایه سطحی ریزجلبک و عدم دریافت نور توسط بخش‏های درونی آن می‏شود (50). در گزارشی اثر سه شدت نور 5/37، 5/62 و 100 میکرومول فوتون بر ثانیه بر نرخ رشد ریزجلبک Chlorella vulgaris بررسی شد و نتایج نشان داد که بالاترین نرخ رشد (13/1 در روز) و بیشترین مقدار زیتوده (05/2 گرم در لیتر) بترتیب در شدت 100 و 5/62 میکرومول فوتون بر ثانیه مشاهده شد (3). در مطالعه دیگری اثر سه شدت نور 1000، 2000 و 5000 لوکس بر میزان رشد و تراکم سلولی ریزجلبک Tetraselmis chuii بررسی و نتایج آن نشان داد که بیشترین میزان رشد و تراکم سلولی در شدت نور 5000 لوکس در روز هفتم کشت اتفاق افتاد (5).

مقدارpH  نیز در سرعت رشد ریزجلبک‏ها موثر است و در طی فتوسنتز مقدار آن تغییر می‏کند. برای ریزجلبک‏ها به دام انداختنCO2  اتمسفر زمانی که شرایط رشد حالت قلیایی دارد، راحت‏تر است، بنابراین بیومس بیشتری می‏تواند تولید کند (54). با افزایش مقدار pH، CO2 آب عمدتا توسط ریزجلبک‏ها بهHCO3  منتقل می‏شود که عمدتا سبب می‏شود کربن در شرایط قلیایی ضعیف، ایجاد ‏شود. بر اساس مطالعه‏ Liu، مقدار کلروفیل II ریزجلبک‌ها‏ وقتی که مقدار pH از 5/8 به 5/9 می‏رسد، کاهش ‏می‏یابد و بنابراین در میزان رشد و بیومس تولیدی اثر می‏گذارد (36). در مطالعه‌ای اثر pH از 4/3 تا 4/8 بر رشد ریزجلبک Chlamydomonas applanata بررسی شد و نتایج این تحقیق نشان داد که بهترین رشد در pH برابر 4/7 مشاهده شد (53). بر اساس گزارشی دیگر بر روی Chlamydomonas reinhardtii، مقدار بهینه pH و شدت نور برای رسیدن به حداکثر نرخ رشد بترتیب 4/7 و 7400 لوکس بود در حالی که برای رسیدن به حداکثر مقدار نشاسته به pH برابر 8 و شدت نور 5300 لوکس نیاز بود (14).

بررسی و شناسایی فلور جلبکی آب‏های هر منطقه از اهداف مهم تحقیقاتی در اغلب کشورهای جهان است. در سال‏های اخیر مطالعات محدودی در کشورمان روی فلور آب‏های طبیعی از نظر جلبک‏های آب‏های شیرین و لب شور انجام گرفته است. از جمله تحقیقات انجام یافته، بررسی و شناسایی تراکم و پراکنش فیتوپلانکتون‏های دریاچه سد لار می‏باشد. با این مطالعه طی شش مرحله نمونه برداری حدود 14 جنس متعلق به شاخه جلبک‏های دیاتومه، یک جنس متعلق به شاخه اوگلنوفیسه، هفت جنس متعلق به شاخه جلبک‏های سبز، سه جنس متعلق به شاخه جلبک‏های پیروفیسه، یک جنس متعلق به شاخه جلبک‏های کریزوفیسه و دو جنس متعلق به شاخه جلبک‏های سیانوباکتری‌ها شناسایی شده است (11). بررسی جوامع فیتوپلانکتونی و کیفیت آب تالاب بند علی خان، نشان داد که سه گروه از فیتوپلانکتون‏ها شامل دیاتومه‌‌ها، سیانوباکتری‏ها و اوگلنوفیسه در این تالاب‏ها حضور دارند (16).

دریاچه بزنگان تنها دریاچه در استان خراسان رضوی و بزرگترین دریاچه طبیعی استان خراسان است. این دریاچه در ۱۳۰ کیلومتری مشهد و ۸۰ کیلومتری شهرستان سرخس واقع شده است. محیط این دریاچه در حدود 3300 متر و مساحت تقریبی منطقه در حدود 120 هکتار است. از لحاظ آب و هوایی در ناحیه‏ای معتدل با بارش کم (متوسط بارندگی سالانه منطقه حدود 300 میلی‏متر) قرار گرفته و در نتیجه از اوایل خرداد تا شهریور، آب و هوایی خشک و خیلی گرم دارد (1 و 6). طعم آب نیز کمی تلخ و شور مزه است. دریاچه تاریخی بزنگان تنها زیستگاه پرندگان مهاجر منطقه سیبری، اروپا و وحشی بومی است (6).

در مطالعاتی که تاکنون بمنظور بررسی تنوع ریزجلبک‌های دریاچه بزنگان انجام شده است، شناسایی ریزجلبک‌ها تنها با مشاهده مستقیم آب دریاچه در زیر میکروسکوپ نوری بوده است (6 و 12). بعنوان مثال در مطالعه‌ای، نمونه‌برداری بصورت فصلی در طی سال ‎۱۳۸۱ انجام شد. طی این تحقیق، چهار گونه ماکروجلبک و ‎۳۳ گونه فیتوپلانکتونی شناسایی شد. از مجموع ‎۳۳ گونه فیتوپلانکتونی، ‎۲۱ گونه به شاخه کریزوفیتا، هفت گونه به کلروفیتا، چهار گونه به سیانوفیتا و یک گونه به پیروفیتا تعلق داشت. Diatoma tenuis،Ulothrix subtilissima ، Fragillaria crotonensis،Merismopodia punctata  از بیشترین وفور گونه‌ای برخودار بودند (6). در تحقیق دیگری نمونه‌ها از سه ناحیه و پنج سطح مختلف دریاچه بزنگان بطور فصلی و طی یکسال (۱۳۷۶-‎۱۳۷۵) جمع‌آوری گردید‎. در مجموع ‎۶۵ گونه، متعلق به سه گروه فیتوپلانکتونی شامل ‎۱۰ گونه سیانوفیسه، ‎۱۸ گونه کلروفیسه و ‎۳۷ گونه باسیلاریوفیسه شناسایی شد، که گونه‌های Chroococcus minor، Cosmarium tinctum،Ulothirx subtilissima ، Campylodiscus sp.، Cocconeis placentula، Cyclotella meneghinana، Fragillaria crotonenisis و Gyrosigma acuminatum با میزان فراوانی بالا نسبت به سایر گونه‌ها مشاهده شدند (12)‎.

آب‌های طبیعی کشورمان پتانسیل بسیار خوبی از نظر حضور انواع ریزجلبک‏ها دارند. این ریزجلبک‏ها با شرایط آب و هوایی ایران کاملا سازگار هستند و در صورت انتخاب دقیق برای اهداف و کاربردهای تجاری مشخص، نسبت به نمونه‌های غیر بومی ارجحیت دارند. بنابراین، با توجه بکاربردهای گسترده ریزجلبک‌ها در زمینه‏های مختلف و مطالعات محدودی که تاکنون بر روی جداسازی این گونه‌های ارزشمند بومی و بررسی پتانسیل رشدی و رنگدانه‌ای آن‌ها انجام شده است، این تحقیق طراحی گردید. بنابراین این پژوهش با هدف جداسازی و نگهداری برخی از مهمترین ریزجلبک‏های دریاچه بزنگان بعنوان بخشی از خزانه ارزشمند ژنتیکی ریزجلبک‌های بومی خراسان رضوی و بهینه‏سازی کامل شرایط رشدی آن‌ها و سنجش پتانسیل تولید رنگدانه‌های کلروفیل و کاروتنوئیدی آن‏ها انجام پذیرفت.

مواد و روشها

1- تهیه نمونه: نمونه‏های مورد نظر برای انجام این پژوهش از دریاچه بزنگان تهیه شد. بدین منظور از هشت ناحیه مختلف حاشیه‏ای دریاچه با استفاده از تور پلانگتون‏گیری نمونه‏برداری انجام شد. سپس اطلاعات مربوط به هر منطقه شامل ارتفاع از سطح دریا، طول و عرض جغرافیایی، جهت و دمای آب و هوا ثبت گردید.

همچنین مقدار pH،  EC(Electrical Conductivity)، TDS (Total Dissolved Solids) و شوری آب دریاچه در بخش‌های مختلف آن اندازه‌گیری شد. مقدار یون سدیم موجود در آب دریاچه نیز با استفاده از دستگاه flam photometer (310C digital flame photometer) اندازه‏گیری شد.

مقدار TDS  یا کل مواد جامد محلول در نمونه‏ها با استفاده از رابطه زیر بدست آمد:

TDS = EC ×64/0

2- کشت و خالص‏سازی ریزجلبک‏ها: نمونه‏ها بعد از انتقال به آزمایشگاه در محیط جامد F2 (که محیطی مناسب برای ریزجلبک‏های آ‏ب‏های شور است) کشت شدند (7). بدین منظور، از هر نمونه آب، 100 میکرولیتر در هر پلیت حاوی محیط F2 کشت و در شرایطی با شدت نور 3500 لوکس و دمای 25 درجه سانتی‏گراد قرار داده شد. پس از گذشت حدود یک ماه از کشت نمونه‏ها، کلنی‏های سبز رنگی در محیط کشت ظاهر شد که به محیط جدید منتقل شدند. بعلت فراوان بودن دیاتومه‏ها در آب دریاچه و رشد آن‏ها بهمراه ریزجلبک‏های سبز، یک مرحله کلنی‏های سبز رنگ در محیط کشت BBM که محیط آب شیرین است و دیاتومه‏ها قادر به رشد در این محیط نیستند، کشت شدند. همچنین برای جلوگیری از رشد آلودگی‏های باکتریایی، به محیط F2، آنتی‏بیوتیک سفوتاکسیم به میزان 200 میکروگرم در هر میلی‏لیتر افزوده شد (40) و برای از بین بردن آلودگی‏های قارچی از روش جدا کردن چند مرحله‏ای تک کلون‏ها استفاده شد.

برای اطمینان از خلوص نمونه‏ها، از هر کدام از آن‏ها اسلاید تهیه ‏و با بزرگنمایی 100 میکروسکوپ نوری (OLYMPUS BX41TF) بررسی و عکس‏برداری شدند. در نهایت جنس‏های مشاهده شده با استفاده از کلیدهای معتبر، از نظر مورفولوژیکی شناسایی گردیدند (17 و 19). کلنی‏های خالص به محیط کشت F2 مایع منتقل و بر روی شیکری با سرعت 140 دور در دقیقه قرار گرفتند تا بیومس کافی ایجاد گردد.

3- تعیین شرایط بهینه برای رشد ریزجلبک‏ها: برای بررسی شرایط بهینه رشدی ریزجلبک‏ها، اثر محیط کشت‌‏‏، pH و شدت نورهای مختلف، پس از 26 روز از کشت آن‏ها، بر مقدار وزن خشک تولیدی و نرخ رشد ویژه آن‏ها مورد ارزیابی قرار گرفت.

پس از این مدت، بیومس تولیدی با سرعت  g7378 بمدت پنج دقیقه سانتریفوژ و در آون با دمای 80 درجه سانتی‏گراد خشک شد. فاکتور نرخ رشد ویژه (μ) نیز با فرمول μ= lnxn–lnx0(tn-t0) محاسبه شد (30)، که در آن X0: میانگین تعداد سلول‏ها در زمانt0 ، Xn: میانگین تعداد سلول‏ها در زمان tn و μ: نرخ رشد ویژه در روز است.

3-1- محیط کشت: برای تعیین بهترین محیط کشت برای هر کدام از ریزجلبک‏ها، از محیط‏ کشت‏های F2، BBM‏، BG11، Walne و TAP‏ استفاده شد.

3-2- برای تعیین بهترین و موثرترین pH بر رشد ریزجلبک‏ها، آن‏ها در شش pH مختلف 6، 5/6، 7، 5/7، 8 و 9 کشت شدند.

3-3- برای بررسی اثر شدت نور بر رشد ریزجلبک‏ها، آن‏ها در پنج تیمار نوری 2000، 2700، 3300، 4500 و 7800 لوکس، قرار گرفتند.

4- منحنی رشد: برای ترسیم منحنی رشد، مقدار بیومس ریزجلبک‏ها، با سنجش چگالی نوری توسط اسپکتروفتومتر (S2100SUV) در دو طول ‌موج‌ 680 و 750 نانومتر بصورت سه روز در میان اندازه‏گیری شد.

برای بدست آوردن رابطه‌ی خطی بین چگالی نوری و وزن تر و خشک و معادله آن‏ها، رقت‌های سریالی 1، ،، ،  و از کشت‏های جلبکی تهیه شد. بدین منظور ابتدا 50 میلی‏لیتر از کشت جلبکی برداشت و سپس جهت تهیه رقت‌های سریالی ، هر بار مقدار 25 میلی‏لیتر از محلول غلیظ تر با آب مقطر تا 50 میلی‏لیتر رقیق شد. وزن خشک، وزن تر و چگالی نوری هر یک از رقت‌ها اندازه‌گیری شدند و بدین ترتیب معادله‌ی رگرسیونی حاصل گردید (35).

5- استخراج و سنجش کلروفیل و کل کاروتنوئیدها در ریزجلبک‏ها: برای عصاره‏گیری، ابتدا 100 میلی‌لیتر از سوسپانسیون جلبکی همگن‌، بمدت 10 دقیقه در  g7378 سانتریفیوژ شد. سپس بخش رویی خارج گردید. در ادامه، 50 میلی‏لیتر استون 80 درصد به رسوب‌‌ اضافه و سپس بمدت 11 دقیقه در دمای 10 درجه سانتی‏گراد در دستگاه التراسونیک (SB-103D) استخراج انجام شد. عصاره حاصل با استفاده از سانتریفوژ با سرعت  g7378 بمدت پنج دقیقه از بقایای سلولی جدا و برای حذف کامل پلت سلولی، مایع رویی با فیلتر سر سرنگی 45/0 میکرون فیلتر شد. برای بررسی میزان کلروفیل a، b و کل کاروتنوئیدها، میزان جذب این عصاره‏ها در طول موج‏های 2/663، 470 و 8/646 با دستگاه اسپکتروفتومتر در برابر نمونه خنثی (بلانک- استون 80 درصد) قرائت و در فرمول‏های زیر جایگذاری شد (49).

Chlorophyll a (μg/ml) (Ca) × 25/12 = A-  2/663 79/2   × A 8/646

Chlorophyll b (μg/ml) (Cb)× 5/21 =  A-  8/646 × 1/5 A 2/663

Total carotenoid (μg/ml)× 1000) =  A- 470 × 82/1 Ca -  × 02/85 Cb (/198

6- آنالیز آماری: تجزیه واریانس داده‏ها با استفاده از نرم افزار آماری  JMP 8 و مقایسه میانگین تیمارها با استفاده از آزمون چند دامنه‏ای دانکن در سطح معنی‏داری 5 درصد انجام شد. همچنین رسم منحنی‏های رشد از طریق نرم افزارExcel  انجام گردید.

نتایج

برای بررسی کامل دریاچه، در اردیبهشت سال 1395، از هشت منطقه مختلف حاشیه آن با استفاده از تور پلانکتون‏گیری نمونه‏برداری شد که این مناطق در شکل 1 مشخص شده‏اند.

شکل 1- نقشه کلی از دریاچه بزنگان و مناطق نمونه برداری شده از آن

 

اطلاعات مربوط به هر منطقه شامل ارتفاع از سطح دریا، طول و عرض جغرافیایی و جهت آن و همچنین دمای آب و هوا مشخص گردید (جدول 1).

جدول 1- اطلاعات مربوط به ارتفاع از سطح دریا، طول و عرض جغرافیایی و جهت، هشت منطقه نمونه‏برداری شده از دریاچه بزنگان

منطقه

ارتفاع از سطح دریا (متر)

طول و عرض جغرافیایی

جهت

1

837

N: 36° 18′ 43.3ʺ

E: 60° 23′ 02.8ʺ

ضلع شرقی دریاچه

2

836

N: 36° 18′ 48.6ʺ

E: 60° 29′ 04.3ʺ

ضلع شرقی دریاچه

3

840

N: 36° 18′ 67.1ʺ

E: 60° 29′ 02.7ʺ

ضلع جنوبی دریاچه

4

847

N: 36° 19′ 00.3ʺ

E: 60° 28′ 56.0ʺ

ضلع جنوبی دریاچه

5

836

N: 36° 19′ 02.7ʺ

E: 60° 28′ 44.5ʺ

ضلع جنوبی دریاچه

6

844

N: 36° 18′ 58.0ʺ

E: 60° 28′ 42.3ʺ

ضلع شمالی دریاچه

7

856

N: 36° 18′ 49.3ʺ

E: 60° 28′ 42.8ʺ

ضلع شمالی دریاچه

8

860

N: 36° 18′ 38.2ʺ

E: 60° 28′ 55.3ʺ

ضلع شمالی دریاچه

 

بر اساس اطلاعات بدست آمده، دمای آب 20 درجه سانتی‏گراد و دمای هوا 25 درجه سانتی‏گراد بود. ویژگی‏های اکولوژی دریاچه مثل مقدار pH، EC و TDS در آزمایشگاه بررسی شد و نشان داد که pH آب بین 1/7 تا 9/7 و مقدار EC آن بین 6/9 تا 7/9 میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر است. مقدار TDS در بخش‌های مختلف آب دریاچه بین 1/6 تا 2/6 میلی‏گرم در لیتر بود. همچنین مقدار یون سدیم موجود در آب دریاچه نیز 4144 میلی‌گرم در لیتر بود.

پس از نمونه‏برداری و سنجش ویژگی‏های شیمیایی آب دریاچه، آن را در محیط F2 کشت و از هر ریزجلبک یک اسلاید جهت تعیین ویژگی‏های مورفولوژیکی تهیه شد (شکل 2).

 

B: Chlamydomonas sp.

A: Chlorella sp

D: Tetraselmis sp.

C: Nodularia sp.

شکل 2- عکس با میکروسکوب نوری با بزرگنمایی 100× از نمونه‏های ریزجلبکی خالص‏سازی شده از دریاچه بزنگان

 

با توجه به پژوهش‏های سیستماتیک، بر اساس خصوصیات ظاهری (کروی، تک یاخته، کلروپلاست فنجانی و بدون تاژک) جلبک A شناسایی و بعنوان Chlorella spp. تایید شد. جلبک B نیز با ویژگی‏های مورفولوژیکی جنس Chlamydomonas spp.  شامل تک سلولی متحرک، معمولا کروی و گاهی بیضی شکل، لکه چشمی موجود در بخش جلویی کلروپلاست، هر سلول دارای دو واکوئل در بخش جلویی و هر سلول دارای دو تاژک مطابقت داشت. از ویژگی‏های مورفولوژیکی جنسNodularia spp.  و ریزجلبک C، می‏توان به رشته‏های معمولا صاف و گاهی دارای خمیدگی با پهنای حدود شش میکرومتر، غلاف‏ها بدون رنگ، سلول‏ها بدون تاول‏های گازی و کوتاه و میله مانند هستند با اندازه حدود چهار میکرومتر، هتروسیت‏ها معمولا بیضی شکل و راست گوشه‏ای یا میله‏ای با اندازه حدود هفت میکرومتر وAkinetes  کروی یا بیضی شکل با قطر شش تا ده میکرومتر در زنجیره سلولی اشاره کرد. کلروپلاست بشدت سبز رنگ، اجسام سلولی تاژکدار، وجود یک پیرنوئید در داخل کلروپلاست و یک دیواره غلاف‏دار از ویژگی‏های جنس Tetraselmis spp. است که با جلبک D مطابقت دارد.

پس از تعیین ویژگی‏های مورفولوژیکی و جنس ریزجلبک‏ها، برای تعیین بهترین محیط کشت برای هر کدام از آن‏ها، رشد ریزجلبک‏ها در محیط کشت‏های مختلفی مثل F2، BBM‏، BG11، Walne و TAP‏ پس از گذشت 26 روز از کشت ‏آن‏ها بررسی شدند (جدول 2).

نتایج بررسی رشد آن‏ها در محیط کشت‏های مختلف، نشان داد که ریزجلبک‏های Tetraselmis sp.، Nodularia sp.، Chlamydomonas sp. و Chlorella sp. بترتیب در محیط کشت‏های F2، Walne، TAP و BG11 بهترین رشد را داشتند که به نوعی جنس جلبک‏های خالص‏سازی و معرفی شده را تایید می‏کند. ‏ Chlorella sp.در محیط کشت‏های شیرین مثل BG11 (55/0 گرم در لیتر) و BBM (33/0 گرم در لیتر) رشد بهتری نسبت به محیط‏های شور مثل F2 (23/0 گرم در لیتر) و والن (21/0 گرم در لیتر) دارد و این اختلاف در سطح 5 درصد معنی‏دار است (05/0P<).

 

جدول2- مقدار وزن خشک (گرم در لیتر) و نرخ رشد ویژه (در روز) در ریزجلبک‏های Nodularia spTetraselmis spChlamydomonas sp. و Chlorella sp. پس از 26 روز از کشت آن‏ها در محیط کشت‏های مختلف. در هر ریزجلبک، میانگین‏های دارای حروف مشابه اختلاف معنی‏داری نشان ندادند (05/0P>).

محیط کشت

Chlorella sp.

Tetraselmis sp.

Chlamydomonas sp.

Nodularia sp.

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

F2

020/0

b

23/0

b

037/0

a

51/0

a

021/0

b

23/0

b

021/0

b

20/0

b

BBM

033/0

a

33/0

ab

019/0

b

28/0

b

024/0

b

23/0

b

021/0

b

21/0

b

BG11

045/0

a

55/0

a

024/0

ab

21/0

b

012/0

c

16/0

c

013/0

c

12/0

c

Walne

015/0

b

21/0

b

031/0

a

43/0

a

023/0

b

22/0

b

030/0

a

40/0

a

TAP

009/0

c

12/0

c

010/0

c

15/0

c

038/0

a

48/0

a

010/0

c

11/0

c

 

 

Tetraselmis sp. بر عکس Chlorella sp.، بیشتر در محیط‏های آب شور رشد می‏کند و بعنوان یک ریزجلبک سبز در محیط F2 رشد بیشتری (51/0 گرم در لیتر) دارد (05/0P<). Nodularia sp. یک سیانوباکتری شورپسند است، بنابراین در محیط والن که مناسب آ‏ن‏ها است، بهترین رشد و ماندگاری را دارد (40/0 گرم در لیتر) (05/0P<). محیط کشت TAP که فقط مناسب رشد ریزجلبک‏های جنس spp.  Chlamydomonas است و بنابراین این ریزجلبک در این محیط کشت بهترین رشد را نسبت به سایر محیط کشت‏ها دارد (48/0 گرم در لیتر) (05/0P<).

فاکتور دیگری که برای بهینه‏سازی شرایط رشدی ریزجلبک‏ها استفاده شد، مقدار pH بود. بدین منظور میزان وزن خشک و نرخ رشد ویژه در محیط کشت‏های بهینه‏ آن‏ها (نتایج جدول 2) ولی در pH مختلف بررسی شد (جدول 3).

 

جدول3- مقدار وزن خشک (گرم در لیتر) و نرخ رشد ویژه (در روز) در ریزجلبک‏های Nodularia spTetraselmis spChlamydomonas sp. و Chlorella sp. پس از 26 روز از کشت آن‏ها در محیط کشت‏های بهینه و در pH‌های مختلف. در هر ریزجلبک میانگین‏های دارای حروف مشابه اختلاف معنی‏داری نشان ندادند (05/0P>).

PH

Chlorella sp.

Tetraselmis sp.

Chlamydomonas sp.

Nodularia sp.

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

6

024/0

b

28/0

b

013/0

b

26/0

b

017/0

b

39/0

b

020/0

b

22/0

b

5/6

029/0

b

31/0

b

021/0

ab

38/0

ab

031/0

ab

49/0

ab

022/0

b

24/0

b

7

049/0

a

53/0

a

038/0

a

50/0

a

042/0

a

51/0

a

036/0

ab

43/0

a

5/7

058/0

a

64/0

a

042/0

a

59/0

a

047/0

a

60/

a

041/0

a

50/0

a

8

049/0

a

59/0

a

036/0

a

49/0

a

019/0

b

42/0

b

039/0

ab

45/0

a

9

025/0

b

32/0

b

022/0

ab

32/0

b

012/0

b

34/0

b

021/0

b

23/0

b

 

نتایج آن نشان داد که با افزایش pH از 6 تا 5/7، مقدار وزن خشک و نرخ رشد ویژه ریز جلبک‏ها افزایش و سپس از pH 5/7 تا 9 کاهش یافت. در تمام ریزجلبک‏های مطالعه شده، بیشترین مقدار نرخ رشد و وزن خشک در pH 5/7 مشاهده شد و آن تقریبا دو برابر pH 6 بود. نتایج آنالیز آماری نشان داد که اختلاف وزن خشک و نرخ رشد ویژه در همه ریزجلبک‌ها، به جز Chlamydomonas sp.، بین pH 7 تا 8 معنی‏دار نبود (05/0P>).

جدول 4 اثر شدت‏های مختلف نور بر روی رشد ریزجلبک‏های Tetraselmis sp.، Nodularia sp.، Chlamydomonas sp. و Chlorella sp. را پس از 26 روز از کشت آن‏ها، در محیط کشت بهینه برای هر کدام از ریزجلبک‏ها و pH برابر 5/7 را نشان می‏دهد.

 

جدول4- مقدار وزن خشک (گرم در لیتر) و نرخ رشد ویژه (در روز) در ریزجلبک‏های Nodularia spTetraselmis spChlamydomonas sp. و Chlorella sp. پس از 26 روز از کشت آن‏ها در محیط کشت‏های بهینه هر کدام و pH برابر 5/7 و در شدت‏های نوری مختلف. در هر ریزجلبک میانگین‏های دارای حروف مشابه اختلاف معنی‏داری نشان ندادند (05/0P>).

شدت نور

Chlorella sp.

Tetraselmis sp.

Chlamydomonas sp.

Nodularia sp.

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

نرخ رشد ویژه

وزن خشک

2000

030/0

b

45/0

b

021/0

b

31/0

b

031/0

b

31/0

b

024/0

b

28/0

b

2700

043/0

b

55/0

b

033/0

b

38/0

b

038/0

b

39/0

b

030/0

b

33/0

b

3300

059/0

ab

64/0

ab

041/0

b

47/0

b

051/0

a

60/0

a

043/0

a

51/0

ab

4500

071/0

a

75/0

a

055/0

a

68/0

a

057/0

a

69/0

a

051/0

a

61/0

a

7800

061/0

ab

66/0

ab

043/0

b

46/0

b

040/0

b

58/0

a

041/0

a

39/0

b

 

 

با افزایش شدت نور از 2000 به 4500 لوکس، مقدار وزن خشک و نرخ رشد ویژه در همه ریزجلبک‏ها افزایش یافت. بیشترین مقدار وزن خشک در شدت نور 4500 لوکس در Tetraselmis spNodularia spChlamydomonas sp. و Chlorella sp.، بترتیب 68/0، 61/0، 69/0 و 75/0 گرم در لیتر بود. نتایج آنالیز آماری‏ نشان داد که در مورد ریزجلبک‏های سبز Chlamydomonas sp. و Chlorella sp.، اختلاف بین وزن خشک در شدت نور 3300 و 4500 لوکس در سطح 5 درصد معنی‏دار نبود (05/0P>). با افزایش شدت نور از 2000 به 4500 لوکس، نرخ رشد ویژه در همه ریزجلبک‌های مورد بررسی تقریبا 2 برابر گردید. اختلاف بین نرخ رشد ویژه در 4500 لوکس در Tetraselmis sp. نسبت به سایر شدت نورها معنی‏دار بود (05/0P<). در حالی که در مورد Nodularia sp. و Chlorella sp. بین شدت نور 3300، 4500 و 7800 لوکس اختلاف معنی‏دار نبود (05/0P>). همچنین در شدت نور 7800 لوکس، مقدار بیومس تولیدی توسط ریزجلبک‏ها کاهش یافت (البته اختلاف وزن خشک بین شدت نور 4500 و 7800 لوکس در مورد Chlamydomonas sp. و Chlorella sp. معنی‏دار نبود (05/0P>)).

پس از تعیین بهترین محیط کشت و شرایط رشدی برای هر کدام از ریزجلبک‏های Tetraselmis sp.، Nodularia sp.، Chlamydomonas sp. و Chlorella sp.، منحنی رشد آن‏ها در محیط کشت‏ و شرایط بهینه رشدی ذکر شده، در طی دوره 25روزه مشخص شد (شکل 3). بدین ترتیب هر دو تا سه روز یکبار مقدار جذب آن‏ها در طول موج‏های 750 (برای ریزجلبک‏های سبز Tetraselmis spChlamydomonas sp. و Chlorella sp.) و 680 (برای سیانوباکتری Nodularia sp.) نانومتر خوانده شد. همانطور که مشاهده گردید نمودار رشدی این ریزجلبک‏ها بصورت لگاریتمی بوده و بیشترین رشد آن‏ها در روزهای 14 تا 21 اتفاق ‏افتد و بعد از آن رشد ریزجلبک بدلیل کاهش مواد مغذی و بالارفتن غلظت محیط کشت و عدم نفوذ نور در آن‏ها کند شده و از روز 21 به بعد رشد ریزجلبک‌ها کاهش یا موقف شد.

 

شکل 3- منحنی رشد ریزجلبک‏های Chlorella spTetraselmis sp.، Chlamydomonas sp. و Nodularia sp. در طی 25 روز دوره رشدی و در شرایط بهینه (یعنی ریزجلبک‌ها بترتیب در محیط‌های BG11، F2، TAP و والن و در pH برابر 5/7 کشت و در شدت نور 4500 لوکس نگهداری شدند‌).

 

شکل 4 و 5 رابطه خطی بین مقدار جذب، وزن تر (میلی‏گرم در میلی‏لیتر) و وزن خشک (میلی‏گرم در میلی‏لیتر) ریزجلبک‏های Nodularia spTetraselmis spChlorella sp. و Chlamydomonas sp. در محیط کشت‏ها و شرایط بهینه رشدی را نشان می‏دهد. این ارتباط بسیار معنی‏دار و مثبت است. برای Tetraselmis sp.، رابطه مقدار جذب و وزن تر (647/0-x61/11=y و 58>y>5/0) با 995/0=R2 و مقدار جذب و وزن خشک (020/0-x634/0=y و 5/5>y>2/0) با 993/0=R2 و رابطه بین وزن تر و خشک آن (013/0+x054/0=y و 58>x>5/0) با 999/0=R2 است. برای Chlorella sp.، رابطه مقدار جذب و وزن تر (912/0+x44/11=y و 52>y>5/0) با 992/0=R2 و مقدار جذب و وزن خشک (097/0+x795/0=y و 6/6>y>08/0) با 993/0=R2 و رابطه بین وزن تر و خشک آن (034/0+x069/0=y و 64>x>5/0) با 999/0=R2 است. برای Chlamydomonas sp.، رابطه مقدار جذب و وزن تر (021/2-x50/10=y و 40>y>3/0) با 996/0=R2 و مقدار جذب و وزن خشک (071/0- x733/0=y و 85/2>y>04/0) با 994/0=R2 و رابطه بین وزن تر و خشک آن (068/0+x069/0=y و 39>x>4/0) با 998/0=R2 است. برای Nodularia sp.، رابطه مقدار جذب و وزن تر (366/1-x408/7=y و 35>y>3/0) با 996/0=R2 و مقدار جذب و وزن خشک (117/0+x777/0=y و 5/3>y>05/0) با 992/0=R2 و رابطه بین وزن تر و خشک آن (267/0+x104/0=y و 35>x>6/0) با 983/0=R2 است.

 

Tetraselmis sp.

Nodularia sp.

Chlamydomonas sp.

Chlorella sp.

شکل 4- رابطه بین مقدار جذب (در طول موج‏های 750 و 680 نانومتر) و وزن تر و خشک (میلی‏گرم در هر میلی‏لیتر) در ریزجلبک‏های Chlorella spTetraselmis sp.، Chlamydomonas sp. و Nodularia sp.  در شرایط بهینه رشدی (یعنی ریزجلبک‌ها بترتیب در محیط‌های BG11، F2، TAP و والن و در pH برابر 5/7 کشت و در شدت نور 4500 لوکس نگهداری شدند‌). (♦ وزن خشک و ■ وزن تر).

شکل 5- رابطه بین وزن تر و وزن خشک (میلی‏گرم در میلی‏لیتر) برای ریزجلبک‏های Chlorella spTetraselmis sp.، Chlamydomonas sp. و Nodularia sp. در شرایط بهینه رشدی (یعنی ریزجلبک‌ها بترتیب در محیط‌های BG11، F2، TAP و والن و در pH برابر 5/7 کشت و در شدت نور 4500 لوکس نگهداری شدند‌).

 

شکل 6 مقدار کلروفیلa ، b و کاروتنوئیدها را در ریزجلبک‏های Nodularia sp.، Tetraselmis sp.، Chlamydomonas sp. و Chlorella sp. در pH برابر 5/7 و شدت‏ نوری 4500 لوکس را نشان می‏دهد. نتایج ما نشان داد که بیشترین مقدار کلروفیل a بترتیب در Chlorella sp. (با 1/27 میکروگرم در میلی‌لیتر)، Tetraselmis sp. (با 4/19 میکروگرم در میلی‌لیتر) و سپس Chlamydomonas sp. (با 4/15 میکروگرم در میلی‌لیتر) یافت شد که اختلاف معنی‏داری در سطح 5 درصد میان Chlorella sp. و Tetraselmis sp. با Chlamydomonas sp. وجود داشتند (05/0P<). همچنین بیشترین مقدار کلروفیل b نیز بترتیب در ریزجلبک‌های سبز Chlorella sp. (8/12 میکروگرم در میلی‌لیتر)، Tetraselmis sp. (5/10 میکروگرم در میلی‌لیتر) و Chlamydomonas sp. (9/8 میکروگرم در میلی‌لیتر) یافت شد که اختلاف معنی‏داری را در سطح 5 درصد نشان ندادند (05/0P>). کمترین مقدار رنگدانه کلروفیل a و b در سیانوباکتری Nodularia sp. مشاهده شد که بترتیب 6/16 و 7/3 میکروگرم در میلی‌لیتر بود که اختلاف معنی‏داری با ریزجلبک‏های سبز در سطح 5 درصد داشتند (05/0P<).

بیشترین مقدار رنگدانه کاروتنوئید در ریزجلبک‌های‏ Tetraselmis sp. و Chlorella sp. (3/23 میکروگرم در میلی‌لیتر) مشاهده شد که اختلاف معنی‏داری در سطح 5 درصد با  Chlamydomonas sp.(3/13 میکروگرم در میلی‌لیتر) و Nodularia sp. (6/16 میکروگرم در میلی‌لیتر) نشان داد (05/0P<).

 

شکل 6- مقدار رنگدانه‏های کلروفیلa  و b و کاروتنوئیدها (میکروگرم در میلی‌لیتر) در ریزجلبک‏های Chlorella spTetraselmis sp.، Chlamydomonas sp. و Nodularia sp. در شرایط بهینه رشدی (یعنی ریزجلبک‌ها بترتیب در محیط‌های BG11، F2، TAP و والن و در pH برابر 5/7 کشت و در شدت نور 4500 لوکس نگهداری شدند‌). در هر رنگدانه، میانگین‏های دارای حروف مشابه اختلاف معنی‏داری نشان ندادند (05/0P>).

 

بحث و نتیجه گیری

محیط‏های آبی، از جمله تالاب‏ها و دریاچه‏ها بدلیل تولید و تنوع زیستی بالا، گونه‏های منحصر بفرد گیاهان، جانوران و ریزجلبک‏ها را در خود جای داده و از ارزش‏های اکولوژیک بسیار بالایی برخوردارند (6). امروزه ریزجلبک‏ها در صنایع مختلفی مانند دارویی‏، غذایی، آرایشی و آبزی پروری کاربرد فراوان دارند (20). قبلا جمعیت ریزجلبک‏های دریاچه‏های مختلف توسط محققین مطالعه شده است و نتایج مطالعات آن‏ها نشان داد که تغییر در جوامع فیوپلاکتونی نشان دهنده تغییرات محیطی بلند مدت و کوتاه مدت در اکوسیستم دریاچه هستند (6، 25 و 42).

طبق گزارشی در بهار سال 1384، میزان pH، EC، TDS و یون سدیم در دریاچه بزنگان بترتیب 5/7، 5/1 میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر، 96/0 ‌میلی‌گرم در لیتر و 2200 ‌میلی‌گرم در لیتر بود (12). مقایسه داده‏های موجود با اطلاعات مربوط به سال‏های گذشته، افزایش شوری و تغییرات pH را در آب دریاچه بزنگان نشان می‏دهد که بیشتر می‏تواند بدلیل خشکسالی‏های اخیر در منطقه و وجود لایه‏های مارنی و گچی موجود در سازندهای مسیر آب باشد (1). بنابراین میزان یون‏های محلول و هدایت الکتریکی، مقدار کل ذارت جامد معلق و کدورت آن و درصد شوری آب افزایش یافته است که در نهایت می‏تواند روی جمعیت ریزجلبک‏های آن تاثیرگذار باشد (10). دریاچه Bafa در غرب ترکیه پس از ساخت و سازهایی که در سال 1985 بمنظور کنترل سیل صورت پذیرفت‏، شوری دریاچه افزایش یافت. پس از بررسی جمعیت میکروارگانیزم‏های آن در طول یک سال‏، نتایج نشان داد که این جمعیت تغییر کرده است و ترکیبی از جمعیت‏های آب‏های شور و شیرین می‏باشد (25). 

با توجه به نقش و کاربرد ریزجلبک‏ها در صنایع مختلف، فراهم آوردن شرایطی برای دست یافتن به رشد بهینه آن‏ها از اهمیت ویژه‏ای برخوردار است. تاکنون مطالعات بسیاری در این مورد انجام شده است و فاکتورهایی از قبیل شدت و طول دوره نوردهی، دما، pH و غلظت و نوع ترکیبات محیط کشت از عوامل تأثیر گذار بر روی رشد و تولید رنگدانه‏ها در ریزجلبک‏ها محسوب می‏شوند (22 و 55). همان طور که در بالا ذکر شد، تغییر در نوع و ترکیبات محیط کشت، یکی از عوامل مهم در رشد ریزجلبک‏ها محسوب می‏شود. در گزارشی که در سال 2013 انجام شد، اثر دو محیط کشت F2 گیلارد و کانوی بر رشد Tetraselmis sp. بررسی شد و نتایج آن نشان داد که، پس از 120 ساعت، محیط کانوی (3/2 گرم در لیتر) اثر بهتری نسبت به F2 گیلارد (4/1 گرم در لیتر) بر رشد آن دارد (23). همچنین اثر محیط کشت‏های مختلف بر رشد Chlorella sp. بررسی و نتایج آن نشان داد که محیط کشت BG11 اثر بهتری بر رشد آن نسبت به محیط کشت F2 دارد (مقدار جذب در روز 12 رشد در محیط کشت‏های BG11 و F2 بترتیب 6/1 و 22/0 بود) (52).

pH نیز یکی از مهمترین فاکتورها در رشد ریزجلبک‏ها است چون می‏تواند حلالیت و دسترسیCO2  و دیگر مواد غذایی ضروری را تعیین کند (22). نتایج مطالعه‏‏ای نشان داد که بهترین رشد ریزجلبک Mortierella alpine در محیط کشتی با pH بین 7 تا 8 مشاهده شد و بالاتر و پایین‏‏تر از آن رشد کاهش یافت (55). نتایج مشابهی هم توسط دیگر محققان بدست آمد که نشان دهنده بهینه رشد  ریزجلبک‏های مختلف در pH برابر 5/7 است (27 و 39).

مطالعات مختلف نیز نشان دادند با افزایش شدت نور، جذب مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر از محیط کشت در زمان کوتاه‏تری و با سرعت بیشتری صورت می‏گیرد در نتیجه بیومس سلولی افزایش می‏یابد (28). اما در شدت نورهای بسیار بالا مقدار بیومس تولیدی کاهش می‏یابد که آن می‏تواند بخاطر تخریب لاملای کلروپلاستی و غیرفعال شدن آنزیم‏های درگیر در فرآیند تثبیت CO2 باشد (21 و 32). نتایج مطالعه‏ای روی برخی ریزجلبک‏های میکروسکوپی نشان داد که در شدت نور بالا یا پایین‏تر از شرایط مطلوب، رشد جلبک‏های تک سلولی محدود می‏شود و در شدت نور بالا ممانعت نوری رخ می‏دهد (20).

کمی سنجی دقیق مقدار بیومس ریزجلبک‏ها بسیار مهم و با شیوه‏های مختلفی انجام می‏شود. آن برای تعیین کارایی رشد و درک فرآیندها و مکانیسم‏های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ریزجلبک‏ها ضروری است. روش‏های مختلفی برای ارزیابی بیومس جلبکی وجود دارد که یکی از در دسترس‏ترین و در عین حال دقیق‏ترین روش‏ها برای مقیاس آزمایشگاهی و همچنین مقیاس‏های گسترده، تعیین وزن خشک، وزن تر و OD آن‏ها است (51). گزارش‏هایی بر روی تعیین رابطه بین بیومس و OD انجام شده است که براحتی قابل تبدیل به یکدیگر هستند (31 و 35). در تحقیقی رابطه بین OD و وزن خشک و تراکم سلولی در پنج ریزجلبک Nanochloropsis oculata، Nanochloropsis salina، Nanochloropsis ، Phaeodactylum tricornutum  و Cylindrotheca  fusiformis را در طول موج 750 نانومتر بررسی کردند و نتایج نشان داد که یک ارتباط خطی معنی‏دار بین این سه فاکتور وجود دارد. همچنین در تراکم سلولی پایین ارتباط بین OD و تراکم سلولی قوی‏تر از بین وزن خشک و تراکم سلولی بود و تراکم سلولی بالا، روش وزن خشک دقیق‌تر از دو فاکتور دیگر بود (35).

کلروفیل‏ها و کاروتنوئیدها گروهی از رنگدانه‏های فتوسنتزی هستند که در گیاهان، جلبک‏ها و فیتوپلانکتون‏ها وجود دارند. مطالعات مختلف نشان دادند که شوری، pH و دما، بعلت اثر بر روی فرآیندهای بازدارنده فتوسنتز، بر روی مقدار این رنگدانه‏ها موثر هستند (2 و 15). همچنین مقدار رنگدانه‏ها در گونه‏ها و حتی استرین‏های مختلف یک گونه ممکن است، متفاوت باشد (15). در گزارش اکبرپور و همکاران در سال 1393، حداکثر میزان رنگدانه کلروفیل a و b در ریزجلبک Tetraselmis chuii در تیمار شوری 10 قسمت در هزار بترتیب /9832 و 7/92718 میکروگرم بر میلی‏لیتر و در رابطه با رنگدانه کاروتنوئید کل نتایج حاکی از آن بود که میزان آن14/752 × 103  میکروگرم بر میلی‏لیتر بود (2). نتایج مطالعه‏ای دیگر که در سال 1394 انجام شد، نشان داد که بیشترین مقدار کاروتنوئید در شوری 99/2 مولار و شدت نور 200 میکرومول در ریزجلبک Dunaliella salina، 07/5 میکروگرم در هر میلی‏لیتر و کمترین آن در شدت نور 40 میکرومول، 82/1 میکروگرم در هر میلی‏لیتر بود (9). همچنین مقدار کل کاروتنوئید در ریزجلبک‏های سبزMicractinium sp.  و Mychonastes rotundus که در محیط کشت BBM کشت شده بودند، بترتیب 05/6 و 75/5 میکروگرم در هر میلی‏لیتر گزارش شد. مقدار کلروفیل و کاروتنوئید درMicractinium sp.  و Mychonastes rotundus بترتیب 2 و 5/1 برابر سیانوباکتری‏ Oscillatoria sp. بود (26). در گزارشی دیگر، مقدار کلروفیل a در عصاره متانولی سیانوباکتری Schizothrix vaginata که در شرایط شدت نور 5000 لوکس و pH حدود 7 رشد یافته بودند، 25/2

میکروگرم در میلی‏لیتر بود (8). همچنین بیشترین میزان کلروفیل در سیانوباکتری106  Synechococcus sp. ISC، 078/1 میکروگرم در میلی‏لیتر، در شرایط  pH برابر 9 و غلظت 25/0 درصدNaNO3 ‏ مشاهده گردید (15).

سپاسگزاری

بدین وسیله از معاونت محترم پژوهشی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد به خاطر حمایت مالی از این طرح (به شماره 40359/3)، تشکر و قدردانی می‌گردد.

  • آدابی، م. ح. و محمدزاده، ح. 1376، مکانیسم تشکیل و وضعیت هیدرولوژیکی دریاچه بزنگان واقع در شرق حوضه کپه داغ، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 7(40): 31-44.
  • اکبرپور، ا.، خلیل‏پذیر، م. و زنده بودی، ع. 1393، بررسی تأثیر غلظت های مختلف شوری بر روی میزان رشد و ترکیبات بیوشیمیایی ریزجلبک تک سلولی تتراسالمیس چوئی(Tetraselmis chuii) ، مجله علمی شیلات ایران، 23(1): 9-23.
  • امینی خوئی، ز.، سیدآبادی، ج. و رمضان‌پور، ز. 1398، اثر شدت و دوره‌های نور بر رشد و زیتوده میکرو جلبک Chlorella vulgaris، مجله علمی شیلات ایران، 19(3): 11-20.
  • سلطان، ط.، نوروزی، م. و آموزگار، م. ع. 1395، بررسی میزان کلروفیل a و b و توتال کاروتنوئید و هم چنین فعالیت آنتی اکسیدانی چهار گونه جلبک سبز جداشده از سواحل گلستان دریای خزر، مجله تازه‌های بیوتکنولوژی سلولی- مولکولی، 6(24): 31-36.
  • خلیل‌پذیر، م.، اکبرپور، ا. و وهاب‌نژاد، آ. 1396، میزان رشد و تراکم ریزجلبک Tetraselmis chuii در شدت‌های نوری مختلف، نشریه توسعه آبزی‌پروری، 11(2): 39-48.
  • خوشبخت، ف. 1376، مطالعه اکولوژیکی و فلور جلبکی دریاچه بزنگان، پایان‏نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد، 10-11.
  • رفیعی‏، ف.، اشجع اردلان، ا.، اصغر بیگی، ن. و اسماعیل‏زاده، ع. 1390، بررسی اثر غلظت‏های مختلف نیترات بر میزان پروتئین، کلروفیل a و وزن خشک جلبک Tetraselmis suecica، مجله آبزیان و شیلات، 2(6): 19-26.
  • سلطانی، ن.، ایرانشاهی، ش.، نظری، ف.، بلفیون، م.، رحمانی، م. و ابراهیمی، ب. 1394، اثر شدت‏های مختلف نور بر پاسخ‏های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی سیانوباکتری Schizothrix vaginata تحت تیمار نفتالن، مجله بوم شناسی آبزیان، 4(4): 25-32.
  • سلمانی‏نژاد، م. 1394، تاثیر محیط کشت و شدت نور بر رشد و کاروتنوئیدهای جلبک Dunaliella salina دریاچه ارومیه، مجله پژوهش‏های گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)، 28(4): 71-83.
  • شهنواز، ب. و قاسم‏زاده، ف. 1394، تنوع فیلوژنتیکی باکتری‏های قابل کشت دریاچه بزنگان و نقش اکولوژی آن‏ها، مجله پژوهش‏های سلولی و مولکولی، 28(3): 360-370.
  • صلواتیان، م.، عبدالله پور، ح.، نظامی بلوچی، ش. ع.، مکارمی، م. و پورغلامی مقدم، ا. 1389، ترکیب گونه‏ای و تعیین تراکم فیتوپلانکتونی در دریاچه پشت سد لار، مجله علمی- تخصصی تالاب دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، 2(3): 26-38.
  • غلامی، ع. 1382، بررسی و شناسایی اکولوژیکی فلور آبزی و حاشیه‏ای دریاچه بزنگان، پایان‏نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد، 66-67.
  • قائنی، م.، سید هشترودی، م.، قادری، ف. و رومیانی، ل. 1391، بررسی کلروفیل a و کاروتنوئیدها در ریزجلبک اسپیرولینا، مجله علمی پژوهشی زیست شناسی دریا، 14(3): 1-7.
  • قلی‌زاده، ف.، قنبری، ط.، شریفی، و.، سلطانی، ن. و علوی، م. 1395، بهینه‌سازی تولید نشاسته توسط جلبک کلامیدوموناس رینهاردتی با روش سطح پاسخ، فصلنامه علمی-پژوهشی زیست شناسی میکروارگانیزم ‌ها، 19(5): 11-22.
  • کیائی، ا.، سلطانی، ن.، مظاهری اسدی، م.، خاوری نژاد، ر. و دزفولیان، م. 1392، بررسی شرایط بهینه بمنظور استفاده از سیانوباکتری Synechococcus sp. بعنوان کاندید تولید بیودیزل، مجله بوم شناسی آبزیان، 2(4): 40-51.
  • نجات خواه معنوی، پ.، مهدوی، م. و فروزد، م. 1389، بررسی جوامع فیتوپلانکتونی و کیفیت آب در تالاب بندعلی خان، مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، 1: 149-162.

 

  • Algae Base [Internet], Galway: National University of Ireland. 2015 [cited 16 december 2015], Available from:http://www.algaebase.org.
  • Bechet, Q., Shilton, A. and Guieysse, B. 2013, Modeling the Effects of Light and Temperature on Algae Growth: State of the Art and Critical Assessment for Productivity Prediction During Outdoor Cultivation, Biotechnology Advances, 31 (8): 48-63.
  • Bellinger, E.G. and Sigee, D.C. 2015, Freshwater Algae: Identification and Use as Bioindicators, Wiley-Blackwell, 271pp.
  • Bouterfas, R., Belkoura, M. and Dauta, A. 2006, The Effects of Irradiance and Photoperiod on the Growth Rate of Three Freshwater Green Algae Isolated from a Eutrophic Lake, Limnetica, 25 (3): 647-656.
  • Brody, M. and Vatter, A.E. 1959, Observations on Cellular Structures of Porphyridium cruentum, Journal of biophysical and biochemical cytology, 5: 89-
  • Chen, C.Y. and Durbin, E.G. 1994, Effects of pH on the Growth and Carbon Uptake of Marine Phytoplankton, Marine Ecology-Progress Series Journal, 109: 83-
  • Cruz Coelho, A., Ubirajara Goncalves Barros, M., Henrique Cavalcante Bezerra, J., William Alves da Silva, J., Lafaiete Moreira, R. and Ronald Lobo Farias, W. 2013, Growth of the Microalgae Tetraselmis tetrathele and Nitrate Depletion in Culture Medium Guillard f/2 and Conway, Acta Scientiarum, 35 (2): 163-168.
  • Del Campo, J.A., Garcia-Gonzalez, M. and Guerrero, M.G. 2007, Outdoor Cultivation of Microalgae for Carotenoid Production: Current State and Perspectives, Applied Microbiology and Biotechnology, 74: 63-74.
  • Demir, N. 2007, Changes in the Phytoplankton Community of a Coastal, Hyposaline Lake in Western Anatolia, Turkey, Limnology, 8: 37-42.
  • Dharma, A., Sekatresna,W., Zein, R., Chaidir, Z. and Nasir, N. 2017, Chlorophyll and Total Carotenoid Contents in Microalgae Isolated from Local Industry Effluent in West Sumatera, Indonesia, Der Pharma Chemica, 9 (18): 9-11.
  • Garcia, C.M.C., Sevilla, J.M.F., Fernandez, F.G.A., Grima, E.M. and Camacho, F.G. 2000, Mixotrophic Growth of Phaeodactylum tricornutum on Glycerol: Growth Rate and Fatty Acid Profile, Journal of Applied Phycology, 12: 39-48.
  • Ghezelbash, F., Farboodnia, T., Heidari, R. and Agh, N. 2008, Effects of Different Salinities and Luminance on Growth Rate of the Green Microalgae (Tetraselmis chuii), Research Journal of Biological Sciences, 3 )3(: 11-14.
  • Goh, L.P., Loh, S.P., Fatimah, M.Y. and Perumal, K. 2009, Bioaccessibility of Carotenoids and Tocopherols in Marine Microalgae, Nannochloropsis and Chaetoceros sp., Malaysian Journal of Nutrition, 15 (1): 77-86.
  • Guillard, R.L. 1973, Handbook of phycological methods, Cambridge University Press.Cambridge, 1: 289-312.
  • Huo, S., Yuan, Z., Zhou, W., Wang, Z., Zhu, S., Dong, L., Huang, W. and Dong, R. 2015, Biomass Measurement of Microalgae Cultivated under Photoautotrophic Conditions for Biofuels, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 37: 47–54.
  • Iqbal, M. and Zafar, S. 1993, Effects of Photon Flux Density, CO2, Aeration Rate, and Inoculum Density on Growth and Extracellular Polysaccharide Production by Porphyridium cruentum, Folia Microbiologica, 38: 9-
  • Katircioglu, H., Beyatli, Y., Aslim, B., Yuksekdag, Z. and Atici, T. 2006, Screening for Antimicrobial Agent Production in Fresh Water, The Internet Journal of Microbiology, 2 (2): 1-5.
  • Lee, R.E. 2008, phycology, fourth edition, Cambridge university press 4th edition, 561 P.
  • Lin, L., Guanpin, Y., Baohua, Z. and Kehou, P. 2017, A Comparative Study on Three Quantitating Methods of Microalgal Biomass, Indian Journal of Geo Marine Sciences, 46 (11): 65-72.
  • Liu, C., Jin, X. and Sun, L. 2005, Effects of pH Oil Growth and Species Changes of Algae in Freshwater, Journal of Agro-Environment Science, 24 (2): 94-98.
  • Lopes, E.J., Scoparo, C.H., Lacerda, L.M. and France, T.T. 2008, Effect of Light Cycles (Night/Day) on CO2 Fixation and Biomass Production by Microalgae in Photobioreactors. Chemical Engineering and Processing, 4 (3):1-5.
  • Mohammed, M. and Mohd, M. 2011, Production of Carotenoids (Antioxidants/ Colournt) in Spirulinain response to Indoleacetic Acid (IAA), International Journal of Engineering Science and Technology, 3 (6): 21-29.
  • Munir, N., Imtiaz, A., Sharif, N. and Naz, S. 2015, Optimization of Growth Conditions of Different Algal Strains and Determination of their Lipid Contents, The Journal of Animal & Plant Sciences, 25 (2): 46-53.
  • Mustapa, M., Sallehudin, N.J., Shamzi Mohamed, M., Mohammad Noor, N. and Ahmad Raus, R. 2016, Decontamination of Chlorella sp. Culture using Antibiotics and Antifungal Cocktail Treatment, Journal of Engineering and Applied Sciences, 11 (1): 104-109.
  • Mutanda, T., Ramesh, D., Karthikeyan, S., Kumari, S., Anandraj, A. and Bux, F. 2011, Bioprospecting for Hyper-Lipid Producing Microalgal Strains for Sustainable Biofuel Production, Bioresource Technology, 102: 57-70.
  • Naeimi, M. and Zehtabian, G.R. 2011, Review of Saline Water in Desert Management, International Journal of Environmental Science and Development, 2 (6): 474-478.
  • Ogbonda, K.H., Aminigo, R.E. and Abu, G.O. 2007, Influence of Temperature and pH on Biomass Production and Protein Biosynthesis in a Putative Spirulina , Bioresource Technology, 98 (11): 7-11.
  • Pulz, O. and Gross, W. 2004, Valuable Products from Biotechnology of Microalgae, Applied Microbiology and Biotechnology, 65 (6): 35-48.
  • Qasmi, M.A., Raut, N., Talebi, S., Rajhi, S.A. and Barwani, T.A. 2012, A Review of Effect of Light on Microalgae Growth, World Congress on Engineering, 1: 8-10.
  • Richmond, A. 2004, Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and applied phycology, Blackwell, Oxford. 566P.
  • Sajilata, M.G., Singhal, R.S. and Kamat, M.Y. 2008, Fractionation of Lipids and Purification of Y-Linolenic Acid (GLA) from Spirulina platensis, Food Chemistry, 109 (3): 80-86.
  • Saleh, A.M., Dhar, D.W. and Singh, K. 2011, Comparative Pigment Profiles of Different Spirulina Strains, Research in Biotechnology, 2 (2): 67-74.
  • Sumanta, N., Imranul Haque, C., Nishika, J. and Suprakash, R. 2014, Spectrophotometric Analysis of Chlorophylls and Carotenoids from Commonly Grown Fern Species by Using Various Extracting Solvents, Research Journal of Chemical Sciences, 4 (9): 63-69.
  • Tingting, R. 2014, Primary Factors Affecting Growth of Microalgae Optimal Light Exposure Duration and Frequency, Graduate Theses and Dissertations.
  • White, L.H., Martin, D.W., Witt, K.K. and Vogt, F. 2014, Impacts of Nutrient Competition on Microalgae Biomass Production, Journal of Chemometrics, 28 (4): 448-461.
  • Wong, Y.K., Ho, Y.H., Ho, K.C., Leung, H.M. and Yung, K.K.L. 2017, Growth Medium Screening for Chlorella vulgaris Growth and Lipid Production, Journal of Aquaculture & Marine Biology, 6 (1): 1-10.
  • Visviki, I. and Santikul, D. 2000, The pH Tolerance of Chlamydomonas applanata (Volvocales, Chlorophyta), Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 38: 147-151.
  • Zang, C., Huang, S. and Wu, M. 2011, Comparison of Relationships Between pH, Dissolved Oxygen and Chlorophyll a for Aquaculture and Nonaquaculture Waters, Water Air and Soil Pollution, 219 (4): 157-174.
  • Zhu, M., Zhou, P.P. and Yu, L.J. 2002, Extraction of Lipids from Mortierella alpina and Enrichment of Arachidonic Acid from the Fungal Lipids, Bioresource Technology, 84: 93-95.
دوره 33، شماره 4
دی 1399
صفحه 861-877
  • تاریخ دریافت: 21 خرداد 1398
  • تاریخ پذیرش: 24 تیر 1398