Artículos

 

Cultivo de microalgas marinas con medios enriquecidos con productos de naturaleza zeolítica

 

Mario Nieves ^1,4, Domenico Voltolina², José López Ruiz³, Marco Antonio Cisneros¹ y Pablo Piña^1,4

 

¹ Universidad Autónoma de Sinaloa, Facultad de Ciencias del Mar, Paseo Claussen s/n, P. O. Box 1132, Mazatlán, Sinaloa, México.

² Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, Laboratorio de Microalgas UAS-CIBNOR, P. O. Box 1132, Mazatlán, Sinaloa, México.

³ Grupo de Investigación Zeolitas-Acuicultura, Universidad de Cádiz, Centro Andaluz Superior de Estudios Marinos, Departamento de Ciencias Navales. 11510 Puerto Real, Cádiz, España.

⁴ Posgrado Interinstitucional en Ciencias Pecuarias, Universidad de Colima, 25 de julio 965. Col. Villas de San Sebastián, Cp. P. 28045, Colima, Col., México

 

Recibido: 6 de mayo de 1999
Aceptado: 21 de octubre de 1999

 

Resumen

Se cultivaron las microalgas marinas Chaetoceros sp. e Isochysis sp. en medio f enriquecido con 5, 10 y 20 mg-l^-1 de los productos de naturaleza zeolítica (PNZ) Zestec 56, Zesep 56 y Zeben 06. Al final de la fase exponencial los cultivos de Chaetoceros con PNZ registraron concentraciones celulares promedio entre un 40 y un 50%, superiores que en los cultivos control, destacando los resultados obtenidos con 20, 10 y 5 mg-l^-1 de Zestec 56, Zesep 56 y Zeben 06, respectivamente. En el caso de Isochrysis sp. los mejores resultados se obtuvieron con todas las concentraciones de Zestec 56 y con 5 mg-l^-1 de Zesep 56 y Zeben 06. En la fase de crecimiento desacelerado los mejores tratamientos fueron los mismos para Chaetoceros, aunque las diferencias numéricas fueron menos importantes que en la fase anterior, mientras que Isochrysis alcanzó las mayores concentraciones con 5 mg-l^-1 de Zesep 56, seguido por los valores registrados con 10 mg-l^-1 de Zestec 56 y Zeben 06. Estos resultados fueron confirmados mediante un nuevo parámetro poblacional que mide la respuesta de las microalgas en términos de natalidad relativa, con respecto al control y demuestran que para Chaetoceros sp. los PNZ por lo general tuvieron un efecto más evidente al final de la fase de crecimiento exponencial, mientras que para Isochrysis sp. parecen actuar con mayor eficacia en la fase de crecimiento desacelerado de los cultivos.

Palabras clave: Cultivo de microalgas, Chaetoceros, Isochrysis, productos de naturaleza zeolítica.

 

Abstract

The marine microalgae Chaetoceros sp. and Isochrysis sp. were cultured with 5, 10 and 20 mg-l^-1 of the products of zeolitic nature Zestec 56, Zesep 56 and Zeben 06 and generally gave better results than with the control of medium. At the end of exponential growth, Chaetoceros cultures had cell concentrations about 40-50% higher with 20, 10 and 5 mg-l^-1 of the other two products in the case of Isochrysis. Durinh slow growth the best treaments were the same in the case of Chaetoceros, although the differences were numerically less important, while 5 mg-l^-1 of Zesep 56 and 10 mg-l^-1 of Zeben 06 and Zestec 56 gave the highest values with Isochrysis. The results obtained with cell concentrations were confirmed by statistical analysis of relative natality, which compares the number of cell divisions of the treatments to that of the control cultures. They also show that in general the effect of these products is more evident during the exponential phase for Chaetoceros and during slow growth in the case of Isochrysis.

Keywords: Microalgae cultures, Chaetoceros, Isochrysis, products of zeolitic nature.

 

Introducción

La producción masiva de microalgas para la alimentación de larvas de especies marinas en laboratorios comerciales representa una fracción considerable del costo total de operación de esos laboratorios, debido a la necesidad de mano de obra calificada, de infraestructura adicional y adecuada y de los varios productos químicos que se requieren para este proceso (Fulks y Main, 1991; Coutteau y Sorgeloos, 1992), motivo por el cual es importante investigar nuevas técnicas y nuevos medios de cultivo, que influyan directa o indirectamente en la reducción de costos.

Aunque se han reportado los resultados de muchos estudios sobre este problema, la mayoría de ellos están dirigidos a reducir el costo de los medios de cultivo sustituyendo las formulaciones tradicionales con una variedad de productos tales como fertilizantes foliares de uso común en la agricultura o biodigeridos (Fábregas et. al., 1987; Paniagua Michel et. al., 1987; Corsini y Karydis, 1990; Sanchez Saavedra y Voltolina, 1994a; Nieves y Vega-Pérez, 1994). Aparte del hecho que en varios casos los resultados no son totalmente alentadores debido a que con estos medios la producción es generalmente menor y a menudo irregular (Nieves et. al., 1996; Voltolina et. al., 1998), también se ha hecho notar que de todas maneras este acercamiento es escasamente susceptible de ofrecer una solución real a este problema, debido a que el costo del medio es un factor poco importante sobre el costo global de producción de microalgas (Torres Rodríguez, 1997).

Una posibilidad diferente es la de enriquecer los medios de cultivo con compuestos que incidan directamente en la división celular y aceleren el proceso de producción en los sistemas de cultivo, ofreciendo la posibilidad de ahorros reales en términos de tamaño y uso de la infraestructura. En esta perspectiva, se ha demostrado que algunos productos de naturaleza zeolítica (PNZ) hacen posible aumentar la biomasa de algunas diatomeas que se puede obtener en un tiempo determinado, lo cual es susceptible de reducir los costos de producción aumentando sustancialmente la productividad de cada sistema de cultivo (López Ruiz et. al., 1995; Voltolina et. al., 1996).

Las zeolitas sintéticas como los PNZ se preparan con varias técnicas; se pueden usar procesos de reabsorción hidrotérmica de geles de sílice y alúmina en medios fuertemente alcalinos, o se pueden tratar en ambiente alcalino diversos materiales base con altos contenidos de sílice y de alumina en varias condiciones, que se refieren especialmente al tiempo de reacción y de cristalización, a la temperatura y a la presión en ambiente húmedo o seco, a la agitación y al tipo de estructurador de cristalización que se emplea en el proceso.

El efecto de los PNZ en la producción de microalgas no ha sido estudiado en mayor detalle y ahora se está intentando dilucidar los mecanismos que lo favorecen. Por ejemplo, no se conoce si estos resultados pueden ser mejorados con dosis mayores de PNZ y queda por demostrar si es posible obtener resultados similares con microalgas diferentes de las diatomeas, cuyo crecimiento pudiera verse estimulado por una posible disolución de los silicatos contenidos en las zeolitas.

En este contexto, el presente trabajo está dirigido a describir y comparar el crecimiento de dos especies de microalgas marinas, una de ellas sin requerimientos conocidos de silicatos, cultivadas con diferentes concentraciones de tres productos zeolíticos.

 

Materiales y métodos

Las microalgas marinas utilizadas en este estudio fueron la fitoflagelada Isochrysis sp. (IS-X-1) y la diatomea Chaetoceros sp. (CH-X-1), obtenidas de la colección de cepas del Centro de Investigación Científica y de Estudios Superiores de Ensenada (Trujillo Valle, 1993).

Para las pruebas de cultivo se usó el medio f de Guillard y Ryther (1962) preparado con agua de mar filtrada a un μm y esterilizada por vía química según Hemerick (1973), sin silicatos para Isochrysis sp. y enriquecido con una doble cantidad de silicatos en el caso de Chaetoceros sp., debido a su alta demanda de silicio (Villegas Hernández, 1997).

Cada microalga se cultivó en cuadruplicado en medio f solo (medio de cultivo control) y enriquecido con 5, 10 y 20 mg-l^-1 de los tres PNZ experimentales Zestec 56, Zesp 56 y Zeben 06 cuyos componentes se muestran en la Tabla 1. Los experimentos se llevaron a cabo en recipientes de 3 litros con 1.5 litros de medio previamente tratados con una solución de ácido muriático y enseguida lavados cuidadosamente con agua destilada, iniciando cada repetición de cada uno de los tratamientos con una concentración inicial de siembra de 50,000 cél-ml^-1 para ambas especies.

Cada experimento consistió de tres pruebas sucesivas. En la primera se usó un inóculo común cultivado en medio f, mientras que en las dos restantes se utilizaron mezclas de las repeticiones de cada tratamiento, para inocular cuatro nuevos cultivos con el mismo enriquecimiento. Así por ejemplo se determinó la concentración celular de la mezcla de los cuatro cultivos con 5 mg-l^-1 de Zestec 56, este dato sirvió para determinar el volumen de esta mezcla que era necesario para iniciar otros cuatro cultivos con la misma concentración de este PNZ. De la misma manera, al final de esta prueba, se inició el tercero y último ensayo.

En todas las pruebas los recipientes fueron colocados en forma aleatoria en los estantes, la intensidad luminosa se mantuvo entre 6,900 y 7,000 lux, la temperatura de cultivo fue de 23±1°C y los cultivos se mantuvieron en suspensión mediante burbujeo de aire comprimido, no enriquecido con CO₂.

Cada prueba duró cuatro días, considerando que las densidades ópticas, medidas diariamente con un colorímetro Klett Summerson equipado con filtro verde, indicaron que la fase de crecimiento exponencial terminó el día tres y que el día siguiente los cultivos se encontraban en la fase de crecimiento lento, por lo que en esos días se obtuvieron muestras que fijaron con lugol para su recuento posterior con hematocitómetro.

El número de divisiones celulares totales o natalidad absoluta de cada repetición i en el tiempo t se calculó tomando en cuenta la concentración inicial (N₀=50,000 cél-ml^-1; t=0) y las densidades celulares registradas en los días tres y cuatro. La ecuación utilizada para este fin fue la siguiente:

donde:

N₀ = Densidad celular inicial.

Nti = Densidad celular al tiempo t de la repetición i.

Σμ_ti = Número total de divisiones celulares en el tiempo t, de la repetición i.

Para obviar el problema de la variabilidad entre bioensayos se calculó el promedio con respectiva desviación estándar de los valores de Σμ_ti del control () en un día particular y se dividieron los valores de Σμ_ti de cada repetición de cada uno de los tratamientos entre y se promediaron los resultados. Esta nueva variable se denominó tasa de natalidad relativa, expresada en este trabajo como:

Los datos promedio de los días tres y cuatro registrados en cada tratamiento de concentración celular (cel-ml^-1 y Σμ_Riregistrados los días tres y cuatro para cada tratamiento con cada una de las dos especies fueron sometidos a pruebas de análisis de varianza paramétrica o no paramétrica de dos factores, verificando previamente la normalidad y homoscedasticidad de los datos(Conover, 1980; Sokal y Rohlf 1979; Wilson, 1956). En los casos donde los estadísticos de prueba resultaron significativos se hicieron las pruebas de comparaciones múltiples correspondientes, con un nivel de significancia del 5% (Zar, 1996).

 

Resultados

Mediante un análisis preliminar de los resultados no se detectaron indicios de fenómenos de aclimatación de las dos cepas a las posibles modificaciones del medio inducidas por las características peculiares de los productos zeolíticos (Cisneros, 1998). Por este motivo, los datos relativos a las tres pruebas llevadas a cabo con cada tratamiento se promediaron y contrastaron mediante técnicas estadísticas ya mencionadas.

En la Tabla 2A, se puede apreciar que tres días después del inóculo, todos los cultivos de Chaetoceros en los medios con PZN tenían concentraciones celulares significativamente superiores que las registradas en los cultivos control y que las más altas se encontraron con 20 mg-l^-1 de Zestec 56, con 10 mg-l^-1 de Zesep 56 y con 5 mg-l^-1 de Zeben 06, sin diferencias entre estos tres enriquecimientos. En el cuarto día de cultivo estos mismos tratamientos dieron nuevamente los resultados mejores, mientras que en tres casos (20 mg-l^-1 de Zesep 56 y 10 y 20 mg-l^-1 de Zeben 06) las concentraciones celulares no resultaron significativamente mayores de las encontradas con el medio f sin PNZ.

De igual manera se comportó la natalidad relativa (Tabla 2B), aunque en este caso los mejores resultados fueron con 20 mg-l^-1 de Zestec 56 y con 5 mg-l^-1 de Zeben 06 al final del tercer día, con una natalidad absoluta promedio de aproximadamente el 17% superior que la registrada con el medio f, que al día siguiente se redujo a poco más del 8% en el primer caso y al 7% en el segundo, confirmando además la tendencia a valores menores y de hecho estadísticamente no diferentes en los cultivos con el medio f enriquecido con más de 5 mg-l^-1 del producto Zeben 06.

Estos resultados coinciden en gran parte con los descritos en Voltolina et. al. (1997), aunque los datos no son totalmente comparables ya que los inóculos iniciales, el volumen de los recipientes de cultivo y el tipo de medio usado como control fueron diferentes.

En el caso de Isochrysis sp. de la misma manera que con Chaetoceros sp. se hace evidente el efecto positivo del enriquecimiento con PNZ, con una tendencia generalizada a concentraciones celulares promedio mayores prácticamente en todos los tratamientos con respecto al control, aunque en varios casos las diferencias no resultaron estadísticamente significativas. Esto se explica por los diferentes valores de concentración que se encontraron en las tres pruebas, que se ven reflejados por los altos valores de la desviación estándar que se reportan en la Tabla 3A. De todas maneras, las mejores cosechas se obtuvieron, para el día 3, con 10 y 20 mg-l^-1 de Zestec 56 y con 5 mg-l^-1 de Zesep 56 y Zeben 06, mientras que el día 4 el mejor resultado fue con Zesep 56, aunque esto no resultó estadísticamente diferente de los valores obtenidos con mg-l^-1 de los otros dos PNZ.

Resultados análogos a los mencionados se obtuvieron analizando los datos de natalidad relativa (Tabla 3B); esta última, al eliminar las diferencias en concentraciones celulares entre las diferentes pruebas, remarca la mayor eficiencia del enriquecimiento con 5 mg-l^-1 de Zesep 56, o con 10 mg-l^-1 de Zeben y Zestec.

 

Discusión

Es indudable que el número tan elevado de investigaciones sobre las diferentes maneras de optimizar los sistemas de cultivo de microalgas revela el interés que existe a nivel mundial sobre este campo del conocimiento, en vista de la posibilidad de aplicación prácticamente inmediata de los resultados que se obtengan. En este sentido, este estudio es novedoso sobre todo por el tipo de productos que se están estudiando, aunque es importante subrayar que la ventaja de este acercamiento reside en el hecho que los PNZ que se están evaluando son de precio mucho más bajo, en general no superior a los 5-6 dólares·Kg^-1 que los otros tipos de enriquecimientos que se sugiere en la literatura científica, como en los extractos de productos naturales o de desecho propuesto por Fábregas et. al. (1987), por Paniagua Michel et. al. (1987) y por Sánchez Saavedra y Voltolina (1994a), los cuales requieren de una inversión adicional para su preparación, o los reguladores de crecimiento vegetal estudiados por Alcántar Villagrana y López Ibarra (1994) y Barrecas Cota (1998), además de que no se requieren modificaciones al sistema de cultivo, como las propuestas por Sánchez Saavedra y Voltolina (1994b) y Torres Rodríguez (1997), las cuales implican gastos adicionales.

Este trabajo constituye un avance en esta línea de investigación, ya que se pudo demostrar que los tres productos inducen un mayor crecimiento en ambas microalgas y que se obtienen resultados mejores con concentraciones diferentes de PNZ, según el alga y el tipo de productos ensayado.

Finalmente, con los resultados de este estudio se pudo también confirmar que el efecto positivo de los PNZ no está limitado a las diatomeas, y que por lo tanto no puede ser el efecto de una disolución de los silicatos presentes en la estructura de las zeolitas, los cuales favorecerían solamente a las diatomeas.

 

Agradecimientos

Este estudio se llevó a cabo gracias al apoyo financiero de las instituciones de origen de los autores y del CONACyT (Proyecto 26709-B). Se agradece además el apoyo técnico de Martín Guerrero, Alejandra Medina y Sergio López y de Beatriz García por el mecanografiado del manuscrito.

 

Literatura citada

Alcantar-Villagrana, M. y G. López Ibarra, 1996. Crecimiento de tres especies de microalgas marinas utilizadas en acuicultura y cultivadas en diferentes concentraciones de fitohormonas. Tesis de Licenciatura. Departamento de Ciencias Químico-Biológicas. Universidad de Sonora. Hermosillo, México 64 p.         [ Links ]

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