Reach Us +44-1477412632
All submissions of the EM system will be redirected to Online Manuscript Submission System. Authors are requested to submit articles directly to Online Manuscript Submission System of respective journal.

The Effects of the Changes in the Composition of Nutrient on Lipid Content of Microalgae

Leyla Uslu*, Oya Işık, Yasemin Mutlu

Çukurova Üniversitesi Su Ürünleri Fakültesi, Adana

Corresponding Author:
Leyla USLU
Çukurova Üniversitesi Su Ürünleri Fakültesi, Temel Bilimler Bölümü, Balcalı Kampüsü 01330 Adana -TÜRKİYE
Tel: (+90 322) 338 60 84/2065
Fax: (+90 322) 338 64 39
E-mail: [email protected]
 
Visit for more related articles at Journal of FisheriesSciences.com

Abstract

In this study, the effects of nitrogen deficit on the growth rates, lipid and chlorophyll a contents of the species of Isochrysis affinis galbana (Prymnesiophyceae), Phaeodactylum tricornutum (Bacillariophyceae) and Porphyridium cruentum (Rhodellophyceae ) were examined. It was observed that nitrogen limitation increased the lipid content of I. affinis galbana and P. tricor-nutum. In the study subjected to 50% of nitrogen reduction, 30.91% lipid and 0.755±0.03 gl-1 dry matter were detected in I. affinis galbana, and 30.18% lipid and 0.978±0.02 gl-1 dry matter in the P. tricornutum. The study in which the nitrogen starvation (100% of nitrogen reduction) applied to P. cruentum, the lipid content(11.23%) was lower than the other two species.

Keywords

Isochrysis affinis galbana, Phaeodactylum tricornutum, Porphyridium cruentum, Lipid, N starvation

Giriş

Son yıllarda mikroalgal biyoteknolojiye gide-rek artan ilgi, bazı mikroalg türlerinin hücre içinde yüksek miktarda biriktirmiş olduğu meta-bolitlerden kaynaklanmaktadır.

Algler çok uzun yıllardan beri farklı alanlarda kullanılmakta olup; hücrelerinde biriktirdikleri protein, vitamin, yağ asitleri, karbohidrat, mineral ve pigment, hidrokarbon, polisakkarit, antibiyotik ve daha birçok metabolitleri nedeniyle insanlar tarafından başlıca besin desteği olmak üzere de-ğişik amaçlarla kullanılmaktadırlar. Bu nedenle II. Dünya savaşından buyana Amerika Birleşik Devletleri, Japonya, İngiltere, Almanya ve Nor-veç gibi gelişmiş ülkelerde mikroalglerin besinsel zenginliklerinden yararlanılmaktadır (Becker, 1994).

1970’li yıllarda değişik enerji kaynakları ara-yışı ile birlikte güneş enerjisi, dünyanın ilgisini üzerinde toplamıştır. Algler, güneş enerjisini en etkin kullanan canlılardır ve bu nedenle de farklı mikroalg türlerinde yeni bileşenlerin keşfedilmesi amacıyla mikroalg üretim teknolojisine ilgi gide-rek artmaktadır.

Temel fitoplankton gruplarından alınan örnek türlerin kültürleri yapılarak, büyümeleri üzerine farklı fiziksel ve kimyasal faktörlerin etkilerinin saptanması, bu grupların doğal populasyonlarının büyümeleri için gerekli olan sıcaklık, CO2 dü-zeyi, besin kaynağının kalitesi ve düzeyi, ışığın yoğunluk ve süresi gibi kritik faktörlerin saptan-ması açısından da önemlidir (Cirik ve Gökpınar, 1999).

Mikroalgler deniz balıkları yetiştiriciliği ve kabukluların üretiminde larva beslemede canlı yem olarak kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalar ile mikroalglerin protein, lipid, polisakkarit, pig-ment, karotenoid, vitamin, sterol, enzim, antibi-yotik ve daha pek çok kimyasal maddeler açısın-dan zengin oldukları belirlenmiş ve biyokimyasal içeriklerinden yararlanma amacıyla son 20 yıldır büyük miktarlarda alg kültürleri yapılmaya baş-lanmıştır (Becker, 1994).

Mikroalglerin büyük ölçekli yığın kültürlerin-den elde edilen biyomas ile bundan elde edilen protein, lipid, nişasta, gliserol, doğal pigment ve biyopolimer gibi metabolitlere olan ticari ilgi gi-derek artmaktadır. Birçok bilim adamı, mikro-algleri, uzun zincirli doymamış yağ asitleri kay-nağı (PUFA), vitamin E, pigmentler ve steroller, protein ve aminoasit gibi diğer metabolitlerin kaynağı olduğunu kabul etmişlerdir (Bandara ve ark., 2003).

Algal biyoteknolojideki gelişmelere rağmen mikroalg türlerinin kültürlerinde çeşitli güçlük-lerle karşılaşılmaktadır. Mikroalg kültürlerinde canlı kütlenin biyokimyasal kompozisyonu, çev-resel faktörler, besi ortamı, sıcaklık, tuzluluk, pH ve ışık gibi büyüme koşullarına bağlıdır (Suke-nik, 1991).

Mikroalgler organik madde sentezini gerçek-leştirmek için Karbon (C), Azot (N) ve Fosfor (P) gibi temel elementlere gereksinim duyarlar (Da-vis, 1977). Azot, enzim ve proteinlerin yapıtaşı olduğu için, yağ asitleri sentezi, algal hücrelerin protein fonksiyonları ve yapılaşmasında gerekli-dir. Azot kaynakları ve konsantrasyonları, alg kültürlerinde büyümeyi ve biyokimyasal kompo-zisyonu etkilemekte ve özellikle yağ asitleri de-ğerlerinde ve karotenoit miktarında değişikliklere neden olmaktadır. Azot atomu karbohidratlar ve yağlar üzerinde etkilidir. Bunun yanı sıra N sı-nırlaması hücresel yağ asitleri ve hücresel bü-yüme ile ilişkili olduğundan, yağ asitleri bakı-mından zenginleştirmede N sınırlaması etkilidir. Mikroalg kültürlerinde N sınırlaması, biyomas ve klorofil a miktarlarında azalmaya neden olurken, mikroalglerin biyokimyasal yapısındaki yağlar gibi organik karbon bileşiklerinde artışa neden olmaktadır. Bu durumda mikroalglerin klorofil a oranı azalırken, karotenoitlerde artış olmaktadır (Shifrin ve Chisholm, 1981; Sukenik ve ark., 1989).

Son yıllarda, tek hücreli alglerden elde edilen yağ ve yağ asidi ürünleri oldukça dikkat çekmiş-tir. İlk olarak Solar Enerji Araştırma Enstitüsü biyoyakıt olarak algal yağların kullanımı üze-rinde durmuştur (Neenan ve ark., 1986).

Enerji kaynağı olarak yenilenebilir, toksik ol-mayan, biyodizel yakıt kaynağı mikroalglerden yararlanma olanakları konusunda çalışmalar sür-dürülmektedir. Bu amaçla yağ içeriği ve büyüme hızı yüksek mikroalg türlerinin belirlenmesi ça-lışmalarının yanında, hücre içinde mevcut yağ içeriğinin arttırılmasını uyaran stres koşullarının belirlenmesi araştırmaları pek çok ülkede sürdü-rülmektedir (Converti ve ark., 2009; Damiani ve ark., 2010, Uslu ve ark., 2011).

Azot kaynağı ve düzeylerinin, algal kültür-lerde büyüme ve biyokimyasal kompozisyonu etkileyen en önemli faktörlerden biri olduğu bi-linmektedir (Xu ve ark., 2001). Bu çalışma, Prymnesiophyceae sınıfına ait Isochrysis affinis galbana, Bacillariophyceae sınıfına ait Phaeo-dactylum tricornutum ve Rhodellophyceae sını-fına ait Porphyridium cruentum türleri ile çalı-şılmıştır. I. affinis galbana iki kamçısı bulunan, haptoneması bulunmayan, sarı-kahverenkli tek bir kloroplastı olan, tek hücreli denizel bir türdür (Hoff ve Snell, 1987). Yüksek miktarda PUFA içermesinden dolayı akuakültürde özellikle bi-valvia larvalarının beslenmesinde canlı yem kay-nağı olarak kullanılmaktadır (Sánchez ve ark., 2000). Tek hücreli olan Phaeodactylum tricor-nutum oval ve fusiform hücre şekilleri olan pen-nat bir diyatom türüdür (Lewin, 1958). P. tricor-nutum %30-45 arasında PUFA içermekte ve bu-nun da %20-40’ını EPA oluşturmaktadır (Fajardo ve ark., 2007). EPA’nın kalp hastalıklarında, yüksek kolestrol tedavisinde, kandaki kolestrolü düşürmede ve romatizma riskinin azaltılmasında kullanıldığını ileri sürmüşlerdir (Dyerberg, 1986; Simopuolus, 1991; Durmaz, 2002’den). Rhodel-lophyceae sınıfına ait Porphyridium cruentum hücreleri tek başına ya da yığın bir şekilde dü-zensiz koloniler oluşturarak musilaj bir kılıfın içinde bulunurlar (Vonshak, 1988). Mikroalgal hücre metabolitleri daha çok dinlenme fazında üretilmektedir (Schlegel, 1985). Bu metabolitler organik asitler, karbohidrat, aminoasit, pestisit, vitamin, organik madde, antibiotik, enzim ve tok-sik bileşenlerdir. P. cruentum’un kuru ağırlığının yaklaşık %28-39’unu protein, %40-57’sini kar-bohidrat ve %9-14’ünü de lipid oluşturur. Ayrıca tocopherol, K vitamini ve büyük miktarda da ka-rotenoid içermektedir (Becker, 1994). Hücrelerin karakteristik kırmızı rengi, içermiş oldukları fi-koeritrinden kaynaklanmaktadır (Gantt, 1981). Sınırlayıcı koşullar altında kültür viskoz bir yapı alır ve polisakkarit üretmeye başlar (Ramus ve ark., 1989).

Bu türlerde N sınırlamasının büyüme, lipid ve klorofil a üzerine etkisini belirlemek ve mikro-alglerden yenilenebilir, toksik olmayan biyoyakıt eldesine kaynak oluşturmak amacıyla yürütül-müştür.

Materyal ve Metot

Çalışmada kullanılan Isochrysis affinis gal-bana ve Phaeodactylum tricornutum UTEX kül-tür koleksiyon laboratuarından, Porphyridium cruentum Ege Üniversitesi Su Ürünleri Fakülte-sinden temin edilmiştir.

Denemede, denizel türler için F/2 ve diatom türü için Si-F/2 kültür ortamı (Guillard, 1973) modifiye edilerek kullanılmıştır. Denemede kul-lanılan deniz suyunun tuzluluğu salinometre (Orion 3 Star) ile ölçüldükten sonra ‰30 olacak şekilde saf su ile ayarlanmıştır. Deneme kurul-madan önce besi ortamları 121°C’de 30 dakika süre ile otoklavda (Hirayama-HV-50L) steril edilmiştir.

Denemenin yürütüldüğü laboratuarda sıcaklık, iklimlendirme cihazı (Arçelik, 24001) kullanıla-rak 22±2°C’de tutulmuştur. Deneme süresince kültürlerde 80μmolphotonm-2s-1 ışık şiddeti kul-lanılmış, 16:8 saat aydınlık-karanlık periyodu uygulanmıştır. Uygulanan ışık şiddeti ışık metre (Licor, LI-250) ile ölçülmüştür. Işık kaynağı ola-rak floresan (Tekfen, TLD36 watt) lambalar kul-lanılmıştır.

Araştırmada kullanılan denizel türlerde lipid miktarları arasındaki farklılığı görmek amacıyla uygulanan muamelelerde besin eksikliği çalışıl-mış, bu amaçla F/2 ve Si-F/2 kültür ortamında bazı değişiklikler yapılmıştır. Besin eksikliği uy-gulamasında N elementi kültür ortamından bi-rinci deney grubunda tamamen (%100) ve ikinci deney grubunda %50 oranında azaltılmıştır. F/2 besi ortamında 0.075gl-1 NaNO3 bileşiğinde 882μmoll-1 N elementi bulunmaktadır. Kurulan muamele gruplarında 882μmoll-1 (kontrol), 441μmoll-1 (%50 N(-)) ve 0μmoll-1 (%100 N(-)) konsantrasyonunda N elementi olacak şekilde besi ortamı hazırlanmıştır.

Denemeler 8l’lik cam kavanozlarda 7l’lik kültür hacminde %20 aşılama yapılarak 3 tekrarlı olacak şekilde kurulmuştur. Denemenin başlangıç optik yoğunluk (OD), biyomas ve klorofil a de-ğerini belirlemek amacıyla deneme kaplarından örnekler alınmıştır.

Günlük olarak klorofil a (Parsons ve Strick-land, 1963), biyomas miktarı (Boussiba ve ark., 1992) ve optik yoğunluk belirlenmiştir. Optik yoğunluk I. affinis galbana türü için 680nm (Lin ve ark., 2007), P. tricornutum türü için 625nm (Acién Fernández ve ark., 2003) ve P. cruentum için 680nm (Kusmiyati, 2007) dalga boyunda vi-sible spektrofotometre (Shimadzu, UV mini 1240) ile değerlendirilmiştir.

Deneme, kültürlerin duraklama fazınının so-nunda bitirilmiştir. Uygulanan muamelelere göre, deneme I. affinis galbana türü için kontrol grubu 11, %50 N(-) ve %100 N(-) grubu 7 gün devam etmiştir. P. tricornutum türü için kontrol, %50 N(-) ve %100 N(-) grubu 9’ar gün ve P. cruen-tum türü için kontrol grubu 18, %50 N(-) grubu 12 ve %100 N(-) grubu 7 gün sürmüştür.

Deneme sonunda geriye kalan kültürlerin ta-mamı 7500rpm dönme hızındaki soğutmalı sant-rifüj (Heraeus, Suprafuge 22) ile 10 dakika bo-yunca çöktürüldü. Elde edilen çöktürülmüş hüc-reler 55ºC’de (Wenticell-111) 4 saat süreyle ku-rutularak lipid analizi için -21°C’de (Bosch-Dy-namic No-Frost A) 15 gün süreyle saklanmıştır. Lipid değerleri yüzde biyomas oranına göre he-saplanmıştır. Lipid analizi Bligh ve Dyer (1959)’un uyguladığı yönteme göre yapılmıştır.

Denemede uygulanan muamelelerden elde edilen verilerin kültürde OD, biyomas, klorofil a ve lipid değeri üzerine farklılık oluşturup oluş-turmadığını belirlemek amacıyla, tek yönlü var-yans analizi (ONE-WAY ANOVA) ve bu anali-zin sonucuna bağlı olarak farklılık oluşması du-rumunda farklılığı saptamak amacıyla Duncan çoklu karşılaştırma testi SPSSX 14.0 paket prog-ramı kullanılarak yapılmıştır (Zar, 1999).

Bulgular ve Tartışma

Çukurova Üniversitesi Su Ürünleri Fakültesi Algal Biyoteknoloji Laboratuvarındaİki farklı besi ortamının I. affinis galbana, P. tricornutum ve P. cruentum kültürlerinde optik yoğunluk (OD), biyomas miktarı (gl-1), klorofil a (μgl-1) ve lipid (%) içeriğine etkilerini belirlemek amacıyla kurulan deneme, uygulanan muamele gruplarına göre birbirinden farklı sürelerde tamamlanmıştır.

I. affinis galbana kontrol grubu ve 2 farklı besi ortamında kültüre alınmış ve her gruba ait büyüme parametreleri belirlenmiştir. Uygulanan muamelelerin OD, biyomas, klorofil a ve lipid değeri üzerine etkisi istatistiksel olarak belirlen-miş ve farklılık olduğu saptanmıştır (p<0.05) (Tablo 1). Son gün elde edilen optik yoğunluk ve biyomas miktarlarına göre en yüksek değer kont-rol grubunda elde edilmiş ve diğer 2 grup birbi-riyle istatistiki olarak benzerlik göstermiştir. Klo-rofi a miktarı ise %100 N eksiltmesi yapılan grupta en düşük, en yüksek kontrol grubunda tes-pit edilmiştir. Denemenin son günü elde edilen lipid değerleri de istatistiki olarak farklı bulun-muş; en yüksek lipid eldesi %50 N eksiltmesi ya-pılan gupta %30.91±1 olarak tespit edilmiştir.

fisheriessciences-growth-values-lipid-contents

Tablo 1. I. affinis galbana büyüme değerleri ve lipid içeriklerinin karşılaştırılması
Table 1. Comparison of the growth values and lipid contents of I. affinis galbana

P. tricornutum kontrol grubu ve 2 farklı besi ortamında kültüre alındığında uygulanan muamelelerin OD üzerine etkisi istatistiksel olarak farklılık yaratmamış ancak, biyomas, klorofil a ve lipid değerleri üzerine etkisi is-tatistiksel olarak farklılık yaratmıştır (p<0.05) (Tablo 2). Elde edilen son gün ve-rilerine göre optik yoğunluklar 3 grupta da istatistiki olarak benzerlik gösterirken; biyo-mas miktarları karşılaştırıldığında en yüksek biyomasın kontrol grubunda elde edildiği ve diğer 2 grupta ise istatistiki olarak benzerlik gösterdiği tespit edilmiştir. Klorofil a mik-tarları N eksiltme oranı arttıkça azalmalar göstermiş ve 3 grup birbirinden istatistiki olarak farklı bulunmuştur. En yüksek lipid oranı %30.18±1 ile %50 N eksiltilen grupta saptanmıştır.

fisheriessciences-lipid-contents-P-tricornutum

Tablo 2. P. tricornutum büyüme değerleri ve lipid içeriklerinin karşılaştırılması
Table 2. Comparison of the growth values and lipid contents of P. tricornutum

P. cruentum türünde uygulanan muamelelerin OD, biyomas, klorofil a ve lipid değeri üzerine etkisi istatistiksel olarak belirlenmiş ve farklılık olduğu tespit edilmiştir (p˂0.05) (Tablo 3). Son gün elde edilen verilere göre en yüksek OD, bi-yomas ve klorofil a değerlerinin kontrol gru-bunda, en düşük değerlerin ise %100 N eksilt-mesi uygulanan grupta elde edildiği saptanmıştır. Lipid miktarı %100 N eksiltmesi uygulanan grupta en yüksek çıkarken, en düşük kontrol gru-bunda çıkmıştır (p<0.05).

fisheriessciences-Comparison-growth-values

Tablo 3. P. cruentum kültürlerinde büyüme değerleri ve lipid içeriklerinin karşılaştırılması
Table 3. Comparison of the growth values and lipid contents of P. cruentum

I. affinis galbana, P. tricornutum ve P. cru-entum türlerinin farklı N konsantrasyonlarına göre büyümeleri birbirinden farklı olup; biyomas verimlilikleri ve lipid içerikleri de birbirinden farklı bulunmuştur. I. affinis galbana türünde bi-yomas ve lipid miktarları, uygulanan muamele gruplarına göre farklılık göstermiştir. En fazla lipid oranı %30.91 ve 0.755±0.03gl-1 biyomas ile %50 N(-) uygulanan grupta elde edilmiştir. En düşük biyomas miktarı 0.703±0.04gl-1 ile %100 N(-) uygulanan muamele grubunda gözlenirken; lipid oranı %23.90 olarak bulunmuştur. En fazla biyomasa sahip olan kontrol grubunda ise lipid oranı %15.05 olarak bulunmuştur (Şekil 1).

fisheriessciences-lipid-biomass-amounts

Şekil 1. I. affinis galbana’ya ait lipid ve biyomas miktarları
Figure 1. The lipid and biomass amounts to I. affinis galbana

P. tricornutum’da en yüksek lipid düzeyi %50 N(-) uygulanan grupta %30.18 ile bulunurken, biyomas miktarı 0.978±0.02gl-1 olarak tespit edilmiştir. En düşük biyomasın (0.922±0.05gl-1) tespit edildiği %100 N(-) uygulanan muamele grubunda lipid oranı %24.03 olarak bulunmuştur. Kontrol grubunda ise biyomas en yüksek, lipid ise en düşük bulunmuştur (Şekil 2).

fisheriessciences-biomass-amounts-P-tricornutum

Şekil 2. P. tricornutum’a ait lipid ve biyomas miktarları
Figure 2. The lipid and biomass amounts to P. tricornutum

P. cruentum türünde en fazla lipid oranı %11.23 ile %100 N(-) uygulanan muamele gru-bunda tespit edilirken, en düşük biyomas 0.938±0.04gl-1 ile yine aynı grupta belirlenmiştir. %50 N(-) yapılan grupta lipid oranı %9.50 ve biyomas 1.177 ±0.01 gl-1 olarak bulunmuştur. En düşük lipid miktarı %7.44, 1.327 ±0.06gl-1 ile en yüksek biyomasa sahip olan kontrol grubunda tespit edilmiştir (Şekil 3).

fisheriessciences-biomass-amounts-P-cruentum

Şekil 3. P. cruentum’a ait lipid ve biyomas miktarları
Figure 3. The lipid and biomass amounts to P. cruentum

I. affinis galbana, P. tricornutum ve P. cru-entum türlerine uygulanan muamelelerin türler arasında istatistiki olarak karşılaştırılması yapıl-mış olup, Tablo 4 ve Tablo 5’te verilmiştir. Tür-lerin kontrol grubuna ait biyomas miktarları bir-birinden farklı olup, en yüksek biyomas P. cru-entum’da bulunurken; en düşük biyomas I. affinis galbana’da bulunmuştur. Azot eksiltme oranı arttıkça biyomas miktarı tüm türlerde azalma göstermiş olup, en düşük biyomas %50 N(-) ya-pılan grupta I. affinis galbana’da tespit edilmiştir. Bu muamele grubu; türlerin biyomas miktarları üzerine istatistiksel olarak farklılık yaratmış; en yüksek biyomas P. cruentum’da belirlenmiştir. %100 N(-) uygulanan grupta biyomas miktarları istatistiksel olarak farklılık yaratmış olup; en dü-şük biyomas I. affinis galbana’da tespit edilirken; P. tricornutum ve P. cruentum’da biyomas mik-tarları benzerlik göstermektedir (p>0.05).

fisheriessciences-biomass-amounts-species

Tablo 4. Türlere ait biyomas miktarlarının karşılaştırılması
Table 4. Comparison of biomass amounts of the species

fisheriessciences-Comparison-lipid-contents

Tablo 5. Türlere ait lipid miktarlarının karşılaştırılması
Table 5. Comparison of lipid contents of the species

Türlere uygulanan muameler sonucunda elde edilen lipid miktarları tüm türlerde kontrol gru-bunda düşük ve farklı çıkarken p<0.05); %50 N(-) uygulaması yapılan türlerde en yüksek lipid oranı I. affinis galbana ve P. tricornutum türünde benzer bulunmuştur (p<0.05). P. cuentum türüne ait en yüksek lipid oranı ise %100 N(-) yapılan grupta bulunmuş ancak, diğer 2 türe göre lipid oranı bu muamele grubunda en düşük olarak tes-pit edilmiştir (p<0.05).

Fiziksel koşullar ile birlikte kültür ortamında kullanılan besleyici elementler ile bunların kon-santrasyonları mikroalgal büyüme ve mikroalgin biyokimyasal yapısı üzerinde değişikliklere ne-den olabilir. Büyümeyi, besi ortamlarında kulla-nılan besleyici elementin çeşidinin yanı sıra kon-santrayonları da etkilemektedir (Brown ve ark., 1989). Bu çalışmada birçok mikroalg türü için uygun olan F/2 besi ortamı kullanılmıştır.

Farklı N kaynakları ve konsantrasyonlarının mikroalglerin büyüme ve biyokimyasal yapıla-rında etkili olduğu bilinmektedir (Gökpınar, 1991; Fidalgo ve ark., 1995). F/2 besi ortamında N kaynağı olarak NO3-N’u kullanılmaktadır. Bu çalışmada 882μmoll-1 NO3-N’u temel alınmış (Guillard, 1973), bununla birlikte besi ortamına eklenen N kaynağında %50 oranında (441 μmoll-1) ve %100 oranında (0μmoll-1) azaltma yolu ile N sınırlaması gerçekleştirilmiştir. Ortamdaki N düzeyleri I. affinis galbana, P. tricornutum ve P. cruentum’da büyümeyi etkileyen parametrelerden olmuştur. Azot sınırlamasının %50 ve %100 ya-pıldığı her üç türde de OD ve biyomas miktarla-rında düşüşlerin olduğu gözlenmiştir. Yapılan bir çalışmada düşük N konsantrasyonunun N. ocu-lata’da büyüme hızını düşürdüğü, C. vulgaris’te ise etkilemediği belirlenmiştir (Converti ve ark., 2009). Xu ve ark. (2001), Ellipsoidion sp.’yi farklı N kaynakları ve azotsuz ortamda kültüre almışlardır. Çalışmada azotsuz ortamdaki kül-türde büyümenin düşük olduğunu belirtmişlerdir.

Alglerin lipid içerikleri ile birlikte elde edilen biyomas miktarları da önem taşımaktadır. Azot eksikliği uygulanan kültürlerde genellikle biyo-mas düşmektedir. Thomas ve ark. (1984), P. tri-cornutum’u hücrelere yetecek kadar N bulunan bir ortamda ve N eksikliğinin yapıldığı bir or-tamda kültüre almış ve biyomas miktarının N ek-sikliği uygulanan besi ortamında düşük olduğunu bildirmişlerdir. Yapılan benzer çalışmalarda da N sınırlanmasının türlerde hücre yoğunluğunun düşmesine ve biyomas miktarlarında azalmalara neden olduğu belirtilmiştir (Kilham ve ark., 1997; Pruvost ve ark., 2009). Bu çalışmada I. af-finis galbana’da en düşük biyomas miktarı %23.9 lipid elde edilen %100 N(-) uygulanan grupta 0.703±0.04gl-1 olarak, P. tricornutum’da en dü-şük biyomas %100 N(-) uygulanan grupta 0.922±0.05gl-1 olarak, P.cruentum türünde de en düşük biyomas en fazla lipid oranına sahip olan %100 N(-) uygulanan grupta 0.938±0.04gl-1 ola-rak belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar ile bu ça-lışmadan elde edilen biyomas miktarındaki azal-malar benzerlik göstermekte olup; N sınırlaması-nın türleri strese sokup büyümeyi yavaşlattığı so-nucunu ortaya çıkarmaktadır.

Azot eksikliği uygulaması birçok türde lipid oranını artırmaktadır. Yapılan bu çalışma stres faktörlerinden N eksikliğinin I. affinis galbana, P. tricornutum ve P. cruentum türlerinde hücresel yağ içeriğine etkisini belirlemek üzere planlanmış ve kültürlerde büyüme peryodu sonunda ortalama lipid miktarları karşılaştırılmıştır. Kültürlerde muamelelere göre belirlenen ortalama % lipid değerleri arasında önemli bir fark olduğu belir-lenmiştir. Muamelelerden elde edilen sonuçlara göre uygulanan N eksikliği ile stres oluşturulması türlerde lipid miktarında artışa neden olmuştur. Yapılan bu çalışmada %50 N(-) uygulanan grup-larda I. affinis galbana %30.91, P. tricornutum %30.18 ile en yüksek lipid elde edilirken; P. cru-entum türünde en yüksek lipid %11.23 ile %100 N(-) yapılan grupta bulunmuştur. Yürütülen bazı çalışmalarda N eksikliğinde P. tricornutum’un yüksek miktarda lipid biriktirdiği (Thomas ve ark., 1984); I. galbana’da N miktarının yükseltil-diğinde lipid oranının %22’den %16.9’a düştüğü (Utting, 1985); azot açlığında Porphyridium cru-entum’un lipid içeriğini 2 katına çıkardığı (Pior-reck ve Pohl, 1984) bildirmişlerdir.

Azot sınırlamasının büyümeyi yavaşlattığı an-cak lipid oranını artırdığı Dunaliella tertiolecta, N. Oloeabundas, I. affinis galbana, B. braunii, D. salina, Nannochloropsis sp, N. oculta, C. vulga-ris, P .tricornutum, Chaetoceros sp., I. galbana, P. lutheri, N. atomus, Tetraselmis sp. ve Gymno-dinum sp, H. pluvialis ve S. platensis gibi pek çok mikroalg türünde belirlenmiştir (Fabregas ve ark., 1989; Tornabene ve ark. 1983; Sukenik ve Wahnon 1991; Zhila ve ark., 2005; Weldy ve Huesemann, 2007;Rodolfi ve ark., 2009; Con-verti ve ark., 2009; Reitan ve ark., 1994; Damiani ve ark., 2010; Uslu ve ark., 2011). Bu çalışmada da benzer şekilde azot sınırlaması büyüme hızını yavaşlatmış, bununla birlikte hücresel lipid ora-nını artırmıştır. Ancak burada önemli olan artan yağ içeriğinin ekonomik olarak değerlendirile-bilmesi amacıyla biyomas oranının makul dü-zeylerde elde edilebilmesidir.

Lipid üretimine etki eden faktörlerden biri de uygulanan aydınlanma süresidir. Aydınlanma sü-resi uzadıkça hücre yoğunlukları artmaktadır. 18 saatlik aydınlanma süresi ile 12 saatlik aydın-lanma süresi karşılaştırıldığında, hücre konsant-rasyonları arasında farkın fazla olmadığı ve mak-simum hücre yoğunluğuna ulaşıldığı bildirilmiştir (Oh ve ark., 2009 ). Bu çalışmada kültürlere 16:8 aydınlık-karanlık periyodu ve 80 μmol photon m-2s-1 ışık şiddeti uygulanmıştır. Oh ve ark., (2009) P. cruentum türünü farklı büyüme koşullarında kültüre alarak en fazla yağ oranını %19.3 ile 12:12 aydınlık-karanlık peryodu uygulanan grupta saptamışlardır. Renaud ve ark. (2002), Isochrysis sp., Chaetoceros sp., Rhodomonas sp. ve Cryptomonas sp. türlerini 12:12 aydınlık-ka-ranlık peryodu uygulayarak kültüre almışlar ve en yüksek lipid oranını %21.7 ile Isochrysis sp.’de belirlemişlerdir. Bandarra ve ark., (2003) yaptıkları çalışmada I. galbana’yı 2 farklı aydın-lanma zamanında (24 saat devamlı ışık ve 16:8 aydınlık-karanlık peryodu) kültüre almış ve en yüksek PUFA oranının 8 saatlik aydınlanma ya-pılan kültürlerde meydana geldiğini bildirmişler-dir. Araştırıcıların bildirimiyle yapılan bu çalış-malar ile uygulanan aydınlık-karanlık peryodu-nun yağ artışını olumlu yönde etkilediği sonu-cuna varılmıştır.

Alg kültürlerinin farklı fazlarında elde edilen biyomasın biyokimyasal içerikleri farklılıklar göstermektedir. Lipid miktarı kültürün yaşıyla artış göstermektedir. Durgunluk fazında elde edilen lipid miktarı diğer fazlara göre daha yük-sektir (Liang ve ark., 2002). Bu çalışmada türler durgunluk fazının sonunda hasat edilmiştir. Ya-pılan çalışmalarda Cylindrotheca türünde (Liang ve ark., 2002) ve I. galbana (Fidalgo ve ark., 1998)’da en yüksek lipid miktarları duraklama fazında elde edilmiştir.

Mikroalg kültürlerinde N sınırlamasının me-tabolitler üzerindeki etkilerinin araştırıldığı bir çalışmada, hücre sayısı ve klorofil a miktarla-rında azalma saptanırken, yağ gibi organik kar-bon bileşikleri oranlarında artış kaydedilmiştir. Bununla birlikte kültürlerde karoten miktarının artmasına bağlı olarak renkte sararma gözlenmiş-tir (Shifrin ve Chisholm, 1981; Sukenik ve ark., 1989). Yürütülen bu çalışmada her üç türde de %50 N ve %100 N(-) yapılan kültürlerde klorofil içeriğinde azalmalar meydana gelmiştir. En dü-şük klorofil a düzeyi her üç türde de %100 N(-) grupta bulunmuş, I. affinis galbana’da 36.9 μgl-1, P. tricornutum’da 248.1 μgl-1ve P. cruentum’da da 68.4 μgl-1 olarak belirlenmiştir. N sınırlaması yapılan tüm kültürlerde renkte sararma gözlen-miştir.

Kültürlerden elde edilen OD değerlerine bak-tığımızda, I. affinis galbana türünde en yüksek OD değeri kontrol grubunda belirlenirken, diğer 2 grupta istatistiki olarak benzerlik bulunmuştur. Ancak gözlem değeri en düşük bulunan grup %100 N(-) yapılan grup olmuştur. P. tricornutum türünde ise 3 grupta da elde edilen OD değeri is-tatistiksel olarak benzer olmasına rağmen, göz-lem değeri en yüksek kontrol grubu olurken, en düşük grup yine diğer türde olduğu gibi %100 N(-) yapılan grup olmuştur. P. cruentum türünde en yüksek OD kontrol grubunda en düşük ise %100 N(-) yapılan grupta tespit edilmiştir. Bu durum bize diğer parametrelerde olduğu gibi, N eksiltmesi yapılan gruplarda optik yoğunluğun daha düşük olduğu sonucunun elde edilmesini sağlamıştır.

Sonuç

Elde edilen bulgulara göre, özellikle P. tricor-nutum türünün kültürünün kolay, biyomas mik-tarı ve yağ içeriğinin yüksek olması nedeniyle endüstriyel boyutlara taşınması kuvvetle önerile-bilir. Bu amaçla P. tricornutum’un dışarı ortamda fotobiyoreaktör sistemde ve açık havuzlarda sü-reklilik çalışmaları önerilmekte ve elde edilen biyomasın biyoyakıta dönüştürülerek alternatif yakıt kaynağı olarak değerlendirilmesi araştırıl-malıdır.

Kaynaklar

Acién Fernández, F.G., Hall, D.O., Cañizares Guerrero, E., Krishna Rao, K. and Molina Grima, E., (2003). Outdoor production of Phaeodactylum tricornutum biomass in a helical reactor, Journal of Biotechnology, 103:137-152. doi: 10.1016/S0168-1656(03)00101-9

Bandarra, N.M., Pereira, P.A., Batista, I., Vilela, H., (2003). Fatty acids, sterols and a-to-copherol in Isochrysis galbana, Jour-nal of Food Lipids, 10(1):25-34. doi: 10.1111/j.1745-4522.2003.tb00003.x Becker, EW., (1994). Microalgae biotechnology and microbiology, Cambridge University Press, Cambridge.

Bligh, E.G. and Dyer, W.J. (1959). A rapid met-hod for total lipid extraction and purifica-tion, Canadian Journal of Bio-chemistry and Physiology, 37:911-917. doi: 10.1139/o59-099

Boussiba, S., Fan, L., Vonshak, A., (1992). En-chancement and determination of astaxan-thin accumulation in green alga H. pluvialis, Methods in Enzymology, 213: 386-391. doi: 10.1016/0076-6879(92)13140-S

Brown, M.R., Jeffry, S.W., Garland, C.D., (1989). Nutritional aspects of microalgae used in mariculture: a literature re-view, CSIRO Mar. Lab. Rep. 205-244. Cirik, S., Gökpinar, S., (1999). Plankton Bilgisi ve Kültürü, Ege Üniversitesi Su Ürünleri Fakültesi Yayinlari, No:47, Ders kitabi, 2.baski. Izmir.

Converti, A., Casazza, A.A., Ortiz, E.Y., Perego, P., Del Borghi, M., (2009). Effect of tem-perature and nitrogen concentration on the growth and lipid content of Nannochlo-ropsis oculata and Chlorella vulgaris for bi-odiesel production, Chemical Engineer-ing and Processing, 48: 1146-1151. doi:10.1016/j.cep.2009.03.006

Damiani Cecilia, M., Popovich, C.A., Constenla, D. and Leonardi, P.I., (2010). Lipid analysis in Haematococcus pluvialis to assess its po-tential use a biodiesel feedstock, Biore-source Technology, 101(11): 3801-3807. doi: 10.1016/j.biortech.2009.12.136

Davis, A.R., (1977). Principles of Oceanography, University of South Florida Aquafarms, Inc., Florida. Durmaz, Y., Isik, O., Bandarra, N.M, Cirik, S., Turan, G., Gökpinar, S., (2002). Porphyrid-ium cruentum (Rhodophyceae) Yag Asitleri Kompozisyonuna Kurutma Yön-temlerinin Etkisi, Ege Üniversitesi Su Ürünleri Dergisi, 19(1-2):189-195.

Fábregas, J., Abalde, J., Herrero, C., (1989). Bio-chemical composition and growth of the ma-rine microalga Dunaliella tertiolecta (Butcher) with different ammonium nitrogen concentrations as chloride, sulphate, nitrate and carbonate, Aquaculture, 83(3-4): 289-304. doi: 10.1016/0044-8486(89)90041-0

Fajardo, A.R., Cerdan,L.E, Medina,A.R., Fer-nandez, F.G.A, Moreno, P.A.G., Grima, E.M., (2007). Lipid extraction from the mi-croalga Phaeodactylum tricornutum, Euro-pean Journal of Lipid Science and Technol-ogy, 109: 120–126. doi: 10.1002/ejlt.200600216

Fidalgo, J.P., Cid, A., Abalde, J. and Herrero, C.,(1995). Culture of the marine diatom Phaeodactylum tricornutum with differ- ent nitrogen sources: growth, nutrient con-version and biochemical composition, Ca-hiers de Biologie Marine, 36: 165-173.

Fidalgo, J.P., Cid, A., Torres, E., Sukenik, A. and Herrero, C.,(1998). Effects of nitrogen source and growth phase on proximate bio-chemical composition, lipids classes and fatty acid profile of the marine microalga Isochrysis galbana. Aquaculture, 166(1-2): 105-116. doi: 10.1016/S0044-8486(98)00278-6

Gantt, E., (1981). Phycobilisomes, Annual Review of Plant Physiology, 32: 327-347. doi: 10.1146/annurev.pp.32.060181.001551

Gökpinar, S., (1991). Akuakültürde önemli bes deniz flagellatinin inorganik N alinimlari üzerine sicaklik degisimlerinin etkisi, Doktora Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü, Izmir.

Guillard, R.R.L., (1973). Division Rates, in Stein, R.J. eds, Handbook of Phycological Methods, Culture Methods and Growth Measurement, Cambridge Univ. Press, 283-311, New York.

Hoff, F.H., Snell T.W., (1987). Plankton Culture Manual, Florida Aqua Farms, Dade City.

Kilham, S.S., Kreeger, D.A., Goulden, C.A., Lynn, S.G., (1997). Effects of nutrient limi-tation on biochemical constituents of An-kistrodesmus falcatus, Freshwater Biology, 38: 591-596. doi: 10.1046/j.1365-2427.1997.00231.x

Kusmiyati, N.W.S.A., (2007). Antibacterial ac-tivity assay from Porphyridium cruentum microalgae, Biodiversitas, 8(1): 48-53.

Lewin, J.C., (1958). The Taxonomic Position of Phaeodactylum tricornutum, Journal of General Microbiology, 18: 427-432. doi: 10.1099/00221287-18-2-427

Liang, Y., Mai, K., Sun, S., (2002). Effects of harvest stage on the total lipid and fatty acid composition of four Cylindrotheca strains, Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 20(2): 157-161. doi: 10.1007/BF02849653

Lin, Y.H., Chang, F.L., Tsao, C.Y., Leu, J.Y., (2007). Influence of growth phase and nutrient source on fatty acid composition of Isochrysis galbana CCMP 1324 in a batch photoreactor, Biochemical Engineering Journal, 37(2): 166-176. doi: 10.1016/j.bej.2007.04.014

Neenan, B., Feinberg, D., Hill, A., Mcintosh, R., Terry, K., (1986). Fuels from microalgae: Technology status, potential, and research requirements, Publ. No. SERi/SP-231-2550, Solar Energy Research institute. doi: 10.2172/6685301

Oh, H.S., Han, J.G., Kim, Y., Ha, J.H., Kim, S.S., Jeong, M.H., Jeong, H.S., Kim, N.Y., Cho, J.S., Yoon, W.B., Lee, S.Y., Kang, D.H. And Lee, H.Y., (2009). Lipid production in Porphyridium cruentum grown under differ-ent culture conditions, Journal of Bioscience and Bioengineering, 108(5): 429-434. doi: 10.1016/j.jbiosc.2009.05.020

Parsons, T.R., Strickland, J.D.H., (1963). Discus-sion of Spectrophotometric Determination of Marine Plant Pigments, with Revised Equations for Ascertaining Chlorophylls and Carotenoids, Journal of Marine Research, 21(3): 115-163.

Piorreck, M., Pohl, P., (1984). Formation of bio-mass, total protein, chlorophylls, lipids and fatty acid in green and bluegreen algae during one growth phase, Phytochemistry, 23: 217-223. doi: 10.1016/S0031-9422(00)80305-2

Pruvost, J., Van Vooren, G., Cogne, G., Legrand, J., (2009). Investigation of biomass and li-pids production with Neochloris oleo-abundans in photobioreactor, Bioresource Technology, 100(23): 5988-5995. doi: 10.1016/j.biortech.2009.06.004

Ramus, J., Kenney, B.E., Shaughnessy, E.J., (1989). Drag reducing properties of micro-algal exopolymers, Biotechnology and Bio-engineering, 33: 550-556. doi: 10.1002/bit.260330506

Retan, K.J., Rainuzzo, J.R., Olsen, Y., (1994). Effect of nutrient limitation on fatty acid and lipid content of marine microalgae, Journal of Phycology, 30(6): 972-979. doi: 10.1111/j.0022-3646.1994.00972.x

Renaud, M.S., Thinh, V.L., Lambrinidis, G., Parry, L.D., (2002). Effect of temperature on growth, chemical composition and fatty acid composition of tropical Australian mi- croalgae grown in batch cultures, Aquacul-ture, 211(1-4): 195-214. doi: 10.1016/S0044-8486(01)00875-4

Rodolfi, L., Zittelli, G.C., Bassi, N., Padovani, G.,Biondi, N., Bonini, G., Tredici, M.R., (2009). Microalgae for oil: strain selection, induction of lipid synthesis and outdoor mass cultivation in a low-cost photobiore-actor, Biotechnology and Bioengineering, 102(1): 100-112. doi: 10.1002/bit.22033

Sánchez, S., Martinez, M., Espinola, F.,(2000). Biomass production and biochemical varia-bility of the marine microalga Isochrysis galbana in relation to culture me-dium, Biochemical Engineering Journal, 6(1): 13-18. doi: 10.1016/S1369-703X(00)00071-1

Schlegel, H.G., (1985). Allgemeine Microbiolo-gie, Thieme, Stuttgart, 571p. Shifrin, N.S., Chisholm, S.W., (1981). Phyto-plankton lipids: interspecific differences and effects of nitrate, silicate and light–dark cy-cles, Journal of Phycology, 17(4):374–384. doi: 10.1111/j.0022-3646.1981.00374.x

Sukenik, A., Wahnon, R., (1991). Biochemical quality of marine unicellular algae with spe-cial emphasis on lipid composition. I. Isochrysis galbana, Aquaculture, 97(1): 61-72. doi: 10.1016/0044-8486(91)90279-G

Sukenik, A., (1991). Ecophysiological consider-ations in the optimization of eicosapentae-noic acid production by Nannochloropsis sp. (Eustigmatophyceae), Bioresource Tech-nology, 35(3): 263-269. doi: 10.1016/0960-8524(91)90123-2

Sukenik, A., Carmeli, Y., Berner, T., (1989). Regulation of fatty acid composition by ir-radiance level in the Eustigmatophyte Nannochloropsis sp., Journal of Phycology, 25(4): 686-692. doi: 10.1111/j.0022-3646.1989.00686.x

Thomas, W.H., Seibert, D.L.R., Alden, M., Ne-ori, A., Eldridge, P., (1984). Yields, photo-synthetic efficiencies and proximate composition of dense marine microalgal cultures. I. Introduction and Phaeodactylum tricornutum experiments, Biomass, 5(3): 181-209. doi: 10.1016/0144-4565(84)90022-2

Tornabene, T.G., Holzer, G., Lien, S., Burris, N., (1983). Lipid composition of the nitrogen starved gren alga Neochloris oleoabundans, Enzyme and Microbial Technology, 5(6): 435-440.

Uslu, L., Isik, O., Koç, K., Göksan, T., (2011). The effects of nitrogen deficiencies on the lipid contents of Spirulina platensis, Afri-can Journal of Biotechnology, 10(3): 386-389.

Utting, S.D., (1985). Influence of nitrogen avail-ability on the biochemical composition of three unicellular marine algae of commercial importance, Aquacultural Engineering, 4(3): 175-190. doi: 10.1016/0144-8609(85)90012-3

Vonshak, A., (1988). Porphyridium, in Boro-witzka MA, Borowitzka LJ eds, Micro-algal biotechnology, Cambridge University Press, Cambridge, 122-134.

Weldy, C.S., Huesemann, M., (2007). Lipid pro-duction by Dunaliella salina in batch cul-ture: effects of nitrogen limitation and light intensity, U.S. Department of Energy Journal of Undergraduate Research, 7(1): 115-122.

Xu, N., Zhang, X., Fan, X., Han, L. and Zeng, C., (2001). Effects of nitrogen source and con-centration on growth rate and fatty acid composition of Ellipsoidion sp. (Eustigma-tophyta), Journal of Applied Phycology, 13(6): 463-469. doi: 10.1023/A:1012537219198

Zar, J.H.,(1999). Biostatistical Analysis. Upper Saddle River. Prentice Hall, New Jersey. 4th Edition. Cap 12, 231-272.

Zhila, N.O., Kalacheva, G.S. and Volova, T.G., (2005). Effect of nitrogen limitation the growth and lipid composition of the gren algae Botryococcus braunii Kütz IPPAS H-252, Russsian Journal of Plant Physiology, 52(3): 357-365.

Select your language of interest to view the total content in your interested language

Viewing options

Post your comment

Share This Article

Flyer image
journal indexing image
 

Post your comment

captcha   Reload  Can't read the image? click here to refresh