Водорості і біотехнологія
Водорості широко використовуються в біотехнології.
З метою практичного використання ґрунтових водоростей здійснюють регулювання динаміки розвитку водоростей в грунті для збільшення чисельності водоростей і збільшення накопичення органічної речовини в грунті.
Сильними стимуляторами розвитку водоростей є мінеральні добрива, які діють вибірково: азотні добрива сприяють розвитку зелених і більшості синьо-зелених водоростей; фосфор і калій збільшують чисельність азотфіксуючих синьо-зелених; калій стимулює розвиток діатомових і іноді синьо-зелених водоростей.
Вапнування кислих ґрунтів призводить до різкого зростання чисельності і різноманітності діатомей і азотфіксуючих синьо-зелених водоростей.
Альголізацію грунту проводять водоростями, вирощеними в масових кількостях в спеціальних ємностях в виробничих умовах.
З метою стимуляції росту кореневої системи вищих рослин і підвищення врожайності проводять передпосівний обробіток культурами водоростей.
Водорості використовують як компоненти бактеріальних добрив і як біологічні індикатори. Водорості можуть бути використані як індикатори ступеня обсіменіння середовища бактеріями і грибами різного систематичного положення.
Мікроскопічні водорості здатні до синтезу речовин, що володіють стимулюючими чи ингибирующими властивостями по відношенню не тільки до інших видів водоростей або інших мікроорганізмів, але і по відношенню до вищих рослин.
Хлорела синтезує 13 вітамінів з груп А, В, С, Д, К, нікотинову, пантеоновую, фолієву кислоти, лейкофорін і біотин. При цьому, вітаміну С в її клітинах (в вагових відносинах) міститься майже стільки ж, скільки в лимонах.
Крім отримання вітамінів, водорості в біотехнології використовуються і як джерела білків, незамінних амінокислот, антибіотиків.
Синьо-зелених водоростей у водних культурах надають стимулюючу дію на ріст бавовнику. Так, живі клітини Nostoc punctiphorme і автолізірованние клітини Anabaena oscillarioides більш ніж в 1,5 рази підсилюють зростання цих рослин.
Водорості можуть впливати на родючість грунту та через стимуляцію корисної спонтанної мікрофлори.
У ризосфері рослин виявляється набагато більше живих водоростей, ніж поза зоною її коренів. Внесення водоростей, особливо спільно з азотбактерінеом, викликає посилення розвитку олігонітофілов, аммонификаторов і інших груп мікроорганізмів. Посилюється розвиток гетеротрофних азотфиксаторов.
У багатьох випадках застосування водоростей в якості живого мікродобрива сприяє збільшенню врожаю і підвищує родючість грунту.
Водорості складають початок харчових ланцюгів, будучи їжею гетеротрофних мікроорганізмів.
Органічне речовина водоростей прямо або побічно поповнює запаси органічної речовини грунту - відбувається збільшення гумусу за рахунок діяльності водоростей. Слизові речовини водоростей впливають на фізичні і хімічні властивості грунту. Здатність водоростей до утворення біологічно активних речовин дозволяє припустити прямий вплив водоростей на вищі рослини і особливо проростають насіння.
Встановлено, що зелені водорості Chlorella vulgaris, Scenedesmus obliguus і їх метаболіти, внесені в грунт, підвищують активність сапрофітної мікрофлори, зокрема грибів. Одночасно при цьому знижується кількість патогенних мікроорганізмів, що викликають хвороби рослин.
Зелена водорість хлорела впливає на чисельність мікроорганізмів. Під впливом внесеної культури хлорели відбувається перерозподіл різних груп грунтових мікроорганізмів.
Будучи постійним джерелом речовин і енергії для ґрунтових гетеротрофов (бактерій, найпростіших, коловерток, нематод, дощових черв'яків і ін.), Водорості тим самим є стимуляторами біологічної активності грунту і повинні розглядатися як важливий фактор процесу грунтоутворення і самоочищення грунту.
У біотехнології такі водорості, як хлорела і протококкових, використовуються як біостимулятори росту тварин і птахів.
Внесення в грунт, забруднену нафтою, накопичувальної культури мікроорганізмів в поєднанні з водоростями, а також з найпростішими, стимулює дихання грунту, сприяє підвищенню чисельності актиноміцетів і мікроорганізмів, що використовують азот в органічних і мінеральних сполуках, що розкладають целюлозу і окислюють нафту, сприяє прискоренню самоочищення грунту від нафти.
Синьо-зелених водоростей і, дещо в меншій мірі, діатомові водорості відіграють істотну роль в збагаченні заплавних грунтів органічною речовиною. Водорості створюють навколо себе середовище надзвичайно насичену різноманітними органічними речовинами, багато з яких здатні поглинати і утримувати велику кількість води і стають ценообразователямі.
Внесення в грунт синьо-зелених водоростей, як правило, супроводжується посиленим розвитком грунтової мікрофлори, зокрема азотобактера, клостридій, олігонітрофіли, нітрофікаторов. Постійними супутниками синьо-зелених водоростей в природних умовах є не тільки бактерії, але і гриби.
Масове культивування азотфіксуючих синьо-зелених водоростей проводиться для підвищення родючості грунту.
В даний час в біотехнології масове культивування одноклітинних зелених водоростей проводиться з метою отримання продуктів харчування, кормів, органічних речовин і біологічної очистки стічних вод.
Біологічний метод очищення стічних вод має велику перевагу, в порівнянні з хімічним і механічним методами.
Біологічний метод із застосуванням водоростей і вищих водних рослин прискорює очищення стічних вод і сильно знижує концентрацію органо - мінеральних речовин шляхом їх поглинання. Стічні води після біологічного очищення оздоровлюються, їх санітарно - біологічний стан поліпшується у зв'язку з появою біологічно активних речовин.
Після біологічної очистки в стічних водах зникають різні патогенні мікроорганізми, з'являються гідробіонти (бактерії, фіто- і зоопланктон, зообентос), в подальшому відіграють головну роль в процесах самоочищення води.
При застосуванні біологічного методу величезна кількість стічних вод очищається, знезаражується і стає можливим спуск води у відкриті водойми.
Біологічний метод очищення стічних вод охороняє відкриті водойми від забруднення промисловими, комунальними і побутовими стічними водами.
Симбиотическое розмноження одноклітинних зелених водоростей і аеробних бактерій здійснюється для знезараження побутових і промислових вод з подальшим використанням рослинного планктону.
В даний час для біологічного очищення стічних вод стали застосовувати протококкових водорості. Ефект очищення досягається завдяки своєрідним симбіотичних взаємин між гетеротрофних бактеріями (в процесі життєдіяльності яких руйнується органічна речовина) і автотрофними водоростями, які в процесі фотосинтезу з продуктів мінералізації органічних речовин забруднення, знову створюють для себе органічні речовини.
Водорості успішно вирощуються на стоках дріжджових, спиртових і пивоварних заводів, заводів з виробництва штучного волокна, на стічних водах вугільних шахт, підприємств первинної обробки вовни, молочних заводів, целюлозно - паперового виробництва, крахмало - патокових і цукрових заводів, а також стоків багатьох інших підприємств .
У стічних водах одноклітинні водорості харчуються гетеротрофно, міксотрофное і автотрофно. Водорості беруть із навколишнього середовища необхідні поживні речовини всією поверхнею свого тіла.
Джерелом вуглецю для них в процесі фотосинтезу є вуглекислота. Водорості можуть використовувати хлористий аммоній1, вуглекислий амоній, здатні також утилізувати деякі органічні сполуки азоту (сечовину, аспарагін, глютамін, пептони, альбумін і ін.). Зелені водорості інтенсивніше розвиваються на органічному азоті, ніж на мінеральному.
Хороші результати отримані при використанні симбиотической суміші, що містить водорості і активний мул. При домінуванні в такій суміші Chlorella, Scenedesmus, Anaboena, Oscilatoria забруднення знижується до 80 - 90%. Симбіотичний активний мул більш повно, ніж бактеріальний, витягує біогенні елементи.
Культуральні штами Chlorella і Scenedesmus додані в водойму, забруднене нафтою, видаляють нафтопродукти, усувають запах гасу.
Ці водорості сприяють очищенню води від кишкової мікрофлори і збагачують воду киснем.
Припускають, що загибель бактерій може бути пов'язана з тим, що в процесі життєдіяльності водорості виділяють в середу метаболіти токсичні для бактерій. Загибель бактерій може бути пов'язана і з високим окислювально - відновним потенціалом, що встановлюється в зоні інтенсивно розвиваються водоростей.
Застосування суміші водоростей (хлорела, сценедесмус, синьо-зелені, діатомові) з бактеріями, жгутиковими і інфузорії в кількості декількох мільйонів клітин на один літр стічної води прискорює очищення в контактних біопрудах в 1,5 - 2,0 рази.
Водорості не толь активно поглинають різні домішки, що містяться в стічних водах, а й сприяють їх інтенсивному окислювання і мінералізації, виділяючи велику кількість кисню при фотосинтезі.
Chlorella і Scenedesmus добре розвиваються і очищають воду відкритих водойм при наявності фенолу в кількості в десятки разів перевищує гранично допустимі концентрації.
Залежно від походження і складу забруднених вод з метою очищення їх можливе використання і нитчастих зелених водоростей.
Доочищення стічних вод від мінеральних та органічних речовин можна виробляти застосовуючи культиватори зелених нитчастих водоростей, які забезпечують максимальну ефективність очищення води, що проходить через біопоглотітель. Вилучена після цього біомаса зелених нитчастих водоростей може бути використана як додаткове джерело містить білок корми, багатого каротином і вітамінами групи В.
Такий спосіб доцільний на тваринницьких фермах.
Другий спосіб використання зелених нитчастих водоростей при очищенні водячи пов'язаний з безпосереднім їх культивуванням в водоймі. Зелені нитчасті водорості, особливо Cladophora facta, активно поглинають калій, сірку, кальцій, кобальт, цинк, кадмій, стронцій, рубідій, свинець і ін.
Поглинання цих речовин нитчастих водоростями здійснюється більш інтенсивно, ніж одноклітинними поглинання органічних речовин нитчастих водоростями пов'язано з їх гетеротрофних типом харчування.