НЕПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ПРОТОЧНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МОИН
Метод непропорционально-проточного выращивания многоклеточных водных организмов — коловраток — обеспечил непрерывный рост и продуктивность популяции около 20 г/(л•Сут). Ветвистоусые рачки, как и коловратки, многоклеточные организмы, не каждые сутки дают потомство. Для получения непрерывно растущей культуры рачков с высокой продуктивностью нами применен метод непропорционально-проточного Культивирования.
Разработка метода начата в 1972 г. Популяцию М. тасrосора содержали в стеклянных химических ста?анах. В качестве среды использовали водопроводную воду, кормом служила хлорелла, а также смесь дрожжей и бактерий.
вопыте 1 моин содержали в химическом стакане объемом 1 л. Средой служила водопроводная вода, скорость протока составила 0,6 объема в сутки. В9 и 17 ч по 0,3 объема сливали и добавляли свежую воду, а также корректировали концентрацию корма по уравнению (18). Корм — хлорела в концентрации 5 млн. кл./см3.
В опыте 2 метод тот же, корм смешанный: дрожжи Saccharo-. myces ellipsoides и бактерии Bacillus subtilis. Концентрация дрожжей 5 млн. кл./см, бактерий по сухому весу вносили н. 10 раз меньше. Полученные результаты показаны на рис. 48,
Непрерывную культуру моин с высокой плотностью и проч. дуктивностью возможно получить при условии достаточного количества кислорода в среде, поддержания корма во взвешен. ном состоянии, оптимальном рН среды и т. д.
Все попытки ввести аэрацию при культивировании мои? Закончились безуспешно, популяция погибала.
Рис. 48. Плотності полунeпрeрывной культуры моии. 1 – корм хлорелла; 2 — кори бакте
Рис. 49. Плотность (1) и продуктивность (2) непрерывной непропорци
онально-проточной культуры моин.
Нами изготовлен [Кокова и др., 19751 реактор объемом 700 см (см. рис. 556) с зауженным дном, которое заканчивается трубочкой с зажимом (через нее удаляется осадок). По уровНК) культуры припаяна трубочка, по которой сливаются излишки. Над реактором помещен сосуд с питающей суспензией, с усіхеіlзия аэрируется и перемешивается воздухом для предотвращения оседания корма. Питающая суспензия поступала по каплям в культуру моин круглосуточно. Скорость протока з об./сут. Концентрация хлореллы в питающей суспензии 10 млн. экз./см. На расстоянии 1,5 м над культиватором подвепена зеркальная лампа мощностью 500 Вт для освещения в ночное время. Температура комнатная.
В 16-суточном опыте при коэффициенте непропорциональности 32 в непрерывном непропорционально-піроточном режиме плотность культуры удерживалась около 35 экз./см“ (около 1,5 г сыр. в-ва/1 1, сырой вес одной моины равен 43 мкг), а екесуточная продуктивность 12 экз./см, или 0,516 г/л (рис. 49). р = 0,0055 ч.
Для интенсификации метода непропорционально-проточного культивирования исследовано влияние различных коров, выращенных в проточном режиме в лаборатории (хлорела) или произведенных в промышленных масштабах (гидролизы" дрожжи), да продолжительность жизни и плодовитость мои.
исследование влияния различных кормов на рост культуры моин. Опыты проведены при индивидуальном и массовом периодическом выращивании моин. С индивидуальной культурой моин поставлено девять опытов при 25°С. В качестве корма использованы зеленые водоросли Platymonas virid is и Chlorella Vulgaris, синезеленая морская водоросль Synechococcus elongatus, a тaкке дрожжи Saccharomyces ellipsoides и гидролизные, полученные от Красноярского гидролизного завода.
Концентрация корма в среде 5 млн. кл./см", или 0,05 г сухого вещества в 1 л, в опытах до кормлению ?лореллой и
Рис. 50. Динамика выживаемости (1) II Плодовитості (2) принндивидуальном культивировапни менин са различных кор
нах. а-клорелла; б - цілетім онас, — гидроутиные -
дрожатами. Концентрацня других кормов при равнена к этой: 15 мл. кл./см* Д.Тя синехококкуса, 15 мл 11. кл./см* для платии монаса. Перед приготовлением суспензии B0доросли отмывал от среды центрі - фугированием.
Односуточных М. macroco pa по одной рассаясива.и в 50 смі" пригоТовленной суспензин и ежедневно пересевали взрослую особь в своЖую воду с кормом, молодь подСЧИТЫВали и отсаси Вали.
Первые дотолки в Индивидуальной культуре получень через 4 с?т,
с 4 8 сут за исключение оты та с си ТехОКОК
—f po 2 кусом. Ірп кормлении Синезеленой водоростью моны жили 2 сут, затем, как правило, погибали. Линь отдельные особи давали потомство, которое часто состоя.10 из живых и погибших молодых, а иногда взрослая моя IIа погибала, оставив хорошее жизнеспособно потомство. Полученные результаты отрицательного влияния син - зеленых водорослей на Cladow:era согласуются с литературны III данных (Bacii.льева, 1954) J.
Самая высокая выки Іваемость наблюдалась при корм. Тенні моин хлореллоії (рис. 5!)), выращенной в проточном режиме в реакторе с ксеноновой лампой. Особа, как правило, не погибали в течение 7 сут (см. рис. 50, а). Средняя продолжительность Жизн 8,710, 15 дни. Первые потки появились на 3-и сутки опыта, затем отмечались еедневно. Лишь отдельные особи по давали молодь еедневно, но так не перерывы составили лишь сутки в течение всей жизни особи. Число MOToди увеличиваЛось во втором по ете, затем стабитизировалось или незначительJIo Возраста.То и после четвертого поліеті сни а?алось, это согласуется с литературным данным, Максимова, 1958). Общее число потомков на одну особь — 153 4,8; максимум Потомков в одиом помете достигал 32.
При кормлени и моин морской водорослью пластиМонасом выживаемость индивидуальної культуры была ниже, чем при кормлении хлореллой (см. рис. 50, б). Отдельные особи начали погибать на 5-е сутки опыта, все погибли на 11-е сутки. Их средНяя продолжительность жизни 6,8+0,35 сут. Число потомков
на одну мойну — 97+6. Гидролизные дрожки (см. рис. 50, 6) и Saccharomyces ellipsoides (см. рис. 50, г) обеспечили одинаково низкие результаты по выживаемости моин. Все особи погибали в б-суточном возрасте. При кормлении дрояжами моины давали три помета и гибди. Число потомков на одну самку дрії кормлении гидролизными дрожками - 31 3,6, что в 3,4 раза больше, чем при выращивании на прессованных дрожжах (табл. 5).
Для разнообразия корма были приготовлены смеси с различным соотношением дрожжей S. ellipsoides и хлореллы (1 : 4; 2; 3; 3:2; 4: 1). По мере сничения доли хлореллы в смеси количество потомков на одну особь уменьшалось от 106-8 до 76+5,8. Однако выкиваемость была 100 % в течение 7 сут при соотношении дрожжей и хлореллы 1:3 (рис. 51, а) и 2:3 (см. рис. 51, б) и в течение в сут при соотношении этих же кормов 3:2 (см. рис. 51, в) и 4:1 (см. рис. 51, г).
Некоторые особи давали потомков через сутки, что вызва,то колебания количества потомков по суткам. Однако число пометов на смеси хлореллы и дрожжей 4:1 было выше, чем отдельно на хлорелле, и составило 10 (см. табл. 5).
В контроле (опыт 9, см. табл. 5) использована хлорелла, вьращенная на ли ми ностате. Среднее количество потомков сні - жено до 1037, что на 50 экз. меньше, чем в опыте 1, где брали хлореллу, выращенную в непрерывном режиме с применением
Таблица 5 Влияние различных кормов в концентрации сухого вещества 0,05 г/л на
рост индивидуальной культуры Mot na macrocopa (2) С)
Сортноре
Ние продолжиНорма тел?Е! Ость B CMECH KILJUN (M
Рис. 51. Динамика выживаемости (1) и плодовитости (2) в индивидуальной культуре монті при различном соотношенних дрожжей и хлорелла в кор
могой суспензии. а — 1:4; б -- 2; 3; 8 — 3:1; 2 — 4: 1; общая концентрация Корма 0,15 г сух. в-на/.Т.
ксеноновой лампы. В другом контроле (опыт 4) при кормлении только дрожжами моины давали по- ноз н томков короткое время и в небольшом количестве на одну особь. При этом отмечены значи - тельные вариации в числе потомков между особями, взятыми в . опыт (см. табл. 5). Таким образом, кормление моин смешанным кор- 504 мом в соотношении дрожжей и Хлореллы 2 : 3 обеспечило колії - * чество молоді, близкое к полу
48 12 сут ченным от мои, которые пита
— 1 —— 2 лись только хлореллой.
Для успешного массового выращивания на протоке необходимо определить оптимальные параметры культивирования в том не реакторе при периодическом процессе.
Moina macrocopa содержали в реакторе объемом 0,5 лири 26°С, Освещенность — круглосуточо 1500 к. Среда — отстоянная водопроводная вода, корм — различные водоросли. Коррекцию концентрации корма производили один раз в сутки, доводя ее до 0,05 г сух. в-ва/л, или 5 млн. кл./см* для хлореллы, 15 для синехококкуса и 1,5 млн. кл./см* для платимонаса.
При коррекции осадок со стен и дна не снимали, так как образующиеся при перемешивании хлопья приводят к гибели моин. В длительных опытах (45—65 сут) плотность культуры колебалась (рис. 52), при кормлени хлореллой достигала максимума (10 экз./см*) на 8— 10-е сутки, затем резко снижалась. Второй максимум (6 экз./см*) наступал лишь на 49-е сутки.
При кормлении синехококк усом динамика плотности культуры аналогичная. Первый максимум (13—14 экз.см*) зарегистрирован на 5—f-е сутки развития, а торой (6 экз./см*) - на 20-е.
Если в индивидуальной культуре моины погибали при кормлении синезелеными водорослями, то в массовой этого не на» блюдалось. Вероятно, это связано с образованием детрита на Дне и стенках сосуда, содержащего большое количество бактерий. Из литературы известно, что детрит из водорослей (включая и синезеленые), выловленных сачком из водоема, позволял
Рис. 52. Динамика плотности культуры морин при периодическом
культивирован на различных нормах. 1 — 18латнМонас; 2 — хлорелла, з -- синехoliD1Кус.
получать лучшие результаты по росту ветвисто усых рачков [Есипова, 1969 ], чем при кормлении их свеякими водорослями.
вопыте с платимонасом первый максимум по плотности культуры (16 экз./см*) достигнут на 10-е сутки развития и второй, более высокий (26 экз. /см3), - на 37-е. Опыт наглядно показал, что морские водоросли могут быть использованы в качестве корма для пресноводных ветвисто усых рачков-моин. Максимум плотности периодической культуры моих составляет 26 экз./см, или около 3 г/л сырой биомассы, однако метаболиты и другие изменения среды приводят к гибели периодической культуры.
Опыты свидетельствуют о том, что оптимальный для моиш корм — хлорелла или платимонас, а такле смесь дроаккей и хлореллы (2:3). Хлорелла, выращенная в интенсивном непрерывном резкиме, более благоприятна, чем выращенная на Люминостате.
Исследование влияния различной скорости протока на рост непропорционально-проточной культуры моин. Задача исследования — определить оптимальную скорость протока, обеспечивающую высокую плотность и продуктивность популяции,
Мойн содержали в реакторах объемом 0,5 л сэрлифтом. Расход воздуха — 0,7 л/мин на 1 л культуры, Среда — отстоянная от хлора водопроводная вода, корм - смесь chlorella
Рис. 53. Динамика плотности культуры мони при раз
личной скорости протока среды. 1 – 3; 2 - 1,5; 3 — 0,64 об./сут.
в стационарный период (16 сут из 30) 24-0,4 экз./см3 при екесуточной продуктивности 0 экз./см2, или 0,819 г/л. Удельная скорость роста культуры I10 сравнению с предыдущим опытом возросла незначительно — 0,017 ч-, Это и привело к вымыванию популяции моин при дальнейшем увеличении скорости протока до 6 об./сут (см. рис. 53). КПД биосинтеза культуры при разной скорости протока изменялся от 10,5 до 20 % (табл. 6).
Таким образом, оптимальная скорость протока при данных условиях лежит в довольно узких пределах — от 1,5 до 3 об./сут (рис. 544). Ее повышение, вероятно, возможно только при увеличении коэффициента непропорциональности, например с помощью сеточки, задерживающей моин.
Довольно близкие результаты при скорости протока 3 об./сут получены нами (Кокова и др., 1975] при кормлении иоин только хлореллой. Екесуточная продуктивность при этом составила 0,516 г сыр. в-ва/л.
Контрольные опыты с популяцией моин проведены в реакторе объемом 3 л. Скорость протока среды 2 об./сут. Питающая
суспензия с концентрацией 0,2 г экз./см3
су?. в-ва/л (0,1 г/л хлореллы - 241
+ 0,1 г/л дрожкей) подавалась
круглосуточно. Популяция аэри0,021 22
ровалась эрлифтами со скоростью
0,7 л/мин на 1 л культуры. Темпе0,01 -
ратура 28°C. Длительность опыта
30 сут. Объемов/сут
Динамика плотности и продук
тивности в стационарный период Рис. 54. Зависимость плот (20 последних суток из 30) поканости (I), продуктивности (3)
за?а на рис. 55. Средняя плоти удельной скорости роста (2) культуры моии от скорости
ность культуры составила протока среды.
Таблица 6 рости протока (объем культиватора 0,5 л; 26°C)
Дуктивность — 6,2 экз./см. при коэффициенте непропорциональности 8,5.
в сливаемой части суспензии взрослые особи составили в среднем 40 %. Средний вес одной особи моин в стационарный период культивирования — 101 мкг сырого вещества. Ежесуточный урожай 0,626 г/л. " : экз./см2
Рис. 55. Зависимость сырого веса м. macrocopa от плотности, продуктивности и структуры (соотношение взрослых особей мон? и их молоди) урожая непр
рывной культуры моии. 1" — количество взрослы1 Особей в сливаемой части культуры Моин (%); 2 - продуктивность культуры, экз./см2; 1 – сырой Lec одной ософії морі, мкг; 4 — тлотность культуры моин,
а?З./с.
Таким образом, оптимальная скорость протока для непр - рывного непропорционально-проточного выращивания мои! 2-3 об./сут в реакторах с объемом 0,5—3 л при скорости аэрации 0,5—0,7 (4 - мии), культуры, концентрация корма (дрож - жи Т-хлорелла) в питающей суспензии около 15 млн. кл./см* (0, 15—— 0,2 г сух. в-ва/л), что обеспечивает оптимальную (0,05 г/л) концентрацию корма в культуре.
Разработка культиватора для массового непропорциональнопроточного выращивания ветвистоусых рачков с высокой плотІостью и продуктивность — цель наших исследованийї. Для успешного культивирования рачков необходимо следующее: 1) аэрация культуры для поддержания корма во взвешенном состоянии, а такса для обогащения ее кислородом; 2) освещение с целью предотвращения появления самцов; 3) обмен среды; 4) оптимальная температура; 5) удаление твердых частиц (xilтиновые покровы и трупы погибших моин).
Предварительные результаты показали, что аэрация эрлифтом и магнитной мепалкой привела к гибели популяции моин. полученной из природы. В связи с этим разработан реактор кз оргстекла без аэрации (рис. 56) объемом 3 л. Температура стабилизировалась с помощью 33меевика», через который пропускается вода заданной температуры, Дно реактора за упено и снабдено трубочкой для удаления твердых частиц и погибших моин, а также для контрольных сливов. Ноina macrocopa coдержали на водопроводной воде, отстоянной от хлора, в течеІние 2 сут. Свежую питающую суспензию (воДа + дрожжи -
- хлорелла) подавали по каплям круглосуточно. Скорость протока среды 2 об./сут, т. е. бл. Концентрация корма в питающей суспензии от 2,5 до 10 млн. кл./см. Температура 28°С, освещенность 1500 лв.
Средняя плотность культуры за 26 сут опыта составила 3,6 экз.cм", а в последние 10 сут снизилась во 2,4 экз./см*. AIаксимальная плотность культуры 11,5 экз./см3. Ежесуточная продуктивность в последние 10 сут уменьшилась до 1,4 экз./см2, или 0,168 г сыр. в-ва/л, в то время как средняя за опыт — 0,216 г/л.
Таким образом, в реакторе объемом 3л без аэрации при скорости протока среды 2 об./сут стабильной плотности и продуктивности культуры не получено.
Реактор No 2 объемом Злдля улучшения аэрации оборудован эрлифтами (рис. 57). От эрлифтов популяция изолирована стаканами из мельничного газа. Объем паружного стакана, погруженного в среду, составил около 1 л, внутреннего -- 0,4 л (см. рис. 57). Эрлифты расположены так, что среда, циркулирующая вних, попадает не в стаканы, а в среду за на русным стаканом, иногда вплотную к его стенке, которая как бы гасит пузыри, выходящие из эрлифтов вместе со средой.
Культура моин, находившаяся в стаканах, в обогащенной
Рис. 56. Культиватор N 1 для непропорционально-проточного культивирования мон (НОЕКО
ва и др., 1975). 1 - реактор; 2 — змеевик для подДерягання заданной температуры.
Рис. 57. Культиватор N? 2 для непропорционально-проТОЧНОГО культивирования
моин. 1 — реактор; ? — арифт: а -- трубочка для сливаемой суспензин по уровню; 4 — ВЕНЕ тренний стан на»; 5 -- Нару Іный стаказ».
кислородом среде при непрерывной подаче свежей среды с кормом имела плотность в стационарный период (10 последних суток из 26) 68,9 экз./см3 (табл. 1). Еже уточная продуктивность мои получена двумя путями в сливаемой части суспензии из наружного стакана и из трубочки, расположенной на дне внутреннего стакана. Вторым путем получали ertieсуточно 100 мл суспензии (после 10 сут опыта) из внутреннего стакана, мойны здесь были в основном старые и крупные. В суспензии, сливаемой по уровню из наруного стакана, преобладали мелткие особи, но приблизительно 20-30% было взрослых, так как молодь, вышедшая из внутреннего стакана во внешний, не успевала вымываться протоко, росла и размножалась в нарукном стакане. Таким образом, в сливаемой части суспензии была смеіtіанная популяция моии (взрослые особи и молодь). Eясо
Таблица 7 Изменение плотности и продуктивности культуры моин в течение мыта
и в стационарный период
Продуктивность Гість | Плотность Вес тосоПакультип а- Пость культуры, он, мкг Талка.(см. Ігсыр, Втен, 1 опыта, экз. см | Сыр, в-іна «с?т) ва/(1-сут)
* Расчеты сделаны на объем стаканов, т. с. на 1 л; (+2) — объем не стакана,
суточная продуктивность культуры составила 26,3 экз./см3 обоих стаканов, или 1,13 г сыр. в-ва/л. Максимальная плотность культуры во внутреннем «стакане» 147 экз./см, что в 12,8 раза выше максимума в установке No 1.
Однако реактор N® 2 имел недостаток — не весь рабочий объем был использован, и настолько высокую плотность и продуктивность культуры получали лишь в 1/3 его объема, т. е. в1 л. Замечено, что популяция моин после 1,5-2 лет содержания в лаборатории адаптировалась к непрерывному протоку среды, к корму (хлорелла - дрожжи) и выдерживала прямую аэрацию эрлифтами с расходом воздуха 0,7 л • мин/л культуры.
Культиватор Ne 3 типа N 2, но без «стаканов». Моины не были изолированы от эрлифтов, а круглосуточно свободно по ним циркулировали. Средняя плотность популяции в течение 28 сут была 15,1 экз./см“. Ежесуточная продуктивность 3,8 экз./см2, или 0,418 г/л, однако в стационарный период — 6,2 экз./см2, или 0,625 г/л (см. табл. 7). Таким образом, в культиваторе No 3 получен урожай сырой биомассы 625 г/ (м*. сут).
с повышением плотности культуры мои особи становятся мельче, их вес резко снижается (см. табл. 8). Вероятно, установки типа N 2 можно использовать с целью получения живого Корма для личинок рыб, TOJIько что вылупившихся из икринок. Вместе с тем такие ракторы позволяют сократить площади при промышленном вырапЦИВЯННИ МОИН, НО, ВЕРОЯТНО, СЛиваемую часть суспензии следует помещать в такие условия, где моины могут подрасти (например, в емкости с более низкой температурой, чем в реакторе саэрацией и кормом), с тем, чтобы накопить живой корм к моменту вылупления личинок. На основе культиватора No 3 можно создать более крупные установки.
Нами разработаны и изготовлены макеты промышленных установок объемом 0,3—1 м. Высота слоя культуры в реакторе 60 см. Установка (см. рис. 57) состоит из реактора объемом 0,3—1 м, 10—30 эрлифтов с расходом воздуха 0,4 л • мин/л культуры и ресивера. За счет аэрации эрлифтами в реакторе поддерживалось около 5— (мг 0.л. Температура 26°С стабилизировалась с помощью змеевика, подключенного культратермостату U-10. Установка испытана в производственных усло
виях в Волгореченском рыбэкз./см 3
Хозе.
Объектом культивирования служили D. magna. В качестве
среды использовали скважиі°увато-о-о
ную воду, которую перед испоo 5 10 15 20 сут
льзованием аарировали для
снижения концентрации сероРис. 58. Динамика плотности (1)
водорода. Корм — хлорелла и продуктивности (2) непропор
и дрожжи в концентрации ционально-проточной культуры Daplnia magna.
по 5 млн. кл./см3.
Рыс. 59. Динамика плотности (1) и продуктивности (2) Moina macrocopa
при непропорционально-проточном культивпровании.
Питающую суспензию подавали непрерывно со скоростью протока 2/3 об./сут. Сливная трубочка была затянута капроновой сеткой No 7, обеспечивающей проход только молоди и среднего возраста дафний. Маточная культура при круглосуточном освещении люминесцентными лампами в условиях непрерывного поступления свекей среды и корма имела среднюк Ілотность около 4 экз./см* и ежесуточную продуктивность около 1 экз./см", или около 0,5 г/л (рис. 58), или 500 г/м.
Таким образом, испытания макетов промышленных образцов реакторов для непрерывного выращивания ветвистоусых рачков обеспечили продуктивность популяции в 10 раз выше, чем известно из литературы.
Предлагаемые нами макеты промышленных реакторов и технология, вероятно, могут быть использованы для разработки - методов выращивания живых кормов в тепловодных рыбовод- . Hых хозяйствах.
Опыты, проведенные нами с D. magna в культиваторе объемом 0,3 м, показали, что культура дафний в отличие от моин не имеет высоких всплесков и падений по плотности и продуктивности. Длительное содержание мои в реакторе (3 л) сэрЛифтами без стаканов на 60-е сутки привело к снижепио плотности и продуктивности популяции. Затем амплитуды колераний участились (рис. 59), как это известно для непрерывных культур различных микроорганизмов. Полученные данные согласуются с литературными [Макрушин, 1968; хаткевич, 1970).
Вероятно, целесообразно использовать культуру оин, Пе). 1 ученную из природы для краткосрочJIых опытов, и одноври менно проводить селекционную работу на протоке с целью получения длительно растущей популяции без самцов.
