An exploration of the relationships between microalgae biomass growth
and related environmental variables
Rameshprabu Ramaraj a,⇑
, David Dah-Wei Tsai b
, Paris Honglay Chen b
a School of Renewable Energy, Maejo University, Sansai, Chiang Mai 50290, Thailand
bDepartment of Soil and Water Conservation, National Chung-Hsing University, Taichung 402, Taiwan
article info
Article history:
Received 29 January 2014
Received in revised form 6 April 2014
Accepted 7 April 2014
Available online 18 April 2014
Keywords:
Microalgae
Biomass
Mimicked ecosystem
Natural water medium
Statistical analysis
abstract
Algal community plays critical roles as the primary producer and as a major biotic component in the
nutrient/energy cycle in aquatic ecosystems. The potential of fresh water algal biomass to mitigate global
problems of food and energy and its significance as a carbon sink have been recognized. In this study,
with a view to decreasing the cost of producing algal biomass for various purposes, the natural medium
of unsupplemented freshwater was applied to mimic the real world to produce algal biomass. The
relevant physicochemical variables in the improvised algal growth environment were analyzed and monitored,
to investigate the algal growth mechanism. The simple regression analysis showed the applicability
of the unsupplemented natural medium with sufficient natural nutrition for algal biomass production.
The multiple linear analyses explained the complexity of the mimicked freshwater mixed–algal community
in the laboratory. The laboratory results obtained in the present study also provide better insights
that improve our understanding of the natural algal growth characteristics.
2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
1. Introduction
Algae are the primary producers in aquatic ecosystems, and
play a vital role in all the aquatic environments [1–3]. Through
photosynthesis they fix light energy [4,5] and reduce simple
inorganic molecules into complex organic molecules supporting
the whole community of living organisms occupying higher
trophic levels in the ecosystem. Besides producing biomass which
meets the energy requirements of the natural ecosystem, algae
extend a range of biosynthetic substances in ample amounts that
can be exploited for biofuels and other important applications
[6,7]. Algae are efficient carbon dioxide (CO2) fixers [4,8,9] and thus
they have much faster growth-rates than terrestrial crops [10–12].
Hence, in the present global crisis for resources, algae may become
one of the most important innovative food and energy ‘crops’ on
earth.
The conspicuous absence of reports in the literature describing
the efficacy of unsupplemented natural water as a medium to produce
algal biomass in controlled conditions is intriguing. In the
present study, an attempt was made to understand algal growth
characteristics in such conditions and to evaluate growth models.
The microalgal biomass generated in unsupplemented natural
water was statistically correlated with nutrients and growth
parameters by multiple linear regression analysis to make a simultaneous
consideration of all the factors and to evaluate the relative
importance of each factor.
2. Materials and methods
The mixed culture of microalgae used in the present study was
obtained from the Sustainable Resources and Sustainable
Engineering research laboratory (SRSE Lab), the Department of Soil
and Water Conservation, National Chung–Hsing University,
Taichung, Taiwan. The natural freshwater used in the present study
as the algal growth medium (feed) was collected from the Green
River (24 70
27.3500N; 120400
22.7900E), at a location near Fu–Te
Dao temple, Taichung, Taiwan. The collected river water was filtrated
through a 0.45 lm filter paper. For the CO2 source, this study
not uses any artificial control or any extra CO2 addition and used
the open reactor to make the reactor gas exchangeable with atmosphere.
This type of design could mimic the real condition in the
natural ecosystem best. Three production units were used in this
study: P1, P2, P3 for triplicate and the growth system was shown
in Fig. 1. The detailed methodology of the study is illustrated in
Fig. 2.
Initially, the mixed culture microalgae, comprising predominantly
the species of the genera Anabaena, Chlorella, Oedogonium
and Oscillatoria were grown in autotrophic conditions of algae/
http://dx.doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.04.001
1011-1344/ 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
⇑ Corresponding author. Tel./fax: +66 53333194.
E-mail addresses: rrameshprabu@gmail.com, rameshprabu@mju.ac.th
(R. Ramaraj).
Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 135 (2014) 44–47
Contents lists available at ScienceDirect
Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology
journal homepage: www.elsevier.com/locate/jphotobiol
การสำรวจความสัมพันธ์ระหว่างการเจริญเติบโตของชีวมวล microalgaeและตัวแปรสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องRameshprabu Ramaraj a ⇑, B Tsai David Dah-ไวบีเฉิน Honglay ปารีสโรงเรียนพลังงานทดแทน วิทยา ลัยแม่โจ้ สันทราย เชียงใหม่ 50290 ไทยbDepartment ของดินและการอนุรักษ์น้ำ มหาวิทยาลัยแห่งชาติ Chung Hsing, 402 ไต้หวันไทจงข้อมูลบทความบทความประวัติ:รับ 29 2014 มกราคมรับแบบฟอร์มแก้ไข 6 2014 เมษายนยอมรับ 7 2014 เมษายนมีออนไลน์ 18 2014 เมษายนคำสำคัญ:Microalgaeชีวมวลระบบนิเวศ mimickedน้ำปานกลางวิเคราะห์ทางสถิติบทคัดย่อชุมชน algal เล่นบทบาทสำคัญ เป็นผู้ผลิตหลัก และส่วนประกอบ biotic เป็นหลักในการวงจรธาตุอาหาร/พลังงานในระบบนิเวศทางน้ำ ศักยภาพของชีวมวล algal น้ำจืดเพื่อลดโลกได้รับรู้ปัญหาของอาหาร และพลังงาน และที่สำคัญเป็นซิงค์คาร์บอน ในการศึกษานี้มุมมองการลดต้นทุนการผลิตชีวมวล algal สำหรับวัตถุประสงค์ต่าง ๆ กลางธรรมชาติของ unsupplemented ปลาใช้เลียนแบบโลกจริงในการผลิตชีวมวล algal ที่วิเคราะห์ และตรวจ สอบ ตัวแปร physicochemical เกี่ยวข้องในระบบสาหร่ายถูกยิงการตรวจสอบกลไกสาหร่าย การวิเคราะห์ถดถอยอย่างง่ายที่แสดงความเกี่ยวข้องของการกลางธรรมชาติ unsupplemented ด้วยโภชนาการจากธรรมชาติเพียงพอสำหรับการผลิตชีวมวล algalการวิเคราะห์เชิงเส้นหลายอธิบายความซับซ้อนของชุมชนผสม – algal ปลา mimickedในห้องปฏิบัติการ ผลปฏิบัติการได้รับในการศึกษาปัจจุบันยังมีความเข้าใจดีขึ้นที่ปรับปรุงของเราเข้าใจลักษณะธรรมชาติสาหร่าย 2014 Elsevier b.v สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมด1. บทนำสาหร่ายเป็นผู้ผลิตหลักในระบบนิเวศทางน้ำ และเล่นบทบาทสำคัญในทั้งหมดน้ำสภาพแวดล้อมที่ [1-3] ผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงจะแก้ไขพลังงานแสง [4,5] และลดง่ายโมเลกุลอนินทรีย์เป็นอินทรีย์โมเลกุลซับซ้อนที่สนับสนุนชุมชนทั้งหมดของชีวิตมีสูงระดับชั้นอาหารในระบบนิเวศ นอกจากการผลิตชีวมวลซึ่งตรงตามความต้องการพลังงานของระบบนิเวศธรรมชาติ สาหร่ายขยายช่วงของสาร biosynthetic ในปริมาณเพียงพอที่สามารถนำไปสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพและอื่น ๆ โปรแกรมประยุกต์ที่สำคัญ[6,7] . สาหร่ายได้คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มีประสิทธิภาพ fixers [4,8,9] และมีราคาถูกการเจริญเติบโตเร็วกว่าพืชบกทั้งหลาย [10-12]ดังนั้น ในปัจจุบันวิกฤตโลกสำหรับทรัพยากร สาหร่ายอาจที่สุดสำคัญนวัตกรรมอาหารและพลังงาน 'พืช' บนอย่างใดอย่างหนึ่งโลกขาดเป้ารายงานประกอบการอธิบายประสิทธิภาพของ unsupplemented น้ำเป็นสื่อในการผลิตชีวมวล algal ควบคุมสภาพน่าอยู่ ในศึกษาปัจจุบัน การพยายามเข้าใจสาหร่ายลักษณะ ในเงื่อนไขดังกล่าว และ เพื่อประเมินรูปแบบการเจริญเติบโตชีวมวล microalgal ที่สร้างขึ้นในธรรมชาติ unsupplementedน้ำถูกทางสถิติ correlated กับสารอาหารและเจริญเติบโตพารามิเตอร์ โดยการวิเคราะห์ถดถอยเชิงเส้นหลายที่ต้องการพร้อมพิจารณาปัจจัยทั้งหมด และประเมินญาติความสำคัญของปัจจัยแต่ละ2. วัสดุและวิธีการเป็นวัฒนธรรมผสมของ microalgae ที่ใช้ในการศึกษาปัจจุบันได้รับจากทรัพยากรอย่างยั่งยืนและเพื่อความยั่งยืนวิจัยวิศวกรรม (SRSE Lab), แผนกดินและการ อนุรักษ์น้ำ มหาวิทยาลัยแห่งชาติชุ – Hsingไทจง ไต้หวัน ธรรมชาติที่ปลาใช้ในการศึกษาปัจจุบันเป็นสาหร่ายที่ ปานกลาง (อาหาร) รวบรวมจากสีเขียวแม่น้ำ (24 7027.3500N 12040022.7900E), ที่ตั้งใกล้ฟู – Teวัดดาว ไทจง ไต้หวัน น้ำเก็บน้ำได้ filtratedผ่าน 0.45 lm กระดาษกรอง สำหรับแหล่ง CO2 ศึกษาไม่ใช้ตัวควบคุมเทียมหรือเพิ่ม CO2 ใด ๆ เพิ่มเติม และใช้ระบบเปิดเพื่อให้แก๊สเครื่องปฏิกรณ์กำนัล ด้วยบรรยากาศออกแบบชนิดนี้สามารถเลียนแบบสภาพจริงในการระบบนิเวศธรรมชาติดีที่สุด ใช้สามหน่วยผลิตในนี้ศึกษา: P1, p 2, P3 สำหรับ triplicate และระบบการเจริญเติบโตที่แสดงใน Fig. 1 อธิบายวิธีการโดยละเอียดของการศึกษาFig. 2เริ่มแรก การผสม microalgae ประกอบเป็นพันธุ์สกุล Anabaena, Chlorella, Oedogoniumและ Oscillatoria ได้เติบโตในสภาพ autotrophic ของสาหร่าย /http://dx.doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.04.0011011-1344 / 2014 Elsevier b.v สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมดผู้⇑ Corresponding โทรศัพท์/แฟกซ์: + 66 53333194ที่อยู่อีเมล: rrameshprabu@gmail.com, rameshprabu@mju.ac.th(R. Ramaraj)สมุดรายวันของเคมีแสงและ Photobiology b:ชีววิทยา 135 (2014) 44-47เนื้อหารายการ ScienceDirectสมุดรายวันของเคมีแสงและ Photobiology b:ชีววิทยาหน้าแรกของสมุดรายวัน: www.elsevier.com/ ค้น หา/jphotobiol
การแปล กรุณารอสักครู่..
An exploration of the relationships between microalgae biomass growth
and related environmental variables
Rameshprabu Ramaraj a,⇑
, David Dah-Wei Tsai b
, Paris Honglay Chen b
a School of Renewable Energy, Maejo University, Sansai, Chiang Mai 50290, Thailand
bDepartment of Soil and Water Conservation, National Chung-Hsing University, Taichung 402, Taiwan
article info
Article history:
Received 29 January 2014
Received in revised form 6 April 2014
Accepted 7 April 2014
Available online 18 April 2014
Keywords:
Microalgae
Biomass
Mimicked ecosystem
Natural water medium
Statistical analysis
abstract
Algal community plays critical roles as the primary producer and as a major biotic component in the
nutrient/energy cycle in aquatic ecosystems. The potential of fresh water algal biomass to mitigate global
problems of food and energy and its significance as a carbon sink have been recognized. In this study,
with a view to decreasing the cost of producing algal biomass for various purposes, the natural medium
of unsupplemented freshwater was applied to mimic the real world to produce algal biomass. The
relevant physicochemical variables in the improvised algal growth environment were analyzed and monitored,
to investigate the algal growth mechanism. The simple regression analysis showed the applicability
of the unsupplemented natural medium with sufficient natural nutrition for algal biomass production.
The multiple linear analyses explained the complexity of the mimicked freshwater mixed–algal community
in the laboratory. The laboratory results obtained in the present study also provide better insights
that improve our understanding of the natural algal growth characteristics.
2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
1. Introduction
Algae are the primary producers in aquatic ecosystems, and
play a vital role in all the aquatic environments [1–3]. Through
photosynthesis they fix light energy [4,5] and reduce simple
inorganic molecules into complex organic molecules supporting
the whole community of living organisms occupying higher
trophic levels in the ecosystem. Besides producing biomass which
meets the energy requirements of the natural ecosystem, algae
extend a range of biosynthetic substances in ample amounts that
can be exploited for biofuels and other important applications
[6,7]. Algae are efficient carbon dioxide (CO2) fixers [4,8,9] and thus
they have much faster growth-rates than terrestrial crops [10–12].
Hence, in the present global crisis for resources, algae may become
one of the most important innovative food and energy ‘crops’ on
earth.
The conspicuous absence of reports in the literature describing
the efficacy of unsupplemented natural water as a medium to produce
algal biomass in controlled conditions is intriguing. In the
present study, an attempt was made to understand algal growth
characteristics in such conditions and to evaluate growth models.
The microalgal biomass generated in unsupplemented natural
water was statistically correlated with nutrients and growth
parameters by multiple linear regression analysis to make a simultaneous
consideration of all the factors and to evaluate the relative
importance of each factor.
2. Materials and methods
The mixed culture of microalgae used in the present study was
obtained from the Sustainable Resources and Sustainable
Engineering research laboratory (SRSE Lab), the Department of Soil
and Water Conservation, National Chung–Hsing University,
Taichung, Taiwan. The natural freshwater used in the present study
as the algal growth medium (feed) was collected from the Green
River (24 70
27.3500N; 120400
22.7900E), at a location near Fu–Te
Dao temple, Taichung, Taiwan. The collected river water was filtrated
through a 0.45 lm filter paper. For the CO2 source, this study
not uses any artificial control or any extra CO2 addition and used
the open reactor to make the reactor gas exchangeable with atmosphere.
This type of design could mimic the real condition in the
natural ecosystem best. Three production units were used in this
study: P1, P2, P3 for triplicate and the growth system was shown
in Fig. 1. The detailed methodology of the study is illustrated in
Fig. 2.
Initially, the mixed culture microalgae, comprising predominantly
the species of the genera Anabaena, Chlorella, Oedogonium
and Oscillatoria were grown in autotrophic conditions of algae/
http://dx.doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.04.001
1011-1344/ 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
⇑ Corresponding author. Tel./fax: +66 53333194.
E-mail addresses: rrameshprabu@gmail.com, rameshprabu@mju.ac.th
(R. Ramaraj).
Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 135 (2014) 44–47
Contents lists available at ScienceDirect
Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology
journal homepage: www.elsevier.com/locate/jphotobiol
การแปล กรุณารอสักครู่..
การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการเจริญเติบโตของสาหร่ายชีวมวลและตัวแปรที่เกี่ยวข้องสิ่งแวดล้อม
rameshprabu ramaraj , ⇑
, เดวิด ดาเว่ยไจ่ B
, ปารีส honglay เฉิน B
โรงเรียนพลังงานทดแทน มหาวิทยาลัยแม่โจ้ อ.สันทราย เชียงใหม่ 50290 ประเทศไทย
bdepartment การอนุรักษ์ดินและน้ำ มหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวัน , , 402 , ไต้หวัน
บทความประวัติศาสตร์ : บทความข้อมูลได้รับ 29 มกราคม 2014
รับแก้ไขแบบฟอร์ม 6 เมษายน 2014
ยอมรับ 7 เมษายน 2014
ออนไลน์ 18 เมษายน 2014
คำสำคัญ :
mimicked ชีวมวลสาหร่ายระบบนิเวศธรรมชาติกลางน้ำ
สาหร่ายบทคัดย่อการวิเคราะห์ชุมชนเล่นบทบาทสำคัญในฐานะเป็นผู้ผลิตหลัก และเป็นส่วนประกอบในสาขาชีววิทยา
รอบ / พลังงาน ธาตุอาหารในน้ำ ระบบนิเวศวิทยาศักยภาพของชีวมวลสาหร่ายน้ำจืดเพื่อลดปัญหาระดับโลก
อาหารและพลังงานและความสำคัญของมันเป็นคาร์บอนจมได้รับการยอมรับ ในการศึกษานี้
ด้วยมุมมองที่จะลดต้นทุนในการผลิตชีวมวลสาหร่ายเพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ ของธรรมชาติกลาง
ได้รับน้ำจืดถูกนำมาใช้เพื่อเลียนแบบโลกจริงเพื่อผลิตชีวมวลสาหร่าย .
และตัวแปรที่เกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมการเติบโตของสาหร่าย ( วิเคราะห์และตรวจสอบ
ศึกษากลไกการพัฒนาสาหร่าย . การวิเคราะห์การถดถอยอย่างง่าย พบการใช้
ของธรรมชาติกลางขาวด้วยโภชนาการธรรมชาติเพียงพอต่อการผลิตชีวมวลสาหร่าย .
การถดถอยเชิงเส้น การวิเคราะห์ อธิบาย ความซับซ้อนของ mimicked ผสมสาหร่ายน้ำจืดและชุมชน
ในห้องปฏิบัติการ ปฏิบัติการทดลองในการศึกษายังให้ข้อมูลเชิงลึกที่ดี
ที่ปรับปรุงความเข้าใจของลักษณะการเจริญเติบโตของสาหร่ายจากธรรมชาติ .
2014 นอกจากนี้สงวนลิขสิทธิ์ .
1 สาหร่ายเป็นผู้ผลิตเบื้องต้นแนะนำ
น้ำและระบบนิเวศมีบทบาทสำคัญในสภาพแวดล้อมทางน้ำ [ 1 - 1 ] โดย
การสังเคราะห์แสงของพวกเขาแก้ไขพลังงานแสง [ 4 , 5 ] และลดง่ายเป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนของโมเลกุลอนินทรีย์
สนับสนุนชุมชนทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตที่มีระดับที่สูง
ครั้ง ในระบบนิเวศ นอกเหนือจากการผลิตชีวมวลซึ่ง
ตรงกับความต้องการพลังงานของระบบนิเวศธรรมชาติ สาหร่าย
ขยายช่วงของการผลิตสารในปริมาณที่เพียงพอที่สามารถใช้ประโยชน์สำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพและ
ที่สำคัญอื่น ๆการใช้งาน [ 6 , 7 ] สาหร่ายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO2 ) มีประสิทธิภาพ fixers [ 4,8,9 ] จึง
มีเร็วอัตราการเติบโตกว่าบกพืช [ 10 – 12 ] .
ดังนั้น วิกฤตการณ์โลกปัจจุบันทรัพยากรสาหร่ายอาจกลายเป็น
หนึ่งในนวัตกรรมที่สำคัญที่สุดอาหารและพืชพลังงาน ' '
เด่นของโลก การรายงานในวรรณคดีอธิบาย
ประสิทธิภาพของขาวน้ำธรรมชาติเป็นสื่อเพื่อผลิตชีวมวลสาหร่าย
ในเงื่อนไขที่ควบคุมได้ที่รัก ใน
ศึกษาปัจจุบันมีความพยายามที่จะเข้าใจลักษณะการเจริญเติบโต
สาหร่ายในเงื่อนไขดังกล่าว และประเมินรูปแบบการเจริญเติบโต .
ที่สร้างขึ้นในสาหร่ายชีวมวลได้รับน้ำธรรมชาติ
มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับสารอาหารและเจริญเติบโต
ตัวแปรโดยการวิเคราะห์การถดถอยพหุคูณเชิงเส้นตรงเพื่อให้พิจารณาพร้อมกัน
ปัจจัยทั้งหมด และเพื่อศึกษาความสัมพันธ์ของปัจจัยแต่ละตัว
.
2 วัสดุและวิธีการ
วัฒนธรรมผสมของสาหร่ายขนาดเล็กที่ใช้ในการศึกษาคือ
ที่ได้จากทรัพยากรที่ยั่งยืนและห้องปฏิบัติการวิจัยวิศวกรรมอย่างยั่งยืน
( srse Lab ) กรมดิน
และการอนุรักษ์น้ำแห่งชาติและมหาวิทยาลัย Chung Hsing
, Taichung , ไต้หวัน ธรรมชาติน้ำจืดที่ใช้ในการศึกษาเป็นสื่อการเจริญเติบโต
สาหร่าย ( อาหาร ) เก็บรวบรวมข้อมูลจากแม่น้ำสีเขียว
( 70 27.3500n 120400
; 22.7900e ) , ที่ตั้งใกล้ฟู–เต้
ดาววัด , Taichung ,ไต้หวัน เก็บน้ำได้ผลิต
ผ่าน 0.45 LM กรองกระดาษ สำหรับ CO2 แหล่งการศึกษา
ไม่ใช้ควบคุมเทียมใด ๆหรือเพิ่ม CO2 เพิ่มเติมใด ๆและใช้
เครื่องปฏิกรณ์เปิดให้แก๊สถังแลกเปลี่ยนกับบรรยากาศ
ประเภทของการออกแบบนี้สามารถเลียนแบบสภาพจริงใน
ระบบนิเวศทางธรรมชาติที่ดีที่สุด สามหน่วยการผลิตที่ใช้ในการศึกษา
: P1 , P2 ,P3 สำหรับทำสำเนาสามฉบับ และระบบการ แสดงในรูปที่ 1
. โดยรายละเอียดของการศึกษาจะแสดงในรูปที่ 2
.
เริ่มต้น สาหร่ายวัฒนธรรมผสม ประกอบด้วยความเด่น
ชนิดของสาหร่าย Anabaena , สกุล , และโดโกเนียม
แพลงก์ตอนที่เติบโตในภาวะโตโทรฟของสาหร่าย /
http : / / DX ดอย . org / 10.1016 / j.jphotobiol 2014.04.001
1011-1344 / . 2014 ทั่วโลกลดลงสงวนลิขสิทธิ์ .
⇑ที่สอดคล้องกันของผู้เขียน โทร / แฟกซ์ : 66 53333194 .
อีเมล์ : rrameshprabu@gmail.com rameshprabu , @ มิว . โดย
( R . ramaraj ) .
วารสารชีววิทยาและการเผาไหม้ photobiology B : 135 ( 2014 ) 44 - 47
เนื้อหารายการที่มีอยู่ในบริการของเมอร์ลิน และ photobiology วารสาร
B :
: www.elsevier.com/locate/jphotobiol หน้าแรกวารสารชีววิทยา
การแปล กรุณารอสักครู่..