Культивирование ламинарии в одногодичном цикле

Биотехнология культивирования ламинарии в одногодичном

цикле состоит из: 1 - получения ранних зооспор стимулированием

созревания спороносной ткани, 2 - выращивания рассады в цехе (а

не в море, как при двухгодичном цикле) и 3 - выращивания товарной

ламинарии на плантации.

Технологические приемы выращивания ламинарии в одногодичном

цикле в каждой стране различны, поскольку разработаны с

учетом особенностей местных климатических и прочих условий. В

российском Приморье освоение выращивания ламинарии по одногодичному

циклу на основе биотехнологии, применяемой в Японии,

начато с 1979 г. В полярной марикультуре попытки выращивать

ламинарию в одногодичном цикле означают интенсификацию одного

из этапов, а именно - ускоренное выращивание жизнеспособной

рассады в искусственных условиях.

Метод,, разработанный в Японии, Китае и Корее, сводится в основном

к тому, что зооспоры на слоевищах получаются в более

ранние сроки. Затем из них форсированным методом в специальных

цехах выращивается рассада (с применением трофических, температурных

и световых стимуляторов). Рассада вырастает к октябрю, что

на 3-4 мес. раньше, чем в природе при двухгодичном культивировании.

Товарная продукция, не уступающая по размеру и качественным

характеристикам двухгодичной ламинарии, выращивается за 11-12

56

мес. В южных районах Японии весь цикл проводят за один год: стимулирование

спор и осеменение субстратов - в сентябре-октябре; перенос

в выростные бассейны - в ноябре-феврале; пересадка рассады в

море - в марте-сентябре и уборка урожая - в сентябре-октябре. В северных

районах Японии период выращивания ламинарии в море растянут,

и весь цикл растягивается на 2 года. Морских хозяйств с полным

циклом выращивания в Японии очень мало. Как правило, одни

хозяева специализируются на получении рассады, а другие - покупают

ее у питомников и подращивают в море.

Одногодичный цикл начинается с отбора слоевищ, способных к

раннему спороношению, и стимулированию созревания спороносной

ткани.

В январе на плантациях двухгодичного цикла производится

подъем канатов со слоевищами с глубины 2 м на 1 м, в феврале - с

1 м на 0-0.5 м. Канаты поддерживаются в этом положении до июля.

В марте с этих субстратов отбирают маточные слоевища. Путем

анализа морфометрических признаков слоевищ (соотношения между

длиной и шириной слоевищ и длиной черешка) отбираются слоевища,

предрасположенные к раннему спороношению.

Эти слоевища растут на субстратах у поверхности, в слое воды,

богатом биогенами, до конца июля. С середины мая до середины

июня их подкармливают азот- и фосфорсодержащими срлями, на

полчаса опуская субстрат в специальную емкость. Это необходимо,

ибо репродуктивная зрелость наступает у водорослей при накоплении

определенного запаса органических веществ. Затем слоевища

затеняются световыми экранами для создания оптимального режима

освещенности для спорообразования. Субстраты в море на 30—40

дней (до конца июля) помещают в специальные холщовые мешки.

Как мы видим, выращивание ламинарии в одногодичном цикле

требует значительной интенсификации всего процесса. Это приводит

к повышению затрат и росту себестоимости конечного продукта.

Как мы уже отметили, выращивание рассады можно проводить

в цехе или на плантации.

При выращивании рассады в цехе предварительно производится

подготовка субстратов - капроновых нитей, которые вымачиваются

в морской воде, высушиваются и наматываются на рамки

(июньм1юль). Затем слоевища с хорошо развитой спороносной тканью

подвешиваются для подсушивания на вешала в помещении с

температурой 16-18°С и влажностью не более 70-80% сроком до I ч.

После этого каждое слоевище заворачивают в бумагу, складывают в

ящики и ставят в темное место на 12-24 ч. при той же температуре

и влажности.

Затем слоевища освобождают от бумаги и помещают в емкости

с чистой морской водой температурой 15-16°С на 30-60 мин. для

вымета зооспор. Полученную суспензию процеживают и разбавляют

до концентрации 5-10 зооспор в поле зрения микроскопа при

120-кратном увеличении. Затем в разбавленную суспензию помещают

рамки с нитями.

Оседание зооспор на субстраты начинается через 1-2 ч. и продолжается

до суток. Затем рамки размещают в бассейне для выращивания

на расстоянии 20 см одна от другой. Далее важно не забыть

ежедневно перевернуть их на 180° для более равномерного

освещения. Стадия гаметофита наступает обычно при попадании

рамок в бассейны и длится 5-12 дней.

Температура воды в бассейне постепенно снижается в течение

10 сут. - от 14-15 до 11-12°С. При таком режиме гаметофиты образуют

минимум клеток, и на 10-е сутки выращивания происходит

массовое оплодотворение и формирование первых клеток спорофитов.

При этом подается свет от люминесцентных ламп над поверхностью

воды, не менее 14 ч. в сутки (1500-2000 лк). Через 2 дня в

бассейнах включается аэрация.

Стадия раннего спорофита начинается с момента деления зиготы

и образования первых клеток спорофита. Ее длительность 3-7

дней до получения рассады 1-2 см. Если для стадии гаметофита

главным было соблюдение неизменности нормативов температуры

и освещенности, то для спорофита к этому добавляется необходимость

поступления питательных веществ, важных для активного

роста спорофита. Нормативы освещенности для спорофита увеличиваются

до 4000-6000 лк. Возрастает также мощность аэрации,

что необходимо для стимулирования роста ризоидов, иначе спорофиты

после выноса в море будут смыты и унесены с нитей.

Питательная смесь состоит из трех составных растворов, которые

смешивают перед употреблением и добавляют в морскую воду

в соотношении 1:100 при выращивании гаметофита и 1:50 при выращивании

спорофита. Регулярно вносимый питательный раствор

строго сбалансирован и подобран таким образом, что включает соли

58

ряда металлов, не несущих трофических функций, но играющих

роль мощных стимуляторов развития и роста гаметофита и спорофита.

Вода в бассейне регулярно заменяется на 1/2 -1/3 объема, с

соблюдением температурного режима.

Адаптация рассады к условиям моря происходит при постепенном

(в течение недели) повышении температуры воды в бассейне на

0,5°С в сутки (конец сентября на севере Приморья). Для уравнивания

концентраций солей моря и бассейна вода в бассейне также постепенно

заменяется на морскую. Затем нити с рассадой наматывают

на более крупные рамы и на 7-10 дней выставляют в море.

При выращивании рассады на плантации очередность рабочих

операций такова.

Нить с рассадой сматывают с рам и разрезают. Затем кусочки

нити с рассадой вставляют по 1 штуке в пряди субстратов, расплетая

канаты и вплетая туда кусочки нитей с рассадой с интервалом в

10-12 см. Сверху субстраты оставляют без рассады примерно на

полметра - для привязывания их к горизонтальному канату.

К середине марта слоевища ламинарии достигают в среднем

длины 100-200 см. Чтобы скорость их роста не уменьшалась из-за

скученности, спорофиты прореживают и пересаживают на новые

субстраты. В Японии и Корее это происходит в конце декабря - начале

января, у нас из-за отрицательных температур воздуха в конце

марта - начале апреля. К июлю биомасса пересаженных слоевищ не

уступает биомассе оставшихся.

Перспективно проводить не весеннее, а осеннее прореживание

и пересадку слоевищ, по китайской технологии. В связи с этим разработана

стратегия получения рассады в цехе до середины сентября,

чтобы вынести ее в море на рамках до середины октября, а затем

в течение месяца пересадить на субстраты. При таком способе существенно

удлиняется период вегетации слоевищ - с ноября, а не с

марта, по июль-август.

К началу августа выращенные слоевища достигают средней

биомассы 800 г, средней длины 400 см, ширины - 20 см, сухих веществ

- 15-20%. Слоевища с верхних частей субстратов достигают

наибольшей биомассы ~ до 1500 г в начале июля. Уборку урожая

рекомендуется начинать в июле и заканчивать к концу августа -

началу сентября.

Эксперименты по одногодичному выращиванию ламинарии

осуществлялись в Приморье, на Сахалине и в Охотском море. Перспективность

данной биотехнологии для условий Севера требует

дополнительного изучения.

2.10. Значение и перспективы промысла

и культивирования красных водорослей на Севере

Красные водоросли, или багрянки - самая обширная среди

донных морских растений и очень своеобразная группа водорослей.

Насчитывает более 600 родов и около 4000 видов.

Наряду с зелеными («а» и «б» хлорофиллами) пигментами, а

также желтыми (двумя каротинами и несколькими ксантофиллами)

они содержат специфические пигменты билипротеины - красный

фикоэритрин и синий фикоцианин. Разное сочетание этих пигментов

определяет окраску багрянок ~ от фиолетовой до кроваво-

красной. Подавляющее большинство багрянок обитает в морях.

Диапазон глубин, занимаемых багрянками, очень широк - гораздо

шире, чем у бурых и зеленых водорослей. Благодаря красным пигментам,

улавливающим солнечный свет на большой глубине, они

могут достигать даже глубин 100-200 м. Обычно наиболее плотные

заросли красные водоросли образуют на глубине 20^10 м. Здесь они

доминируют в донной растительности, составляя основу кормовой

базы фитофагов.

Внешне большинство багрянок - крупные растения: от нескольких

сантиметров до одного метра (хотя встречаются и микроскопические

формы). Слоевища красных водорослей по форме

весьма разнообразны и даже причудливы. Это нитевидные, пластинчатые,

цилиндрические, корковидные, пузыревидные, кораллоподобные,

рассеченные и разветвленные формы. Багрянки разделяются

на 2 класса: примитивные бангиевые и более высоко организованные

флоридеевые. Одноклеточные формы встречаются лишь у

представителей класса бангиевых, все представители класса флори-

деевых - многоклеточные организмы. Процесс размножения красных

водорослей крайне своеобразен, в сложном цикле развития отсутствуют

подвижные стадии: споры и гаметы лишены жгутиков.

Красные водоросли издавна используются человеком и имеют

большую практическую ценность. Их традиционно используют в

пищу в виде водорослевой муки - на корм скоту и в качестве удобрений,

а в последнее время - как источник уникальных химических

соединений. Из 160 известных видов съедобных макрофитов половина

(81 вид) - это красные водоросли, содержащие много белка, а

также витамины и микроэлементы. Наиболее важны виды рода Рог-

phyra, в меньшей степени - родов Palmaria, Gracilaria, Gelidium,

Eucheuma.

В мире багрянки активно употребляют в еду в самом разнообразном

виде. Из них готовят салаты, приправы, гарниры к мясу и

рыбе, варят супы, их едят сушеными или засахаренными. На первом

месте в ряду съедобных водорослей находятся родимения и порфира.

Красные водоросли хорошо усваиваются человеческим организмом

(как правило, на 60-80%), т.е. так же, как огородная капуста.

Они высококалорийны, содержат большое количество витаминов

групп В и С и другие важные для человека вещества.

Промышленное использование красных водорослей основывается

на присутствии в их оболочках фикоколлоидов - слизистых

веществ из группы полисахаридов. Самый ценный продукт - агар,

представляющий собой смесь слизистых веществ, извлекаемых из

водорослей путем выварки. С виду агар напоминает студень белого

или желтоватого цвета. После высушивания ему можно придать вид

плиток, брусков, кубиков, лент или измельчить в порошок. В настоящее

время его производят из большого числа видов; только в

Японии используют около 30 видов агарофитов. В России сырьем

для агара служит анфельция (Ahnfeltia). Его производство организовано

на Дальнем Востоке и на Белом море. По данным Архангельского

водорослевого комбината, на Белом море ежегодно заготавливается

около 200 т сухих водорослей, из которых получают примерно

29-34 т. агара. По своим физическим свойствам агар похож

на животный желатин, но имеет совсем другое химическое строение.

Его преимущество перед желатином в том, что он остается

твердым при более высокой температуре.

Агар совершенно незаменим при культивировании микроорганизмов

как в научно-исследовательских лабораториях, так и в микробиологических

отраслях промышленности. Культуры микроорганизмов

(например, штаммы бактерий или дрожжи) идеально развиваются

на агаре, который служит для них и субстратом, и пищей.

Дешевых заменителей агара на сегодняшний день не существует.

Его применяют как лекарство при расстройствах кишечника, добавляют

вместо крахмала в хлеб для больных диабетом. На агаре де61

лают капсулы и таблетки с антибиотиками, витаминами, сульфо-

препаратами.

Агар широко применяется и в пищевой промышленности. На

нем готовят желе, мармелад, мягкие конфеты, варенье, так как он

предохраняет их от засахаривания. Его используют при приготовлении

мясных и рыбных консервов и желе, для очистки вин, в виде

добавок к сыру, мороженому и др. Другим потребителем агара является

бумажная промышленность, где с его помощью бумаге придают

плотность и глянец. Текстильщики применяют агар при отделке

тканей.

Из других фикоколлоидов багрянок известны каррагинан и ага-

роид. Каррагинан получают главным образом из хондруса (Chondrus)

на побережье Атлантики. Первыми его начали использовать

жители Северной Ирландии, поэтому он известен под названием

“ирландский мох”. На Балтийском море разновидность каррагина-

нов - фурцелларан получают из фурцеллярии (Furcellarici). Россия

потеряла теперь запасы этих водорослей, оказавшиеся в странах

Балтии. Агароид добывают из черноморской водоросли филлофоры

(.Phyllophorci). Опять же, ее скопления сегодня расположены на территории

Украины. Получают его и в других странах.

Кроме того, красные водоросли содержат биологически активные

вещества, обладающие антивирусной, антибактериальной и ан-

тигрибковой активностью. Это источник гемоагглютининов. Так. из

Ptilota plumosa выделен гемагглютинин, специфичный к группе В

крови человека. Это источник органических и неорганических соединений

брома и иода, а также многих других химических соединений.

Бромфенолы обнаружены в Odonthdlia dentata и видах рода

Polysiphonia, высокое содержание соединений иода - в Phyllophora

brodiaei и Ptilota plumosa у побережья Кольского п-ва. В лечебных

целях традиционно используют водоросли родов Porphyra, Chondrus,

Gelidium, Digenea, Corallina.

Более половины добываемых в мире красных водорослей получают

в результате культивирования. Основные районы культивирования

красных водорослей - это страны с теплым климатом. У побережий

Северной Атлантики водоросли добываются только из естественных

зарослей, хотя экспериментальные исследования возможностей

их культивирования проводятся во многих странах. Так, на

Атлантическом побережье Канады и США проводятся эксперименты

62

по культивированию Chondrus crispus, Palmaria palmcita, Gigartina

stellata, Gracilaria tikvahiae, Furcellaria lumbricalis [52, 51, 47, 50]. В

Канаде разработана промышленная технология выращивания Chondrus

crispus в бассейнах-культиваторах [44]. В Норвегии изучаются

возможности культивирования водорослей родов Halosaccion, Furcellaria,

Gracilaria, Gelidium, в Швеции - Chondrus и Furcellaria, во

Франции - Gracilaria, Solieria, Palmaria, Chondrus [39].

В странах Европы красные водоросли не культивируют, импортируя

агар и каррагинан из развивающихся стран с теплым климатом

и дешевой рабочей силой. В нашей стране красные водоросли

также не выращиваются: культивирование их на плантациях в

море нерентабельно по причине низкой продуктивности, а разведение

в бассейнах оказывается дорогостоящим. Успешным примером

можно считать лишь эксперименты по культивированию теплолюбивой

грацилярии в лагунах Дальнего Востока. В то же время очевидно,

что сейчас наступил момент определения новой стратегии

использования красных водорослей, основанной на концепции

рационального природопользования. Это необходимо и потому, что

Россия утратила запасы красных водорослей на Балтике и в Черном

море и потому, что запасы водорослей неуклонно снижаются - во

многом из-за нерационального промысла, как это происходит с ан-

фельцией на Белом море. Поэтому сейчас важно оценить перспективы

культивирования и промысла красных водорослей Баренцева

и Белого морей.

Такие исследования проводятся. В первую очередь они касаются

основного агарофита анфельции (Ahnfeltia plicata). Оказалось,

что этот вид характеризуется низким темпом роста, сложным и длительным

жизненным циклом [40] и его выращивание нерентабельно

ни для экстенсивного, ни для интенсивного метода культивирования.

Неудивительно, что неоднократные, начиная с 1960-х гг., попытки

выращивания анфельции в Белом море не принесли ощутимых

результатов, как и опыты по выращиванию Ahnfeltia tobuchiensis

на Дальнем Востоке. В связи с этим не случайно в качестве основного

направления использования анфельции предлагается рациональная

разработка природных зарослей и мероприятия по восстановлению

природных зарослей вида в районах промысла [39].

Это не потребует дополнительных исследований, так как на сегодня

имеется много данных и предложений о рациональном использова63

нии анфельции [10, 16} и даже о возможном восстановлении ее зарослей

путем “подсева” [7].

Кроме анфельции для Баренцева и Белого морей характерно

присутствие целого ряда красных водорослей - ценного сырья для

получения других фикоколлоидов: Furcellaria fastigiata, Phyllophora

brodiaei, Chondrus crispus, Gigartina stellata и другие виды. Это -

основные объекты промысла в странах Северной Атлантики. Из

этих видов у нас на Севере наиболее перспективным для культивирования

видом можно считать хондрус (Chondrus crispus). Через

Белое и Баренцево моря проходит северо-восточная граница ареала

вида. В тех губах, где он отмечен, хондрус образует ассоциации с

Fucus serratus. Хондрус хорошо растет в садках [9], обладает средним

темпом роста, хотя и растет несколько медленнее, чем виды

родов Gracilaria и Eucheuma.