De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda

Scenedesmus
Scenedesmus bijunga EPA.jpg
Scenedesmus bijunga
clasificación cientifica mi
(no clasificado):Viridiplantae
Filo:Clorofita
Clase:Clorofíceas
Orden:Sphaeropleales
Familia:Scenedesmaceae
Género:Scenedesmus
Meyen, 1829
Especie tipo
Scenedesmus obtusus
Meyen, 1829
Especies

Scenedesmus es un género de algas verdes , de la clase Chlorophyceae . Son coloniales y no móviles.

Taxonomía [ editar ]

Actualmente, hay 74 especies taxonómicamente aceptadas de Scenedesmus . [1] Además, se han identificado varios subgéneros, pero varían según la fuente. Hegewald denota Acutodesmus , Desmodesmus y Scenedesmus como las tres categorías principales. Acutodesmus se caracteriza por tener polos celulares agudos, mientras que Desmodesmus y Scenedesmus tienen polos celulares obtusos / truncados (diferenciados por la presencia o ausencia de espinas respectivamente). Los registros fósiles datan de Scenedesmus hace 70 a 100 millones de años y se sospecha que Desmodesmus es el más joven de estos tres grupos.[2]

Biología básica [ editar ]

Scenedesmus es uno de los géneros de algas de agua dulce más comunes; sin embargo, las morfologías extremadamente diversas que se encuentran dentro de las especies dificultan la identificación. [3] Si bien la mayoría de las especies se encuentran en todo el mundo, ciertas especies existen solo en poblaciones locales como S. intermedius y S. serratus que se encuentran en Nueva Zelanda. [3]

Coenobia y crecimiento celular [ editar ]

Scenedesmus puede existir como unicélulas; también se encuentran con frecuencia en la cenobia de cuatro u ocho células [3] dentro de la pared de la madre de los padres. Se han descrito varias arquitecturas cenobianas, incluyendo patrones lineales, costulatoides, irregulares, alternos o dactilococos (Figura 1). [3] La formación de cenobia depende de varios factores. Se encontró una mayor proporción de organismos unicelulares a altas intensidades de luz y altas temperaturas, lo que sugiere que a mayores tasas de crecimiento los organismos prefieren no estar colonizados. [3] El crecimiento y la división exitosos de las algas se basan en un equilibrio entre mantener la flotabilidad en la zona eufótica (que contiene luz y condiciones nutricionales ideales) y evitar el pastoreo de depredadores. [3] Las colonias más grandes tienen una menor proporción de superficie a volumen, lo que limita la absorción de nutrientes y la recolección de luz, y la gran masa promueve el hundimiento. Sin embargo, en presencia de herbívoros, como Daphnia , que amenazan con consumir algas unicelulares, las colonias más grandes brindan una seguridad significativa. [3] Esta amenaza puede ser tan significativa que las células se fusionarán en estas colonias de 8 células incluso en condiciones de crecimiento severamente limitantes para reducir la vulnerabilidad al pastoreo o en condiciones de agotamiento de nutrientes. [3] [4]

Mecanismos de defensa [ editar ]

Las células tienen otros mecanismos de autodefensa además de colonizadores. Scenedesmus se puede dividir en dos subgéneros, el Scenedesmus no espinoso y el Desmodesmus espinoso . Aunque no tienen espinas, las células del subgénero Scenedesmus tienen paredes celulares gruesas y mucílagos, lo que puede hacerlas resistentes a la digestión. Algunos compuestos químicos en Scenedesmus incluso podrían ser tóxicos para ciertos organismos al ser consumidos. Las cerdas de hasta 100 um pueden formar una red tanto en variedades espinosas como no espinosas para desalentar aún más la depredación. [3] Las células forman estas cerdas a la defensiva cuando se detectan kairomonas , un infoquímico liberado por Daphnia queScenedesmus ha evolucionado para reconocerlo como una señal de advertencia. [3] [4]

Reproducción y formación de colonias [ editar ]

Durante la replicación, la célula madre se agranda y se vuelve multinucleada después de múltiples divisiones. Luego, el citoplasma se escinde en células hijas uninucleadas , que generalmente se desarrollan como autosporas inmóviles . Estas células hijas típicamente se unen con otras células hijas para formar una colonia dentro de la pared celular parental para luego ser liberadas. [5] Las células progresan a través de un ciclo mitótico típico similar a otros miembros de Chlorophyceae, con el citoplasma de las células hijas volviéndose muy denso. [5] Finalmente, la pared celular madre se rompe y libera las esporas que adoptan una apariencia celular normal. [5]Las células en cada extremo del cenobio son diferentes en morfología de las del centro. [5] Aún no está claro cómo las células se adhieren entre sí durante el desarrollo, pero se sabe que una vaina trilaminar (TLS), compuesta de algaenan , es una de las primeras estructuras exteriores en formarse, desarrollándose en parches antes de crecer para conectarse en una capa continua. [5] La capa ornamentada es el último componente en desarrollarse. [5]

Ornamentación celular y capas externas [ editar ]

La ornamentación exterior es muy variable dentro del género Scenedesmus . Staehelin y col. caracterizó dos especies en detalle: S. pannonicus y S. longus . S. pannonicus forma una capa "verrugosa" ajustada en comparación con la capa "reticulada" suelta que se encuentra en S. longus . [6] Una característica compartida entre los dos es un TLS que se encuentra en la unión entre las celdas vecinas y que ayuda a consolidarlas. [6] Una capa péctica adicional observada en S. pannonicus forma una malla gruesa de filamentos delgados que se originan en la capa verrugosa. [6] Otra característica de la superficie cenobiana externa de S. pannonicuses una combinación de espigas individuales (aparentemente conectadas a las verrugas) y pequeñas espiguillas que se fusionan para formar peines que zigzaguean a lo largo de la celda. [6] En la Figura 2 se puede ver una descripción general de estas estructuras. La última categoría principal de ornamentación son las rosetas que son comunes a muchas especies de Scenedesmus . [6] Las rosetas son estructuras en forma de anillo que encierran pequeños montículos en la superficie celular y generalmente están asentadas sobre una capa más gruesa de pared celular que las áreas circundantes. [6] No se ha sugerido ninguna función potencial para estas estructuras. Si bien no se observó S. longus con las estructuras en forma de peine de S. pannonicus, tenía dos variaciones de espiguillas que se formaban entre el TLS y la capa reticulada para mantener las dos separadas. [6]

ADN mitocondrial [ editar ]

Scenedesmus obliquus es notable por la codificación no estándar de su ADN mitocondrial que puede representar una forma intermedia en la evolución del ADN mitocondrial de algas verdes. [7] Este código está representado por latabla de traducción 22 del NCBI , código mitocondrial de Scenedesmus obliquus . [8]

Producción de biocombustible [ editar ]

Aunque Scenedesmus es capaz de producir muchos tipos de biocombustibles , como biohidrógeno, biodiésel, bioetanol y combustibles directos, la investigación más extensa se ha realizado sobre el uso de Scenedesmus para la producción de biodiésel . Como todos los sistemas de algas, la implementación de la producción integrada de biocombustible de Scenedesmus a partir de los hallazgos de laboratorio presenta desafíos en la producción a gran escala. Los principales desafíos incluyen el suministro y el reciclaje de nutrientes, la transferencia y el intercambio de gases, la entrega de PAR (radiación fotosintéticamente activa), la integridad cultural, el control ambiental, la disponibilidad de tierra y agua, la recolección y la ingeniería genética y metabólica [9].

Producción de biohidrógeno (H 2 ) [ editar ]

Ver también: producción biológica de hidrógeno

En 1942, Gaffron y Rubin pueden acreditarse con la realización de un experimento que provocó H 2 investigación de la producción en las algas verdes utilizando Scenedesmus oblicuo . [10] algas producen H 2 gas en condiciones anaerobias proporcionando hidrogenasas con iones de hidrógeno derivados de la división de moléculas de agua a través de la fotosíntesis. [11] Sin embargo, la actividad enzimática es transitoria debido a la inhibición de la producción de O 2 a través de la fotosíntesis, un problema que continúa afectando la producción de H 2 . [12] Se sabe tradicionalmente que S. obliquus utiliza una hidrogenasa de níquel-hierro, pero el uso de otras hidrogenasas de hierro en H 2también se informa la producción. [13] Se informa que la actividad de la enzima hidrogenasa en las especies de Scenedesmus es menor que la de Chlamydomonas reinhardtii . [14] H 2 producción independiente de Fotosistema II en Scenedesmus también se ha realizado utilizando los equivalentes redox de metabolismo fermentativo bajo incubación anaerobia oscuro. [10] [15] Los resultados de la investigación sugieren que un ambiente privado de azufre desencadena un desequilibrio en la relación entre la fotosíntesis y la respiración, lo que resulta en un consumo neto de O 2 , lo que provoca anaerobiosis y el cambio a la producción de hidrógeno. [12]El pretratamiento por ultrasonidos ha sido eficaz para aumentar la producción de bioenergía fermentativa de Scenedesmus oliquus YSW15. [16] La investigación sobre la producción de biohidrógeno utilizando Scenedesmus se ve impulsada activamente por sus aplicaciones al tratamiento de aguas residuales . (Ver la siguiente sección sobre gestión de residuos de Scenedesmus ).

Producción de biodiésel [ editar ]

Ver también: producción de biodiesel

Se sabe que Scenedesmus tiene una alta productividad de biomasa entre las algas verdes y se ha investigado activamente para su uso para la producción de biodiésel. Se informa que su producción heterótrofa de biomasa y lípidos en condiciones optimizadas tiene mayor eficiencia que su producción autótrofa. [17] [18] [19] [20] La optimización de la productividad de la biomasa, así como del contenido de lípidos a través de concentraciones variables de nutrientes suplementarios, se ha realizado en numerosos estudios; Actualmente, el rendimiento de lípidos de Scenedesmus después de la optimización ha alcanzado ~ 60% del peso de células secas, más bajo que el de algunas otras algas. [18] [21] Sin embargo, Scenedesmus es más eficiente en la captura de CO 2que otras algas. [20] Como muchas especies de algas, Scenedesmus requería una condición deficiente en nitratos para aumentar profundamente su producción de lípidos. [22] Se logró una mejora significativa (hasta seis veces) de los rendimientos de materia prima mediante la adición de concentraciones variables de etanol en un fotoperíodo de 12 horas y en la oscuridad. [22] La mejora más significativa en la producción de lípidos se obtuvo cuando los cultivos en fase estacionaria se transfirieron a medios deficientes en nitrato durante 7 días y fosfato durante 3 días, respectivamente. [18] La extracción de aceites con metanol o etanol del Scenedesmus sigue siendo un desafío y su menor contenido de lípidos aumenta el costo de producción. [18] En un estudio reciente, [23] Scenedesmus abundans fue aislado del lago Dal, Cachemira y demostró ser una materia prima adecuada para la producción de biodiesel. El alga aumentó significativamente en biomasa y contenido de lípidos con la concentración de nitrógeno de 0.32g / L de nitrógeno. Se encontró que una transesterificación de dos pasos era la más adecuada para la transesterificación , mientras que la extracción de Folch era la mejor para la extracción de lípidos. [23]

Bioetanol [ editar ]

Ver también: combustible de etanol

Scenedesmus y otras microalgas como Chlorella , Dunaliella , Chlamydomonas y Spirulina contienen grandes cantidades de carbohidratos (> 50% del peso seco), lo que las convierte en candidatas atractivas para la producción de bioetanol. [24] En un estudio, [25] Scenedesmus se utilizó para producir una alta productividad de biomasa; Luego, su biomasa rica en carbohidratos se hidrolizó con ácido sulfúrico al 2% y se sometió a un proceso SHF (hidrólisis y fermentación separadas) para producir 8,55 g L -1 de etanol y un rendimiento máximo de 0,213 g de etanol / g de biomasa dentro de las 4 horas posteriores a la fermentación del etanol. .

Combustibles directos [ editar ]

Los isoprenoides se consideran metabolitos importantes que pueden utilizarse como combustibles directos, a menudo como cadenas de alcanos. Scenedesmus conduce una vía piruvato / glialdehído 3-fosfato no mevalonato para sintetizar isoprenoides. Sin embargo, los rendimientos de isoprenoides fueron demasiado bajos (1.5 ~ 15 mg por 10 litros de cultivo de Scenedesmus cuando las células alcanzaron 0.5-0.6 g L -1 ) para ser considerados viables para la producción de combustible en el futuro. [26]

Gestión de aguas residuales [ editar ]

En un estudio que comparó la eficiencia de la eliminación de amoníaco y fósforo de un agua residual agroindustrial por Chlorella vulgaris y Scenedesmus dimorphus , Scenedesmus exhibió una mejor eficiencia para eliminar el amoníaco en un biorreactor cilíndrico mientras que ambas algas eliminaron el fósforo de las aguas residuales en la misma medida. [27] El depurador de césped de algas (ATS) es una de las muchas tecnologías que utilizan algas para tratar una variedad de desechos y aguas contaminadas industrialmente. [28] Un depurador de césped de algas en Florida, por ejemplo, eliminó el fósforo a un costo de $ 24 por kg, mientras que los procesos de ingeniería de humedales eliminaron el fósforo a un costo de $ 77 por kg. Mientras se eliminan los desechos metálicos y los sustratos orgánicos, la biomasa de Scenedesmus en crecimiento podría utilizarse para producir alimentos para ganado, fertilizantes orgánicos, papel, papel de construcción y biodiésel. [9]

Galería de imágenes [ editar ]

  • Scenedesmus quadricauda

  • Scenedesmus brasiliensis

Referencias [ editar ]

  1. ^ MD Guiry en Guiry, MD y Guiry, GM 2015. AlgaeBase. Publicación electrónica mundial, Universidad Nacional de Irlanda, Galway. http://www.algaebase.org ; buscado el 16 de abril de 2015.
  2. ^ Hegewald, Eberhard H. "Taxonomía y filogenia de Scenedesmus". The Korean Journal of Phycology 12.4 (1997): 235-46.
  3. ^ a b c d e f g h i j Lürling, Miquel. El olor del agua: formación de colonias inducida por pastoreo en Scenedesmus. Tesis. Universidad Agrícola de Wageningen, 1999.
  4. ↑ a b Lürling Miquel; Van Donk Ellen (2000). "Formación de colonias inducida por Grazer en Scenedesmus: ¿Hay costos para ser colonial?". Oikos . 88 (1): 111-118. doi : 10.1034 / j.1600-0706.2000.880113.x .
  5. ^ a b c d e f Pickett-Heaps Jeremy D .; Staehelin L. Andrew (1975). "La ultraestructura del Scenedesmus (clorofíceas). II. División celular y formación de colonias". Revista de Phycology . 11 (2): 186–202. doi : 10.1111 / j.1529-8817.1975.tb02766.x .
  6. ^ a b c d e f g Staehelin L. Andrew; Pickett-Heaps Jeremy D. (1975). "La ultraestructura del Scenedesmus (clorofíceas). I. Especies con el tipo" reticulado "o" verrugoso "de capa ornamental". Revista de Phycology . 11 (2): 163–85. doi : 10.1111 / j.1529-8817.1975.tb02765.x .
  7. ^ AM Nedelcu; RW Lee; G. Lemieux; MW Gray; G. Burger (junio de 2000). "La secuencia completa del ADN mitocondrial de Scenedesmus obliquus refleja una etapa intermedia en la evolución del genoma mitocondrial de las algas verdes" . Investigación del genoma . 10 (6): 819–31. doi : 10.1101 / gr.10.6.819 . PMC 310893 . PMID 10854413 .  
  8. ^ Elzanowski A, Ostell J, Leipe D, Soussov V. "Los códigos genéticos" . Navegador de taxonomía . Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI), Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU . Consultado el 11 de agosto de 2016 .
  9. ↑ a b Christenson Logan, Sims Ronald (2011). "Producción y recolección de microalgas para tratamiento de aguas residuales, biocombustibles y bioproductos". Avances en biotecnología . 29 (6): 686–702. doi : 10.1016 / j.biotechadv.2011.05.015 . PMID 21664266 . 
  10. ^ a b Timmins Matthew; et al. (2009). "Análisis filogenético y molecular de algas verdes productoras de hidrógeno" . Revista de botánica experimental . 60 (6): 1691-1702. doi : 10.1093 / jxb / erp052 . PMC 2671627 . PMID 19342428 .  
  11. ^ Kapdan Ilgi Karapinar, Kargi Fikret (2006). "Producción de biohidrógeno a partir de materiales de desecho". Tecnología enzimática y microbiana . 38 (5): 569–582. doi : 10.1016 / j.enzmictec.2005.09.015 .
  12. ^ a b Melis, Anastasios y Thomas Happe. "Producción de hidrógeno. Las algas verdes como fuente de energía". Fisiología vegetal 127.3 (2001): 740-748.
  13. ^ Florin, Lore, Anestis Tsokoglou y Thomas Happe. "Un nuevo tipo de hidrogenasa de hierro en el alga verde Scenedesmus obliquus está vinculado a la cadena de transporte de electrones fotosintéticos". Revista de química biológica 276.9 (2001): 6125-6132.
  14. ^ Winkler M, Hemschemeier A, Gotor C, Melis A, Happer T. [Fe] -hidrogenasas en algas verdes: foto-fermentación y desprendimiento de hidrógeno bajo privación de azufre. Int J Hydrogen Energy 2002; 27: 1431-9.
  15. ^ Das Debabrata; Veziroǧlu T. Nejat (2001). "Producción de hidrógeno por procesos biológicos: un estudio de la literatura". Revista Internacional de Energía de Hidrógeno . 26 (1): 13-28. doi : 10.1016 / s0360-3199 (00) 00058-6 .
  16. ^ Choi, Jeong-A., Et al. "Mejora de la producción de bioenergía fermentativa (etanol / hidrógeno) mediante ultrasonidos de Scenedesmus obliquus YSW15 cultivado en efluentes de aguas residuales porcinas". Ciencias de la energía y el medio ambiente (2011); 4 (9): 3513-3520.
  17. ^ El-Sheekh, Mostafa, Abd El-Fatah Abomohra y Dieter Hanelt. "Optimización de la productividad de biomasa y ácidos grasos de Scenedesmus obliquus como una microalga prometedora para la producción de biodiesel". Revista mundial de microbiología y biotecnología (2012): 1-8.
  18. ↑ a b c d Mandal Shovon, Mallick Nirupama (2009). "Microalga Scenedesmus obliquus como fuente potencial para la producción de biodiesel". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 84 (2): 281-291. doi : 10.1007 / s00253-009-1935-6 . PMID 19330327 . 
  19. ↑ da Silva, Teresa Lopes, et al. "Producción de aceite hacia biocombustible a partir de cultivos semicontinuos de microalgas autótrofas monitoreadas por citometría de flujo". Bioquímica y biotecnología aplicadas 159.2 (2009): 568-578.
  20. ^ a b Yoo Chan; et al. (2010). "Selección de microalgas para la producción de lípidos bajo altos niveles de dióxido de carbono". Tecnología de Bioresource . 101 (1): S71-S74. doi : 10.1016 / j.biortech.2009.03.030 . PMID 19362826 . 
  21. ^ Banerjee, Anirban, et al. "Botryococcus braunii: una fuente renovable de hidrocarburos y otros productos químicos". Revisiones críticas en biotecnología 22.3 (2002): 245-279.
  22. ^ a b Wu, Chengchen, et al. "Efecto potenciador del etanol sobre la acumulación y composición de lípidos y ácidos grasos de Scenedesmus sp." Tecnología de fuentes biológicas (2013).
  23. ↑ a b Mandotra SK, Kumar Pankaj, Suseela MR, Ramteke PW (2014). "Microalga verde de agua dulce Scenedesmus abundans: una materia prima potencial para la producción de biodiesel de alta calidad". Tecnología de Bioresource . 156 : 42–47. doi : 10.1016 / j.biortech.2013.12.127 . PMID 24486936 . CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  24. ^ John Rojan P; et al. (2011). "Biomasa de micro y macroalgas: una fuente renovable de bioetanol". Tecnología de Bioresource . 102 (1): 186-193. doi : 10.1016 / j.biortech.2010.06.139 . PMID 20663661 . 
  25. ^ Ho, Shih-Hsin, et al. "Desarrollo de bioprocesos sobrefijación deCO 2 a base de microalgasy producción de bioetanol utilizando Scenedesmus obliquus CNW-N". Tecnología de fuentes biológicas (2013).
  26. ^ Schwender, J. y col. "Biosíntesis de isoprenoides (carotenoides, esteroles, cadenas laterales prenilo de clorofilas y plastoquinona) a través de una nueva ruta piruvato / gliceraldehído 3-fosfato no mevalonato en el alga verde Scenedesmus obliquus". Revista bioquímica 316, Parte 1 (1996): 73.
  27. ^ González, Estela Luz, Olivia Cañizares Rosa, Baena Sandra (1997). "Eficiencia de la remoción de amoníaco y fósforo de un agua residual agroindustrial colombiana por las microalgas Chlorella vulgaris y Scenedesmus dimorphus ". Tecnología de Bioresource . 60 (3): 259–262. CiteSeerX 10.1.1.316.6465 . doi : 10.1016 / s0960-8524 (97) 00029-1 . CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  28. ^ http://www.algalturfscrubber.com/