Algal Biotechnology

PhycobiotechnologyPhycobiotechnologyเทคโนโลยีสาหราย

อ. ดร. เนติ เงินแพทยหองพัก Sc 3202 E-mail:Neti_nu@yahoo.com

School of Medical Science, University of Phayao

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

หนังสืออางอิงหนังสืออางอิง

ó ยุวดี พีรพรพิศาล. 2549. สาหรายวิทยา. หองปฏิบัติการวิจัยสาหรายประยุกต ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยเชียงใหม. พิมพคร้ังท่ี 2. โชตนาพรินท. เชียงใหมó ยุวดี พีรพรพิศาล. 2547. สาหรายนํ้าจืดในภาคเหนือของประเทศไทย. โครงการพัฒนาองคความรูและศึกษานโยบายการจัดการทรัพยากรชีวภาพในประเทศไทย. โชตนาพรินท จํากัด. เชียงใหมó วันเพ็ญ ภูติจันทร . 2549. วิทยาสาหราย. สํานักพิมพโอเดียนสโตร. กรุงเทพฯó อาภารัตน มหาขันธ. 2548. เทคโนโลยีสาหรายกับอนาคตการเกษตรของประเทศไทย. บริษัท เซเวน พร้ินติ้ง กรุป จํากัด. กรุงเทพฯ

ó Lee, E. Robert. 1999. Phycology 3rd eds . Cambridge University Press. UKó Anderson A. Robert, 2005, Algal culturing (Eds) :A Book for All Phycologists.

Elsevier.

AlgaeAlgae

PhykosPhykosMicroscopic organism à thallusMicroalgae à macroalgae

วิชาท่ีเก่ียวกับสาหรายAlgology = Algae + logos (logy)Phycology = Phykos + logos

Seaweed

ส่ิงมีชีวิตช้ันตํ่า

- สิ่งมีชีวิตประเภท autotrophic organisms มีคลอโรฟลลชวยสังเคราะหแสง

- เปน microscopic organisms จนถึง macroscopicorganisms ซ่ึงมีลักษณะเปน thallus

Macroscopic organisms

microscopic organisms

สาหรายSchool of Medical Science, University of Phayao

- unicellular organism (single cell)- multicellular organism colony- filament

- unbranched filament - branched filament

- siphon- thallus

Size Size 1 micrometer -----------------------------------> 700 feet

รูปรางSchool of Medical Science, University of Phayao

สาหราย พืชช้ันสูง

stiperhizoid

จาก geological time tableมหายุค Precambrian blue green algae

(6,000 ลานป) bacteriaยุค Cambrian(600 ลาน)

green algaered algaebrown algaeyellow algae

land plantsเฟรน, สน, ปรงพืชมีดอก

ประวัติและความเปนมาSchool of Medical Science, University of Phayao

Evolutionary tree

Blue green algae

Red algae

Green algae

Yellow algae

Brown algae

Eukaryote

Prokaryote

Cyanobacteria

1. Cyanophyta - bluegreen algae2. Chlorophyta - green algae3. Charophyta - stoneworts4. Euglenophyta - euglenoids5. Phaeophyta - brown algae6. Chrysophyta - golden algae

- yellow green algae- diatoms

7. Pyrrhophyta - dinoflagellates8. Cryptophyta - cryptomonads9. Rhodophyta - red algae

: จัด 9 DivisionsBold & Wynne (1978)Bold & Wynne (1978)

Division CyanophytaDivision Cyanophyta

Anabaena sp. Spirulina sp. Oscillatoria sp.

Chroococcus sp. Merismopedia sp. Microcystis sp

Division ChlorophytaDivision Chlorophyta

Spirogyra sp. Cladophora sp. Acetabularia sp.

Scenedesmus sp. Pediastrum sp. Micrasterias sp.

Division CharophytaDivision Charophyta

Chara sp. Nitella sp. Tolypella sp.

Phacus sp. Euglena sp. Colacium sp.

Lepocinclis sp. Trachelomonas sp. Strombomonas sp.

Division EuglenophytaDivision EuglenophytaSchool of Medical Science, University of Phayao

Division ChrysophytaDivision Chrysophyta

Dinobryon sp. Synura sp. Isthmochloron sp.

Pinnularia sp. Cyclotella sp. Gomphonema sp.

Division PyrrhophytaDivision Pyrrhophyta

Ceratium sp. Cystodinium sp. Gymnodinium sp.

Peridinium sp.

Division CryptophytaDivision Cryptophyta

Chroomonas sp. Rhodomonas sp.

Cryptomonas sp.

Division PhaeophytaDivision Phaeophyta

Dictyota sp. Padina sp.

Sargassum sp. Fucus sp.

Division RhodophytaDivision Rhodophyta

Batrachospermum sp.Silodotia sp.

Porphyra sp. Gracilaria sp.

หลักในการจัดหมวดหมูหลักในการจัดหมวดหมูóรงควัตถุóองคประกอบของผนังเซลลóอาหารสะสมในเซลลóจํานวนและตําแหนงของแฟลกเจลลัม

1.1. รงควัตถุรงควัตถุ ((pigmentpigment))- Chlorophyll ( a b c d )- Carotinoid ( 60 types)

- Alpha,beta-Carotene- Xanthophyll- fucoxanthin

- Phycobilin- Phycoerythrin- Phycocyanin- Allophycocyanin

2.2. องคประกอบผนังเซลลองคประกอบผนังเซลล- ไมมีผนังเซลล- ผนังเซลลเปนสารชนิดอ่ืน- ผนังเซลลเปน Celluloseและอาจมี Xylan, Mannan,

Alginic acid, Pectin,Chitin, Silica, Calcium

Pectin/Chitin = delivation & CHO

3. 3. อาหารสะสมในเซลลอาหารสะสมในเซลล

- starch- leucosin- laminarin- paramylon

นอกจากนั้นยังมี - Fat- Oil- Chloresterol- Ergosterol

PhotosynthesisPhotosynthesisCarbohydrate

จํานวนและตําแหนงของจํานวนและตําแหนงของ Flagellum Flagellum- adult- sex cell

Euglena sp. , Chlamydomonas sp.zoospore ของ Oedogonium

Apical (ปลาย/ยอด) Subapical Equal Unequal

2 equa 2 apical 1 sub-apica 2-unequal

Benthic algae = สาหรายที่เจริญอยูบริเวณทองพื้นน้ํา หรือยึดเกาะ substrate อาจ เปนดิน หิน โคลน ขยะ พลาสติก

Epipelic algae = สาหรายที่เจริญอยูบนดิน หรือโคลนCladophora sp.

Nostoc sp.

Brackish water = น้ํากรอยBenthic = เจริญอยูทองพื้นน้ําEpipelic = อยูบนดินหรือโคลนPlanktonic = ลองลอยตามกระแสน้ําEpiphytic = เกาะอยูบนพืช

Algae Green bacteria Purple bacteria

สารท่ีให electron หรือ reduce O2 ใน photosynthesis

O2 จาก photosynthesisCarbon source

RespirationType of chlorophyll

H2O H2S , Inorganic substance

H2S , Organic or Inorganic substance

มี ไมมี ไมมี CO2 CO2 CO2 ,Organic

substanceAerobic Anaerobic Anaerobic ,

facultativea, b, c, d Chlorobium

Chlorophyll:a-นอย, c, d , e

Bacterio chlorophyll:a,b, c, d , e

Algae vs. Photosynthetic bacteriaSchool of Medical Science, University of Phayao

Algae vs. Higher plant1. Single cell, Colony, Filament, Siphon, Thallus

ไม differentiate ไปเปน tissue หรือ organ2. ไมมี vascular system อาจมีเน้ือเย่ือคลาย phloem

แตไมมี xylem3. Sex cell สวนมากมี 1 cell ไมมีช้ันของเซลลอื่นมาหุม4. Zygote ----------------> Embryo

เปลี่ยนแปลงหรืองอกเปนเซลลลูกไดเลย

ความแตกตางระหวางสาหรายและแบคทีเรียและพืชความแตกตางระหวางสาหรายและแบคทีเรียและพืช

แบคทีเรีย สาหราย พืช1. นิวเคลียสไมมีหรือมีเยื่อหุม(ไมมี-procaryote / มี eukaryote)

procaryote Procaryote/eukaryote

eukaryote

2. การสังเคราะหแสง ไมมี ยกเวน photosyntheticbacteria แตไมใหออกซิเจน

มี มี

3. ระบบทอลําเลียง - ไมมี มี4. รูปแบบการสืบพันธุ ไมอาศัยเพศ อาศัยเพศและ

ไมอาศัยเพศอาศัยเพศและไมมีอาศัยเพศ

6. การพัฒนาของไซโกต - ไมพัฒนา จากไซโกตงอกเปนทัลลัสใหม

พัฒนาเปนเอมบริโอ

--Environment Environment -- ยุโรปยุโรป,, อเมริกาอเมริกา--Economic Economic –– อเมริกาอเมริกา,, ญี่ปุนญี่ปุน

SCP = single cell proteinSCP = single cell protein

-- produce Oproduce O22-- producer producer ในใน food chain food chain

productivity productivity ในแหลงน้ํามักประเมินจากแพลงกตอนพืชในแหลงน้ํามักประเมินจากแพลงกตอนพืช

ความสําคัญของสาหราย

1. ระบบนิเวศ Ecosystem

Red tide A Noctiluca bloom in the Sea of Cortez

- สารอาหารมาก- phytoplankton bloom- O2 นอยในเวลากลางคืน อันตรายตอสัตวนํ้า- กล่ิน สี เปล่ียนแปลงไป

“นํ้าสีมรกต”

EutrophicationSchool of Medical Science, University of Phayao

Eutrophication in the Chiang Mai Eutrophication in the Chiang Mai University Reservoir, University Reservoir, December 2001 December 2001 –– January 2002January 2002

Identification : Identification : Anabaena catenulaAnabaena catenula

-- สัตวสัตว-- คนคน

1. 1. กินสดๆกินสดๆ เชนเชน LaminariaLaminaria, , CaulerpaCaulerpa2. 2. ผสมกับอาหารหลักผสมกับอาหารหลัก ((รําขาวรําขาว,, ปลาปนปลาปน)) ไดได

โปรตีนโปรตีน และไอโอดีนสูงและไอโอดีนสูงประเทศไทยประเทศไทย :: ภาคตะวันออกภาคตะวันออก ภาคใตภาคใต ใชใช

Padina, Caulerpa, UlvaPadina, Caulerpa, Ulva เล้ียงหมูเล้ียงหมู

(สาหรายทะเล)

สัตว2. Food

สาหรายขนาดเล็กสาหรายขนาดเล็ก (microalgae)(microalgae)Axenic culture (sp. เดียว)

Mass Product

Small invertebrateRotifer, CyclopDaphnia, Moina

Aquatic animal larva

Coloured fish, poultry Man

Animals

*Chemical reagent*Waste water (product)

FertilizerFecesetc.

FiltrationTabletMixed food

Feeding for

-- ChlorellaChlorella-- ScenedesmusScenedesmus-- AnkistrodesmusAnkistrodesmus-- SpirulinaSpirulina

high proteinhigh proteinhigh mineral salthigh mineral salthigh vitaminhigh vitaminhigh carotenehigh carotene

Microalgae high protein

Chlorella

Scenedesmus

Ankistrodesmus

Spirulina

ChlorellaChlorella SpirulinaSpirulina

1. Cell 1. Cell เล็กมากเก็บเก่ียวยากเล็กมากเก็บเก่ียวยาก 1. Cell 1. Cell ใหญใหญ เก็บเก่ียวงายเก็บเก่ียวงายตองตอง Centrifuge Centrifuge โดยการกรองโดยการกรอง

2. Cell wall 2. Cell wall หนาหนา 2. Cell wall 2. Cell wall บางบาง บริโภคไดเลยบริโภคไดเลย ตองสลายกอนบริโภคตองสลายกอนบริโภค

3. 3. การดูดซึมชากวาการดูดซึมชากวา SpirulinaSpirulina 3. 3. การดูดซึมเร็วการดูดซึมเร็ว

4. 4. กล่ินดีกวากล่ินดีกวา SpirulinaSpirulina เล็กนอยเล็กนอย 4. 4. กล่ินคอนขางคาวกล่ินคอนขางคาว

สาหรายทะเลสาหรายทะเล

กินสดกินสด :: LaminariaLaminaria ,, GracilariaGracilariaProphyraProphyra ((จีฉายจีฉาย)) นอรินอริUlva Ulva

อาหารคน

(คอมบุ)

ProphyraGracilaria UlvaLaminaria

สิ่งท่ีตองการจากการบริโภคสาหราย :- (ทะเล)-Fiber-Vitamin-Mineral salt โดยเฉพาะไอโอดีน

Spirogyra sp. Cladophora sp.

- Spirogyra (เทานํ้า, เตา)- Cladophora, Microspora(ไก)- Nostochopsis (ไขหิน ดอกหิน ลอน)- Nostoc (สาหรายเห็ดลาบ)- Caulerpa (สาย)

ไทยไทย

Microspora sp.

Nostochopsis sp. Nostoc sp.

Caulerpa Caulerpa sp. sp. ((สายสาย))

1. 1. วุนวุน ( (Agar)Agar)--polysaccharide (agarose + agaropectin)polysaccharide (agarose + agaropectin)

คุณภาพวุนขึ้นอยูกับคุณภาพวุนขึ้นอยูกับ……--ความแข็งของวุนความแข็งของวุน ( (gel strength)gel strength)--สีสี--ปริมาณเถาปริมาณเถา--อุณหภูมิหลอมละลายอุณหภูมิหลอมละลาย

3. อุตสาหกรรมSchool of Medical Science, University of Phayao

spp. spp. ที่นิยมที่นิยม::---- GracilariaGracilaria-- GelidiumGelidium

ปป 2528 2528……

สงสง Gracilaria Gracilaria ออกตางประเทศออกตางประเทศ 36,185 36,185 กกกก.. 8 8 ลานบาทลานบาทส่ังวุนสําเร็จรูปเขาส่ังวุนสําเร็จรูปเขา 226,701 226,701 กกกก.. 84 84 ลานบาทลานบาท

(raw matterial)

GelidiumGracilaria

--ขนมหวานขนมหวาน อาหารคาวอาหารคาว--แยมแยม ลูกอมลูกอม ไอศกรีมไอศกรีม--เคลือบกระปองเพ่ือกันสนิมเคลือบกระปองเพ่ือกันสนิม--ผสมเบียรผสมเบียร ไวนไวน ใหมีสีใสใหมีสีใส--ยาระบายยาระบาย ปลอกหุมยาปลอกหุมยา

Thickening agentThickening agent --อุตสาหกรรมเคร่ืองสําอางอุตสาหกรรมเคร่ืองสําอาง –– เหนียวเหนียว,, นุมนุม--เคลือบกระดาษเคลือบกระดาษ เคลือบฟลมเคลือบฟลม เคลือบเคลือบ

เสนดายเสนดาย--อาหารเลี้ยงเช้ือในหองปฏิบัติการอาหารเลี้ยงเช้ือในหองปฏิบัติการ

high quality high quality agaroseagarose

ประโยชนSchool of Medical Science, University of Phayao

2. Carrageenin2. Carrageenin-- คลายคลาย agar agar เถามากกวาเถามากกวา แข็งตัวนอยกวาแข็งตัวนอยกวา

Thickening agentThickening agent

3. Algin (Alginate)3. Algin (Alginate)-- LaminariaLaminaria อเมริกาอเมริกา,, ยุโรปยุโรป-- MacrocystisMacrocystis-- FucusFucus

Alginic acid Alginic acid ไมละลายน้ําไมละลายน้ําAlginate Alginate ละลายน้ําละลายน้ํา

-- Sodium alginateSodium alginate-- Potassium alginatePotassium alginate

Laminaria

Macrocystis

--Thickening agentThickening agent--อุตสาหกรรมขนมอุตสาหกรรมขนม ไอศกรีมไอศกรีม--อุตสาหกรรมเคร่ืองสําอางอุตสาหกรรมเคร่ืองสําอาง--อุตสาหกรรมสิ่งทออุตสาหกรรมสิ่งทอ ::เคลือบเสนดายเคลือบเสนดาย--อุตสาหกรรมทํากระดาษอุตสาหกรรมทํากระดาษ::เคลือบกระดาษใหมันเคลือบกระดาษใหมัน--อุตสาหกรรมทํากาวอุตสาหกรรมทํากาว สีทาบานสีทาบาน--น้ํายาเคลือบถวยชามน้ํายาเคลือบถวยชาม--ยาประเภทอีมัลชันยาประเภทอีมัลชัน--ไหมเย็บแผลไหมเย็บแผล --ละลายไดเลยละลายไดเลย--ถุงไสกรอกถุงไสกรอก

4. Diatomite4. Diatomite ---------- Diatomaceous earthDiatomaceous earthเปนเปน Frustule Frustule ของของ Diatom Diatom ที่ตายทับถมกันที่ตายทับถมกันเกิดในมหายุคเกิดในมหายุค ( (Fra) CENOZOICFra) CENOZOIC

--TertiaryTertiary 70 70 ลานปลานป--QuarternaryQuarternary 3 3 ลานปลานป

สิ่งแวดลอมเหมาะสมสิ่งแวดลอมเหมาะสม Diatom bloomDiatom bloom((เก่ียวกับเก่ียวกับ Silica Silica)) ตายตาย

Frustule Frustule ทับถมกันทับถมกัน

ยุค

DiatomiteDiatomite

Lompoc, California Lompoc, California -- diatom diatom น้ําเค็มน้ําเค็มKentmere, U.K.Kentmere, U.K. -- diatom diatom น้ําจืดน้ําจืด

Diatomite Diatomite คลายดินเผาคลายดินเผา ( (porcelane)porcelane)--นํามาใชเปนวัสดุในการกรองในนํามาใชเปนวัสดุในการกรองในโรงงานอุตสาหกรรมโรงงานอุตสาหกรรม

--ฉนวนปองกันความรอนฉนวนปองกันความรอน--ผงขัดเงาโลหะผงขัดเงาโลหะ--ยาสีฟนยาสีฟน

Bluegreen algaeBluegreen algae NN22 ((อากาศอากาศ))

NHNH44++

((สารอาหารสําคัญของพืชสารอาหารสําคัญของพืช))

Nitrogenase

4. ทางดานการเกษตรSchool of Medical Science, University of Phayao

ใชในใชใน 2 2 แบบแบบ1. 1. ใชใช bluegreen algae bluegreen algae ในรูปในรูป free free--living living

Calothrix sp.

Anabaena siamensis

หา sp. ที่ fix N2 ไดมาก

cultivate

mass product

ปุยชีวภาพ(Biofertilizer)

ผสมสารอินทรียดิน, ใบไมผุ

2. 2. ใชแหนแดงใชแหนแดง ซ่ึงมีซ่ึงมี Anabaena azollaeAnabaena azollae เปนปุยพืชสดในนาขาวเปนปุยพืชสดในนาขาว เกษตรเกษตร ทําการวิจัยหาพันธุแหนแดงที่ทําการวิจัยหาพันธุแหนแดงที่ fixed N fixed N2 2 ไดอยางมีประสิทธิภาพไดอยางมีประสิทธิภาพ Anabaena azollae

ปุยจากสาหรายทะเล มี Potassium สูง-นํามาทําปุยสด ไถแลวกลบ-นํามาทําเปนปุยผง หรือปุยน้ํา แลวออกจําหนาย ปุยจากสาหรายทะเลทําใหดินดี ไมแนน

1. medicinal plant1. medicinal plantจีนจีน :: Red algae (Red algae (DigeniaDigenia spp.) spp.) ถายพยาธิ์ถายพยาธิ์,,ตาลขโมยตาลขโมย

Sargassum Sargassum spp. spp. รักษาโรคคอพอกรักษาโรคคอพอก,,แกรอนในแกรอนในSodium laminarin sulfateSodium laminarin sulfate ทําใหเลือดทําใหเลือดFucoidinFucoidin แข็งตัวแข็งตัว

2. Supplement food (Health food)2. Supplement food (Health food)--Chlorella, SpirulinaChlorella, Spirulina (tablet)(tablet)

สรรพคุณมากมายสรรพคุณมากมาย

Digenia

5. เปนยารักษาโรค

Sargassum

Bioactive compoundBioactive compoundfrom algaefrom algae

•Enzyme•Antioxidants•Pigments•Anti-bacterial, anti-viral substances

Metabolites from algaeMetabolites from algae•Fatty acid •Sterols – major nutrient in aquaculture•Carotenoids

•Human health•aquaculture

•Phycocolloids•Agar•Carrageenan•Alginate

• Lectins- agglutinins- like, detection of disease

•Mycosporin-like amino acid- uv protection

•Halogenated compound- pharmacological

•Polyketide – high pharmacological values

•Toxin- environmental problems, Microcystins Cylindrospermopsins

Metabolites from algaeMetabolites from algae

Antioxidant PolyphenolicAntioxidant PolyphenolicAntioxidant Polyphenolicó Natural antioxidantó Phenolic acid, flavonoids, phenylphopanoidsó Lignin, melanin, tanninó Phenolic > Vitamin E, Vitamin Có anti-microbial, anti-inflammation,

anti-allergenic, anti-canceró Quercetin – anti-elactase, anti-collagenase

and anti-hyaluronidase

ó Sargassum sp. - triterpenoidsó S. kjellmanianum - phlorotanninsó S. micracanthum - plastoquinones ó Polysiphonia sp. - bromophenolsó Cystoseira sp. - tetraprenyltoluquinols

PigmentsTable 1:Pigment composition of several algal groups (after Dring1982):

DIVISION COMMON NAME MAJOR ACCESSORY PIGMENT

Chlorophyta Green algae chlorophyll bCharophyta Charophytes chlorophyll bEuglenophyta Euglenoids chlorophyll b

Phaeophyta Brown algae chlorophyll c1 + c2, fucoxanthin

Chrysophyta Yellow-brown or golden-brown algae

chlorophyll c1 + c2, fucoxanthin

Pyrrhophyta Dinoflagellates chlorophyll c2, peridinin

Cryptophyta Cryptomonads chlorophyll c2, phycobilins

Rhodophyta Red algae phycoerythrin, phycocyanin

Cyanophyta Blue-green algaephycocyanin, phycoerythrin

3. Antibiotic3. AntibioticChlorellaChlorella ChlorellinChlorellinRed algaeRed algaeNitzschia paleaNitzschia palea --DiatomDiatomAntibiotic Antibiotic เหลานี้ตานการเจริญของเหลานี้ตานการเจริญของ bacteria bacteria ทั้งทั้ง

กรัมบวกกรัมบวก กรัมลบกรัมลบ

Nitzschia palea

Scytonema Scytonema sp. TISTR 8208sp. TISTR 8208TISTRTISTR = = TThailand hailand IInstitute of nstitute of SScience and cience and TTechnological echnological RResearchesearch

--bluegreen algae bluegreen algae จากดินนาจากดินนา จจ..พิษณุโลกพิษณุโลก--เปนเปน filament filament ที่แตกแขนงที่แตกแขนง--ปลอยสารสีมวงลงในปลอยสารสีมวงลงใน algal broth algal broth

Scytonema

เปนเปน Algicide Algicideยับย้ังการเจริญของยับย้ังการเจริญของ Anabaena siamensisAnabaena siamensis

A. luteaA. luteaเปนเปน Bacteriocide Bacteriocide

ยับย้ังการเจริญของยับย้ังการเจริญของ Bacillus cereusBacillus cereusB. subtilisB. subtilisStaphylococcus aureusStaphylococcus aureusS. capitisS. capitisE. coliE. coli

วิเคราะหองคประกอบของสารสีมวงวิเคราะหองคประกอบของสารสีมวง

การประยุกตใช

ศึกษาศึกษา physiology physiology ของของ Cell Cell--AcetabulariaAcetabularia ทะเลทะเล --greengreen--Chara Chara --NitellaNitella--HydrodictyonHydrodictyon

6. ทางดานการศึกษาและทดลองAcetabularia

CharaNitellaHydrodictyon

น้ําเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมมีน้ําเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมมีOrganic matter Organic matter Inorganic matterInorganic matter

--ProteinProtein--CarbohydrateCarbohydrate

Organic matterOrganic matter Inorganic matterInorganic matter

7. กําจัดนํ้าเสีย (Sewage disposal)

etc.NH3

เปนอาหารของสาหราย

02เพ่ิม

สาหรายเติบโต

สารอาหารลด BOD ลด

Oxidation pondOxidation pond

บอตกตะกอน บอเพ่ิมออกซิเจนโดย aerating

บอเพ่ิมออกซิเจนโดยสาหรายหรือพืชน้ําบางชนิด

Industry

**คอปเปอรซัลเฟตคอปเปอรซัลเฟต ((++ คลอรีนคลอรีน))1.1.00 ppm (mg/l)ppm (mg/l)**22--3 dichloronaphthoquinone 3 dichloronaphthoquinone 5 5 µµg/dmg/dm33

กําจัดกําจัด bluegreen algae bluegreen algae**prenanthraquinone prenanthraquinone 80 80 µµg/dmg/dm33

กําจัดกําจัด green algae green algae โดยเฉพาะโดยเฉพาะ ChlorellaChlorella**Activated carbon Activated carbon ((ถานกัมมันถานกัมมัน)) ใชดูดสีใชดูดสี กล่ินกล่ิน สารพิษสารพิษ พวกพวก

สารอินทรียในน้ําดิบที่จะทําน้ําประปาสารอินทรียในน้ําดิบที่จะทําน้ําประปา กําจัดกําจัด microcystins microcystins

การกําจัดสาหราย…School of Medical Science, University of Phayao

การใชสาหรายติดตามการใชสาหรายติดตามตรวจสอบคุณภาพน้ําตรวจสอบคุณภาพน้ํา

ระบบนิเวศนํ้าน่ิงระบบนิเวศนํ้าน่ิง

ระบบนิเวศนํ้าไหลระบบนิเวศนํ้าไหล School of Medical Science, University of Phayao

ดัชนีทางชีวภาพ (Bioindicator)ดัชนีทางชีวภาพดัชนีทางชีวภาพ ((Bioindicator)Bioindicator)

หมายถึง ส่ิงมีชีวิตท่ีสามารถบงชี้สถานการณ

สภาพส่ิงแวดลอมได ท้ังน้ีเพราะส่ิงมีชีวิตน้ี

เจริญไดในสภาพแวดลอมท่ีเฉพาะเจาะจง

Organism Environmental factors

-DO-pH-temperature-nutrients-salinityetc.

B,C -- มีความทนในชวงแคบA -- มีความทนในชวงกวางB,C – เปน indicator ท่ีดี

1. สะดวก ไมตองใชเครื่องมือหรือสารเคมีที่มีราคาแพง

2. รูผลทันทีทันใด (ถามีผูเชี่ยวชาญพอ)

3. สามารถตรวจตราสภาพแวดลอมที่ดําเนินมากอนวันที่ศึกษา (ซ่ึงวิธีทางเคมีทําไมได)

ผลดีของการใช bioindicatorผลดีของการใชผลดีของการใช bioindicator bioindicator

1. ผูศึกษาตองมีความเชี่ยวชาญเฉพาะดานจริงๆ

บางคร้ังตองศึกษาถึง species

2. ความรูเฉพาะส่ิงมีชีวิตบางอยางยังไมแพรหลาย

และพอเพียง

ผลเสียของการใช bioindicatorผลเสียของการใชผลเสียของการใช bioindicatorbioindicator

BiomonitoringBiomonitoring : : BioindicatorBioindicator

BiomonitoringBiomonitoring หมายถึง การติดตามตรวจสอบสภาพแวดลอมโดยใชส่ิงมีชีวิต

ส่ิงมีชีวิตท่ีสามารถนํามาติดตามตรวจสอบสภาพแวดลอมไดเรียกวา Bioindicator

สาหรายยึดเกาะสาหรายยึดเกาะระบบนิเวศน้ําไหลระบบนิเวศน้ําไหล School of Medical Science, University of Phayao

สาหรายขนาดใหญสาหรายขนาดใหญSchool of Medical Science, University of Phayao

ไดอะตอมพื้นทองนํ้าไดอะตอมพื้นทองนํ้าSchool of Medical Science, University of Phayao

• พบสาหรายนอยชนิด แตละชนิดมีจํานวนนอย- พบสาหรายสีเขียวพวกเดสมิดส เชน Cosmarium

Staurastrum

Staurodesmus

- ไดอะตอมชนิด centric diatom เชน Cyclotella

- พบสาหรายคริสโซไฟท เชน Dinobryon

1. Oligotrophic status (สารอาหารนอย นํ้ามีคุณภาพดี)

คุณภาพน้ําตามระดับสารอาหาร

และชนิดของแพลงกตอนพืชที่บงชี้

Staurastrum

Dinobryon

Cyclotella

Cosmarium Micrasterias

Closterium

2. Mesotrophic status (สารอาหารปานกลาง นํ้ามีคุณภาพปานกลาง)

• พบสาหรายมากชนิด แตละชนิดอาจมีมาก หรือนอย- พบสาหราย dinoflagellates เชน Ceratium

Peridinium

Peridinium spp.Ceratium spp.

3. Eutrophic status (สารอาหารมาก นํ้ามีคุณภาพไมดี)• พบสาหรายนอยชนิด แตละชนิดมีจํานวนมาก

- พบสาหรายสีเขียวแกมน้ําเงิน AnabaenaOscillatoriaPhormidium

- พบสาหรายยูกลีนอยด EuglenaPhacusTrachelomonas

- พบไดอะตอม NitzschiaFragilariaSynedra

Euglena spp.Phacus spp

Trachelomonas spp. Nitzschia spp.

Batrachospermum macrosporum Montagne

Nemalionopsis shawii Skuja

1. Oligotrophic status (สารอาหารนอย นํ้ามีคุณภาพดี)- พบสาหรายสีแดง Batrachospermum, Nemalionopsis- พบไดอะตอม Cyclotella, Achnanthes

การใชสาหรายยึดเกาะติดตามตรวจสอบการใชสาหรายยึดเกาะติดตามตรวจสอบคุณภาพนํ้าในแหลงนํ้าไหลคุณภาพนํ้าในแหลงนํ้าไหล

Achnanthes minutissima Kützing

Cyclotella stelligeraCleve & grunow

Spirogyra sp.Cladophora glomerata

Kützing

2. Mesotrophic status (น้ํามีคุณภาพปานกลาง)- พบไดอะตอม Melosira varians, Cymbella tumida

- พบสาหรายสีเขียว Cladophora, Spirogyra

Melosira varians Agardh

Cymbella tumida(Brébisson) Van Heurck

AARLAARL--PPPP Score:Score:

AARLAARL-- PP Score PP Score ==Applied Algal Applied Algal Research Laboratory Research Laboratory --Phytoplankton ScorePhytoplankton Score

Applied Algal Research LaboratoryApplied Algal Research Laboratory = หองปฏิบัติการวิจัยสาหรายประยุกตPhytoplanktonPhytoplankton = = แพลงกตอนพืชแพลงกตอนพืช

จากงานวิจัยทางดานแพลงกตอนพืชราวจากงานวิจัยทางดานแพลงกตอนพืชราว 5050 เรื่องเรื่อง

ในระยะเวลามากกวาในระยะเวลามากกวา 15 15 ปป

ทําใหทราบวาแพลงกตอนพืชชนิดเดนทําใหทราบวาแพลงกตอนพืชชนิดเดน จีนัสใดจีนัสใด เจริญอยูในคุณภาพน้ําแบบไหนเจริญอยูในคุณภาพน้ําแบบไหน

AARL- PP Score ประกอบดวย ตารางสําคัญ 2 ตาราง

ตารางท่ี 1 คะแนนแพลงกตอนพืชชนิดเดนจัดตามระดับสารอาหารหรือคุณภาพนํ้า

ตารางท่ี 2 คะแนนแสดงคุณภาพนํ้าจัดตามระดับสารอาหารและคุณภาพนํ้าท่ัวไป

ó โดยตัวเลขนอย แสดงน้ําที่มีคุณภาพดี-สารอาหารนอยó ตัวเลขมาก แสดงน้ําที่มีคุณภาพไมด-ีสารอาหารมาก

แบงคะแนนออกเปนแบงคะแนนออกเปน 1, 2, 31, 2, 3………………………….10.10

ตารางที่ตารางที่ 11 คะแนนแพลงกตอนพืชคะแนนแพลงกตอนพืช จัดตามระดับสารอาหารจัดตามระดับสารอาหารหรือคุณภาพน้ําหรือคุณภาพน้ํา

จีนัส คะแนน

Actinastrum 5

Anabaena 8

Ankistrodesmus 7

Aphanocapsa 5

Aphanothece 5

Botryococcus 4

Centritractus 4

Ceratium 4

Chlamydomonas 8

Chlorella 6

Chroococcus 6

Closterium 6

Coelastrum 7

Cosmarium 2

Crucigenia 7

Crucigeniella 7

Cryptomonas 8

Cylindrospermopsis 8

Dictyosphaerium 7

Dimorphococcus 7

Dinobryon 1

Elakatothrix 3

Euastrum 3

Eudorina 6

Euglena 10

Golenkinia 5

Gonium 6

Gymnodinium 6

Isthmochloron 5

Kirchneriella 5

Merismopedia 9

Micractinium 7

Micrasterias 2

Microcystis 8

Monoraphidium 7

Nephrocytium 5

Oocystis 6

Oscillatoria 9

Pandorina 6

Pediastrum 7

Peridinium 6

Peridiniopsis 6

Phacus 8

Phormidium 9

Planktolyngbya 7

Pseudanabaena 7

Rhodomonas 8

Scenedesmus 8

Spirulina 9

Staurodesmus 3

Staurastrum 3

Strombomonas 8

Synura 8

Tetraedron 6

Trachelomonas 8

Volvox 6

ตารางที่ตารางที่ 11 ((ตอตอ)) คะแนนแพลงกตอนพืชชนิดเดนคะแนนแพลงกตอนพืชชนิดเดน ((ไดอะตอมไดอะตอม))จัดตามระดับสารอาหารหรือคุณภาพน้ําจัดตามระดับสารอาหารหรือคุณภาพน้ํา

Acanthoceras 5

Achnanthes 6

Amphora 6

Aulacoseira 6

Bacillaria 7

Cocconeis 6

Cyclotella 2

Cymbella 5

Encyonema 6

Epithemia 6

Eunotia 2

Fragilaria 5

Gomphonema 6

Gyrosigma 7

Hantzchia 8

Melosiera 5

Navicula 5

Nitzschia 9

Pinnularia 5

Rhizosolenia 6

Rhopalodia 5

Stauroneis 5

Surirella 6

คะแนน 1คะแนน

คะแนน 2 คะแนน

Dinobryon

Cosmarium Micrasterias

Elakatothrix Euastrum

Staurodesmus Staurastrum

Botryococcus Centritractus

Ceratium

Actinastrum Nephrocytium

Golenkinia

Aphanocapsa Isthmochloron Kirchneriella Aphanothece

Chroococcus Tetraedron Oocystis

Closterium

Gonium

Peridinium Peridiniopsis

Volvox

Chlamydomonas Chlorella

Gymnodinium

Eudorina

Pandorina

Ankistrodesmus Coelastrum Pediastrum Dimorphococcus

Dictyosphaerium

Micractinium Monoraphidium

Cylindrospermopsis

PseudanabaenaPlanktolyngbya

CrucigeniaCrucigeniella คะแนน 7 คะแนน

Anabaena Scenedesmus

Phacus Synura Strombomonas

Cryptomonas

Microcystis

Rhodomonas

Trachelomonas คะแนน 8 คะแนน

Merismopedia

Phormidium

Oscillatoria

Spirulina

Euglena

Cyclotella

Eunotia Cymbella

Melosiera

NaviculaPinnularia

Rhopalodia

Acanthoceras

Stauroneis

Fragilaria

แพลงกตอนพืชประเภทไดอะตอมSchool of Medical Science, University of Phayao

Achnanthes

Amphora

AulacoseiraCocconeis

Surirella

GomphonemaSynedra

EncyonemaRhizosolenia

Epithemia

Bacillaria

Gyrosigma

Hantzchia

Nitzschia

ตารางท่ี 2 คะแนนแสดงคุณภาพน้ําจัดตามระดับสารอาหารและคุณภาพน้ําทั่วไป

คะแนน คุณภาพน้ําตามระดับสารอาหาร คุณภาพน้ําทั่วไป

1.0-2.02.1-3.53.6-5.55.6-7.57.6-9.09.1-10.0

ระดับ Oligotrophic สารอาหารนอยระดับ Oligo-mesotrophic สารอาหารนอยถึงปานกลางระดับ Mesotrophic สารอาหารปานกลางระดับ Meso-eutrophic สารอาหารปานกลางถึงสูงระดับ Eutrophic สารอาหารสูงระดับ Hypereutrophic สารอาหารสูงมาก

คุณภาพน้ําดีคุณภาพน้ําดีถึงปานกลาง คุณภาพน้ําปานกลางคุณภาพน้ําปานกลางถึงไมดีคุณภาพน้ําไมดีคุณภาพน้ําไมดีอยางมาก

วิธีการวิธีการ

1. เก็บตัวอยางแพลงกตอนพืชจากแหลงน้ําที่ตองการศึกษา

2. นําแพลงกตอนพืชมาวินิจฉัยในระดับจีนัส3. นับจํานวนแพลงกตอนพืชในแตละจีนัส4. เลือกจีนัสที่เดนโดยมีจํานวนเซลลมากที่สุดและรอง

ลงไป 3 จีนัส โดยตองมีจํานวนมากกวา 30%ของแพลงกตอนพืชทั้งหมด

วิธีการวิธีการ((ตอตอ))

5. หาคะแนนของแพลงกตอนพืชในแตละจีนัสในตารางที่ 1

6. นําคะแนนทั้งหมดมาบวกกันแลวหาคาเฉลี่ย7. นําคาเฉลี่ยจากการศึกษาแพลงกตอนพืชไป

เปรียบเทียบคุณภาพน้ําในตารางที ่28. สามารถทราบคุณภาพน้ําในแหลงน้ํานั้นได

หมายเหต ุอาจทําการศึกษาคุณภาพน้ําทางกายภาพและเคมีรวมดวยยิ่งด ีเพื่อเปนการยืนยันวาสอดคลองกันหรือไม

ตัวอยางการคํานวณตัวอยางการคํานวณ

ในคูเมืองเชียงใหมมีแพลงกตอนพืชชนิดเดน 3 ชนิดแรกคือ

Euglena sp.

Trachelomonas sp.

Navicula sp.

ตัวอยางการคํานวณตัวอยางการคํานวณ

คะแนนของแพลงกตอนพืชทั้ง 3 ชนิด ในตารางที ่2 คือEuglena sp. = 10Trachelomonas sp. = 8Navicula sp. = 5

นําคะแนนทั้งหมดมารวมกันไดเทากับ 23 คะแนนจากน้ันหารดวยจํานวนจีนัสของแพลงกตอนพืชชนิดเดนที่นํามาคํานวณ จากตัวอยางน้ีเทากับ 3 จีนัส

ดังน้ันคาเฉลี่ย 23/3= 7.6

นําคา 7.6 ไปเปรียบเทียบคุณภาพนํ้าในตารางที ่1พบวา

** อยูในระดับ Eutrophic คือสารอาหารสูง

แสดงวา คุณภาพน้ําไมด ี**

ตัวอยางการคํานวณตัวอยางการคํานวณ ((ตอตอ))School of Medical Science, University of Phayao

ลองทําดู: จงหาคุณภาพนํ้าของแหลงนํ้าท้ัง 3 แหลงน้ี

1. ในอางเก็บน้ําอางแกว มหาวิทยาลัยเชียงใหมมีแพลงกตอนพืชชนิดเดนคือ

Ceratium sp.Peridinium sp.Navicula sp.

3. ในคูเมือง จังหวัดเชียงใหมมีแพลงกตอนพืชชนิดเดนคือ

Microcystis sp.Ananbaena sp.Nitszshia sp.

2. ในอางเก็บน้ําเขื่อนแมกวงอุดมธารา จังหวัดเชียงใหมมีแพลงกตอนพืชชนิดเดนคือ

Cosmarium sp.Staurastrum sp.Staurodesmus sp.

Mesotrophic statusMesotrophic statusปานกลางปานกลาง

OligoOligo--Mesotrophic statusMesotrophic statusดีถึงปานกลางดีถึงปานกลาง

Eutrophic statusEutrophic statusไมดีไมดี

Potential of Algae Potential of Algae as Biodieselas Biodiesel

ó High protein◦ 20 – 70% dry weight

ó Fatty acid/hydrocarbon◦ 15 – 70% dry weight

ó Vitamin/mineral saltó Polysaccharideó Bioactive compounds

◦ Enzyme◦ Antioxidants◦ Pigments◦ Anti-bacterial, anti-viral substances

AdvantageAdvantageSchool of Medical Science, University of Phayao

• Food/Food Supplement• Cosmetics

Spirulina platensisChlorella spp.

ó Feed◦ Pig◦ Poultry◦ aquaculture

Advantage Advantage ((cont.cont.))

ó Biodiesel◦ Fatty acid/Hydrocarbon

ó Ethanol◦ Polysaccharide

ó H2 production◦ Cyanobacteria/Green algae

ó Biomass

Alternative energyAlternative energySchool of Medical Science, University of Phayao

Micropipette technique

Steak plate technique

• IsolationCultivationCultivationSchool of Medical Science, University of Phayao

Chlorella sp. Spirulina sp.

• Culture Collection of Applied Algal Research Laboratory(AARL-CMU)

ó Mass cultivation◦ Nutrientñ Chemical reagentsñ Waste

◦ Light◦ CO2◦ pH◦ Stressñ N-limitationñ Salt/metal ion stress

Cultivation Cultivation ((cont.cont.))

ó Raceway pond/open pondCultivation systemCultivation system

ó Photobioreactor

Cultivation system Cultivation system ((cont.cont.))

• Photobioreactor

ó Plastic bag

• GreenFuel, Pheonix, Arizona, USA

• Vertigro ,El Paso,Texas, USA

ó Batch cultureó Semi-continuous cultureó Continuous culture

Cultivation typeCultivation type

ó Autotrophic culture◦ Light+CO2

ó Heterotrophic culture◦ Dark + carbon sources (sugar/chemical reagents)

ó Mixotrophic culture◦ Light+CO2 + carbon sources

Cultivation conditionCultivation condition

Chisti (2007)

Potential strainsPotential strains

ó Botryococcus bruaniiPotential strainsPotential strains ((AARLAARL))

ó Chlorella spp.ó Spirulina platensisó Scenedesmus spp.ó Euglena spp.

ChlorellaSpirulina platensis Scenedesmus

Euglena

Potential strainsPotential strains ((AARLAARL))

ó Botryococcus bruanii◦ Long chain hydrocarbon

(Rager and Metzger, 2000)

Biodiesel productionBiodiesel production

ó Other strains◦ Fatty acid

Esterification

Biodiesel production Biodiesel production ((cont.cont.))

• Spirulina platensis– 300 – 400 Bath/kg– Fatty acid 10 -15%– Biodiesel 1000 – 1500 Bath/L

• Chlorella sp.– 200 – 300 Bath/L– Fatty acid 30%– 80 Bath/kg

PossibilityPossibility

Production cost

Productivity/time/area

10 Bath/kg or 25 Bath/L

• Goal PossibilityPossibility ((cont.cont.))

PossibilityPossibility from Energy Research from Energy Research and Development Institute (ERDI)and Development Institute (ERDI)

• Helpful from Biogas production– Waste water as nutrient supply

• (Spirulina platensis - CMU)

– CO2 in Methane production (C source)• Methane 70%• CO2 30%

– Photobioreactor

10 Bath/kg or 25 Bath/L

Assignment (4%)Test (1%)

1. Bioactive compounds from Cyanobacteria

2. Biofuel production from microalgae

Review report

Algal Biotechnology

Documents

Algal Chemostat Progress

Algal Turf Controller

Harmful Algal Blooms

Algal Applications

Biotechnology of algal biomass production: a review of systems for

Algal biotechnology Biotechnological approaches for production of important microalgae culture methods of microalgae SCP – Spirulina single cell protein

Algal Colonies

Algal Blooms

Algal Products

algal database

Algal Attributes: An Autecological Classification of Algal Taxa

Algal bloom cof2012

HARMFUL ALGAL BLOOMS (HAB S ). What are Harmful Algal Blooms (HABs)? Harmful algal blooms or HABs are algal blooms composed of phytoplankton known to

Biotechnology of algal biomass production: a review of systems for

Algal Biofuels

Harmful algal blooms

NEW ZEALAND–UK ALGAL BIOTECHNOLOGY WORKSHOP · NEW ZEALAND–UK ALGAL BIOTECHNOLOGY WORKSHOP Cawthron Institute, Nelson, New Zealand, 14th-17th August 2017 ... some of the challenges

68209542 Micro Algal Biotechnology Technology Review and Road Map

16 pages.pdf · Biofules Botany Environmental Science Extension Education Entomology Food Science Forestry 2008 2014 2014 ... Algal Biotechnology 2014 2012 2002 2001 2005 2014 2014

Biotechnology of algal biomass production: a review of ...large.stanford.edu/publications/power/references/docs/...The challenge of large-scale algal culture: conclusions of the 1990