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La produzione di microalghe.
No full textPer diverso tempo lo sviluppo di prodotti di origine algale per l’agricoltura si è basato solo sull’utilizzo di macroalghe provenienti da popolazioni naturali, tuttavia è in forte aumento l’interesse verso l’impiego di microalghe grazie alla possibilità di coltivarle e al fatto che, oltre a non provocare allerta per un possibile sovra-sfruttamento, hanno il vantaggio di poter essere prodotte in maniera sufficientemente standardizzata, tale da poter sviluppare prodotti di qualità costante (Carillo et al. 2020). Si tratta di un argomento innovativo che sta rivestendo un notevole interesse, infatti gli studi rivolti alla possibilità di utilizzare gli organismi microalgali per un’agricoltura sostenibile sono in aumento (Chiaiese et al. 2018; Pan et al. 2019; Colla e Rouphael 2020).
Al momento sono diverse le specie su cui sono stati fatti studi per possibili applicazioni in agricoltura e la possibilità di un loro impiego varia dall’uso della biomassa intera a quello dell’estrazione di molecole con una specifica azione bioattiva (Ronga et al. 2019); gli organismi più studiati appartengono ai raggruppamenti tassonomici dei cianobatteri e delle alghe verdi, tuttavia, visti gli effetti legati alla presenza di molecole specifiche, è possibile prevedere un utilizzo applicativo anche di alghe tipiche dell’ambiente marino, come diatomee e dinoflagellate (Lin e Lin 2019, Piotrowski et al. 2020, Yandu e Jian, 2015). Gli studi di base vengono ovviamente effettuati con microorganismi che è già possibile coltivare, tuttavia i metodi di coltivazione presentano differenze significative, a livello quasi specie-specifico, e tali differenze devono essere tenute in considerazione in vista di uno sviluppo commerciale di prodotti di derivazione microalgale. In questo capitolo vengono pertanto illustrati gli aspetti generali alla base della coltivazione industriale di organismi fotosintetici
Produzione di ovatossine nella dinoflagellata Ostreopsis cf. ovata: studi al variare di fattori abiotici e biotici
No full textFioriture di Ostreopsis spp. sono state osservate nell'ultimo ventennio nel Mediterraneo e la loro diffusione aumenta nel mondo ogni anno, rappresentando una potenziale minaccia per la salute umana e per l'ecosistema marino (Rhodes et al., 2011). In particolare la specie O. cf. ovata negli ultimi anni è presente in varie aree costiere europee, tra cui l'Italia. Nonostante in queste zone non siano stati registrati casi di intossicazione umana per consumo di prodotti ittici, la problematica è di grande interesse a seguito dell'elevata tossicità della palitossina e dei congeneri, denominati ovatossine,
prodotti da questa dinoflagellata. Le fioriture hanno spesso mostrato differenti caratteristiche in termini di periodo di sviluppo e relative condizioni abiotiche, di densità algale e di tossicità (Cohu et al., 2013). Allo scopo di individuare i fattori abiotici (e.g. temperatura, salinità, luce) e biotici (e.g. presenza di specie algali competitrici o batteri) che maggiormente influenzano le fioriture ed il loro livello di tossicità, sono stati effettuati studi in coltura utilizzando ceppi di O. cf. ovata isolati da coste italiane, saggiando differenti condizioni. In primo luogo è stato evidenziato che le diverse ovatossine analizzate negli estratti di O. cf. ovata aumentano quantitativamente lungo la crescita (Pezzolesi et al., 2014)
con un rilascio nel mezzo extracellulare maggiore in fase stazionaria. Inoltre il profilo tossinologico ha evidenziato un'alta variabilità sia in termini qualitativi (i.e. assenza di alcune ovatossine) che quantitativi (i.e. contenuto di tossina per cellula o litro di coltura) in funzione dei differenti ceppi esaminati. In generale è emerso che temperatura, salinità e concentrazione dei nutrienti sono fattori abiotici che influiscono nella produzione cellulare di tossine (Pistocchi et al., 2011; Pezzolesi et
al., 2012; Vanucci et al., 2012b). Nello specifico la disponibilità di nutrienti è importante per la biosintesi di questi composti che contengono azoto e hanno alto peso molecolare. I risultati hanno evidenziato che in carenza di azoto (N), in particolare, e di fosforo (P) i quantitativi di tossine prodotte sono inferiori. Tra i fattori che maggiormente influenzano la crescita e la tossicità di O. cf. ovata è emersa anche la competizione con altre microalghe (e.g. diatomee o dinoflagellate bentoniche), con effetti sulla crescita; sembrano inoltre essere esclusi possibili effetti allelopatici delle ovatossine verso le altre microalghe indagate. La comunità batterica associata ad O. cf. ovata in coltura sembra anch'essa interferire sulla produzione di tossine tramite re-mineralizzazione di sostanza organica,
influenzando i quantitativi di N e P disponibile, e tramite interazioni di tipo mutualistico (Vanucci et al., 2012a). I risultati ottenuti evidenziano che da un lato lo stato fisiologico delle cellule è strettamente legato alle condizioni chimicofisiche e allo stato trofico del sistema e dall'altro questo si riflette sulla produzione e sul rilascio delle tossine. Cohu S., Mangialajo L., Thibaut T., Blanfuné A., Marro S., Lemée R., 2013. Harmful Algae 24, 32-44.
Pezzolesi L., Guerrini F., Ciminiello P., Dell'Aversano C., Dello Iacovo E., Fattorusso E., Forino M., Tartaglione L., Pistocchi R., 2012. Water Research 46, 82-92.
Pezzolesi L., Pistocchi R., Fratangeli F., Dell'Aversano C., Dello Iacovo E., Tartaglione L., 2014. Harmful Algae 36, 1-10.
Pistocchi R., Pezzolesi L., Guerrini F., Vanucci S., Dell'Aversano C., Fattorusso E., 2011. Toxicon 57, 421-428.
Rhodes L., 2011. Toxicon 57 (3), 400–407.
Vanucci S., Guerrini F., Pezzolesi L., Dell'Aversano C., Ciminiello P., Pistocchi R., 2012a. Cryptogamie, Algologie 33, 105-112.
Vanucci S., Pezzolesi L., Pistocchi R., Ciminiello P., Dell'Aversano C., Dello Iacovo E., Fattorusso E., Tartaglione L., Guerrini F., 2012b. Harmful Algae 15, 78
Profilo delle tossine di microalghe isolate nell’Adriatico Nord-occidentale
No full textFioriture di Ostreopsis spp. sono state osservate nell'ultimo ventennio nel Mediterraneo e la loro diffusione aumenta nel mondo ogni anno, rappresentando una potenziale minaccia per la salute umana e per l'ecosistema marino (Rhodes et al., 2011). In particolare la specie O. cf. ovata negli ultimi anni è presente in varie aree costiere europee, tra cui l'Italia. Nonostante in queste zone non siano stati registrati casi di intossicazione umana per consumo di prodotti ittici, la problematica è di grande interesse a seguito dell'elevata tossicità della palitossina e dei congeneri, denominati ovatossine,
prodotti da questa dinoflagellata. Le fioriture hanno spesso mostrato differenti caratteristiche in termini di periodo di sviluppo e relative condizioni abiotiche, di densità algale e di tossicità (Cohu et al., 2013). Allo scopo di individuare i fattori abiotici (e.g. temperatura, salinità, luce) e biotici (e.g. presenza di specie algali competitrici o batteri) che maggiormente influenzano le fioriture ed il loro livello di tossicità, sono stati effettuati studi in coltura utilizzando ceppi di O. cf. ovata isolati da coste italiane, saggiando differenti condizioni. In primo luogo è stato evidenziato che le diverse ovatossine analizzate negli estratti di O. cf. ovata aumentano quantitativamente lungo la crescita (Pezzolesi et al., 2014)
con un rilascio nel mezzo extracellulare maggiore in fase stazionaria. Inoltre il profilo tossinologico ha evidenziato un'alta variabilità sia in termini qualitativi (i.e. assenza di alcune ovatossine) che quantitativi (i.e. contenuto di tossina per cellula o litro di coltura) in funzione dei differenti ceppi esaminati. In generale è emerso che temperatura, salinità e concentrazione dei nutrienti sono fattori abiotici che influiscono nella produzione cellulare di tossine (Pistocchi et al., 2011; Pezzolesi et
al., 2012; Vanucci et al., 2012b). Nello specifico la disponibilità di nutrienti è importante per la biosintesi di questi composti che contengono azoto e hanno alto peso molecolare. I risultati hanno evidenziato che in carenza di azoto (N), in particolare, e di fosforo (P) i quantitativi di tossine prodotte sono inferiori. Tra i fattori che maggiormente influenzano la crescita e la tossicità di O. cf. ovata è emersa anche la competizione con altre microalghe (e.g. diatomee o dinoflagellate bentoniche), con effetti sulla crescita; sembrano inoltre essere esclusi possibili effetti allelopatici delle ovatossine verso le altre microalghe indagate. La comunità batterica associata ad O. cf. ovata in coltura sembra anch'essa interferire sulla produzione di tossine tramite re-mineralizzazione di sostanza organica,
influenzando i quantitativi di N e P disponibile, e tramite interazioni di tipo mutualistico (Vanucci et al., 2012a). I risultati ottenuti evidenziano che da un lato lo stato fisiologico delle cellule è strettamente legato alle condizioni chimicofisiche e allo stato trofico del sistema e dall'altro questo si riflette sulla produzione e sul rilascio delle tossine.
Cohu S., Mangialajo L., Thibaut T., Blanfuné A., Marro S., Lemée R., 2013. Harmful Algae 24, 32-44.
Pezzolesi L., Guerrini F., Ciminiello P., Dell'Aversano C., Dello Iacovo E., Fattorusso E., Forino M., Tartaglione L., Pistocchi R., 2012. Water Research 46, 82-92.
Pezzolesi L., Pistocchi R., Fratangeli F., Dell'Aversano C., Dello Iacovo E., Tartaglione L., 2014. Harmful Algae 36, 1-10.
Pistocchi R., Pezzolesi L., Guerrini F., Vanucci S., Dell'Aversano C., Fattorusso E., 2011. Toxicon 57, 421-428.
Rhodes L., 2011. Toxicon 57 (3), 400–407.
Vanucci S., Guerrini F., Pezzolesi L., Dell'Aversano C., Ciminiello P., Pistocchi R., 2012a. Cryptogamie, Algologie 33, 105-112.
Vanucci S., Pezzolesi L., Pistocchi R., Ciminiello P., Dell'Aversano C., Dello Iacovo E., Fattorusso E., Tartaglione L., Guerrini F., 2012b. Harmful Algae 15, 78-90
Effect of salinity, temperature, organic and inorganic nutrients on growth of cultured Fibrocapsa japonica (Raphidophyceae) from the northern Adriatic Sea
Full text linkThe effects of temperature, salinity, inorganic and organic nutrients on the growth and physiological performance of Fibrocapsa japonica have been investigated in strains isolated from the northern Adriatic Sea, where intense and regular blooms have occurred since 1997 in coastal waters during summer. Strains isolated at different times and from different locations appeared homogeneous in terms of both physiological responses and molecular (ITS-5.8S rDNA) characteristics. Growth rates were higher at temperatures between 20 and 26 degrees C and in a salinity range of 30-35 (0.7 div day(-1)). The temperature of 16 degrees C inhibited growth, more markedly at the lowest and highest salinity values, a result also confirmed by a lower photosynthetic efficiency and by an increase in cell volume due to impaircd division. Higher cell concentrations were obtained with macronutrients at f/2 levels than in a fivefold diluted medium. Comparing the utilization of 200 mu M nitrate to that of different N sources (inorganic and organic), F japonica showed an efficient growth with equivalent amounts of ammonia, area and amino acids, such as glycine and tryptophan; glutamate was less effective, while methionine had toxic effects. Organic phosphate, administered as glycerophosphate, could also sustain F japonica growth, probably on account of an alkaline phosphatase whose activity was enhanced in the presence of the organic form. Vitamins were necessary for growth, though no further stimulation was observed when a surplus of vitamin B12 (3 nM) was added. The addition of 11.7 mu M iron instead of 2.3 mu M, as well as that of humic acid, with or without macronutrients, did not enhance algal growth either. These results led us to hypothesise that E japonica blooms became more frequent due to a general seawater temperature increase and to the availability of organic forms which, in coastal anthropized areas, are especially abundant in summer periods
Effect of CO2 supply on the growth and nutrient uptake in microalgae cultures for industrial applications
No full textPolyunsaturated aldehydes (PUAS) production and toxicity in a benthic environment: the microphytobenthos community of the Conero Riviera (northern Adriatic Sea).
No full text
Gonyaulax hyalina and G. fragilis (Dinoflagellata), two taxa associated with ‘mare sporco’, indicate the same species.
No full textAggregates of mucilaginous material have been at times observed in coastal and oceanic sea waters. In the Adriatic Sea (Mediterranean Sea), these events have been known since the 18th century as 'mare sporco' (= dirty sea), and in recent years, they have been associated with the dinoflagellate Gonyaulax fragilis; whereas, in New Zealand mucilage events were linked to Gonyaulax hyalina. In summer 2012, during a 'mare sporco' event in the Gulf of Naples (Mediterranean Sea), numerous cells of a species tentatively identified as Gonyaulax hyalina were detected in the mucilaginous aggregates. Since the boundary between G. fragilis and G. hyalina was not clear, we compared a strain isolated from the Gulf of Naples in 2012 with two strains from the Adriatic Sea and New Zealand waters, the latter two identified as G. fragilis and G. hyalina, respectively. Detailed light microscopy and scanning electron microscopy observations of the three strains showed that all shared the same thecal plate pattern and morphological features. Partial small subunit and large subunit rDNA regions of the three strains were identical. Based on these results and on a revision of the taxonomic history of the two taxa, we propose that G. fragilis and G. hyalina are the same species. Gonyaulax fragilis was described as Steiniella fragilis by Schutt in 1895 and transferred to G. fragilis by Kofoid in 1911. Gonyaulax hyalina was described a few years later by Ostenfeld and Schmidt in 1901. Thus, the name G. fragilis has priority, while G. hyalina is to be considered a synonym
Assimilation of inorganic nitrogen for scaling up Desmodesmus communis (Scenedesmaceae) biomass production.
No full textThe feasibility of the green alga Desmodesmus communis for biomass production was investigated, firstly testing different nitrogen forms in the growth medium and the effect of CO2-enriched air supply, secondarily scaling up the cultivation system in 70 L photobioreactors (PBRs). Maximum nitrogen uptake rate obtained in the performed kinetic experiment was higher for ammonium than for nitrate (188.0 vs 11.7 μmol g−1 h−1); however, D. communis cultured in PBRs with only aeration grew faster with nitrate reaching a biomass yield (1.23 g L−1) and a productivity (0.036 g L−1 day−1) about twofold higher than with ammonium, which caused a pH decrease in the medium affecting the algal growth. CO2 supply allowed algal growth optimization, maintaining a high productivity with both nitrogen sources, slightly higher with nitrate (0.050 vs 0.038 g L−1 ay−1).
Additionally, nitrate-supplied cells showed higher lipids (19.0 vs 9.4%) and proteins (33.0 vs 27.2%) values than those grown with ammonium. The semi-continuous scaled-up cultivation performed for 5 months attests the potential utilization of this species for valuable algal biomass production exploitable in various industrial applications
Test biologici e funzionali per il rilevamento delle palitossine.
No full textPer quanto riguarda la valutazione della tossicità associata alla presenza di biotossine nei molluschi bivalvi e in altri organismi acquatici, in Italia si fa riferimento alla normativa comunitaria in materia: Regolamento (EC) 853/2004 e s.m.i., che ne stabilisce i tenori massimi consentiti e Regolamento (EC) 2074/2005 e s.m.i., che decreta i metodi chimici e biologici di riferimento per diverse altre tossine, ma non per la palitossina (PLTX). I limiti di legge per la presenza di PLTX nei prodotti della pesca non sono ancora stati fissati, tuttavia lo European Food Safety Authority Panel on Contaminants in the Food Chain ha suggerito un limite di 30 μg/kg nei molluschi.
I test biologici hanno il vantaggio di identificare effetti tossici dovuti alla presenza di eventuali tossine non note o non attese, difficilmente identificabili con analisi chimiche. Il test biologico cui si fa riferimento nel suddetto decreto è il test sul topo per le tossine lipofile (mouse bioassay), che ha però una sensibilità piuttosto bassa, una riproducibilità limitata, può dare falsi positivi ed è stato ampiamente criticato per problemi di natura etica legati al benessere animale. Pertanto, nel 2011 la Commissione Europea ha stabilito che la cromatografia liquida abbinata a spettrometria di massa (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, LC-MS) sostituisca gradualmente il test sul topo e rappresenti il metodo standard per determinare la presenza di tossine lipofile nei molluschi; anche la PLTX può essere rilevata dal test sul topo, ma in maniera non sempre riproducibile, data la sua natura anfipatica.
Vista la crescente presenza di O. cf. ovata nel Mediterraneo e le possibili ripercussioni sulla salute umana, sarebbe particolarmente utile disporre di test semplici e rapidi in grado di dare informazioni attendibili sulla presenza di tossine nell’ambiente e/o negli organismi marini. Diversi metodi biologici e immunologici in grado di evidenziare la PLTX e i suoi analoghi in organismi marini, molluschi e microalghe sono già stati sviluppati, anche se nessuno è ancora stato validato. Tali metodi potrebbero essere utili o come screening preliminari cui far seguire le analisi strumentali o nel caso in cui i metodi strumentali non siano disponibili. Si elencano possibili metodi di identificazione delle PLTX con i relativi riferimenti bibliografici
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