Año 2020. Número 24 (Julio-Diciembre)
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Efecto de luces LED y fluorescentes sobre el crecimiento y la
biomasa de Thalassiosira pseudonana (Cleve, 1873)
Effect of LED and fluorescent lights on growth and biomass of Thalassiosira
pseudonana (Cleve, 1873)
Autores: María Guadalupe Bravo Montesdeoca
1
,
2
César Lodeiros Seijo
1,
3
Edgar Zapata Vívenes
1,3,
4
José Javier Alió Mingo
5
Dirección para correspondencia: lupebravom@yahoo.com
Recibido: 19-10-2020
Aceptado: 12-12-2020
Resumen
En búsqueda de mejorar la producción de la microalga Thalassiosira
pseudonana, utilizada frecuentemente como alimento para larvas y juveniles de
diversas especies de interés acuícola, en este estudio se evaluó la incidencia de
diodos emisores de luz (LED) y luces fluorescentes (F) en su crecimiento y
biomasa celular. Seis repeticiones de la cepa T. pseudonona, preparada en agua
de mar filtrada tratada con UV y medio nutritivo Guillard F2 enriquecido con
Na
2
SiO
3,
fueron sometidas a 4200 lux (± 5%) emitida desde luces LED y F. Se
partió de inóculos en tubos de ensayo de 20 mL y trasvasados a recipientes de
mayor volumen cada 3 días, hasta alcanzar 15 L en bolsas plásticas a los 14
días. Al término del ensayo, se determinó la densidad de microalgas, su biomasa
1
Programa de Maestría en Acuicultura, Instituto de Postgrado, Universidad Técnica de Manabí, Bahía de Caráquez,
Manabí, Ecuador.
2
Instituto Superior Tecnológico Luis Arboleda Martínez. Carrera de Tecnología Superior en Acuicultura, Secretaria
de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación. Ext. Jaramijó 132150, Manabí, Ecuador. E-mail:
lupebravom@yahoo.com ORCID 0000-0002-7245-6731
3
Grupo de Investigación en Biología y Cultivo de Moluscos, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad Técnica
de Manabí, Bahía de Caráquez, Manabí, Ecuador. E-mail: cesarlodeirosseijo@yahoo.es ORCID 0000-0001-9598-
2235
4
Departamento de Biología, Escuela de Ciencias, Núcleo de Sucre, Universidad de Oriente, Venezuela. E-mail:
edgar.zapata@utm.edu.ec ORCID 0000-0003-3720-5416.
5
Grupo de Investigación en Pesca y Acuicultura, Facultad de Ciencias del Mar, Universidad Laica Eloy Alfaro de
Manabí, Manta, Ecuador. E-mail: josealio@hotmail.com ORCID 0000-0003-2210-6802
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y masa celular. El crecimiento fue descrito mediante un modelo exponencial sin
diferencia en las tasas de crecimiento entre L y F. La biomasa con L alcanzó
0,27±0,05 mg L
-1
y con F 0,17±0,05 mg L
-1
, mientras que el peso celular fue
64,8±11 pg con L y 41,2±12 pg con F. Se concluye que la irradiación del cultivo
microalgal con luces LED eleva la masa celular de T. pseudonana, lo cual podría
representar mayor rendimiento al ser utilizado como alimento en organismos
acuáticos.
Palabras clave: iluminación; nutrición; diatomea; tamaño celular.
Abstract
In search to improve the production of the microalgae Thalassiosira pseudonana,
a species frequently used as food for larvae and juveniles of various species with
aquaculture interest, in this study we evaluated the incidence of light-emitting
diodes (LEDs) and fluorescent lights (F) on its growth and cell biomass. Six
replicates of the T. pseudonona strain, prepared in filtered seawater treated with
UV and Guillard F2 nutrient medium enriched with Na2SiO3, were subjected to
4200 lux (± 5%) emitted from LED lights and F. The cultures were started from
inoculums in 20 mL test tubes and transferred to larger volume containers every
3 days, until reaching 15 L in plastic bags after 14 days. At the end of the trials,
the density of microalgae, their biomass and cell mass were determined. Growth
was described by an exponential model with no difference in growth rates
between L and F. The biomass with L reached 0.27 ± 0.05 mg L-1 and with F
0.17 ± 0.05 mg L-1, while the cell mass was 64.8 ± 11 pg with L and 41.2 ± 12
pg with F. It is concluded that the irradiation of the microalgal culture with LED
lights increased the cell mass of T. pseudonana, which could represent greater
performance when used as food for aquatic organisms.
Keywords: illumination; nutrition; diatom; cell size.
Introducción
Las microalgas constituyen el principal recurso alimenticio para los estadios
larvarios y fases adultas de diversas especies mantenidas en instalaciones
acuícolas. Adicionalmente, su uso se ha diversificado hacia la obtención de
biocompuestos y combustibles (Hildebrand, 2012; Seckbach & Gordon, 2019) e
inclusive como moduladores inmunológicos (Carballo et al., 2020). La
composición, crecimiento y las propiedades nutritivas de las microalgas pueden
variar de acuerdo a la disponibilidad de nutrientes, la intensidad y longitud de
onda de la luz que se irradia, afectando su biomasa, actividad fotosintética y
celular (Smayda, 2011; Richmond 2013; Harun et al., 2014; Vásquez-Suárez et
al., 2013). De igual manera, algunas rutas metabólicas, tasa de crecimiento y
composición bromatológica pueden cambiar según la calidad de la luz bajo la que
se cultive (Sánchez-Saavedra & Maeda-Martínez, 2016). Por lo tanto, la
producción de las microalgas puede ser mejorada cuando se emplean luz de
diferentes fuentes de irradiancia (Demirbas, 2011). En este sentido, el uso de
iluminación con luces LED, en comparación con las luces fluorescentes, resulta
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atractivo por su menor consumo de energía, duración de las lámparas y la escasa
producción de calor (Glemser et al., 2016; López-Rosales, et al., 2016). Así
mismo, las luces LED permiten la selección de longitudes de onda específicas
para iluminar cultivos de microalgas. El presente trabajo compara el efecto del
uso luces LED y fluorescentes en la tasa de crecimiento y la producción de
biomasa por la microalga Thalassiosira pseudonana, una microalga muy
utilizada como alimento en las primeras etapas del ciclo de vida temprano de
organismos acuáticos (Helm et al., 2006), o como alimento modificador del sabor
de moluscos bivalvos (Hakamada et al., 2020).
Los ensayos se realizaron en las instalaciones del Laboratorio de Microalgas del
Instituto Superior Tecnológico Luis Arboleda Martínez (ISTLAM), extensión
Jaramijó, Manabí, Ecuador. La cepa de T. pseudonana (Cleve, 1873) fue
suministrada por el Centro Nacional de Investigaciones Marinas (CENAIM-
ESPOL) y mantenida en placas de agar (Bacto Agar 211040, Becton - Dickinson
& Co.) preparado a razón de 15 g/L con agua de mar esterilizada y fertilizada con
Guillard F/2 (Guillard, 1975), enriquecido con solución 0,05 molar de
Na
2
SiO
3.
5H
2
O, a 18 °C con luz continua. Posterior a 10 días, la cepa fue
sembrada en tubos de ensayo con 20 mL de agua de mar estéril fertilizada en
medio Guillard F/2 enriquecida con Na
2
SiO
3.
5H
2
O
=
(a razón de 1,5 mL/L). A los
5 días, los cultivos fueron escalados a fiolas de 150 mL y en secuencia, cada 3
días, fueron escalados a botellas de 2 L y a bolsas plásticas de 15 L.
El agua de mar utilizada en el mantenimiento de la cepa y los cultivos en tubos
de ensayo y fiolas de 150 mL, fue circulada por un sistema de filtros de arena,
grava y decantación, y esterilizada por luz UV. Adicionalmente, se desinfectó en
una autoclave (Biobase modelo BKQ-Z50I) a 115 °C por 20 min. El agua de mar
utilizada en los cultivos en botellas de 2 L y bolsas plásticas de 15 L, fue tratada
previamente con hipoclorito de sodio al 8 %, para luego ser filtrada con una bolsa
de malla de 1 µm, dejándola por 24 h con aireación y circulación, finalizando la
depuración al neutralizar el hipoclorito de sodio con tiosulfato de sodio y vitamina
C.
Se dispusieron dos tratamientos (irradiación con luces LED y con fluorescentes)
con seis repeticiones cada uno. Los recipientes conteniendo la cepa T.
pseudonana fueron irradiados independientemente a una intensidad de 4200 lux
(± 5%) con luces LED o fluorescentes, por un periodo de 14 días continuos
durante todo el desarrollo del cultivo. La intensidad lumínica fue estimada con
un radiómetro (Latnex modelo LM-50KL). La temperatura de los cultivos fue
monitoreada todos los días a las 10:00 h con un termómetro Hanna, Checktemp
1, de precisión 0,1 °C.
Los cambios de la densidad del cultivo se estimaron dividiendo el número de
células en cada recipiente de acuerdo con la ecuación:
Densidad= (densidad × volumen del recipiente) / 15 L (1)
La densidad poblacional se determinó diariamente, estimándose el tiempo que
tardaba el cultivo en cada tipo de recipiente en culminar la fase exponencial del
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crecimiento. Para esto, se utilizó una cámara de Neubauer de 0.1 mm de
profundidad y un microscopio óptico (Muletc modelo ME400A) con el lente de
objetivo de 40X. La densidad celular de T. pseudonana se estimó mediante la
fórmula:
(2)
Las variaciones de la densidad de los cultivos con el tiempo en ambos
tratamientos lumínicos, se ajustaron a un modelo exponencial:
Densidad = a * e
(µ * t)
(3)
En donde a es una constante asociada al inóculo; e en la base de los logaritmos
Neperianos; µ es la tasa de crecimiento y t es el tiempo. Según Widdle (2010), el
tiempo generacional (t
d
) se puede estimar por la relación:
µ = LN(2)/t
d
(4)
donde LN(2) es el logaritmo Neperiano de 2, y se deduce que:
t
d
= LN(2)/ µ (5)
La biomasa final del cultivo fue determinada en las bolsas plásticas de 15 L,
mediante tamizado en filtros de fibra de vidrio de 1,2 μm (CHMLAB GF3) con
bomba al vacío (Tecnal–Te – 0581). Se extrajo de cada bolsa una muestra de 1 L,
la cual fue filtrada en cuatro porciones de 250 mL. El filtrado fue lavado con agua
destilada para eliminar los minerales y las sales del medio de cultivo.
Seguidamente, los filtros fueron pesados y llevados a una estufa (Fisher-
Scientific) a 110°C por 30 min; posteriormente, se dejaron enfriar en un
desecador por 30 min, y se obtuvo la biomasa seca por diferencia de peso. El
peso celular se estimó dividiendo la biomasa del cultivo en cada bolsa de 15 L
entre la densidad respectiva.
La temperatura, biomasa y tamaño celular de las microalgas cultivadas bajo los
dos tipos de luces se compararon mediante la prueba t de Student, verificando
previamente la normalidad y homocedasticidad de los datos mediante pruebas
de Shapiro-Wilk y Bartlett, respectivamente. Cuando no se cumplieron los
requisitos de normalidad u homogeneidad de varianzas, se usó la prueba no
paramétrica de Wilcoxon. La velocidad de crecimiento de los cultivos con ambos
tipos de luces fue comparada mediante análisis de covarianza, estimando la
semejanza de pendientes e interceptos de las regresiones (Zar 2014). Se
consideraron diferencias significativas con un valor de p<0,05. Los cálculos
fueron efectuados mediante el programa estadístico Infostat (Di Rienzo et al.,
2020).
Los cultivos de T. pseudonana iniciados con inóculos similares en botellas de 150
ml hasta bolsas plásticas de 15 L, cubrieron en 14 días toda su fase de
escalamiento, siendo la temperatura registrada en los cultivos iluminados con
luces fluorescentes mayor (promedio 23,9 °C; IC95% 23,7 – 24,0 °C) que los
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cultivos iluminados con luces LED (promedio 20,8 °C; IC95% 20,7 – 21,0 °C),
(Prueba t de Student =29,3; p < 0.001).
Luego de ajustar al modelo exponencial, según (3), las variaciones de la densidad
en el tiempo de T. pseudonana, no se observaron diferencias significativas entre
las tasas de crecimiento de los cultivos T. pseudonana mantenidas en luces LED
y fluorescentes, estimándose una ecuación común: Densidad (mill. cel./mL) =
3,3 *10
-05
* e
0,859 * t
(Fig. 1). Dicho modelo explicó un 98% de la variabilidad en la
densidad del cultivo durante el ensayo (r
2
= 0,98).
Figura 1. Densidad de Thalassiosira pseudonana cultivada bajo iluminación de luces LED y
fluorescentes.
La tasa de crecimiento estimada (µ) tuvo un valor de 0,86 con un tiempo
generacional de 19 h, o 1,26 divisiones por día. El modelo exponencial ajustado
permitió estimar que, en 13 días de cultivo y a temperaturas de 21 a 24 °C, se
pudo alcanzar densidades de 4 -5x10
6
cel/mL a los 14 días de cultivo.
La densidad celular de la microalga al momento de la cosecha (bolsas de 15 L)
no difirió significativamente en los cultivos con ambos tipos de luces; sin
embargo, la biomasa del cultivo y la masa celular fueron significativamente
mayores bajo iluminación con luces LED (0,27 ± 0,05 mg L
-1
y 64,8 ± 11,0 pg)
que con luces fluorescentes (0,17 ± 0,05 mg L
-1
y 41,2 ± 12,0 pg) (Tabla 1).
Tabla 1. Características del cultivo (promedio ± DE) durante la fase exponencial de crecimiento
(fase de cosecha) de Thalassiosira pseudonana iluminados con luces LED y fluorescentes a 4200
lux, en bolsas plásticas de 15 L a 14 d de cultivo
Parámetro
Iluminación
LED
Fluorescente
Biomasa (mg/L)*
0,27 ± 0,05
a
0,17 ± 0,05
b
Densidad (x10
6
cel/mL)**
4,13 ± 0,04
a
4,15 ± 0,14
a
Masa celular (pg)*
64,8 ± 11
a
41,2 ± 12
b
* Prueba t de Student; ** Prueba de Wilcoxon; letras distintas indican diferencias significativas (p<0,05).
Varios estudios muestran que las condiciones del cultivo de T. pseudonana
pueden afectar el crecimiento. Por ejemplo, Price et al. (1987) reportan una tasa
de crecimiento de 1,7 duplic./día cuando T. pseudonana fue cultivada a 18 °C y
María Guadalupe Bravo Montesdeoca, César Lodeiros Seijo, Edgar Zapata Vívenes, José Javier Alió Mingo
6
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que cepas de esta microalga provenientes del Mar de los Sargasos, crecían a una
tasa de 2,1 duplic/día mientras que otra cepa proveniente de un estuario cerca
de Nueva York, lo hizo a 3,6 duplic/día, siendo estas dos últimas mantenidas a
20 °C. No obstante, en nuestro estudio no se registró una diferencia significativa
en los parámetros de duplicidad celular con luces LED o fluorescentes, a pesar
de observarse tendencia hacia una mayor velocidad de crecimiento en los cultivos
iluminados con luces fluorescentes en los últimos días del ensayo, posiblemente
asociado a una mayor exposición de calor producida por las luces fluorescentes.
A diferencia de la tasa de crecimiento, la masa estimada de las células de T.
pseudonana estuvo condicionada al tipo de luz empleado en el cultivo,
alcanzando mayor masa celular promedio con luces LED (64,8 ±11 pg) que en los
cultivos con luces fluorescentes (41,2±12 pg). En la literatura se reportan
igualmente fuertes cambios en la masa celular de esta especie, pues Hakamada
et al. (2020) reportan un valor de 103 pg para esta especie, mientras que Helm
et al. (2006) lo refieren en 22 pg, lo cual soporta que las condiciones ambientales
del cultivo afectan la masa celular que alcanza la microalga.
El efecto observado de las luces LED y fluorescentes sobre la biomasa de la
microalga pudiera estar asociado a las características espectrales de ambos tipos
de luces, provocando mayor eficiencia en la captación energética de la microalga
con las luces LED. Heffernan et al. (2007) describen que los espectros de las luces
LED y fluorescentes blancas con la misma potencia, muestran picos de
intensidad energética entre poco menos de 400 nm y 700 nm. Sin embargo, la
luz fluorescente muestra 5 picos de intensidad lumínica con escasa irradiancia
entre ellos. Por su parte, la luz LED muestra una distribución más continua de
la irradiancia concentrada en los 460 nm y 510-600 nm. Al respecto, Merzlyak
et al. (2008) describen que la absorción espectral de Thalassiosira weisflogii se
concentra en la región espectral de 350 a 500 nm y a 680 nm, con dos picos
definidos en 440 y 680 nm. Estos resultados sugieren que las microalgas del
género Thalassiosira estarían utilizando mayormente el espectro azul entre 400
y 500 nm donde la luz LED provee mayor intensidad luminosa, señalando una
mayor eficacia en el desarrollo fisiológico de la microalga con luces LED. Vásquez-
Villalobos et al. (2013) estiman que, para una potencia similar, la fuente de luz
fluorescente tiene un coeficiente de utilización de 65% mientras que alcanza un
86% con una luz LED.
Conclusiones
Aunque la tasa de crecimiento de T. pseudonana en cuanto a su reproducción no
se alteró por el tipo de luz, la biomasa celular de la microalga aumentó cuando
los cultivos fueron irradiados con luces LED, produciendo una biomasa de
cosecha en un 60% mayor. Se recomienda un estudio de la calidad de dichas
biomasas y probarlas in vivo en organismos acuáticos, con especial referencia en
la fase de zoea de camarones, para establecer su proyección como mejor
rendimiento en la alimentación.
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