Sección 2.- MACROALGAS

Tema 2.- Biotecnología del cultivo “outdoor” o en espacios abiertos. Condicionantes físicos,

químicos y biológicos. Cultivo de especies por reproducción sexual: Porphyra, Laminaria,

Undaria y Monostroma. Cultivo de especies por propagación vegetativa: Eucheuma y Gracilaria.

Cultivo en lagunas. Otras especies de interés.

Los principales sistemas de cultivo “outdoor” en el mar agrupan los sistemas que se

realizan por fijación a sustratos artificiales (cuerdas, redes, bolsas), que se ubican en

estructuras flotantes pelágicas (costeras u oceánicas), bentónicas o intermareales

Reproducción sexual: Porphyra, Monostroma, Laminaria, Undaria o Gracilaria

Crecimiento vegetativo: Gracilaria, Eucheuma (Kappaphyccus), Hizikia, Caulerpa

Condicionantes físicos, químicos y biológicos

Medioambientales: - variaciones en temperatura del agua (estacionalidad)

- irradiación (fotoperiodos; incidencia UV; estacionalidad)

- salinidad

- nutrientes (¿nitrógeno limitante?) --- fertilización artificial

- estabilidad de la columna de agua

- influencia de las corrientes / mareas

- influencia del agua dulce (rios / lluvias) o vertidos (agrícolas,

industriales, urbanos)

Justificación para el desarrollo del cultivo de macroalgas en los países occidentales (Europa

/ América):

Hasta el momento explotación de las poblaciones naturales

La pesca de gran cantidad de biomasa en la actualidad puede ser complicada

técnicamente

El control de calidad sobre el material cosechado es pobre (mezcla de especies; de

diferente tamaño, ciclo de vida y calidad (composición))

La mejora de la calidad a través de los procesos de selección genética es posible

únicamente manejando material cultivado (ej. En orientales: Porphyra o Laminaria)

Los géneros comerciales cultivados de forma importante en los países productores,

curiosamente también crecen en las costas occidentales.

Condicionantes biológicos:

– Taxonomía y morfología (plasticidad)

– Ciclos biológicos y reproductivos

– Tipos de desarrollo y crecimiento (capacidad de regeneración somática)

– Tipo de fijación al sustrato

– Resistencia al epifitismo / herbivoría

– Fisiología y ecología (efecto y necesidades mínimas de hidrodinamia, resistencia a la

emersión / desecación (temperatura) / alta irradiación, etc.)

Porphyra

Monostroma

LaminariaUndaria

Cultivo de especies por reproducción sexual: Porphyra, Laminaria, Undaria, Monostroma

y Gracilaria

Porphyra: principalmente para alimentación humana

- Principal país productor: Japón (60% del total)

- Cada vez más en EEUU (negocio importante) y

Europa

- La especie de macroalga más “domesticada”

- Su cultivo ya no presenta problemas

- La biología del género es la mejor comprendida

0

100

200

300

400

500

600

1900 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Tm

1949

(Drew 1949)

Esporofito (2n)

Gam

eto

fito

(n)

Porphyra yezoensis

1

2

3,4

5,6

7,8

Consideraciones biotecnológicas para el cultivo de Porphyra

Descubrimiento de la fase conchocelis y su desarrollo. Aplicación completa en 1960,

permitiendo al agricultor “plantar” sus “semillas” (redes) en su “terreno”,

Y lo más importante:

- plantar “semillas” de un stock genético conocido

1970’s; comienza la selección genética de especies o variantes con el objetivo de mejorar

la producción y la calidad, por ejemplo seleccionando talos de mayor tamaño y

crecimiento más rápido (30 – 60 Tm PF ha-1)

Al menos 32 variedades de Porphyra tenera y P. yezoensis han sido descritas (y

nombradas) y al menos cien han sido seleccionadas por individuos o cooperativas

Las nuevas variedades son protegidas por ley y los usuarios deben pagar por su utilización

Establecimiento de “bancos de genes” de cultivos de conchocelis para mantener la

diversidad genética (a raiz del peligro que supone la utilización y distribución masiva

de unos pocos cultivares genéticamente muy homogéneos)

Consideraciones / logros biotecnológicos para el cultivo de Porphyra

Mutantes de color (rojo/verde);

Morfologías estrechas y largas con mayores producciones;

Retardo de la maduración sexual y por tanto mayor crecimiento (las plantas reproductivas

paran su crecimiento)

Producción de monosporas (aumentando el número de plantas sobre

la red y disminuyendo costes de producción) que además crecen más rápido

Aumentando el desarrollo vegetativo y eliminando la fase conchocelis los costes de

producción disminuirían y la diversidad genética (producida durante el proceso meiótico

en la fase conchocelis) eliminada

Disminución de enfermedades (principalmente causadas por hongos). p.e. un mutante

verde (con paredes celulares más gruesas) resiste mejor las infecciones

Otras especies de algas rojas, verdes y pardas

en redes

- Cladosiphon okamurarus

- Monostroma (nitidum) / Ulva lactuca /

Enteromorpha compressa

- Gracilaria chilensis (redes y cuerdas)

Monostroma

(aonori)

Cultivo de Laminaria (Phaeophyta) en cuerdas

1.- Inducción de la producción

de zoosporas desde esporofitos

adultos fértiles

2.- Fijación en cuerdas

3.- Cultivo de los gametofitos

en condiciones controladas

(invernadero)

4.- Transferencia de las cuerdas

con esporofitos jóvenes al mar

- Control de temperatura < 20ºC

- Fertlización con nutrientes

5.- Recolección y procesado

Consideraciones biotecnológicas para el cultivo de Laminaria

Principalmente para consumo humano (80%) y extracción de alginatos (20%)

Características de aguas frias

Cultivo en China y Japón a partir de 1950s con dos principales puntos de control:

- Producción de semillas (fijación de esporofitos sobre cuerdas – NO redes) bajo

condiciones controladas

- Cultivo en el mar hasta la madurez y posterior cosechado (80 – 120 Tm PF ha-1)

Ciclo bianual (más caro en términos económicos)

Acelerar el ciclo (cultivo forzado) produciendo gametofitos en verano y manteniéndolos

“indoor” hasta alcanzar la temperatura óptima del agua

Domesticación de Laminaria (kelps)

1.- Control genético, esencial para mejorar la calidad

y uniformidad del producto

2.- Habilidad para manipular el ciclo de vida,

necesario para controlar la producción de

semillas (seedstock)

China (1960s); identificación de variedades

de Laminaria japonica:

- más tolerantes a altas temperaturas

- que concentran mayor contenido en yodo

- con crecimiento más rápido que la

variedad original

(1) A través de procesos como:

- endogamia

- inducción de mutaciones

- en combinación con una selección rigurosa

- hibridación de variedades o especies

(y géneros) dan como resultado variedades

únicas y de superior calidad: p.e. clon gametofito

femenino haploide (Chino) x clon haploide

masculino (Japonés) produce un híbrido (Danza No. 10) muy

vigoroso, con elevado crecimiento (30%), talo fuerte y alto contenido en yodo

- series poliploides (similar a plantas terrestres)

Domesticación de Laminaria (kelps)

(2) El ciclo de vida también puede ser susceptible de manipulación:

- Gametofitos asexuales macroscópicos pueden ser producidos a partir de esporas

irradiando con luz azul

- Estos gametofitos pueden ser clonados por fragmentación para producir poblaciones

de gametofitos genéticamente idénticos, que, cuando son cruzados, producen

esporofitos genéticamente idénticos

- con lo que variantes superiores pueden ser mantenidos durante largos periodos de

tiempo, proveiendo un stock de semillas uniformes año tras año

La habilidad para clonar el esporofito directamente representaría un sistema óptimo (no

conseguido todavía)

una vez se identifica una variedad superior,

su propagación uniforme estaría asegurada

Desarrollos similares (con mucho retraso)

se realizan en los países occidentales

(USA / Europa) con especies locales

Pelagophycus

70’s - Granjas Oceánicas para la producción de energía

(metano) y alimento: económicamente inviable

Otras especies (y aplicaciones) de Laminariales y algas pardas (kelps)

- Macrocystis / Saccorhiza / Lessonia / Nereocystis / Durvillea

The Offshore ringJ. Appl. Phycol. (2004) 16:355 - 368

Solventar problemas de eutrofización costera cultivando

Laminaria, Undaria, Gracilaria, Porphyra

Otr

as

Ph

ae

op

hy

tas

(A

lari

a / U

nd

ari

a)

Otros ejemplos de cultivo en cuerda de macroalgas por reproducción sexual: Gracilaria

Inoculación de esporas en sustratos artificiales:

1) en laboratorio y posterior trasplante

2) in situ

Gracilaria tikvahiae

Especies/Géneros con mucho interés para el desarrollo del cultivo también en Occidente

Palmaria palmata (Dulse) y Chondrachantus para alimentación humana

Gelidium / Pterocladia para la industria de los ficocoloides

Gracilaria: 40 – 80 Tm PF ha-1

Cultivo de especies por propagación vegetativa: Eucheuma, Gracilaria y Hizikia.

Consiste en la inoculación de fragmentos vegetativos en redes o cuerdas.

Existen dos sistemas de fijación de las algas a las cuerdas de cultivo:

– Por trenzado directamente sobre la cuerda de cultivo (twist-retwist)

– Por atado con cuerda de rafia o con elásticos

Las cuerdas de cultivo pueden estar ubicadas:

– sobre el fondo marino (arenoso)

– a media altura del fondo tensadas sobre postes de madera hincados al fondo

o flotantes

Aplicación principal: mercado de los ficocoloides.

Eucheuma – carragenatos

Gracilaria – agar

Hizikia – alimentación humana

Eucheuma (Kappaphycus)

Más de 10.000 granjas, sólo en Filipinas

produciendo más de 80.000 Tm PS de Eucheuma (más de la mitad del consumo mundial)

y el hundimiento de la pesca de carragenofitas en Occidente (países donde la biomasa

por pesca resulta más cara que producida por cultivo en países del tercer mundo)

Eucheuma / Kappaphycus

Gracilaria

1.- Fijación en pivotes

distanciados del fondo

2.- Fijación sobre el fondo

Hizikia fusiforme = Sargassum

Otras especies con gran interés cultivadas de forma vegetativa en cuerdas

Cultivo en lagunas

Otro tipo de sistema de cultivo “outdoor” en lagunas/estanques (ponds) salados/salobres

donde las algas crecen sin “demasiado” control y principalmente de forma vegetativa

Principalmente: Gracilaria – agar (ficocoloide) (Indonesia; Taiwan; Tailandia; Vietnam)

Caulerpa – alimentación humana

Producción Gracilaria: 1,33 t PS ha-1 año-1

Max: 40 t PS ha-1 año-1

Gracilaria tenuistipitata

Vietnam

Gracilaria

Caulerpa lentillifera / racemosa

2.- Cultivo en cestas

1.- Fijación estolones

Macrocystis – Abalón (Haliotis)

Co-cultivo

Bibliografía interesante (general)

Guiry, M.D. and Blunden, G. (Eds.) 1991. Seaweed Resources in Europe; uses and potential.

Wiley & Sons (England), 432 p.

Lembi, C.A. and Waaland, J.R. (Eds,) 1988; 1990. Algae and Human Affairs. Cambridge

University Press (Cambridge), 590 p.