Growth, nutrient uptake and chemical composition of Chlorella sp. and Nannochloropsis oculata under nitrogen starvation

Inglés. The production of microalgae biomass shows wide valuable uses, in the aquaculture, biotechnology, and food science, among others. However, microalgae show fluctuations in their chemical profile generated mainly by the culture conditions. This study was designated to assess the effects of nitrogen starvation on growth, nutrient uptake, and gross chemical composition of Chlorella sp. and Nannochloropsis oculata. The control experiments were performed with Conway culture medium in 13-day batch cultures, 12 h photoperiod, and aeration. A second experimental condition was the addition of the nutrients except nitrogen, one week after the start of growth (experiments designed as N-). Cell yield were similar in the control and in the N- experiments for both species. Cell biovolumes did not vary over growth in the control, but both microalgae exhibited larger cell biovolumes in N- experiments, probably as a consequence of the higher accumulation of storage substances. Dissolved nitrogen was exhausted before the end of the experiments, but phosphorus was not totally consumed. Protein and total carotenoid did not vary from the exponential to the stationary growth phase of the control in both species. For Chlorella sp., concentrations of lipid did not vary in the control either, but there was a significant increase of carbohydrate over growth. In the N- experiment, concentrations of all substances varied throughout growth of Chlorella sp., except lipid. For N. oculata, all substances exhibited significant variations over growth, except protein and total carotenoid in the control. Protein and chlorophyll-a concentrations decreased over growth in N- experiments for both species. In contrast, concentrations of carbohydrate increased throughout growth in N- experiments, especially in Chlorella sp. Nitrogen starvation caused accumulation of carbohydrate, but increments of lipid were restricted to N. oculata. Both species showed a fast growth, but the small content of lipid in Chlorella sp. is unfavorable for its use as a food-species in a monospecific diet in mariculture, and as a feedstock for biodiesel production. N. oculata is a lipid-rich species, and its lipid content can be successfully incremented through nitrogen starvation. This species is promising in uses that demand high concentrations of lipid, such as the production of biodiesel.

Español; castellano. La producción de biomasa de microalgas presenta variados y valiosos usos en la acuicultura, biotecnología y ciencias de los alimentos, entre otros. Sin embargo, las microalgas muestran fluctuaciones en su perfil químico causado principalmente por las condiciones de cultivo. En este estudio se evaluó los efectos de la carencia de nitrógeno sobre el crecimiento, absorción de nutrientes y composición química bruta de Chlorella sp. y Nannochloropsis oculata. Los experimentos control se efectuaron en un medio de cultivo Conway durante 13 días, 12 h de fotoperiodo y aeración. Una segunda condición experimental fue la adición de nutrientes, excepto nitrógeno, una semana después del inicio del crecimiento (denominados experimentos N-). Los rendimientos celulares fueron similares en el control y en los experimentos N- en ambas especies. Los biovolúmenes celulares no variaron con el crecimiento en el control, pero ambas microalgas presentaron mayores biovolúmenes celulares en los experimentos N-, probablemente como consecuencia de una mayor acumulación de sustancias almacenadas. El nitrógeno disuelto se agotó antes del término de los experimentos, pero el fósforo no fue totalmente consumido. En ambas especies, las proteínas y carotenoides totales no variaron desde la fase exponencial hasta la fase estacionaria de crecimiento del control. En Chlorella sp., las concentraciones de lípidos no variaron en el control, pero se determinó un aumento significativo de carbohidratos durante el crecimiento. En los experimentos N-, las concentraciones de todas las sustancias variaron durante el crecimiento de Chlorella sp., a excepción de los lípidos. En N. oculata, todas las sustancias presentaron variaciones significativas durante el crecimiento, excepto proteínas y carotenoides totales en el control. Las concentraciones de proteínas y clorofila-a disminuyeron durante el crecimiento en los experimentos N- de ambas especies. En contraste, las concentraciones de carbohidratos aumentaron durante el crecimiento en los experimentos N-, especialmente en Chlorella sp. La carencia de nitrógeno causó una acumulación de carbohidratos, pero el incremento de lípidos se restringió a N. oculata. Ambas especies presentaron un crecimiento rápido, pero el escaso contenido de lípidos en Chlorella sp. es desfavorable para su uso como alimento en una dieta monoespecífica en acuicultura y como materia prima para la producción de biodiesel. N. oculata es una especie rica en lípidos y su contenido en lípidos puede ser incrementado exitosamente a través de la carencia de nitrógeno. Esta especie es promisoria en usos que demanden altas concentraciones de lípidos, como la producción de biodiesel.