An assessment of critical steps in cultivating Palmaria palmata in Norwegian waters.

Abstract

Makroalger som et bærekraftig alternativ har de siste tiårene fått økt oppmerksomhet da de har vist stort potensiale med mange bruksområder. Rødalgen Palmaria palmata er en av artene som har fått økt fokus grunnet dens mange gode egenskaper. Sammenlignet med andre makroalger som har vært kultivert i en årrekke, er kultiveringen av P. palmata i et tidlig stadium. Metoden for å kultivere arten er ikke tilstrekkelig god nok for en effektiv produksjon i storskala. Noen punkter i metoden som trenger oppdatert forskning for en mer suksessfull kultivering er 1) produksjonen av fertilt vev for å øke tilgangen til sporebærende sori utenom den fertile sesongen, 2) utførelsen av sporeslipp, 3) metode for å spire levedyktige kimplanter for videre vekst i sjø, og 4) egnede substrater for videre vekst i sjø. Disse fire punktene var hovedfokuset i denne masteroppgaven med et overordnet mål om å forbedre kritiske steg i kultiveringsmetoden for P. palmata.

Eksperimentene som ble utført viste at fertilitet kan induseres i P. palmata utenom det som er den fertile sesongen her i Norge. Et lysregime som simulerte korte dager, resulterte i et høyere antall fertile vev sammenlignet med tilsvarende forsøk med lange dager. Videre forsøk viste P. palmata sin evne til å utføre sporeslipp fra samme sori flere ganger etter hverandre. I forsøket ble en etablert protokoll for å utføre sporeslipp benyttet. For å undersøke hvordan hviletid mellom sporeslipprundene påvirket sori, ble to ulike hviletider testet; to og syv dager. I forsøket med to dagers hviletid ble protokollen for sporeslipp repetert fem ganger, og for syv dager ble den repetert tre ganger. Alle rundene resulterte i sporeslipp. I samme forsøk ble forskjellige lysregimer undersøkt i hviletiden. Et lysregime som simulerte korte dager i hviletiden på syv dager resulterte i høyest sporetetthet i sporeslipp, samtidig som det resulterte i nesten like høy sporetetthet i hviletiden. Med et lysregime som simulerte lange dager i hviletiden på syv dager, ble flere sporer sluppet i hviletiden sammenlignet med sporeslipprundene. Resultatene viste at en hviletid på to dager, med et lysregime som simulerte korte dager i hviletiden, virket å være en anbefalt metode. Fremgangsmåten bidro til et høyt uttak av sporer fra samme blad, samtidig som sporeslipp i hviletiden var minimalt.

To ulike metoder for å utvikle kimplanter på laboratoriet ble testet for å sammenligne veksten frem til utsett i sjø; fritt flytende i boblekultur og direkte sådde substrater. Metoden med å utvikle kimplanter i boblekulturer virket å stimulere til høyre vekst sammenlignet med kimplantene som var blitt direkte sådd på ulike substrater. I metoden hvor kimplantene vokste i boblekulturer ble tre ulike behandlinger testet for å optimalisere metoden. Resultatet fra dette tydet på at en behandling med lavt lys og lavt næringsinnhold var bedre for vekst sammenlignet med en behandling med økt lys eller økt næringsinnhold.

For å undersøke hvilke typer substrater som egnet seg best for å kultivere P. palmata videre i sjø, ble kimplantene fra boblekulturene og de direkte sådde substratene satt ut i et sjøanlegg. De direkte sådde substratene besto av to ulike nett i tillegg til tråder surret på tau, og boblekulturene var limt på algetau før utsett. Basert på veksten i sjøanlegget, antydet resultatene til at nett var det foretrukne substratet når P. palmata ble direkte sådd. Veksten på algetauene og trådene ble ikke vellykket. Generelt var det mye vekst av andre organismer på alle substratene, og kultiveringen ble ikke regnet som suksessfullt totalt sett. Resultatene underbygger hvor viktig det er med høy sporetetthet og kimplante-tetthet på substratene i vekstfasen på laboratoriet før de settes ut for videre vekst i sjø.

The use of macroalgae as a sustainable biomass for multiple applications has gained an increased interest the last decades. The red algae Palmaria palmata is one of the species in focus due to its vast characteristics. Compared to other macroalgae that have been cultivated for decades, cultivation of P. palmata is in an infant stage with underdeveloped cultivation techniques, inefficient for large-scale production. For successful cultivation, further knowledge regarding the following steps is essential 1) production of fertile tissue to provide spore-containing sori out of its main fertility season, 2) conditions and execution of spore release, 3) the conditions and method for the nursing stage to grow robust seedlings for deployment, and 4) the best suited substrates for cultivation at an open-sea farm. These four steps were the focus of this master’s thesis, with the overall aim to improve critical steps in the cultivation process of P. palmata.

An important finding in the present study was a demonstration of induction of fertility outside the fertility season of P. palmata in Norway. Results revealed that a manipulation of light regime to resemble short day conditions secured the highest number of fronds induced with sori, compared to long day conditions. The same study revealed a possibility of repeated spore release from the same fronds. For maturing, two different recovery times between the repeated spore release rounds was tested: two and seven days. For two days recovery time, sori could release spores up to five times when repeating the spore release protocol. With seven days recovery time, the same fronds could release spores up to three times. In the same experiment, different light regimes were tested during recovery time. The light regime simulating short day conditions during seven days recovery time seemed to have superior effect on spore density in spore release. However, a considerable number of spores were released during recovery time as well. During seven days recovery time and a light regime simulating long days, higher number of spores were released during recovery time compared to the three days of spore release. Results from this experiment indicate that two days recovery with short day conditions for maturing of the fronds seems to be a recommended method. This approach enhanced the spore density retrieved from the same sori and kept the spore release during recovery time to a minimum.

Two different methods for the nursing stage were tested to compare growth of seedlings ready for deployment at an open-sea farm: free floating in bubble cultures and directly seeded substrates. By comparing the two different methods, results revealed that the method of nursing seedlings of P. palmata in bubble cultures seemed to give a higher growth rate compared to seedlings directly seeded on substrates. In the method for nursing seedlings in bubble cultures, three different treatments were tested to optimise the conditions for growth. Nursing seedlings in bubble cultures treated with low light and low nutrient content, resulted in a higher growth rate compared to seedlings nursed with high light intensity or high nutrient treatments.

To test which substrates are best suited for P. palmata at an open-sea farm, the substrates from nursing stage were deployed together with seedlings from bubble cultures glued to algae ropes. Based on growth at the open-sea farm, the present study suggests using nets as substrates when seeding P. palmata directly on substrates. Growth on algae ropes and entwined ropes were not successful. Overall, the substrates were densely covered by fouling and the cultivation trial was regarded as unsuccessful. The results amplify the importance of high spore density in the nursing stage before deployment at an open-sea farm.