Isolation and identification of native microalgae for biodiesel production

La demande croissante en carburants, ainsi que les changements climatiques dus au réchauffement planétaire poussent le monde entier à chercher des sources d’énergie capables de produire des combustibles alternatifs aux combustibles fossiles. Durant les dernières années, plusieurs sources potentielles ont été identifiées, les premières à être considérées sont les plantes oléagineuses comme source de biocarburant, cependant l’utilisation de végétaux ou d’huiles végétales ayant un lien avec l’alimentation humaine peut engendrer une hausse des prix des denrées alimentaires, sans oublier les questions éthiques qui s’imposent. De plus, l'usage des huiles non comestibles comme sources de biocarburants, comme l’huile de jatropha, de graines de tabac ou de jojoba, révèle un problème de manque de terre arable ce qui oblige à réduire les terres cultivables de l'industrie agricole et alimentaire au profit des cultures non comestibles. Dans ce contexte, l'utilisation de microorganismes aquatiques, tels que les microalgues comme substrats pour la production de biocarburant semble être une meilleure solution. Les microalgues sont faciles à cultiver et peuvent croitre avec peu ou pas d'entretien. Elles peuvent ainsi se développer dans des eaux douces, saumâtres ou salées de même que dans les terres non cultivables. Le rendement en lipide peut être largement supérieur aux autres sources de biocarburant potentiel, sans oublier qu’elles ne sont pas comestibles et sans aucun impact sur l'industrie alimentaire. De plus, la culture intensive de microalgues pour la production de biodiesel pourrait également jouer un rôle important dans l'atténuation des émissions de CO2. Dans le cache de ce travail, nous avons isolé et identifié morphologiquement des espèces de microalgues natives du Québec, pour ensuite examiner et mesurer leur potentiel de production de lipides (biodiesel). L’échantillonnage fut réalisé dans trois régions différentes du Québec: la région de Montréal, la gaspésie et le nord du Québec, et dans des eaux douces, saumâtres ou salées. Cent souches ont été isolées à partir de la région de Montréal, caractérisées et sélectionnées selon la teneur en lipides et leur élimination des nutriments dans les eaux usées à des températures différentes (10 ± 2°C et 22 ± 2°C). Les espèces ayant une production potentiellement élevée en lipides ont été sélectionnées. L’utilisation des eaux usées, comme milieu de culture, diminue le coût de production du biocarburant et sert en même temps d'outil pour le traitement des eaux usées. Nous avons comparé la biomasse et le rendement en lipides des souches cultivées dans une eau usée par apport à ceux dans un milieu synthétique, pour finalement identifié un certain nombre d'isolats ayant montré une bonne croissance à 10°C, voir une teneur élevée en lipides (allant de 20% à 45% du poids sec) ou une grande capacité d'élimination de nutriment (>97% d'élimination). De plus, nous avons caractérisé l'une des souches intéressantes ayant montré une production en lipides et une biomasse élevée, soit la microalgue Chlorella sp. PCH90. Isolée au Québec, sa phylogénie moléculaire a été établie et les études sur la production de lipides en fonction de la concentration initiale de nitrate, phosphate et chlorure de sodium ont été réalisées en utilisant de la méthodologie des surfaces de réponse. Dans les conditions appropriées, cette microalgue pourrait produire jusqu'à 36% de lipides et croitre à la fois dans un milieu synthétique et un milieu issu d'un flux secondaire de traitement des eaux usées, et cela à 22°C ou 10°C. Ainsi, on peut conclure que cette souche est prometteuse pour poursuivre le développement en tant que productrice potentielle de biocarburants dans des conditions climatiques locales.

Utilization of biodiesel-derived glycerol or xylose for increased growth and lipid production by indigenous microalgae

The use of industrial wastes rich in mineral nutrients and carbon sources to increase the final microalgal biomass and lipid yield at a low cost is an important strategy to make algal biofuel technology viable. Using strains from the microalgal collection of the Université de Montréal, this report shows for the first time that microalgal strains can be grown on xylose, the major carbon source found in wastewater streams from pulp and paper industries, with an increase in growth rate of 2.8 fold in comparison to photoautotrophic growth, reaching up to µ=1.1/day. On glycerol, growth rates reached as high as µ=1.52/day. Lipid productivity increased up to 370% on glycerol and 180% on xylose for the strain LB1H10, showing the suitability of this strain for further development for biofuels production through mixotrophic cultivation.

Characterization of microalgae native to Quebec for biofuel production.

La production de biodiésel par des microalgues est intéressante à plusieurs niveaux. Dans le premier chapitre, un éventail de pour et contres concernant l’utilisation de microalgues pour la production de biocarburant sont ici révisés. La culture d’algues peut s'effectuer en utilisant des terres non-arables, de l’eau non-potable et des nutriments de base. De plus, la biomasse produite par les algues est considérablement plus importante que celle de plantes vasculaires. Plusieurs espèces on le contenu lipidique en forme de triacylglycérols (TAGs), qui peut correspondre jusqu'à 30% - 40% du poids sec de la biomasse. Ces proportions sont considérablement plus élevées que celui des huiles contenues dans les graines actuellement utilisées pour le biodiésel de première génération. Par contre, une production pratique et peu couteuse de biocarburant par des microalgues requiert de surpasser plusieurs obstacles. Ceci inclut le développement de systèmes de culture efficace à faible coût, de techniques de récupération requérant peu d’énergie, et de méthodes d’extraction et de conversion de l’huile non-dommageables pour l’environnement et peu couteuses. Le deuxième chapitre explore l'une des questions importantes soulevées dans le premier chapitre: la sélection d'une souche pour la culture. Une collection de souches de microalgues d'eau douce indigène au Québec a été établi et examiné au niveau de la diversité physiologique. Cette collection est composée de cent souches, que apparaissaient très hétérogènes en terme de croissance lorsque mises en culture à 10±2 °C ou 22±2 °C sur un effluent secondaire d’une usine municipale de traitement des eaux usées (EU), défini comme milieu Bold's Basal Medium (BBM). Des diagrammes de dispersion ont été utilisés pour étudier la diversité physiologique au sein de la collection, montrant plusieurs résultats intéressants. Il y avait une dispersion appréciable dans les taux de croissance selon les différents types de milieux et indépendamment de la température. De manière intéressante, en considérant que tous les isolats avaient initialement été enrichis sur milieu BBM, la distribution était plutôt symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, suggérant que l’enrichissement sur BBM n’a pas semblé biaiser la croissance des souches sur ce milieu par rapport aux EU. Également, considérant que les isolats avaient d’abord été enrichis à 22°C, il est assez surprenant que la distribution de taux de croissance spécifiques soit aussi symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, avec grossièrement des nombres égaux d’isolats de part et d’autre. Ainsi, l’enrichissement à 22°C ne semble pas biaiser les cellules vers une croissance à cette température plutôt que vers 10°C. Les diagrammes de dispersion obtenus lorsque le pourcentage en lipides de cultures sur BBM ont été comparées à des cultures ayant poussé sur EU soit à 10°C ou 22°C rendent évident que la production de lipides est favorisée par la culture sur EU aux deux températures, et que la production lipidique ne semble pas particulièrement plus favorisée par l’une ou l’autre de ces températures. Lorsque la collection a été examinée pour y déceler des différences avec le site d’échantillonnage, une analyse statistique a montré grossièrement que le même degré de diversité physiologique était retrouvé dans les échantillons des deux différents sites. Le troisième chapitre a poursuivi l'évaluation de la culture d'algues au Québec. L’utilisation de déchets industriels riches en nutriments minéraux et en sources de carbone pour augmenter la biomasse finale en microalgues et le produit lipidique à faible coût est une stratégie importante pour rendre viable la technologie des biocarburants par les algues. Par l’utilisation de souches de la collection de microalgues de l’Université de Montréal, ce rapport montre pour la première fois que des souches de microalgues peuvent pousser en présence de xylose, la source de carbone majoritairement retrouvée dans les eaux usées provenant des usines de pâte et papier, avec une hausse du taux de croissance de 2,8 fois par rapport à la croissance photoautotrophe, atteignant jusqu’à µ=1,1/jour. En présence de glycérol, les taux de croissance atteignaient des valeurs aussi élevées que µ=1,52/jour. La production lipidique augmentait jusqu’à 370% en présence de glycérol et 180% avec le xylose pour la souche LB1H10, démontrant que cette souche est appropriée pour le développement ultérieur de biocarburants en culture mixotrophe. L'ajout de xylose en cultures d'algues a montré certains effets inattendus. Le quatrième chapitre de ce travail a porté à comprendre ces effets sur la croissance des microalgues et la production de lipides. Quatre souches sauvages indigènes ont été obersvées quotidiennement, avant et après l’ajout de xylose, par cytométrie en flux. Avec quelques souches de Chlorella, l’ajout de xylose induisait une hausse rapide de l’accumulation de lipide (jusqu’à 3,3 fois) pendant les premières six à douze heures. Aux temps subséquents, les cellules montraient une diminution du contenu en chlorophylle, de leur taille et de leur nombre. Par contre, l’unique membre de la famille des Scenedesmaceae avait la capacité de profiter de la présence de cette source de carbone sous culture mixotrophe ou hétérotrophe sans effet négatif apparent. Ces résultats suggèrent que le xylose puisse être utilisé avant la récolte afin de stimuler l’augmentation du contenu lipidique de la culture d’algues, soit en système de culture continu ou à deux étapes, permettant la biorestauration des eaux usées provenant de l’industrie des pâtes et papiers. Le cinquième chapitre aborde une autre déché industriel important: le dioxyde de carbone et les gaz à effet de serre. Plus de la moitié du dioxyde de carbone qui est émis dans l'atmosphère chaque jour est dégagé par un processus stationnaire, soit pour la production d’électricité ou pour la fabrication industrielle. La libération de CO2 par ces sources pourrait être atténuée grâce à la biorestauration avec microalgues, une matière première putative pour les biocarburants. Néanmoins, toutes les cheminées dégagent un gaz différent, et la sélection des souches d'algues est vitale. Ainsi, ce travail propose l'utilisation d’un état de site particulier pour la bioprospection de souches d'algues pour être utilisé dans le processus de biorestauration. Les résultats montrent que l'utilisation d'un processus d'enrichissement simple lors de l'étape d'isolement peut sélectionner des souches qui étaient en moyenne 43,2% mieux performantes dans la production de biomasse que les souches isolées par des méthodes traditionnelles. Les souches isolées dans ce travail étaient capables d'assimiler le dioxyde de carbone à un taux supérieur à la moyenne, comparées à des résultats récents de la littérature.

Studies on lipid production of microalgae under mixotrophic growth, utilizing glycerol as a carbon source, combined with nitrogen starvation

Rampant increases in oil prices and detrimental effects of fossil fuels on the environment have been the main impetus for the development of environmentally friendly and sustainable energy sources. Amongst the many possibilities, microalgae have been proposed as a new alternative energy source to fossil fuels, as their growth is both sustainable and ecologically safe. By definition, microalgae are unicellular photosynthetic microorganisms containing chlorophyll a. These organisms are capable of producing large quantities of oils, surpassing that of traditional oil-seed crops, which can be transformed, through chemical processes, into biofuels such as biodiesel or bio-gasoline. Thus, recent research has gone into discovering high lipid producing algal strains, optimising growth media for increased lipid production and developing metabolic engineering to make microalgae a source of biofuel that is competitive to more traditional sources of biofuel and even to fossil fuel. In this context, the research reported here focused on using a mixotrophic growth mode as a way to increase lipid production for certain strains of microalgae. In addition, nitrogen starvation combined with mixotrophy was studied to analyse its effects on lipid production. Mixotrophy is the parallel usage of two trophic modes, in our case photoautotrophy and heterotrophy. Consequently, 12 algal strains were screened for mixotrophic growth, using glycerol as a carbon source. Glycerol is a waste product of the current biodiesel industry; it is a cheap and abundant carbon source present in many metabolic pathways. From this initial screening, several strains were chosen for subsequent experiments involving nitrogen starvation. Nitrogen starvation has been shown to induce lipid accumulation. The results obtained show that a mixotrophic growth mode, using glycerol as a carbon source, enhances lipid production for certain strains. Moreover, lipid enhancement was shown for nitrogen starvation combined with mixotrophic growth mode. This was dependant on time spent under nitrogen starvation and on initial concentrations of the nitrogen source.

Microalgae in the Southwest Coast of India

Department of Marine Biology, Microbiology and Biochemistry, Cochin University of Science and Technology

Role of trace element of the growth and Physiology of selected microalgae

The main objective of the study is primarily to determine the magnitude of selected trace elements, the concentrations of which would possibly accelerate growth resulting in larger biomass and sustained period of exponential phase for economically viable harvest. The study on the effect of three trace elements namely Cu, Mn and Zn on two species of algae,ISOChrySiS galbana Parke and Synechocystib salina Wislouch under different conditions of salinity, PH and temperature involves several combinations for each metal, from which the relative set of conditions has been adduced. The scheme of the experiments was statistically designed for interpretation of data and factors were assessed and graded according to relative importance. The methodology adopted for data interpretation is analysis of variance by split-plot design method. The thesis has been divided into five chapters. The introductory chapter explains the relevance of the research work undertaken. Chapter 11 gives a review on the work pertaining to the above mentioned three trace elements in relation to nutrition as well as on the toxic aspects about which there is an abundance of literature. Chapter Ill presents a detailed description of the material and specialised methods followed for the study. The results and conclusions of the various experiments on effect of metals on growth and other physiological activities are discussed in Chapters IV and V.

Marine Microalgae in the EEZ of India

As the title of the thesis indicates, a detailed analysis of microalgae, the major primary producers and the first link in aquatic food chains, was carried out during this study. Microalgae are either planktonic or benthic. The studies on these microscopic autotrophs are having an upsurge of interest recently due to their variations, adaptations, short generation time and various utilitarian aspects, including food, fodder and fuel. The surface water samples collected during the cruises (cruise nos. 189, 193, 195, 196, 203, 204, 205, 207 and 209) of Fisheries and Oceanographic Research Vessel (FORV) Sagar Sampada (Fig.2.2), conducted during the period from November 2000 to November 2002, are used as samples for microalgal estimation in the EEZ of India. The present research work includes the identification and distributional pattern of planktonic microalgae in the EEZ of India. The blooms encountered during the above mentioned cruises of FORV Sagar Sampada and the blooms of Kerala coast during the period from 2001-2005 are also studied

Impact Assessment Of Biocides On Microalgae - A Study In Vitro

The present study was undertaken to make a detailed investigation for_ the assessment of specific impact of commonly used biocides at the lower trophic level of food chain i.e., microalgae by using batch culture techniques in the laboratory. Microalgal representatives from three habitats i.e., fresh water, estuarine and marine were investigated. The different biocides selected are of common use in the agricultural practices. Because of the importance of microalgae as live feed for larval and postlarval stages of different aquatic organisms, the fluctuations in algal populations as a result of biocide treatment will surely affect the food chain. These studies are also of significance in setting the criteria and standards for water quality management by suggesting threshold values of different biocides tested, beyond which they affect the ecosystem adversely. The thesis has been divided into six chapters

International Organizations: Fostering Democracy “at Home”: From Silent Players to Salient Players?

The international dimension of democratisation is a major concern in the study of contemporary political systems. The analysis of domestic political transformations in which International Organisations (IOs) may be salient actors compromises the traditional inward-looking approach of comparative politics that holds democracy to be a domestic affair par excellence. Nevertheless, the maturity of any process of democratisation relies upon the establishment and sustainability of institutions that genuinely reflect the interests and socio-political identity of the citizens of that polity. The role of external influence, whether progressive or abrupt, is clearly limited in constructing and sustaining this process. However, the relevance of international variables in influencing the renaissance or enhancement of democracy has not been overlooked by either scholars or politicians over the past fifteen years. As a number of political systems went through what became known as the third wave of democratization, the role of IOs in breaking down undemocratic strongholds and in neutralising possible reversals began to gain momentum. Contending approaches and controversial case studies alike appear to elicit very different conclusions concerning the legitimacy and the effectiveness of international actors in this field. This analysis addresses the rationale underpinning the deployment of multilateral external actors as agents of democratisation. Drawing on an integrative theoretical approach and a comparative case study involving the democratisation agendas of the Organization of American States (OAS) and the United Nations (UN) in Latin America (LA), contrasting international models of deployment are assessed. It is argued that IOs’ democratisation strategies are based on institutional roadmaps leading towards the attainment of targets which vary according to three key ´guidelines’: how democracy is conceptualised, what cooperative strategies are used, and what frameworks for democratisation are adopted.-----La dimensión internacional de la democratización representa un fenómeno importante de los sistemas políticos contemporáneos. El hecho de que la transformación política interna sea incluida bajo el título de organizaciones internacionales (OI) indica un rompimiento con el enfoque tradicional de observación interna de la política comparativa, si se parte de la suposición de que la “democracia” es un asunto interno por excelencia. Hay procesos complejos que limitan la viabilidad de la fortuna democrática en la política interior, los cuales dependen de las estructuras representativas del poder que fluye de la legitimidad nacional y la identidad política. No obstante, los estímulos internacionales que sostienen a los sistemas nacionales de gobierno, estructurados alrededor de la construcción y la consolidación de la democracia, están en el centro de la política comparativa contemporánea. Cuando varios sistemas políticos atravesaban la tercera ola de democratización, las OI asumieron rápidamente una posición significativa como agentes que neutralizaban los miedos a la inversión de políticas, rompiendo lazos con formas antidemocráticas de gobierno y eliminando las normas informales de los juegos democráticos. Las dinámicas mencionadas dan fundamento para abordar el debate sobre los modelos externos de apoyo. Mediante un enfoque teórico integrador y un estudio comparativo de casos de las agendas de democratización de la Organización de Estados Americanos y las Naciones Unidas dirigidas a la problemática democrática latinoamericana, se aclaran modelos internacionales “ocultos” de despliegue. Se argumenta que las estrategias de las OI para democratizar se fundamentan en que los planes de desarrollo institucionales para la democratización lleguen a los objetivos democráticos a través de tres “guías” multilaterales: conceptualización de la democracia, estrategias de cooperación y marcos de referencia especiales para la democratización.

Rishi Valley, educar en comunidad.

Resumen tomado de la revista

The Valley of fear.

Adaptación, para niños de 11 a 14 años, en forma de obra de teatro de la novela "El Valle del terror" del escritor escocés Arthur Conan Doyle. Cuenta como Sherlock Holmes y el doctor Watson colaboran en la investigación y resolución del asesinato de John Douglas, hombre de oscuro pasado y diferentes identidades. El libro incluye secciones explicativas sobre el autor, el contexto histórico, la puesta en escena y los personajes. Al final hay un apartado con actividades y ejercicios sobre la obra.

The right to remain silent : the ethics of invasion and evasion in Paul Sayer’s ''The Comforts of Madness''

Este artigo considera as implicações do silêncio e da ética da experimentação médica no romance de Paul Sayer, The Comforts of Madness, vencedor do prémio Whitbread. O romance de Sayer debruça-se sobre um paciente emestado catatónico, Peter, o qual procura retirar-se para um estado de pura subjetividade como consequência de uma série de eventos traumáticos. Inicialmente tratado num hospital tradicional, é posteriormente transferido para uma clínica experimental onde é submetido a uma série de «tratamento» invasivos e bárbaros com o objectivo de «curá-lo». A abordagem de Sayer dos temas relacionados com a insanidade, o silêncio pessoal e a medicina progressiva levanta questões relativas ao direito do indivíduo de rejeitar o mundo comunitário e à ética de extrair a narrativa retida da narrativa relutante. Ao examinar os processos de normalização e resistência, o romance levanta questões relativamente à ética da inclusão forçada e estabelece uma legitimidade de não-cooperação, o direito ao silêncio, o qual funciona em paralelo com a legitimidade da voz marginalizada. A tendência recente nos estudos literários tem sido no sentido da exposição e promoção das vozes anteriormente ostracizadas pela indústria editorial e pelo público leitor, mas, de um modo geral, este processo tem partido da premissa de que a voz perdida beneficia de tal exposição. Para Sayer, existe o caso igualmente persuasivo relacionado com o reconhecimento do direito à privacidade, em risco de ser preterido numa era de transparência excessiva. Este ensaio discute o modo como o romance de Sayer aborda estas preocupações e salienta a sua consciência do processo complexo de lidar com o indivíduo para quem a recusa a falar corresponde a um gesto social ambíguo.

The Influence of Body Condition on the Stopover Ecology of Least Sandpipers in the Lower Mississippi Alluvial Valley during Fall Migration

Many shorebirds are long-distance migrants and depend on the energy gained at stopover sites to complete migration. Competing hypotheses have described strategies used by migrating birds; the energy-selection hypothesis predicts that shorebirds attempt to maximize energy gained at stopover sites, whereas the time-selection hypothesis predicts that shorebirds attempt to minimize time spent at stopover sites. The energy- and time-selection hypotheses both predict that birds in better condition will depart sites sooner. However, numerous studies of stopover duration have found little support for this prediction, leading to the suggestion that migrating birds operate under energy and time constraints for only a small portion of the migratory season. During fall migration 2002, we tested the prediction that birds in better condition depart stopover sites sooner by examining the relationship between stopover duration and body condition for migrating Least Sandpipers (Calidris minutilla) at three stopover sites in the Lower Mississippi Alluvial Valley. We also tested the assumption made by the Lower Mississippi Alluvial Valley Migratory Bird Science Team that shorebirds stay in the Mississippi Valley for 10 d. The assumption of 10 d was used to estimate the amount of habitat required by shorebirds in the Mississippi Valley during fall migration; a period longer than 10 d would increase the estimate of the amount habitat required. We used multiple-day constancy models of apparent survival and program MARK to estimate stopover duration for 293 individually color-marked and resighted Least Sandpipers. We found that a four-day constancy interval and a site x quadratic time trend interaction term best modeled apparent survival. We found only weak support for body condition as a factor explaining length of stopover duration, which is consistent with findings from similar work. Stopover duration estimates were 4.1 d (95% CI = 2.8–6.1) for adult Least Sandpipers at Bald Knob National Wildlife Refuge, Arkansas, 6.5 d (95% CI = 4.9–8.7) for adult and 6.1 d (95% CI =4.2–9.1) for juvenile Least Sandpipers at Yazoo National Wildlife Refuge, Mississippi, and 6.9 d (95% CI = 5.5–8.7) for juvenile Least Sandpipers at Morgan Brake National Wildlife Refuge, Mississippi. Based on our estimates of stopover duration and the assumption made by the Lower Mississippi Alluvial Valley Migratory Bird Science Team, there is sufficient habitat in the lower Mississippi Valley to support shorebirds during fall migration.

Floodplain environmental change during the Younger Dryas and Holocene in Northwest Europe: Insights from the lower Kennet Valley, south central England

Many lowland rivers across northwest Europe exhibit broadly similar behavioural responses to glacial-interglacial transitions and landscape development. Difficulties exist in assessing these, largely because the evidence from many rivers remains limited and fragmentary. Here we address this issue in the context of the river Kennet, a tributary of the Thames, since c. 13,000 cal BP. Some similarities with other rivers are present, suggesting that regional climatic shifts are important controls. The Kennet differs from the regional pattern in a number of ways. The rate of response to sudden climatic change, particularly at the start of the Holocene and also mid-Holocene forest clearance, appears very high. This may reflect abrupt shifts between two catchment scale hydrological states arising from contemporary climates, land use change and geology. Stadial hydrology is dominated by nival regimes, with limited winter infiltration and high spring and summer runoff. Under an interglacial climate, infiltration is more significant. The probable absence of permafrost in the catchment means that a lag between the two states due to its gradual decay is unlikely. Palaeoecology, supported by radiocarbon dates, suggests that, at the very start of the Holocene, a dramatic episode of fine sediment deposition across most of the valley floor occurred, lasting 500-1000 years. A phase of peat accumulation followed as mineral sediment supply declined. A further shift led to tufa deposition, initially in small pools, then across the whole floodplain area, with the river flowing through channels cut in tufa and experiencing repeated avulsion. Major floods, leaving large gravel bars that still form positive relief features on the floodplain, followed mid-Holocene floodplain stability. Prehistoric deforestation is likely to be the cause of this flooding, inducing a major environmental shift with significantly increased surface runoff. Since the Bronze Age, predominantly fine sediments were deposited along the valley with apparently stable channels and vertical floodplain accretion associated with soil erosion and less catastrophic flooding. The Kennet demonstrates that, while a general pattern of river behaviour over time, within a region, may be identifiable, individual rivers are likely to diverge from this. Consequently, it is essential to understand catchment controls, particularly the relative significance of surface and subsurface hydrology. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.