Βελτιστοποίηση της καλλιέργειας Chlorella sp. για την παραγωγή βιολιπασμάτων και βιοδιεγερτών
| datacite.contributor.RelatedPerson | Αρμάου, Αντώνιος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πανδής, Σπυρίδων | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κορνάρος, Μιχαήλ | |
| dc.contributor.author | Μανούκος, Άγγελος Ιωάννης | |
| dc.contributor.other | Manoukos, Angelos Ioannis | |
| dc.date.accessioned | 2026-10-12T06:33:23Z | |
| dc.date.available | 2026-10-12T06:33:23Z | |
| dc.date.issued | 2026-10-06 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Η εντατική χρήση χημικών λιπασμάτων στη σύγχρονη γεωργία, παρά τη συμβολή της στην αύξηση της παραγωγικότητας, συνοδεύεται από σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπως ο ευτροφισμός υδάτινων συστημάτων και η υποβάθμιση της γονιμότητας του εδάφους, ενώ βασίζεται σε μη ανανεώσιμους ή γεωπολιτικά ευαίσθητους πόρους, όπως ο φωσφόρος. Στο πλαίσιο αυτό, τα μικροφύκη αναδεικνύονται ως μια ελκυστική βιώσιμη εναλλακτική για την παραγωγή βιολιπασμάτων και βιοδιεγερτών, καθώς καλλιεργούνται χωρίς ανταγωνισμό με καλλιεργήσιμη γη, αξιοποιούν διοξείδιο του άνθρακα και θρεπτικά συστατικά, και η βιομάζα τους διαθέτει σύσταση κατάλληλη τόσο για τη θρέψη των φυτών όσο και για την ενίσχυση της βλάστησης και της ανάπτυξής τους. Η ευρύτερη αξιοποίησή τους, ωστόσο, προϋποθέτει τη βελτιστοποίηση των συνθηκών καλλιέργειάς τους, ώστε να επιτυγχάνεται ικανοποιητική απόδοση βιομάζας με την επιθυμητή θρεπτική και βιοδιεγερτική ποιότητα. Στο πλαίσιο αυτό, αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η μελέτη και η βελτιστοποίηση της καλλιέργειας του μικροφύκους Chlorella sp., το οποίο επιλέχθηκε ως το πλέον υποσχόμενο είδος έπειτα από αρχική πειραματική αξιολόγηση, για την παραγωγή βιολιπασμάτων και βιοδιεγερτών. Για τον σκοπό αυτό εφαρμόστηκε πειραματικός σχεδιασμός τύπου Box-Behnken με τρεις ανεξάρτητες μεταβλητές, τη θερμοκρασία (20-35°C), τη φωτοπερίοδο (9-24 h φωτός d⁻¹) και την ένταση φωτισμού (100-500 μmol m⁻² s⁻¹), μέσω τριάντα πειραματικών δοκιμών σε αυτότροφες καλλιέργειες όγκου 400 mL. Σε κάθε δοκιμή αξιολογήθηκαν η μέγιστη συγκέντρωση βιομάζας, ο μέγιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης, η παραγωγικότητα, η περιεκτικότητα της βιομάζας σε άζωτο και φωσφόρο, η συγκέντρωση φωτοσυνθετικών χρωστικών, η απομάκρυνση θρεπτικών από το θρεπτικό μέσο, καθώς και το βιοδιεγερτικό δυναμικό της βιομάζας μέσω δύο βιοδοκιμών, του δείκτη βλαστικότητας σε σπόρους αγγουριού και της βιοδοκιμής ανάπτυξης ριζών σε φυτά ροβίτσας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μέγιστη συγκέντρωση βιομάζας (2402 mg L⁻¹) και η παραγωγικότητα (0.12 g L⁻¹ d⁻¹) ευνοήθηκαν από χαμηλή θερμοκρασία και παρατεταμένη φωτοπερίοδο, ενώ ο μέγιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης (0.19 d⁻¹) μεγιστοποιήθηκε αντίθετα σε υψηλότερη θερμοκρασία και ενδιάμεσες τιμές φωτοπεριόδου και έντασης φωτισμού. Η περιεκτικότητα της βιομάζας σε άζωτο (έως 7.0% w/w) και σε φωσφόρο (έως 3.3% w/w) μεγιστοποιήθηκε σε διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας, ενώ η βιομάζα παρουσίασε ενθαρρυντική βιοδιεγερτική δράση και στις δύο βιοδοκιμές, με τον δείκτη βλαστικότητας να ευνοείται από ενδιάμεση φωτοπερίοδο και τη ριζοβολία ροβίτσας από υψηλότερη θερμοκρασία. Η απουσία μίας ενιαίας βέλτιστης συνθήκης για όλες τις αποκρίσεις ανέδειξε την πολυλειτουργικότητα της Chlorella sp. και υπογράμμισε τη δυνατότητα προσαρμογής της διεργασίας καλλιέργειας ανάλογα με την επιθυμητή εφαρμογή, είτε αυτή αφορά την παραγωγή υψηλής ποσότητας βιομάζας, είτε την ανάκτηση θρεπτικών στοιχείων, είτε την παραγωγή βιοδραστικού προϊόντος με εφαρμογές ως βιολίπασμα και βιοδιεγέρτη. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η αξιοποίηση μικροφυκών ως βιολιπασμάτων και βιοδιεγερτών αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας, συνδυάζοντας την παραγωγή βιοπροϊόντων με την ανάκτηση πόρων και τη μείωση της εξάρτησης από συμβατικές γεωργικές εισροές. | |
| dc.description.translatedabstract | The intensive use of chemical fertilizers in modern agriculture, despite its contribution to increased productivity, is accompanied by significant environmental impacts, such as eutrophication of water bodies and degradation of soil fertility, while relying on non-renewable or geopolitically sensitive resources, such as phosphorus. In this context, microalgae emerge as an attractive sustainable alternative to produce biofertilizers and biostimulants, as they can be cultivated without competing with arable land, utilize carbon dioxide and nutrients, and their biomass has a composition suitable both for plant nutrition and for enhancing seed germination and plant growth. However, their broader exploitation requires the optimization of their cultivation conditions, in order to achieve satisfactory biomass yield with the desired nutritional and biostimulant quality. In this context, the objective of this thesis was the study and optimization of the cultivation of the microalga Chlorella sp., which was selected as the most promising species following an initial experimental screening, to produce biofertilizers and biostimulants. For this purpose, a Box-Behnken experimental design was applied with three independent variables, temperature (20-35°C), photoperiod (9-24 h light d⁻¹), and light intensity (100-500 μmol m⁻² s⁻¹), through thirty experimental runs in autotrophic cultures of 400 mL working volume. In each run, the maximum biomass concentration, the maximum specific growth rate, the productivity, the nitrogen and phosphorus content of the biomass, the photosynthetic pigment concentration, the nutrient removal from the culture medium, as well as the biostimulant potential of the biomass through two bioassays, the germination index on cucumber seeds and the mung bean rooting bioassay, were evaluated. The results showed that the maximum biomass concentration (2402 mg L⁻¹) and productivity (0.12 g L⁻¹ d⁻¹) were favored by low temperature and extended photoperiod, while the maximum specific growth rate (0.19 d⁻¹) was maximized, in contrast, at higher temperature and intermediate values of photoperiod and light intensity. The nitrogen (up to 7.0% w/w) and phosphorus (up to 3.3% w/w) content of the biomass was maximized under different temperature conditions, while the biomass exhibited encouraging biostimulant activity in both bioassays, with the germination index being favored by an intermediate photoperiod and mung bean rooting by higher temperature. The absence of a single optimal condition for all responses highlighted the multifunctionality of Chlorella sp. and underscored the ability to adapt the cultivation process according to the desired application, whether it involves the production of high-yield biomass, the recovery of nutrients, or the production of a bioactive product with applications as a biofertilizer and bio-stimulant. The results indicate that the use of microalgae as biofertilizers and bio-stimulants is a promising approach within the context of the circular economy, combining the production of bioproducts with resource recovery and a reduction in dependence on conventional agricultural inputs. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/32969 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Μικροφύκη | |
| dc.subject | Βιολιπάσματα | |
| dc.subject | Βιοδιεγέρτες | |
| dc.subject.alternative | Chlorella sp. | |
| dc.subject.alternative | Microalgae | |
| dc.subject.alternative | Biofertilizers | |
| dc.subject.alternative | Biostimulants | |
| dc.title | Βελτιστοποίηση της καλλιέργειας Chlorella sp. για την παραγωγή βιολιπασμάτων και βιοδιεγερτών | |
| dc.title.alternative | Optimization of Chlorella sp. cultivation for the production of biofertilizers and biostimulants |