Интенсивная культура Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann et Lewin на питательной среде с гидрокарбонатом натрия
##plugins.themes.ibsscustom.article.main##
##plugins.themes.ibsscustom.article.details##
Аннотация
Экспериментально показана возможность использования гидрокарбоната натрия в питательной среде для обеспечения культуры C. closterium углеродом в условиях интенсивного культивирования без подачи CO2 в суспензию. После адаптации C. closterium к питательной среде с гидрокарбонатом натрия с концентрацией 1,2 г·л−1 наблюдался активный рост с максимальной продуктивностью 0,6–0,7 г·(л·сут)−1 сухой массы. В клетки диатомовых водорослей углерод проникает как в форме углекислого газа, так и в форме гидрокарбонат-ионов. Однако все питательные среды для искусственного культивирования диатомей по-прежнему предполагают применение CO2 из атмосферы или баллона. Цель работы — оценить возможность использования гидрокарбоната натрия для обеспечения C. closterium углеродом в условиях интенсивного культивирования без подачи CO2 в суспензию. Культуру выращивали в режиме накопительного культивирования в колбе объёмом 1 л на питательной среде RS, приготовленной на стерильной черноморской воде, следующего состава (г·л−1): NaNO3 — 0,775; NaH2PO4·2H2O — 0,0641; Na2SiO3·9H2O — 0,386; Na2EDTA — 0,0872; FeSO4·7H2O — 0,045; CuSO4·5H2O — 0,2·10−3; ZnSO4·7H2O — 0,44·10−3; CoCl2·6H2O — 0,2·10−3; MnCl2·4H2O — 0,36·10−3; NaMoO4·H2O — 0,12·10−3. Предварительно в ней растворили 1,2 г·л−1 гидрокарбоната натрия. Суспензию клеток перемешивали посредством магнитной мешалки (250 оборотов в минуту). На 4-й день эксперимента в культуру добавили 1 г NaHCO3 и 2 мл 0,1 н соляной кислоты, чтобы снизить pH до 8,6. Со 2-го дня эксперимента зарегистрирован активный рост с максимальной продуктивностью 0,6 г·(л·сут)−1. После добавления в активно растущую культуру 1 г·л−1 гидрокарбоната натрия и снижения pH до 8,6 наблюдали снижение скорости роста практически до нуля, однако, судя по скорости повышения pH среды́ за время адаптации, культура активно поглощала гидрокарбонат-ионы. Экспериментально показана возможность культивирования бентосной диатомовой водоросли C. closterium на питательной среде с высоким содержанием гидрокарбоната натрия. Установлено, что на питательной среде RS с добавлением 1,2 г·л−1 гидрокарбоната натрия в условиях интенсивного культивирования максимальная продуктивность C. closterium достигает 0,7 г·(л·сут)−1, при этом отмечено существенное повышение pH среды́. По нашим данным, оптимальное значение pH среды́ для роста C. closterium находится в диапазоне 8,4–9,4. При pH > 9,4 рост диатомовых водорослей замедляется, а при достижении в питательной среде значения pH 9,9 культура переходит в фазу отмирания.
Авторы
Библиографические ссылки
Геворгиз Р. Г., Железнова С. Н., Никонова Л. Л., Бобко Н. И., Нехорошев М. В. Оценка плотности культуры фототрофных микроорганизмов методом йодатной окисляемости. Севастополь : ФГБУН ИМБИ, 2015. 31 с. [Gevorgiz R. G., Zheleznova S. N., Nikonova L. L., Bobko N. I., Nekhoroshev M. V. Otsenka plotnosti kul’tury fototrofnykh mikroorganizmov metodom iodatnoi okislyaemosti. Sevastopol : FGBUN IMBI, 2015, 31 p. (in Russ.)]. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/43
Железнова С. Н., Геворгиз Р. Г., Бобко Н. И., Лелеков А. С. Питательная среда для интенсивной культуры диатомовой водоросли Cylindrotheca closterium (Ehrenb.) Reimann et Lewin – перспективного объекта биотехнологий // Актуальная биотехнология. 2015. № 3 (14). C. 46–48. [Zheleznova S. N., Gevorgiz R. G., Bobko N. I., Lelekov A. S. The culture medium for the intensive culture of diatomic alga Cylindrotheca closterium (Ehrenb.) Reimann et Lewin – promising biotech facility. Aktual’naya biotekhnologiya, 2015, no. 3 (14), pp. 46–48. (in Russ.)]
Куприянова Е. В., Самылина О. С. CO2-концентрирующий механизм и его особенности у галоалкалофильных цианобактерий // Микробиология. 2015. Т. 84, № 2. С. 144–159. [Kupriyanova E. V., Samylina O. S. CO2-concentrating mechanism and its traits in haloalkaliphilic cyanobacteria. Mikrobiologiya, 2015, vol. 84, no. 2, pp. 144–159. (in Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0026365615010073
Краткая химическая энциклопедия / ред. И. Л. Кнунянц. Москва : Советская энциклопедия, 1961. 931 с. [Kratkaya khimicheskaya entsiklopediya / I. L. Knunyants (Ed.). Moscow : Sovetskaya entsiklopediya, 1961, 931 p. (in Russ.)]
Скопинцев Б. А. Формирование современного химического состава вод Чёрного моря. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1975. 336 с. [Skopintsev B. A. Formirovanie sovremennogo khimicheskogo sostava vod Chernogo morya. Leningrad : Gidrometeoizdat, 1975, 336 p. (in Russ.)]
Сонненфелд П. Рассолы и эвапориты : пер. с англ. Москва : Мир, 1988. 480 с. [Sonnenfeld P. Pickles and Evaporates. Moscow : Mir, 1988, 480 p. (in Russ.)]
Хорн Р. А. Морская химия (структура воды и химия гидросферы) : пер. с англ. Москва : Мир, 1972. 400 с. [Horne R. A. Marine Chemistry: The Structure of Water and the Chemistry of the Hydrosphere. Moscow : Mir, 1972, 400 p. (in Russ.)]
Allen A. E., Dupont C. L., Oborník M., Horák A., Nunes-Nesi A., McCrow J. P., Zheng H., Johnson D. A., Hu H., Fernie A. R., Bowler C. Evolution and metabolic significance of the urea cycle in photosynthetic diatoms. Nature, 2011, vol. 473, iss. 7346, pp. 203–207. https://doi.org/10.1038/nature10074
Anderson L. A. On the hydrogen and oxygen-content of marine phytoplankton. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 1995, vol. 42, iss. 9, pp. 1675–1680. https://doi.org/10.1016/0967-0637(95)00072-E
Berges J. A., Varela D. E., Harrison P. J. Effects of temperature on growth rate, cell composition and nitrogen metabolism in the marine diatom Thalassiosira pseudonana (Bacillariophyceae). Marine Ecology Progress Series, 2002, vol. 225, pp. 139–146. https://doi.org/10.3354/meps225139
Brown M. R., Jeffrey S. W. The amino acid and gross composition of marine diatoms potentially useful for mariculture. Journal of Applied Phycology, 1995, vol. 7, iss. 6, pp. 521–527. https://doi.org/10.1007/BF00003938
Brown M. R., Jeffrey S. W., Volkman J. K., Dunstan G. A. Nutritional properties of microalgae for mariculture. Aquaculture, 1997, vol. 151, iss. 1–4, pp. 315–331. https://doi.org/10.1016/S0044-8486(96)01501-3
Gügi B., Le Costaouec T., Burel C., Lerouge P., Helbert W., Bardor M. Diatom-specific oligosaccharide and polysaccharide structures help to unravel biosynthetic capabilities in diatoms. Marine Drugs, 2015, vol. 13, iss. 9, pp. 5993–6018. https://doi.org/10.3390/md13095993
Jansson C., Northen T. Calcifying cyanobacteria – The potential of biomineralization for carbon capture and storage. Current Opinion in Biotechnology, 2010, vol. 21, iss. 3, pp. 365–371. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2010.03.017
Jensen E. L., Clement R., Kosta A., Maberly S. C., Gontero B. A new widespread subclass of carbonic anhydrase in marine phytoplankton. The ISME Journal, 2019, vol. 13, pp. 2094–2106. https://doi.org/10.1038/s41396-019-0426-8
Keeling P. J. The endosymbiotic origin, diversification and fate of plastids. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2010, vol. 365, iss. 1541, pp. 729–748. https://doi.org/10.1098/rstb.2009.0103
Lebeau T., Robert J.-M. Diatom cultivation and biotechnologically relevant products. Part I: Cultivation at various scales. Applied Microbiology and Biotechnology, 2003, vol. 60, iss. 6, pp. 612–623. https://doi.org/10.1007/s00253-002-1176-4
Matsuda Y., Hopkinson B. M., Nakajima K., Dupont C. L., Tsuji Y. Mechanisms of carbon dioxide acquisition and CO2 sensing in marine diatoms: A gateway to carbon metabolism. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2017, vol. 372, art. no. 20160403 (12 p.). https://doi.org/10.1098/rstb.2016.0403
Matsuda Y., Kroth P. G. Carbon fixation in diatoms. In: The Structural Basis of Biological Energy Generation / M. F. Hohmann-Marriott (Ed.). Dordrecht, Heidelberg : Springer, 2014, pp. 335–362. (Advances in Photosynthesis and Respiration ; vol. 39.)
Matsumoto M., Nojima D., Nonoyama T., Ikeda K., Maeda Y., Yoshino T., Tanaka T. Outdoor cultivation of marine diatoms for year-round production of biofuels. Marine Drugs, 2017, vol. 15, no. 4, art. no. 94 (12 p.). https://doi.org/10.3390/md15040094
Nesara K. M., Bedi C. S. Diatomix: A diatoms enhancer. Journal of FisheriesSciences.com, 2019, vol. 13, iss. 2, pp. 12–15. https://www.fisheriessciences.com/fisheries-aqua/diatomix-a-diatoms-enhancer.pdf
Obata T., Fernie A. R., Nunes-Nesi A. The central carbon and energy metabolism of marine diatoms. Metabolites, 2013, vol. 3, iss. 2, pp. 325–346. https://doi.org/10.3390/metabo3020325
Reinfelder J. R., Milligan A. J., Morel F. M. The role of the C4 pathway in carbon accumulation and fixation in a marine diatom. Plant Physiology, 2004, vol. 135, iss. 4, pp. 2106–2111. https://doi.org/10.1104/pp.104.041319
Roberts K., Granum E., Leegood R. C., Raven J. A. Carbon acquisition by diatoms. Photosynthesis Research, 2007, vol. 93, iss. 1–3, pp. 79–88. https://doi.org/10.1007/s11120-007-9172-2
Ying L., Kangsen M. Effect of growth phase on the fatty acid compositions of four species of marine diatoms. Journal of Ocean University of China, 2005, vol. 4, iss. 2, pp. 157–162. https://doi.org/10.1007/s11802-005-0010-x