Оценка продукционных характеристик и фотосинтетических пигментов Scenedesmus rubescens при различной обеспеченности биогенными элементами
Главное
Google Scholar
Подробности
Аннотация
Биотехнология микроводорослей рассматривается как перспективное направление для получения возобновляемых источников биомассы, богатой белками, липидами и пигментами, что делает актуальным поиск оптимальных условий их культивирования. Представители рода Scenedesmus Meyen, 1829 отличаются быстрым ростом, устойчивостью к изменениям внешней среды и значительным содержанием биологически активных соединений, что определяет их высокий потенциал для применения в пищевой, фармацевтической и энергетической отраслях. Целью настоящей работы было проанализировать параметры роста и содержания фотосинтетических пигментов в культуре Scenedesmus rubescens (P. J. L. Dangeard) E. Kessler, M. Schafer, C. Hummer, A. Kloboucek & V. A. R. Huss, 1997, выращиваемой на трёх типах минеральных питательных сред — на полной среде Тамия, её половинной модификации (Тамия ½) и среде Болда (Bold’s basal medium, BBM) (варианты № 1, 2 и 3 соответственно). В рамках исследования микроводоросли S. rubescens культивировали в условиях дополнительной подачи углекислого газа и непрерывного освещения в течение 16 сут. Отмечена высокая удельная скорость роста культуры (µ) на питательных средах BBM и Тамия — 0,48 и 0,49 сут−1 соответственно. При использовании среды Тамия ½ удельная скорость роста S. rubescens была ниже — 0,33 сут−1. Линейный рост микроводорослей на трёх питательных средах наблюдали по 4-е сутки включительно. За этот период плотность S. rubescens в вариантах опыта № 1 и 3 увеличилась практически в 7 раз, в варианте № 2 — в 3,7 раза. Максимальная продуктивность S. rubescens для трёх вариантов эксперимента составляла 0,35, 0,18 и 0,31 г сухой массы·л−1·сут−1, при этом каких-либо изменений в морфологической структуре клеток обнаружено не было. Выявлены значимые различия в биохимических и кинетических характеристиках роста S. rubescens, культивируемых на трёх разных питательных средах. Высокие концентрации хлорофилла a и b зафиксированы в клетках микроводорослей, выращенных на средах Тамия и BBM. Полученные в эксперименте результаты свидетельствуют об очень близких ростовых характеристиках культуры S. rubescens в вариантах № 1 и 3 в диапазоне экспоненциальной и линейной фаз роста, что позволяет подобрать условия, способные обеспечить на среде BBM продуктивность и накопление ценных веществ, аналогичные таковым для варианта на среде Тамия.
Авторы
Библиографические ссылки
Божков А. И., Мензянова Н. Г. Динамика роста, липидный состав и содержание ß-каротина в клетках Dunaliella viridis Teod. при культивировании в разных типах фотобиореакторов // Альгология. 1997. Т. 7, № 1. С. 78–86. [Bozhkov A. I., Menzyanova N. G. The growth dynamics, lipid composition and ß-carotene content in Dunaliella viridis Teod. cells at cultivation in different types of photobioreactors. Al’gologiya, 1997, vol. 7, no. 1, pp. 78–86. (in Russ.)]
Горбунова С. Ю., Зубко В. А. Использование Scenedesmus bijugatus (Lageth.) для биологической доочистки сточных вод // Современные проблемы экологии Азово-Черноморского региона : материалы V Международной конференции, 8–9 октября 2009 г., Керчь, ЮгНИРО. Керчь : Изд-во ЮгНИРО, 2010. С. 105–110. [Gorbunova S. Yu., Zubko V. A. Use of Scenedesmus bijugatus (Lageth.) for abatement of waste waters pollution. In: Current Problems of the Azov–Black Sea Region Ecology : materials of the V International Conference, 8–9 October, 2009, Kerch, YugNIRO. Kerch : YugNIRO Publishers, 2010, pp. 105–110. (in Russ.)]
Горбунова С. Ю., Гудвилович И. Н. Выращивание Spirulina platensis (Nordst.) Geitler на сточных водах птицефабрик // Теоретическая и прикладная экология. 2020. № 4. С. 68–74. [Gorbunova S. Yu., Gudvilovich I. N. Cultivation of Spirulina platensis (Nordst.) Geitler on waste water of poultry farms. Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya, 2020, no. 4, pp. 68–74. (in Russ.)]. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-4-068-074
Лелеков А. С., Тренкеншу Р. П. Простейшие модели роста микроводорослей. 4. Экспоненциальная и линейная фазы роста // Экология моря. 2007. Вып. 74. С. 47–49. [Lelekov A. S., Trenkenshu R. P. Simplest models of microalgae growth. 4. Exponential and linear growth phases of microalgae culture. Ekologiya morya, 2007, iss. 74, pp. 47–49. (in Russ.)]. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/4780
Тренкеншу Р. П. Простейшие модели роста микроводорослей. 1. Периодическая культура // Экология моря. 2005. Вып. 67. С. 89–97. [Trenkenshu R. P. Simplest models of microalgae growth. 1. Batch culture. Ekologiya morya, 2005, iss. 67, pp. 89–97. (in Russ.)]. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/4658
Тренкеншу Р. П. Расчёт удельной скорости роста микроводорослей // Морской биологический журнал. 2019. Т. 4, № 1. С. 100–108. [Trenkenshu R. P. Calculation of the specific growth rate of microalgae. Marine Biological Journal, 2019, vol. 4, no. 1, pp. 100–108. (in Russ.)]. https://doi.org/10.21072/mbj.2019.04.1.09
Тренкеншу Р. П., Лелеков А. С., Боровков А. Б., Новикова Т. М. Унифицированная установка для лабораторных исследований микроводорослей // Вопросы современной альгологии. 2017. № 1 (13). [Trenkenshu R. P., Lelekov A. S., Borovkov A. B., Novikova T. M. Unified installation for microalgae laboratory studies. Voprosy sovremennoi al’gologii, 2017, no. 1 (13). (in Russ.)]. URL: http://algology.ru/1097 [accessed: 23.11.2024].
Руденко Р. А., Ткачева И. В. Биотехнология водорослей в аквакультуре // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 8 (110), ч. 1. С. 136–138. [Rudenko R. A., Tkacheva I. V. Algae biotechnology in aquaculture. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel’skii zhurnal, 2021, no. 8 (110), pt 1, pp. 136–138. (in Russ.)]. https://doi.org/10.23670/irj.2021.110.8.021
Bischoff H. W., Bold H. C. Some Soil Algae from Enchanted Rock and Related Algal Species. Austin, TX : University of Texas, 1963, vol. 6318, 95 p. (Phycological Studies. IV).
Chu W. L. Biotechnological applications of microalgae. International e-Journal of Science, Medicine and Education, 2012, iss. 6, suppl. 1, pp. s24–s37. https://doi.org/10.56026/imu.6.suppl1.s24
Drira N., Dhouibi N., Hammami S., Piras A., Rosa A., Porcedda S., Dhaouadi H. Fatty acids from high rate algal pond’s microalgal biomass and osmotic stress effects. Bioresource Technology, 2017, vol. 244, pt 1, pp. 860–864. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.052
Fan M., Liao Z., Wang R., Xu N. Isolation and antibacterial activity of Anabaena phycocyanin. African Journal of Biotechnology, 2013, vol. 12, no. 15, pp. 1869–1873. https://doi.org/10.5897/ajb12.2575
Fasaei F., Bitter J. H., Slegers P. M., van Boxtel A. J. B. Techno-economic evaluation of microalgae harvesting and dewatering systems. Algal Research, 2018, vol. 31, pp. 347–362. https://doi.org/10.1016/j.algal.2017.11.038
Guedes A. C., Gião M. S., Matias A. A., Nunes A. V. M., Pintado M. E., Duarte C. M. M., Malcata F. X. Supercritical fluid extraction of carotenoids and chlorophylls a, b and c, from a wild strain of Scenedesmus obliquus for use in food processing. Journal of Food Engineering, 2013, vol. 116, iss. 2, pp. 478–482. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.12.015
Hase E., Morimura Y., Tamiya H. Some data on the growth physiology of Chlorella studied by the technique of synchronous culture. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1957, vol. 69, pp. 149–165. https://doi.org/10.1016/0003-9861(57)90482-4
Hu Q. Environmental effects on cell composition. In: Handbook of Microbial Culture. Biotechnology and Applied Phycology. 2nd edition / A. Richmond, Q. Hu (Eds). Chichester : Wiley Blackwell, 2013, pp. 114–122.
Ishaq A., Peralta H. M. M., Basri H. Bioactive compounds from green microalga Scenedesmus and its potential applications: A brief review. Journal of Tropical Agricultural Science, 2016, vol. 39, iss. 1, pp. 1–16.
Jena J., Nayak M., Panda H. S., Pradhan N., Sarika C., Panda P. K., Rao B. V. S. K., Prasad R. B. N., Sukla L. B. Microalgae of Odisha coast as a potential source for biodiesel production. World Environment, 2012, vol. 2, no. 1, pp. 11–16. https://doi.org/10.5923/j.env.20120201.03
Jo S.-W., Hong J. W., Do J.-M., Na H., Kim J.-J., Park S.-I., Kim Y.-S., Kim I.-S., Yoon H.-S. Nitrogen deficiency-dependent abiotic stress enhances carotenoid production in indigenous green microalga Scenedesmus rubescens KNUA042, for use as a potential resource of high value products. Sustainability, 2020, vol. 12, iss. 13, art. 5445 (25 p.). https://doi.org/10.3390/su12135445
Levasseur W., Perré P., Pozzobon V. A review of high value-added molecules production by microalgae in light of the classification. Biotechnology Advances, 2020, vol. 41, art. 107545 (21 p.). https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2020.107545
Mayeli S. M., Nandini S., Sarma S. S. S. The efficacy of Scenedesmus morphology as a defense mechanism against grazing by selected species of rotifers and cladocerans. Aquatic Ecology, 2004, vol. 38, iss. 4, pp. 515–524. https://doi.org/10.1007/s10452-005-0329-9
Muluye A., Sali B., Bahta B., Melese B., Girma B., Kebede M., Kebede M., Suresh A. Potential of human urine as a nutrient medium for the biomass production of microalga Scenedesmus sp. East African Journal of Agriculture and Biotechnology, 2021, vol. 3, no. 1, pp. 35–41. https://doi.org/10.37284/eajab.3.1.409
Nur Z., Mohd S., Hasnun N. I., Chia C. T., Mutalib A. The growth performance of freshwater Chlorella sp. and Scenedesmus sp. in different media. Journal of Applied Science and Agriculture, 2014, vol. 9, spec. iss. 11, pp. 119–125.
Patil L., Kaliwal B. B. Microalga Scenedesmus bajacalifornicus BBKLP-07, a new source of bioactive compounds with in vitro pharmacological applications. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2019, vol. 42, iss. 6, pp. 979–994. https://doi.org/10.1007/s00449-019-02099-5
Rahman M., Hosano N., Hosano H. Recovering microalgal bioresources: A review of cell disruption methods and extraction technologies. Molecules, 2022, vol. 27, iss. 9, art. 2786 (31 p.). https://doi.org/10.3390/molecules27092786
Sandmann M., Münzberg M., Bressel L., Reich O., Hass R. Inline monitoring of high cell density cultivation of Scenedesmus rubescens in a mesh ultra-thin layer photobioreactor by photon density wave spectroscopy. BMC Research Notes, 2022, vol. 15, iss. 1, art. 54 (7 p.). https://doi.org/10.1186/s13104-022-05943-2
Suresh A., Benor S. Microalgae-based biomass production for control of air pollutants. In: From Biofiltration to Promising Options in Gaseous Fluxes Biotreatment. Recent Developments, New Trends, Advances, and Opportunities / G. Soreanu, É. Dumon (Eds). Amsterdam, Netherlands ; Oxford, UK ; Cambridge, MA, US : Elsevier, 2020, pp. 345–372. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-819064-7.00017-0
Tamiya H. Mass culture of algae. Annual Review of Plant Biology, 1957, vol. 8, pp. 309–334. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.08.060157.001521
Wellburn A. R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology, 1994, vol. 144, iss. 3, pp. 307–313. https://doi.org/10.1016/s0176-1617(11)81192-2
Zhang X., Wei X., Hu X., Yang Y., Chen X., Tian J., Pan T., Ding B. Effects of different concentrations of CO2 on Scenedesmus obliquus to overcome sludge extract toxicity and accumulate biomass. Chemosphere, 2022, vol. 305, art. 135514 (10 p.). https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.135514
