УДК 579:222 *С.Б. Оразова , Б.К. Кайрат

УДК 579:222
*С.Б. Оразова1, Б.К. Кайрат1, Т.А. Карпенюк1, С.А. Джокебаева1, А.В. Гончарова1,
Г.И. Ерназарова2, Б. Азимханова1
1
Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан,
Казахский государственный женский педагогический университет, г. Алматы, Казахстан
*e-mail: [email protected]
2
Влияние различных питательных сред на рост культуры и содержание липидов в клетках
зеленых микроводорослей
В статье представлены результаты исследования влияния состава питательных сред Фитцджеральда,
Еленкина, Болда, рекомендованных для культивирования зеленых микроводорослей, на рост штаммов Oocystis
rhomboideus, Scenedesmus obliquus, Dictyochlorella globosa. Установлено, что для быстрого накопления
биомассы зеленых микроводорослей, сопряженного с высокой продуктивностью выхода липидов суммарной
фракции необходимо использовать среду Фитцджеральда (Scenodesmus obliquus, Oocystis rhomboideus) и/или
Болда (Dictyochlorella globosa).
Ключевые слова: зеленые микроводоросли, питательная среда, ростовые параметры культуры, липиды.
С.Б. Оразова, Б.Қ. Қайрат, Т.А. Карпенюк, С.Ә. Жөкебаева, А.В. Гончарова,
Г.И. Ерназарова, Б. Азимханова
Жасыл микробалдыр культураларының өсуі мен клеткаларындағы липидтердің мөлшеріне әртүрлі
қоректік орталардың әсері
Мақалада Oocystis rhomboideus, Scenedesmus obliquus, Dictyochlorella globosa штаммдарының өсуіне жасыл
микробалдырларды өсіруге ұсынылатын Фитцджеральд, Еленкин және Болд қоректік орталары құрамының
әсерін зерттеу нәтижелері келтірілген. Жасыл микробалдырларға биомассасын тез жинақтау, сонымен қатар
жалпы липидтік фракциясы шығымының жоғары өнімділігін арттыру мақсатында Scenodesmus obliquus,
Oocystis rhomboideus микробалдырлары үшін Фитцжеральд ортасын және Dictyochlorella globosa
микробалдырын өсіруге Болд ортасын қолдану қажет екендігі анықталды.
Түйін сөздер: жасыл микробалдырлар, қоректік орта, культураның өсу параметрлері, липидтер.
S.B. Orazova, B.K. Kairat, T.A. Karpenjuk, S.A. Dzhokebaeva, A.V. Goncharova,
G.I. Ernazarova, B. Azimhanova
The influence of different mediums on the growth of culture and lipid content in the cells of green microalgae
The article presents the results of studying the influence of the nutrient medium composition Fitzgerald, Elenkyn,
Bold to the growth of strains Oocystis rhomboideus, Scenedesmus obliquus, Dictyochlorella globosa. It is established
that for the rapid accumulation of biomass of green microalgae, paired with a high production of total lipids to use the
Fitzgerald nutrient medium for Scenodesmus obliquus, Oocystis rhomboideus and/or Bold nutrient medium
Dictyochlorella globosa.
Keywords: green microalgae, growing medium, growth parameters of culture, lipids.
Микроводоросли являются перспективными компонентами автотрофного звена в замкнутых
биотехнологических системах. Этому способствуют такие их особенности как устойчивость при
культивировании, широкие адаптационные возможности, высокая технологичность и др. Факторы,
влияющие на развитие микроводорослей, на накопление ими биомассы и практически ценных
веществ (в том числе липидов в целом и ПНЖК, в частности) можно условно разделить на
энергетические (свет) и субстратные (биогенные элементы) [1]. Варьируя условия культивирования
можно изменять физиологическое состояние микроводорослей, настроить их метаболизм на синтез
тех или иных веществ, необходимых для адаптации к новым условиям [2]. Таким образом, можно
подобрать оптимальные условия для накопления определенных групп липидов и жирных кислот.
Целью данной работы являлся подбор питательных сред для роста и накопления липидов 3
штаммов D. globosa, O. rhomboideus, Sc. obliquus.
Материалы и методы
gjhkfgbdz
Водоросли культивировали в накопительном режиме при 16-часовом фотопериоде, освещенность
на поверхности раствора составляла 120 мкМ·м-2·с-1, температура среды колебалась в диапазоне 22 25°С в течение 20 суток. Перед инокуляцией посевного материала в колбы проводилось
выравнивание плотности клеток во всех вариантах опыта. Для определения динамики прироста
биомассы в начале и конце опыта определяли сухую массу инокулята и полученной из него
культуры, а также оптическую плотность культуры в день посева (Do) и в день снятия опыта (Dk) при
750 нм. Определение прироста биомассы проводили путем вычисления коэффициента размножения
[3]. Для определения интенсивности роста культур использовали коэффициент ростовой индекса.
Удельную скорость роста определяли по формуле [4]. Время удвоения популяции клеток
рассчитывали по формуле [5].
Экстракцию липидов из клеток микроводорослей осуществляли по модифицированному методу
Блайя и Дайэра [6]. Клетки водорослей подвергали сухо-воздушной сушке, в пробах весом 0,1-0,2 г
предварительно дезактивировав ферменты изопропиловым спиртом при температуре 80°C в течение
15 минут. Затем пробы гомогенизировали смесью хлороформ-метанол (1:1), центрифугировали для
осаждения клеток и декантировали липиды. Далее проводилось гравиметрическое определение
выделенных липидов.
Результаты и их обсуждение
К двадцатым суткам роста культура Dictyochlorella globosa на среде Фитцджеральда
продемонстрировала высокое значение ростового индекса, который в 1,3 раза превышал таковой при
росте культуры на среде Болда и был в 2 раза выше ростового индекса, которым характеризовалась
культура при росте на среде Еленкина (Рисунок 1). Ростовые индексы культуры Oocystis rhomboideus
характеризовались близкими значениями при росте водорослей на среде Фитцджеральда и Болда,
тогда как при росте на среде Еленкина ростовой индекс культуры был в два раза ниже. В культуре
Scenodesmus obliquus к 20-м суткам максимальный ростовой индекс был получен на среде Болда.
Ростовые индексы культур, выросших на среде Фитцжеральда и Еленкина, были сопоставимы и в 1,5
раза меньше таковых при росте культуре на других средах.
По оси абсцисс – время культивирования (сутки),
по оси ординат – значения ростового индекса (условные единицы)
Рисунок 1 - Ростовой индекс в культуре Dictyochlorella globosa (А), Oocystis rhomboideus (Б), Scenodesmus
obliquus (В) при культивировании на различных средах
gjhkfgbdz
Максимальная удельная скорость роста и минимальное время удвоения клеток изученных культур
зеленых микроводорослей была характерна для клеток, культивированых на среде Фитцжеральда
(Таблица 1).
Таблица 1 – Ростовые характеристики зеленых микроводорослей на 20 сутки культивирования на различных
питательных средах
Вид
микроводорослей
D. globosa
O. rhomboideus
S. obliquus
Удельная скорость роста, дел/сутки
среда
среда
среда
Фитцджеральда
Болда
Еленкина
0,17
0,17
0,13
0,25
0,24
0,21
0,19
0,18
0,21
Время удвоения, сутки
среда
среда
Фитцджеральда
Болда
4,17
4,15
2,79
2,94
3,28
3,72
среда
Еленкина
5,13
3,33
3,29
Показатели, полученные при росте клеток на среде Болда, занимали промежуточное положение
между показателями, полученными на среде Фитцжеральда и Еленкина.
Выход биомассы, оцененный по абсолютно сухому весу культуры, полученной из 1 литра
суспензии к 20-м суткам культивирования, свидетельствует о том, что культуры Dictyochlorella
globosa и Oocystis rhomboideus растут эффективно как на среде Фитцжеральда, так и на среде Болда.
Биомасса микроводорослей, выросших на среде Еленкина была достоверно ниже. Биомасса
культуры Dictyochlorella globosa при росте на среде Фитцжеральда не отличалась от биомассы
культуры, выросшей на среде Болда (Рисунок 2).
Б
С
По оси абсцисс – время культивирования (сутки), по оси ординат –сухой вес микроводорослей (г/л)
Рисунок 2 – Динамика накопления биомассы (по абсолютно сухому весу) культуры Dictyochlorella
globosa (А), Oocystis rhomboideus (Б), Scenodesmus obliquus (В) при культивировании на различных средах
gjhkfgbdz
Согласно полученным данным водоросли, выросшие на среде Фитцжеральда, характеризуются
наибольше массой липидов в пересчете на сухой вес. При росте на среде Болда культура
Dictyochlorella globosa характеризуется содержанием липидов, сопоставимым с таковым при росте на
среде Фитцжеральда, а в культуре Scenodesmus obliquus содержание липидов при росте на среде
Фитцжеральда незначительно отличается от содержания липидов при росте культуры на среде
Еленкина (Рисунок 3).
А
Б
В
Ось абсицисс – время культивирования, ось ординат – содержание липидов (г/100 г сухой биомассы)
Рисунок 3 - Содержание общих липидов (г/100 г сухого веса) в культуре Dictyochlorella globosa (А),
Oocystis rhomboideus (Б), Scenodesmus obliquus (В) в разные сроки культивирования при росте на
различных средах
Продуктивность выхода липидов, оцененная как мг липидов / литр*сутки представлена в таблице
9. По показателю продуктивности липидов культуры располагались в последовательности
Dictyochlorella globosa  Scenodesmus obliquus  Oocystis rhomboideus. Однако, культура
Dictyochlorella globosa характеризовалась близкой продуктивностью липидов при росте на среде
Фитцжеральда и Болда, тогда как для культур Oocystis rhomboideus и Scenodesmus obliquus лучшие
показатели продуктивности липидов были получены при росте клеток на среде Фитцжеральда.
Таблица 2 – Продуктивность липидов при росте культур зеленых протококковых водорослей на различных
средах
Продуктивность липидов (мг/л в сутки)
Вид микроводорослей
среда Фитцджеральда
среда Болда
среда Еленкина
D. globosa
347,2
326,6
111,4
O. rhomboideus
234
187
19,1
S. obliquus
306,6
252
103
gjhkfgbdz
Во всех средах в качестве источника азота используются нитраты, в качестве источника фосфора
или калий фосфорнокислый двузамещенный (среда Фитцжеральда, Еленкина) или калий
фосфорнокислый одно- и двухзамещенный (среда Болда). Соотношение N-содержащих соединений к
P-содержащим составляет 12,7 в среде Фитцжеральда, 1 в среде Болда, 3,65 в среде Еленкина.
Таким образом, установлено, что для быстрого накопления биомассы зеленых протококковых
микроводорослей, сопряженной с высокой продуктивностью выхода липидов суммарной фракции
необходимо использовать среду Фитцджеральда (Scenodesmus obliquus, Oocystis rhomboideus) и/или
Болда (Dictyochlorella globosa).
Литература
1 Karemore А., Pal R., Sen R. Strategic enhancement of algal biomass and lipid in Chlorococcum infusionum as
bioenergy feedstock // Algal Research. - №2. - 2013. - Р. 113-121
2 Putz O., Gross W. Valuable products from biotechnology of microalgae // Appl.Microbio.Biotechnol. - 2004. Vol.65. - P.635-648.
3 Сиренко Л.А., Сакевич А.И., Осипов Л.Ф. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в
гидробиологической практике. – Киев: Наукова думка, 1975. - 245 с.
4 Дробецкая И.В., Минюк Г.С., Тренкеншу Р.П., Вялова О.Ю. Ростовые и биохимические характеристики
Spirulina platensis (Nordst.) Geitler при различных условиях минерального питания // Экология моря. – 2001. –
Вып.56. – С. 41-46.
5 Тренкеншу Р.П., Геворгиз Р.Г., Боровков А.Б. Основы промышленного культивирования Дуналиеллы
солоноводной (Dunaliella salina Teod.). – Севастополь: ЭКОСI–Гiдрофiзика, 2005. – 103 с.
6 Bligh E.G., Dyer W.J. A rapid method of total lipid extraction and purification // Canadian Journal of Biochemistry
and Physiology. – 1957. – V.37. - №8. – P. 911-917.
gjhkfgbdz