Телефон: +7 (383)-312-14-32

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 39(125)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Биотехнологии

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4, скачать журнал часть 5, скачать журнал часть 6

Библиографическое описание:
Толмачева Н.И. ОБЗОР ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ CHLORELLA VULGARIS // Студенческий: электрон. научн. журн. 2020. № 39(125). URL: https://sibac.info/journal/student/125/194631 (дата обращения: 12.06.2021).

ОБЗОР ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ CHLORELLA VULGARIS

Толмачева Наталия Игоревна

студент, факультет Химической технологии и Биотехнологии, Московский политехнический университет,

РФ, г. Москва

Научный руководитель Ермакова Лидия Сергеевна

канд. тех. наук, доц., Московский политехнический университет,

РФ, г. Москва

Научный руководитель Кудрявцева Юлия Сергеевна

доц., Московский политехнический университет,

РФ, г. Москва

АННОТАЦИЯ

В последнее время микроводоросли широко используются как в промышленных, так и в научных целях. Существуют различные области применения микроводорослей, такие как пищевая промышленность, биоэнергетика, сельскохозяйственная деятельность и фармацевтика.

При разработке оптимального процесса культивирования Chlorella vulgaris обычно рассматриваются два основных аспекта: внешние факторы, такие как температура, интенсивность света, pH, аэрация, перемешивание; и выбор подходящего питательного вещества. Питательные вещества могут выступать ограничивающими факторами, влияющими на качество и количество биомассы в микроводорослях. Таким образом, анализ и оптимизация среды необходимы, чтобы определить применимость такого состава для культивирования водорослей.

 

Ключевые слова: chlorella vulgaris, фотобиореактор, питательная среда, bold basal, микроводоросли, культивирование, биомасса, биологически активные добавки.

 

В данной статье рассмотрены среды, наиболее часто используемые для культивирования Chlorella vulgaris, и как следствие наиболее подходящие для данной культуры: среды Люка, Тамия, BG-11, TAP, TR, Chlorella medium, ЧУ-10, Мурасиго, Скуга и среда Болда. Их сравнение и интерпретация результатов проведенных исследований культивирования различных штаммов Chlorella vulgaris позволит подобрать оптимальный состав среды для выращивания культуры в фотобиореакторе. Также в статье было рассмотрено влияние витаминных добавок на рост Chlorella vulgaris при внесении в стандартные питательные среды на примере добавления нитрата калия, селенита натрия, препарата Мелафен и Ионосорб. Также было рассмотрено создание питательной среды модифицированного состава при помощи подбора компонентов.

Среда Люка для выращивания водорослей с использованием ионита «Ионосорб™» и куриного помета (RU 2556126). Недостатком этой среды является необходимость использования ионита, который достаточно сложно прибрести. Куриный помет относится к отходам III класса опасности, его гашение требует специальных навыков и тщательного соблюдения техники безопасности [1].

 Наиболее распространенной сегодня является питательная среда Тамия. В её составе есть основные питательные компоненты, необходимые для выращивания микроводорослей, при этом, среда Тамия не является универсальной. Поэтому рационально использовать состав данной среды для дальнейшей оптимизации и ориентироваться на заданные компоненты.

У питательных сред Тамия модифицированная, Бенеке, BG-11, ТАР и TP относительно низкий темп прироста биомассы, а также при длительном культивировании происходит угнетение жизнедеятельности и гибель хлореллы (вследствие нехватки неорганических веществ).

В исследовании [2] при выращивании штамма Chlorella vulgaris 2714 на средах BG11, TAP и TP наибольший прирост биомассы составил на среде TAP. Но при культивировании культивирования штамма Chlorella vulgaris ИФР № С-111 наибольший прирост произошел на модифицированной среде Тамийя, содержащая в составе в качестве источника азота нитрат калия в концентрации 231 мг азота на 1 л среды.

В источнике [3] максимальная величина биомассы хлореллы Chl. vulgaris, штамм IBCЕ C–19 отмечена при ее выращивании на питательных средах Chlorella medium и BG–11. Но, если целью культивирования является максимальное содержание каротиноидов и хлорофилла, то наиболее подходящей является модифицированная среда Тамийя с добавкой удобрения “Kristallon”, так как на данной модифицированной среде произошло наибольшее накопление каротиноидов и хлорофилла по сравнению с контролем.

Результаты проведенных исследований [4] показывают, что лучшей питательной средой для Chlorella vulgaris стала питательная среда ЧУ-10. Питательные среды Мурасиго, Скуга и Болда показали одинаковые результаты по всем показателям. Питательная среда позволила получить более высокое содержание сухого вещества 97,5 г/100 л, большее количество клеток Chlorella 11,9 шт./мл и хлорофилла 17,0 мг/л в сравнении с контрольным вариантом средой Мурасиго, Скуга и средой Болда.

Для повышения прироста биомассы хлореллы к готовым средам возможно применение биологически активных добавок. При исследовании влияния меламиновой соли-бис(оксиметил)фосфиновой кислоты (препарата Мелафен) выяснено, что внесение названного реагента в дозировках 1•10^-4 и 1•10^-5 г/дм3 способствует увеличению количества клеток хлореллы по сравнению с образцом, не содержащим биологически активного вещества [5].

На рост биомассы добавление селенита натрия в среду Тамия оказывало определенное положительное влияние на рост хлореллы [6]. Наблюдениями за ростом микроводорослей хлореллы в присутствии в составе питательной среды различных концентраций селенита натрия показали, что на интенсивность роста хлореллы оказывает влияние уровень его концентрации из расчета 2,5 мг/мл, что превышал фоновые показатели 16,7 раз в стандартной среде Тамия.

Оптимизировать питательную среду возможно при помощи добавления азотсодержащих соединений. [8] В исследовании [7] для этого применялись модифицированные питательные среды Тамийя, в которых в качестве источника азота использовались: нитрат калия в первом эксперименте, хлорид аммония - во втором и мочевина - в третьем. Результаты эксперимента показывают, что в качестве источника азотсодержащих соединений для накопления биомассы оптимально подходит нитрат калия, обеспечивающий двукратный прирост биомассы на 7-й день культивирования по сравнению со средой с мочевиной и более чем пятидесятикратный - при использовании питательной среды с хлоридом аммония.

Установлено, что качественные и количественные характеристики микроводорослей напрямую зависят от компонентов питательной среды и их оптимально подобранных концентраций, что оказывает непосредственное влияние на процесс фотосинтеза и интенсивность метаболизма. Тем самым питательную среду можно оптимизировать по множественным параметрам. Например, в исследовании [9] был произведен тщательный подбор компонентов, в результате которого была разработана модифицированная среда с составом: макроэлементы (г/л) KNO3 – 1.25, MgSO4×7H2O – 0.6, KH2PO4 – 0.3; микроэлементы (мг/л): FeSO4×7Н2O – 5.0, Са(NO3)2 – 10.0, Co(NO3)2×6H2O – 0.02, CuSO4×5H2O – 0.01, ZnSO4×7Н2O – 0.04, MnSO4 – 1.0, Н3ВО3 – 0.6, (NH4)6Mo7O24×4H2O – 0.5; Трилон Б – 5.0. В составе опытной среды использовались те же макро- и микроэлементы, что и в контроле, при этом концентрации макроэлементов в опыте уменьшали в определенной пропорции по отношению к концентрациям макроэлементов в контроле. Для этого количество каждого макроэлемента уменьшали в два раза по сравнению с аналогичными концентрациями макроэлементов в контрольной среде. В результате новая модифицированная среда за 72 ч культивирования суспензии хлореллы показала наибольшее увеличение количества клеток микроводоросли (62.5 млн/мл) в суспензии относительно контроля (53.2 млн/мл).

Также была рассмотрена модифицированная питательная среда №2 на основе мочевины (карбамида) в количестве 300 мг/л в качестве источника азотсодержащих соединений, аммофос 150 мг/л, сульфат калия 150 мг/л, ацетат натрия 100 мг/л, гидроортофосфат калия 100 мг/л [10]. В статье рассматривалась перспектива использования хлореллы при очистке сточных вод, в которой содержится альтернативный источник азотсодержащих соединений (мочевина), и не производилось сравнения с другими питательными средами.

Большинство рассмотренных питательных сред либо неблагоприятны для длительного домашнего использования, либо состоят дорогостоящих и труднодоступных компонентов, что неоправданно приводят к удорожанию процесса. Исходя из изученных источников, были проанализированы составы всех рассмотренных питательных сред. Наиболее близкой по составу и эффективности оказалась питательная среда Болда, которая наиболее проста в изготовлении и наиболее благоприятна для длительного домашнего культивирования Chlorella vulgaris. Среда Болда продемонстрировала неплохие темпы роста культуры, имеет оптимальный состав из достаточно доступных и нескоропортящиеся компонентов. Может использоваться как самостоятельная питательная среда, так и как база для создания комплексных сред. Итоговая стоимость оптимальна для нашего технологического процесса, поэтому использование среды Болда рационально и оправдано для длительного домашнего культивирования Chlorella vulgaris в фотобиореакторе.

В данной статье были рассмотрены исключительно составы питательных сред, наиболее подходящих для культивирования. В исследованиях использовались различные штаммы Chlorella vulgaris, которые культивируются при разных условиях, в связи с этим результаты могут варьироваться. Поэтому при подборе питательной среды необходимо отталкиваться от конкретного штамма микроорганизмов. Также при учете внешних факторов, таких как температура, интенсивность света, pH, аэрация и перемешивание, результаты исследований могут кардинально меняться. Поэтому процесс стоит рассматривать как многофакторный, учитывать внешние условия и оптимизировать культивирование под конкретный аппарат, выбранный штамм, и удовлетворять конечной цели процесса.

 

Список литературы:

  1. Гайсина Л.А., Фазлутдинова А.И., Кабиров P.P. Современные методы выделения и культивирования водорослей: учебное пособие. Уфа: Изд-во БГПУ, 2008. 152 с.
  2. Д. С. Дворецкий, Е. В. Пешкова, М. С. Темнов. Экспериментальное исследование и моделирование роста микроводорослей штамма chlorella vulgaris ифр № с-111. Вестник ТГТУ. 2014. Том 20. № 4.
  3. Дмитрович Н.П., Крыльчук А.С., Симончик Н.А. Влияние питательной среды и интенсивности барботажа на динамику физиологических параметров роста хлореллы. Полесский государственный университет, г. Пинск, Республика Беларусь.
  4. Скрябин А.А., Фрольцова И.Н. Накопление сухого вещества культуры chlorella vulgaris в зависимости от условий выращивания, УДК 57.083.31:620.165.1:54.057
  5. Джамолов Ф.Б., Фазуллина А.А., Матвеев А.С., Фридланд С.В. Интенсификация роста микроводоросли chlorellavulgaris с использованием фосфорорганических соединений в низких концентрациях. Вестник технологического университета. 2017. Т.20, №8
  6. Зухрабова Л.М., Галиева А.М. Оптимизация биотехнологии выращивания хлореллы в лабораторных условиях. Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. 2014. №1.
  7. Dvoretsky D. S., Peshkova E. V., Temnov M. S. Experimental definition of technological modes of growth of biomass of a microalga Chlorella with the raised contents Lipids agricultural animals // ТППП АПК. 2014. №2.
  8. Нагорнов Станислав Александрович, Мещерякова Юлия Владимировна Исследование условий культивирования микроводоросли хлорелла в трубчатом фотобиореакторе // Вестник ТГТУ. 2015. №4
  9. Богданова Алена Андреевна, Флёрова Екатерина Александровна, Паюта Александра Александровна Влияние условий культивирования на качественные и количественные показатели Chlorella vulgaris // Химия растительного сырья. 2019. №4.
  10. И.В. Грибовская, Г.С. Калачёва, Л.С. Тирранен, А.А. Колмакова, Ю.И Баянова. Использование урины в питании Chlorella vulgaris. Journal of Siberian Federal University. Biology 3 (2011 4) 243-256

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом