|
 |
|
V Сабининские чтения 29 ноября 2016 - 29 января 2017 Влияние средней поверхностной освещенности на ростовые характеристики Tetraselmis viridis
Новикова Т.М. Tatyana M. Novikova
Институт морских биологических исследований им. А.О.Ковалевского (г. Севастополь),
УДК 582.232:519.876.5
В работе рассчитаны кинетические характеристики культуры Tetraselmis viridis в зависимости от величины освещенности клеток микроводоросли. Получены экспериментальные данные, подтверждающие характер влияния средней поверхностной облучённости на удельную скорость роста культуры. Ключевые слова: микроводоросли; скорость роста; продуктивность
Свет для фототрофных организмов является наиболее действенным фактором, определяющим интенсивность процессов фотосинтеза и роста водорослей. Порог светового насыщения для клеток различных видов водорослей отличается. Существенную роль для величины светового насыщения имеет плотность культуры, скорость перемешивания и длина оптического пути (оптическая плотность) (Терсков и др., 1964). Также одно из важнейших мест в ряду факторов внешней среды, определяющих скорость роста водорослей, занимает обеспеченность культуры углекислым газом, который является основным источником углерода при фотосинтезе. В результате исследований плотных культур водорослей с использованием мощных световых потоков было установлено, что чем выше плотность культуры и ее продуктивность, тем больше величина насыщающей концентрации углекислоты в воздухе (Мелешко и др., 1965). Цель работы определить кинетические характеристики микроводоросли Tetraselmis viridis при интенсивности освещения 76 Вт/м2.
Материалы и методы Культура Tetraselmis viridis (Roukh.) R.E.Norris, Hori & Chihara была получена из коллекции Института морских биологических исследований имени А. О. Ковалевского РАН. T. viridis выращивали в унифицированной установке для культивирования микроводорослей (Тренкеншу и др., 2015). Состав питательной среды (Тренкеншу, 1984): NaNO3 – 1,8 г/л; NaH2PO4 × 2 H2O – 0,3 г/л; Na2EDTA – 0,037 г/л; FeC6H5O7 × 7 H2O – 0,042 г/л; MnCl2 × 4 H2O – 0,008 г/л; Co(NO3)2 × 6 H2O – 0,00625 г/л; (NH4)6Mo7O24 × 4 H2O – 0,00183 г/л; K2Cr2(SO4)2 × 24 H2O – 0,00238 г/л, все вещества растворяли в 1 л морской воды. Культуру T. viridis выращивали в двух фотобиореакторах отличающихся толщиной слоя питательной среды. Площадь поверхности каждого фотобиореактора (плоскопараллельный тип) составляла 0,06 м2, глубина первого 50 мм, второго – 20 мм. Рабочий объем реакторов – 3 и 1,2 л соответственно. В качестве источника света использовалась вертикальная световая решетка, состоящая из 10 ламп дневного света General Electric F18W/54-765. Фотобиореакторы располагались в 5 см от ламп, средняя освещенность обоих реакторов была одинаковой и составляла около 19 кЛк. Освещённость поверхности фотобиореактора определяли люксметром Ю-116. В процессе выращивания культуру непрерывно барботировали газо-воздушной смесью с помощью аквариумного насоса CR-40R. Для поддержания рН на заданном уровне 7 использовали рН-контроллер Aqua Medic pH 2001.Скорость подачи воздуха была установлена на уровне 1 л на литр культуры в минуту. Значение температуры составляло 28±2°С. Оптическую плотность при длине волны 750 нм использовали как косвенный показатель биомассы водорослей. Перед проведением измерений в фотобиореакторы добавляли дистиллированную воду с целью компенсации испарения воды. Измерения проводили с помощью фотоэлектроколориметра КФК-2 в кювете 0,5 см. Оптическую плотность рассчитывали по формуле: D = -lg(T), где Т – величина пропускания, определяемая на КФК-2 при длине волны 750 нм, абсолютная погрешность при измерении величины пропускания не превышала 1%. Экспериментально была получена зависимость содержание органического вещества (ОВ) культуры от её оптической плотности (D750). Из уравнения ОВ=К·D750+0,12 получен коэффициент перехода от оптических величин к абсолютному весу культуры T. viridis.
Рис. 1. Зависимость содержания органического вещества в культуре микроводоросли
Зольность культуры T. viridis определяли стандартным методом (Гринкевич и др., 1983) содержание которой составила 21% от абсолютно сухой массы. При пересчёте единиц оптической плотности к органическому веществу (ОВ) использовали эмпирически определённый коэффициент K=0,8.
Результаты и обсуждения Для каждой кривой роста выделена линейная фаза роста микроводоросли и рассчитана продуктивность культуры (рис. 2).
Рис. 2. Кривые роста накопительной культуры Tetraselmis viridis. (●) – слой 2 см, (♦) – слой 5 см. Fig. 2. The growth curves of batch culture Tetraselmis viridis.(●) – The layer 2 cm, (♦) – The layer 5 cm
Для описания роста культуры использован подход, предложенный в работе Р.П. Тренкеншу (Тренкеншу, 2005). Разработанная автором математическая модель позволяет прогнозировать динамику плотности и эффективно управлять ростом культуры:
где В0 – начальная биомасса клеток микроводорослей, г(ОВ)/л, Рm – максимальная продуктивность культуры, г/л·сут. Результаты расчетов максимальных продуктивностей для двух условий выращивания приведены в табл. 1.
Таблица 1. Максимальная продуктивность культуры Tetraselmis viridis для двух биореакторов. Table 1. The maximum productivity culture Tetraselmis viridis for the two bioreactors
Экспериментально установлено, что при одинаковой поверхностной освещенности фотобиореактора, но различающейся в 2,5 раза длине светового пути абсолютная скорость роста двух различных культур T. viridis различается в 2,1 раза. Близость данных величин свидетельствует, что при уменьшении длины светового пути T. viridis обеспечение клеток микроводоросли светом увеличивается пропорционально. Что, в свою очередь, приводит к росту интенсивности фотосинтеза. В условиях высокой плотности культур микроводорослей свет может проникать внутрь суспензии на глубину не больше 1-2 мм, остальные клетки не получают света. В плотной, вышедшей на линейную фазу роста культуре суммарная фотосинтетическая продуктивность суспензии определяется в каждый элементарный отрезок времени работой только тех клеток, которые находятся в зоне облучения. Остальные клетки (вне «фотической зоны») являются балластными и не дают вклад в общий фотосинтез популяции, поскольку длительность световых реакций фотосинтеза порядка 10-3 секунд существенно короче обеспечиваемого перемешиванием культуры периода миграции клеток между просвечиваемыми и не просвечиваемыми зонами суспензии (Ничипорович, 1964). Если следовать данной гипотезе, то продуктивность культуры T. viridis – это результирующая вероятности попадания клеток в зону фотосинтеза, то есть зону суспензии, в которую проникает свет. Линейный участок кривой роста позволяет проследить изменение удельной скорости роста культуры со временем (Тренкеншу, 2005). Удельная скорость роста культуры T. viridis была рассчитана по уравнению:
где Рm – максимальная продуктивность культуры, г/л·сут, В – плотность культуры г(ОВ)/л. Из экспериментальных данных получили, что удельная скорость роста T. viridis во времени не зависит от длины оптического пути культуры (рис. 3).
Рис. 3. Кривые удельной скорости роста культуры Tetraselmis viridis на линейном участке. Fig. 3. The curves of the specific growth rate of culture Tetraselmis viridis in the linear phase.
Таким образом, для эффективного управления ростом культуры Tetraselmis viridis следует регулировать либо величину освещенности, либо величину площади освещаемой поверхности фотобиореактора, но не длину светового пути. Изменение фотосинтеза с глубиной зависит от интенсивности проникающего светового потока, ослабления света и световой чувствительности популяции. Последние две зависимости видоспецифичны и непостоянны.
Список литературы 1. Ладыгина Е.Я., Сафронич Л.Н., Отряшенкова В.Э., Баландина И.А., Гринкевич Н. И., Сорокина А.А., Сокольский И.Н., Глызин В.И, Молодожникова Л.М., Митии Ю.С., Самылина И.А., Ермакова В.А. Химический анализ лекарственных растений // Гринкевич Н.И., Сафронич Л.Н. (ред.) – М.: Высш. школа, 1983. – 176 с. 2. Мелешко Г.И., Красотченко Л.М. Условия углеродного питания хлореллы в интенсивной культуре // Проблемы космической биологии. Т.4. – М.: Наука, 1965.– С. 676–682. 3. Ничипорович А.А. КПД зеленого листа. – М.: Знание, 1964. – С. 50. 4. Терсков И.А., Гительзон И.И., Сидько Ф.Я., Ковров Б.Г. Интенсивное непрерывное культивирование хлореллы в плотностатном режиме при различной освещенности // Управляемое культивирования микроводорослей. – М.: Наука, 1964. – С. 55–84. 5. Тренкеншу Р.П. Простейшие модели роста микроводорослей 1. Периодическая культура // Экология моря. 2005. Вып. 67. C. 89–97. 6. Тренкеншу Р.П. Ростовые и фотоэнергитические характеристики морских микроводорослей в плотной культуре: Автореф. дис. канд. биол. наук. – Красноярск, 1984. – 23 с. 7. Тренкеншу Р.П., Боровков А.Б., Лелеков А.С. Установка для культивирования низших фототрофов // Патент №150345, Российская Федерация, МПК C12N 1/12. 2015 г. Статья поступила в редакцию 31.12.2016
Effect of average surface irradiance on growth characteristics Tetraselmis viridis Tatyana M. Novikova We calculated the kinetic characteristics of the culture of Tetraselmis viridis depending on its irradiance rate. We obtained some experimental data confirming the nature of the influence of the average surface irradiance to the specific growth rate of the culture. Key words: microalgae; growth rate; productivity.
Об авторе Новикова Татьяна Михайловна – Novikova Tatyana M. младший научный сотрудник, Институт морских биологических исследований им. А.О.Ковалевского РАН (ФГБУН ИМБИ), г. Севастополь, Россия (Federal State Institution of Science «The A. O. Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS» IMBR, Sevastopol, Russia) nowtanj@yandex.ru Корреспондентский адрес: Россия, 299011, Севастополь, пр. Нахимова, 2, ФГБУН ИМБИ; тел. (869)-2550795.
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Новикова Т.М. Влияние средней поверхностной освещенности на ростовые характеристики Tetraselmis viridis // Вопросы современной альгологии. 2017. № 1 (13). URL: http://algology.ru/1094 Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
При перепечатке ссылка на сайт обязательна
К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
|
|
|
 | | ||
|
| ||
