Горбунова С.Ю.

Svetlana Yu. Gorbunova

Институт морских биологических исследований имени А.О. Ковалевского РАН (Севастополь, Россия)

УДК 582.232:581.13

Проведена оценка кинетических характеристик роста Spirulina platensis при её выращивании на вытяжке куриного помета (ВКП) домашних кур и кур птицефабрики. Установлен факт роста микроводорослей на ВКП домашних кур и его отсутствие на ВКП птицефабрики. Экспериментально показана принципиальная возможность замены стандартной минеральной питательной среды Заррук на ВКП домашних кур для выращивания цианобактерии S. platensis, при этом отмечена тенденция увеличения значений максимального урожая культуры.

Ключевые слова: цианобактерии; Spirulina (Arthrospira) platensis; продуктивность культуры; вытяжка из куриного помета; антибиотики; органические среды. 

Введение

В настоящее время спектр биотехнологических исследований по практическому применению микроводорослей и цианобактерий очень широк. Результаты работ с низшими фототрофами нашли свое применение в медицине, косметологии, отраслях народного и сельского хозяйств, в вопросах экологического мониторинга.

Для производства кормовых добавок, иммуностимуляторов и регуляторов роста для сельскохозяйственных животных и птиц все чаще используют цианобактерию Spirulina (Arthrospira) platensis (Алтунин и др., 2000; Грамко и др., 2008; Dobrojan, 2010; Лысенко, Титов, 2014; Горбунова, Гудвилович, 2018; Теучеж, 2017) за счет содержания в её составе высококачественного и полноценного белка, количество которого варьирует от 50 до 70%, всех незаменимых аминокислот, большого количества липидов (4–7%), жирных кислот, в том числе гамма-линолевой кислоты, а также витаминов, каротина, хлорофилла, фикоцианина, макро- и микроэлементов и т.д. (Vonshak, 1997; Ефремова и др., 2012).

Но для культивирования низших фототрофов часто требуется специальное оборудование, искусственное освещение, дорогие питательные среды и т.д., что способствует повышению себестоимости конечного продукта. В связи с этим актуальным является поиск оптимальных способов удешевления питательных сред для культивирования спирулины, например за счет использования вытяжек куриного помета (ВКП), имеющего в своем составе необходимые компоненты для нормального роста клеток, такие как азот, фосфор, калий, медь, марганец, цинк, кобальт, бор, а также стимуляторы роста – ауксины (Dobrojan, 2010; Лысенко, Титов, 2014; Теучеж, 2017). Однако состав куриного помета может значительно отличатся в зависимости от условий содержания и кормления птицы.

Исходя из вышесказанного, перед нами была поставлена задача: провести оценку кинетических характеристик роста Spirulina platensis при её выращивании на вытяжке куриного помета домашних кур и кур птицефабрик.

Материалы и методы

Работа выполнялась на базе Отдела биотехнологий и фиторесурсов ФГБУН ИМБИ г. Севастополь. Объектом исследования являлась культура цианобактерии Spirulina platensis (Nordst.) Geitler (Arthrospira platensis (Nordstedt) Gomont) штамм IMBR-31 из коллекции Научно-образовательного центра коллективного пользования ФГБУН ИМБИ «Коллекция гидробионтов Мирового океана». Культуру выращивали в стеклянных культиваторах плоскопараллельного типа, с рабочим объемом 3 л (Тренкеншу и др., 2017). Интенсивность освещения на поверхности культуры регистрировали при помощи люксметра Ю-116 с погрешностью от измеряемой величины не более 5%. Освещенность составляла в среднем 16 кЛк. Температура среды находилась в диапазоне 27–30ºС.

В качестве контрольного варианта использовали стандартную питательную среду Заррук (культиватор №1) (Zarrouk, 1966). Для приготовления органической питательной среды использовали вытяжку куриного помета в концентрациях 20 и 30% по объему (v/v). Концентрации ВКП были выбраны на основании данных, полученных в ранее проведенных экспериментальных исследованиях по культивированию S. platensis на модельных сточных водах птицефабрик (Горбунова, Жондарева, 2015). Вытяжку получали путем сбраживания в течение 3 суток куриного помета домашних кур (культиватор № 2, 3) и кур птицефабрики (культиватор № 4, 5) в соотношении с водопроводной водой 1:9 (Лысенко, Титов, 2014; Теучеж, 2017).

Для определения процентного содержания влажности куриного помета анализируемые пробы предварительно высушивали до постоянного веса в сушильном шкафу при температуре 105ºС. После чего каждый бюкс с высушенной навеской взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Определение проводили в 6 повторностях, затем брали среднее значение. Влажность куриного помета кур птицефабрики составила 46%, домашней птицы – 49%.

Поскольку рН вытяжки куриного помета составлял 7 единиц, а для роста S. platensis необходима щелочная реакция среды, то в питательную среду дополнительно вносили источник углерода в виде гидрокарбоната натрия в количестве, соответствующем концентрации соды в стандартной минеральной среде Заррук (16,8 г NaHCO₃ /л).

В каждый культиватор вносили инокулят и питательную среду в такой пропорции, чтобы начальная плотность культуры во всех культиваторах была примерно одинаковой (0,1 г АСВ/л). Ежедневно проводили измерения: рН культуральной среды, температуры, прироста плотности культуры S. platensis. Содержание абсолютно сухого вещества в культуре (АСВ) определяли фотометрическим методами (Методы…, 1975) по коэффициенту пропускания суспензии спирулины в области 750 нм (T, %) в кюветах с рабочей длиной 5 мм, с последующим перерасчетом на оптическую плотность (D₇₅₀ = -ln(T)). 

Результаты и обсуждение

Эксперимент продолжался в течение 14 суток. Микроводоросли выращивали накопительным (периодическим) методом (Тренкеншу, 2005). Накопительные кривые роста в контрольном культиваторе (№ 1) и в вариантах с вытяжкой куриного помета домашней птицы (культиваторы № 2, 3) имели типичную S-образную форму (рис. 1).

Рис.1. Динамика плотности культуры (г АСВ/л) S. рlatensis: 1 – 100% среда Заррук (контроль); 
2 – 20% ВКП, черные маркеры – куриный помет домашних кур, белые маркеры – куриный помет кур птицефабрики; 3 – 30% ВКП, черные маркеры – куриный помет домашних кур, белые маркеры – куриный помет кур птицефабрики.

Fig.1. Dynamics of S. рlatensis density (g/l): 1 – 100% medium, Zarruk (control); 
2 – 20% ECM, black markers – chicken manure from home-grown chickens, white markers – chicken manure chickens poultry; 3 – 30% ECM, black markers – chicken manure from home-grown chickens, white markers – chicken manure from the poultry farm.

Начиная с 8-х суток эксперимента, наблюдалась стационарная фаза роста, а фаза отмирания была слабо выражена. При этом максимальный урожай S. platensis составил 1,28–1,3 г АСВ/л для вариантов с концентрацией ВКП 20 и 30% соответственно. Была отмечена тенденция увеличения значений максимального урожая в культиваторах № 2, 3 по сравнению с контрольным вариантом. По морфологическим характеристикам клеток спирулины существенных отличий между культиваторами № 1, 2 и 3 не обнаружено.

В вариантах эксперимента, где питательной средой для S. platensis служила вытяжка куриного помета кур птицефабрики (культиватор № 4, 5) рост культуры отсутствовал. При этом уже с первых суток отмечалось пожелтение трихом и разрушение клеток. В табл. 1 приведены кинетические характеристики роста S. platensis в зависимости от концентрации ВКП в питательной среде.

Таблица 1. Параметры роста накопительной культуры Arthrospira (Spirulina) platensis на стандартной среде Заррук и органической питательной среде

Table 1. Growth parameters of Arthrospira (Spirulina) platensis on standard medium Zarruk and organic nutrient medium

Примечания. ВКП – вытяжка из куриного помета;
Pm – максимальная продуктивность культуры A. platensis, г/л •сут;
¹ – 20, 30% концентрация ВКП была выбрана на основании данных, полученных в ранее проведенных экспериментах по культивированию A. platensis на модельных сточных водах птицефабрик (Горбунова, Жондарева, 2015);
*   – для приготовления вытяжки использовали куриный помет с птицефабрики;
** – для приготовления вытяжки использовали куриный помет домашних кур.

Заключение

Проведена оценка кинетических характеристик роста Spirulina platensis при её выращивании на вытяжке куриного помета домашних кур и кур птицефабрики.

Экспериментально установлен факт роста микроводорослей на ВКП домашних кур и его отсутствие на ВКП птицефабрики. Показана принципиальная возможность замены стандартной минеральной питательной среды Заррук на ВКП домашних кур для выращивания цианобактерии S. platensis, при этом отмечена тенденция увеличения значений максимального урожая культуры.

Работа является основой для разработки комплексного подхода к решению нескольких проблем. Во-первых, это утилизация помета птицефабрик, который накапливается в огромных количествах и при длительном хранении становится токсичным. Утилизация возможна за счет использования помета в качестве питательной среды для микроводорослей и цианобактерий. Однако необходимы дальнейшие исследования причин ингибирования роста микроводорослей на ВКП птицефабрик. Во-вторых, это удешевление процесса выращивания микроводорослей за счет использования ВКП и отсутствия необходимости в приготовлении стандартной питательной среды на основе дорогостоящих минеральных солей и микроэлементов. В-третьих, биомасса S. platensis может быть использована в качестве кормовой добавки, иммуностимулятора и регулятора роста для сельскохозяйственных животных и птиц, что, возможно, позволит сократить количество антибиотиков, применяемых при массовом выращивании кур.

Работа подготовлена по теме государственного задания ФГБУН ИМБИ «Исследование механизмов управления продукционными процессами в биотехнологических комплексах с целью разработки научных основ получения биологически активных веществ и технических продуктов морского генезиса», номер гос. регистрации АААА-А18-118021350003-6».

Список литературы

1. Алтунин Д.А., Шмелёва Г.А., Коган М.М., Литенкова И.Ю., Титов И.Ю., Борисов А.В. Спирулина как кормовая добавка в рационе животных и птицы // Достижения науки и техники АПК. 2000. №8. С.23–24.
2. Горбунова С.Ю., Жондарева Я.Д. Использование сточных вод птицефабрик для увеличения продуктивности Arthrospira platensis (Nordst.) Geitler // Вестник СПбГУ. Сер.3. 2015. №1.С. 70–77.
3. Горбунова С.Ю., Гудвилович И.Н. Биологическая ценность биомассы Spirulina platensis, выращенной на сельскохозяйственных сточных водах // X Всероссийская научно-практическая конференция молодых учёных по проблемам водных экосистем «ПОНТ ЭВКСИНСКИЙ – 2017» – Севастополь, 2017. – С. 67–70.
4. Грамко Л.Н., Подольников В.Е., Уфимцев Д.К. Суспензия микроводоросли в рационах молодняка свиней на доращивании // Ветеринария и кормление. 2008. №6. С. 15.
5. Громов Б.В. Ультраструктура сине-зеленых водорослей. – Л.: Наука, 1976. – 91 с.
6. Егупова Е.Ю., Багмет В.Б., Абдуллин Ш.Р. Воздействие антибиотиков и фунгицидов на цианобактерию Nostoc punctiforme (Kutz.) Hariot и сопутствующие микроорганизмы // Вестник Башкирского университета. 2017. Т.22. №1. C. 86–89.
7. Ефремова Н.В., Бульмага В.П., Рева В.А., Рудик В.Ф., Кирияк Т.В., Гуля А.П., Зосим Л.С., Еленчук Д.И., Джур С.В., Бивол Ч.М. Влияние некоторых металлокомплексов на содержание фикоцианина и активность супероксиддисмутазы в биомассе Spirulina platensis (Nordst.) Geitler (Cyanophyta) // Альгология. 2012. Т.22. №3. С. 251–258.
8. Лысенко В.П., Титов О.Н. Переработка помёта в фермерских птицеводческих хозяйствах // Птицеводство. 2014. №7. С. 48–52.
9. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. – Киев: Наук. думка, 1975. – 247 с.
10. Рябова А.С., Назарова Т.А., Кузьмина Л.Ю., Абдуллин Ш.Р. Действие антибиотиков и ультрафиолетового излучения на цианобактерии, диатомеи и зеленые водоросли // Известия Уфимского научного центра РАН. 2015. №4. C. 131–133
11. Теучеж А.А. Применение птичьего помета в качестве органических удобрений // Научный журнал КубГАУ. 2017. № 128 (04). URL: https://ej.kubagro.ru/2017/04/pdf/61.pdf
12. Тренкеншу Р.П. Простейшие модели роста микроводорослей. 1. Периодическая культура // Экология моря. 2005. Вып. 67. С.89–97.
13. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С., Боровков А.Б., Новикова Т.М. Унифицированная установка для лабораторных исследований микроводорослей // Вопросы современной альгологии. 2017. №1(13). URL: http://algology.ru/1097 (дата обращения 25.10.2018)
14. Dobrojan S. Obţinerea substanţelor biologic active din biomasa microalgei Spirulina platensis (Nordst.) Geitl crescută pe ape reziduale / Mediual Ambiant. Scientific Journal of Information and Ecological Culture. 2010. №2(50). P. 24–28.
15. Zarrouk C. Contribution à l’étude d’une cyanophycée. Influence de divers facteurs physiques et chimiques sur la croissance et la photosyntèse de Spirulina maxima (Stech. Et Gardner) Geitler: Ph.D. thesis. – Paris, 1966. – 138p.
16. Vonshak A. Spirulina: Growth, Physiology and Biochemistry // Spirulina platensis (Arthrospira): Physiology, Cell-biology and Biotechnology. – London: Taylor & Francis, 1997. – 235 p.

Статья поступила в редакцию 29.10.2018

Growth of Spirulina (Arthrospira) platensis (Nordst) Geitler culture on an organic nutrient medium

Svetlana Yu. Gorbunova

Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS (Sevastopol, Russia)

Assessment of the Spirulina platensis kinetic growth characteristics was carried out, when it was grown on the extract of chicken manure from home-grown chickens and chickens poultry. The fact of microalgae growth on the domestic chickens extract manure and its absence from the chickens poultry farm was installed. The possibility of replacing the standard mineral nutrient medium Zarrouk on the extract manure chickens for the S. platensis cultivations has been experimentally shown. The tendency of increasing the maximum values culture yields was noted.

Keywords: cyanobacteria; Spirulina (Arthrospira) platensis; productivity of culture; an extract of chicken manure; antibiotics; organic media.

Об авторе

Горбунова Светлана Юрьевна - Gorbunova Svetlana Yu.

кандидат биологических наук
старший научный сотрудник, Институт морских биологических исследований им. А.О.Ковалевского РАН, Севастополь, Россия (Kovalevsky Institute of Marine Biological Research of RAS, Russia, Sevastopol)

svetlana_8423@mail.ru

Корреспондентский адрес: Россия, 299011, Севастополь, пр. Нахимова, 2, ФГБУН ИМБИ; тел. (8692)-54-41-10.

ССЫЛКА НА СТАТЬЮ:

Горбунова С.Ю. Рост культуры Spirulina (Arthrospira) platensis (Nordst) Geitler на органической питательной среде // Вопросы современной альгологии. 2018. № 3 (18). URL: http://algology.ru/1377

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147