Мальцев Е.И., Шкурина Н.А., Куликовский М.С.

Yevhen I. Maltsev, Nataliya A. Shkurina, Maxim S. Kulikovskiy

Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН (Москва, Россия)

УДК 581.192

По сравнению с сельскохозяйственными культурами и сырьем животного происхождения водоросли являются перспективным источником липидов при создании компонентов кормов и подкормок для аквахозяйств. В работе проведена оценка производительности накопления биомассы и определен состав жирных кислот для девяти штаммов диатомовых водорослей. Показано, что к наиболее перспективным как по темпам накопления биомассы, так и по количеству полиненасыщенных жирных кислот, относятся штаммы Nitzschia pusilla.

Ключевые слова: диатомовые водоросли; аквакультура; биомасса; состав жирных кислот.

Одним из ключевых этапов в повышении биопродуктивности управляемых человеком рыбных хозяйств (аквакультуры и марикультуры) является создание эффективной кормовой базы, а также акклиматизация кормовых объектов непосредственно на территории хозяйств. Характер кормовой базы в аквакультуре оказывает решающее влияние на обмен веществ в организме, рост и развитие, накопление массы и продуктивность животных. Обильное и полноценное кормление рыбы, особенно в молодом возрасте, способствует увеличению массы, более быстрому достижению половой зрелости, отчетливому проявлению признаков экстерьера (Дмитрович, 2017). Сбалансированный рацион рыб должен содержать в основном ненасыщенные жиры, которые усваиваются ими на 90–95%. Многочисленными исследованиями подтверждено, что биомасса микроводорослей, богатая антиоксидантными каротиноидами, витаминами и жирными кислотами, является перспективным сырьем для использования в биотехнологии (Maltsev et al., 2017, 2018, 2019; Petrushkina et al., 2017; Mamaeva et al., 2018). Благодаря высокой питательной ценности и способности синтезировать большое количество полиненасыщенных жирных кислот, водоросли могут использоваться в качестве одного из наиболее ценного компонента кормов и подкормок для аквакультуры (Patil et al., 2007). Известно, что в пищевой цепочке рыб именно водоросли являются основными источниками омега-3 полиненасыщенных жирных кислот, а в первую очередь – ресурсом жизненно важных эйкозапентаеновой и докозагексаеновой кислот (Yongmanitchai, Ward, 1989; Patil et al., 2007). В морском фитопланктоне среди наиболее перспективных можно выделить представителей таких родов диатомовых водорослей как Nitzschia Hassall и Navicula Bory – их отдельные штаммы способны накапливать до 46,8–49,4% полиненасыщенных жирных кислот от общего количества жирных кислот в сухой биомассе (Renaud et al., 1994; Patil et al., 2007).

Темпы увеличения биомассы являются важным фактором при оценке потенциала микроводорослей для использования в биотехнологическом производстве. Всего нами было протестирована производительность накопления сухой биомассы для 9 штаммов диатомовых водорослей, среди которых 8 морских штаммов: Navicula salinicola Hustedt (штаммы BTD1 и BTD5), Nitzschia pusilla Grunow (BTD2 и BTD7), Amphora makarovae Guslyakov (BTD6 и BTD8), Halamphora sp. (BTD3) и Karayevia triconfusa (Van Landingham) Kulikovskiy (BTD4) и 1 пресноводный – Mayamaea terrestris N. Abarca et R. Jahn (штамм BTD9). Культивирование морских штаммов проводили на среде ESAW (Полякова и др., 2018). Производительность накопления сухой биомассы у исследованных штаммов отличалась. Штаммы BTD1 и BTD5 достигли результата 1,2 и 1,1 г/л, штаммы BTD2 и BTD7 – 1,2 и 1,5 г/л, а штаммы BTD6 и BTD8 – 0,4 и 0,5 г/л соответственно. В конце культивирования штамм Halamphora sp. BTD3 показал результат равный 1,0 г/л, а Karayevia triconfusa BTD4 – 0,4 г/л. Следовательно, максимальные показатели накопления сухой биомассы были зафиксированы у штаммов Navicula salinicola и Nitzschia pusilla. На примере штамма Navicula salinicola BTD1 нами установлено, что даже длительное культивирование на среде ESAW сопровождается постепенным увеличением численности клеток, которое своего максимума достигло на 44 сутки со значением 1,97±0,56 × 10⁶ клеток в 1 мл суспензии. Культивирование пресноводного штамма Mayamaea terrestris на среде WC (Guillard, Lorenzen, 1972) в течениие 15 дней позволило достичь значений накопления сухой биомассы на уровне 1,3 г/л. Для всех штаммов диатомовых водорослей установлено относительное содержание общих липидов с помощью флуоресцентных красителей Nile red и BODIPY. Таким образом, к наиболее производительным среди исследованных морских диатомовых водорослей можно отнести штаммы Navicula salinicola и Nitzschia pusilla.

Анализ жирнокислотного состава исследованных штаммов диатомовых водорослей во время стационарной фазы роста показал, что в составе суммарных липидов клеток главными жирными кислотами были миристиновая 14:0, пальмитиновая 16:0, пальмитолеиновая 16:1 (9Z), стеариновая 18:0, арахидоновая 20:4 (5Z,8Z,11Z,14Z) и эйкозапентаеновая 20:5 (5Z,8Z,11Z,14Z,17Z) жирные кислоты. Сухая биомасса диатомовых водорослей включала 4,7–14,4% миристиновой кислоты от общего количества жирных кислот. Содержание пальмитиновой кислоты было в диапазоне 14,1–47,1% у разных штаммов, при этом максимальный показатель отмечен у штамма Navicula salinicola BTD5. Мононенасыщенная пальмитолеиновая кислота была обнаружена в количестве 15,9–56,2% с наибольшим значением в биомассе штамма Mayamaea terrestris BTD9. Количество стеариновой кислоты варьировало от 1,1 до 9,9%. Среди преобладающих в сухой биомассе жирных кислот наиболее ценной является омега-3 полиненасыщенная эйкозапентаеновая кислота – ее содержание было в диапазоне 3,4–10,4% с максимальным значением у Nitzschia pusilla BTD7. Также следует отметить присутствие омега-6 полиненасыщенной арахидоновой кислоты на уровне 2,7–7,7% – наивысший процент этой незаменимой для некоторых животных жирной кислоты обнаружен в биомассе штамма Nitzschia pusilla BTD2. В меньших количествах содержались цис-7-гексадеценовая C16:1 (7Z), пальмитовакценовая 16:1 (11Z), гексадекадиеновая 16:2 (7Z,10Z), гексадекатриеновая 16:3 (6Z,9Z,12Z), олеиновая 18:1 (9Z), цис-вакценовая 18:1 (11Z) и γ-линоленовая 18:3 (6Z,9Z,12Z) жирные кислоты. Содержание жирных кислот в биомассе колебалось от 28±1,3 до 282±15,7 мг/г сухой массы клеток, при этом максимальные значения отмечены для штаммов Amphora makarovae. В целом, изученные штаммы характеризовались способностью накапливать 10,6–33,7% полиненасыщенных жирных кислот с наивысшим показателем у штамма Nitzschia pusilla BTD7.

Общее количество жирных кислот, высокий процент полиненасыщенных жирных кислот, а также наличие незаменимой эйкозапентаеновой кислоты позволяет рассматривать биомассу исследованных штаммов диатомовых водорослей в качестве перспективных компонентов при создании высокоэффективных кормов и подкормок для аквакультуры и животноводства.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 18-74-00095).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

Список литературы

1. Дмитрович Н.П. Применение суспензий хлореллы и сценедесмуса как добавки в комбикорма для ленского осетра (Acipenser baeri Brandt) и клариевого сома (Clarias gariepinus Burchell) // Веснік Палескага дзяржаўнага універсітэта. Серыя прыродазнаўчых навук. 2017. №1. С. 37–48.
2. Полякова С.Л., Давидович О.И., Подунай Ю.А., Давидович Н.А. Модификация среды ESAW, используемой для культивирования морских диатомовых водорослей // Морской биологический журнал. 2018. Т.3, №2. С. 73–80. DOI: https://doi.org/ 10.21072/mbj.2018.03.2.06.
3. Guillard R.R., Lorenzen C.J. Yellow-green algae with chlorophyllide c // Journal of Phycology. 1972. V.8. P. 10–14. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.1972.tb03995.x.
4. Maltsev Y., Gusev E., Maltseva I., Kulikovskiy M., Namsaraev Z., Petrushkina M., Filimonova A., Sorokin B., Golubeva A., Butaeva G., Khrushchev A., Kuzmin D. Description of a new species of soil algae, Parietochloris grandis sp. nov., and study of its fatty acid profiles under different culturing conditions // Algal Research. 2018. V.33. P. 358–368. DOI: https://doi.org/10.1016/j.algal.2018.06.008.
5. Maltsev Y.I., Konovalenko T.V., Barantsova I.A., Maltseva I.A., Maltseva K.I. Prospects of using algae in biofuel production // Regulatory Mechanisms in Biosystems. 2017. V.8. P. 455–460. DOI: https://doi.org/10.15421/021770.
6. Maltsev Y.I., Maltseva I.A., Kulikovskiy M.S., Maltseva S.Yu., Sidorov R.A. Analysis of a new strain of Pseudomuriella engadinensis (Sphaeropleales, Chlorophyta) for possible use in biotechnology // Russian Journal of Plant Physiology. 2019. V.66, №4. P. 609–617. DOI: https://doi.org/10.1134/S1021443719040083.
7. Mamaeva A., Petrushkina M., Maltsev Y., Gusev E., Kulikovskiy M., Filimonova A., Sorokin B., Zotko N., Vinokurov V., Kopitsyn D., Petrova D., Novikov A., Namsaraev Z., Kuzmin D. Simultaneous increase in cellular content and volumetric concentration of lipids in Bracteacoccus bullatus cultivated at reduced nitrogen and phosphorus concentrations // Journal of Applied Phycology. 2018. V.30. P. 2237–2246. DOI: https://doi.org/10.1007/s10811-018-1471-9.
8. Patil V., Kallqvist T., Olsen E., Vogt G., Gislerød H.R. Fatty acid composition of 12 microalgae for possible use in aquaculture feed // Aquaculture International. 2007. V.15. P. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1007/s10499-006-9060-3.
9. Petrushkina M., Gusev E., Sorokin B., Zotko N., Mamaeva A., Filimonova A., Kulikovskiy M., Maltsev Y., Yampolsky I., Guglya E., Vinokurov V., Namsaraev Z., Kuzmin D. Fucoxanthin production by heterokont microalgae // Algal Research. 2017. V.24. P. 387–393. DOI: https://doi.org/10.1016/j.algal.2017.03.016.
10. Renaudl S.M., Parry D.L., Thinh L.-V. Microalgae for use in tropical aquaculture I: Gross chemical and fatty acid composition of twelve species of microalgae from the Northern Territory, Australia // Journal of Applied Phycology. 1994. V.6. P. 337–345. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02181948.
11. Yongmanitchai W., Ward O.P. Omega-3 fatty acids: alternative sources of production // Process Biochemistry. 1989. V.24. P. 117–125.

Статья поступила в редакцию 1.06.2019
Статья принята к публикации 21.07.2019

Об авторах

Мальцев Евгений Иванович – Yevhen I. Maltsev

кандидат биологических наук
старший научный сотрудник, Институт физиологии растений имени. К.А. Тимирязева РАН, Москва, Россия (Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia)

ye.maltsev@gmail.com

Шкурина Наталия Александровна – Nataliya A. Shkurina

научный сотрудник, Институт физиологии растений имени. К.А. Тимирязева РАН, Москва, Россия (Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia), Лаборатория молекулярной систематики водных растений

shkurrr@yandex.ru

Куликовский Максим Сергеевич – Maxim S. Kulikovskiy

доктор биологических наук
ведущий научный сотрудник, зав. Лабораторией молекулярной систематики водных растений, Институт физиологии растений имени. К.А. Тимирязева РАН, Москва, Россия (Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia)

max-kulikovsky@yandex.ru

Корреспондентский адрес: Россия, 127276, г. Москва, Ботаническая ул., 35, ИФР РАН. Телефон (499)678-54-00.

ССЫЛКА:

Мальцев Е.И., Шкурина Н.А., Куликовский М.С. Использование диатомовых водорослей при повышении эффективности кормов для аквакультуры // Вопросы современной альгологии. 2019. № 2 (20). С. 303–307. URL: http://algology.ru/1549

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-303-307

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

The use of diatoms to improve the efficiency of feed for aquaculture

Yevhen I. Maltsev, Nataliya A. Shkurina, Maxim S. Kulikovskiy

Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS (Moscow, Russia)

Comparison of the using efficiency of agricultural crops, livestock products and algal biomass shows that algae are a promising source of lipids for creating feed for aquaculture. We evaluated the productivity of biomass accumulation and fatty acid composition for nine strains of diatoms. It was shown that Nitzschia pusilla strains are the most promising both in terms of biomass accumulation and the amount of polyunsaturated fatty acids.

Key words: diatoms; aquaculture; biomass; fatty acid composition.

References

1. Dmitrovich N.P. Primenenie suspenziy khlorelly i scenedesmusa kak dobavki v kombikorma dlya lenskogo osetra (Acipenser baeri Brandt) i klarievogo soma (Clarias gariepinus Burchell) [Application of Chlorella and Scenedesmus suspensions as additives in the mixed fodders for the lena sturgeon (Acipenser baeri Brandt) and african catfish (Clarias gariepinus Burchell)]. Bulletin of Polessky State University. Series in Natural Sciences. 2017. №1. P. 37–48.
2. Guillard R.R., Lorenzen C.J. Yellow-green algae with chlorophyllide c. Journal of Phycology. 1972. V.8. P. 10–14. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.1972.tb03995.x.
3. Maltsev Y., Gusev E., Maltseva I., Kulikovskiy M., Namsaraev Z., Petrushkina M., Filimonova A., Sorokin B., Golubeva A., Butaeva G., Khrushchev A., Kuzmin D. Description of a new species of soil algae, Parietochloris grandis sp. nov., and study of its fatty acid profiles under different culturing conditions // Algal Research. 2018. V. 33. P. 358–368. DOI: https://doi.org/10.1016/j.algal.2018.06.008.
4. Maltsev Y.I., Konovalenko T.V., Barantsova I.A., Maltseva I.A., Maltseva K.I. Prospects of using algae in biofuel production. Regulatory Mechanisms in Biosystems. 2017. V.8. P. 455–460. DOI: https://doi.org/10.15421/021770.
5. Maltsev Y.I., Maltseva I.A., Kulikovskiy M.S., Maltseva S.Yu., Sidorov R.A. Analysis of a new strain of Pseudomuriella engadinensis (Sphaeropleales, Chlorophyta) for possible use in biotechnology. Russian Journal of Plant Physiology. 2019. V.66, №4. P. 609–617. DOI: https://doi.org/10.1134/S1021443719040083.
6. Mamaeva A., Petrushkina M., Maltsev Y., Gusev E., Kulikovskiy M., Filimonova A., Sorokin B., Zotko N., Vinokurov V., Kopitsyn D., Petrova D., Novikov A., Namsaraev Z., Kuzmin D. Simultaneous increase in cellular content and volumetric concentration of lipids in Bracteacoccus bullatus cultivated at reduced nitrogen and phosphorus concentrations. Journal of Applied Phycology. 2018. V.30. P. 2237–2246. DOI: https://doi.org/10.1007/s10811-018-1471-9.
7. Patil V., Kallqvist T., Olsen E., Vogt G., Gislerød H.R. Fatty acid composition of 12 microalgae for possible use in aquaculture feed. Aquaculture International. 2007. V.15. P.1–9. DOI: https://doi.org/10.1007/s10499-006-9060-3.
8. Petrushkina M., Gusev E., Sorokin B., Zotko N., Mamaeva A., Filimonova A., Kulikovskiy M., Maltsev Y., Yampolsky I., Guglya E., Vinokurov V., Namsaraev Z., Kuzmin D. Fucoxanthin production by heterokont microalgae. Algal Research. 2017. V.24. P. 387–393. DOI: https://doi.org/10.1016/j.algal.2017.03.016.
9. Polyakova S.L., Davidovich O.I., Podunay Yu.A., Davidovich N.A. Modifikatsiya sredy ESAW, ispolzuemoy dlya kultivirovaniya morskikh diatomovykh vodorosley [Modification of the ESAW culture medium used for cultivation of marine diatoms]. Morskoy Biologicheskiy Zhurnal. 2018. V.3, №2. P. 73–80. DOI: https://doi.org/ 10.21072/mbj.2018.03.2.06.
10. Renaudl S.M., Parry D.L., Thinh L.-V. Microalgae for use in tropical aquaculture I: Gross chemical and fatty acid composition of twelve species of microalgae from the Northern Territory, Australia. Journal of Applied Phycology. 1994. V.6. P. 337–345. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02181948.
11. Yongmanitchai W., Ward O.P. Omega-3 fatty acids: alternative sources of production. Process Biochemistry. 1989. V.24. P. 117–125.

Authors

Maltsev Yevhen I.

ORCID – https://orcid.org/0000-0003-4710-319X, eLIBRARY AuthorID – 745467

Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia

ye.maltsev@gmail.com

Shkurina Nataliya A.

Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia

shkurrr@yandex.ru

Kulikovskiy Maxim S.

ORCID – https://orcid.org/0000-0003-0999-9669

Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia

max-kulikovsky@yandex.ru

ARTICLE LINK:

Maltsev Ye.I., Shkurina N.A., Kulikovskiy M.S. The use of diatoms to improve the efficiency of feed for aquaculture. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2019. № 2 (20). P. 303–307. URL: http://algology.ru/1549

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-303-307

When reprinting a link to the site is required

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

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