|
 |
|
24-29 августа 2015 г. Опыт культивирования широко эвригалинных видов Nitzschia
Калинина О.Ю.1, Сапожников Ф.В.2, Чернова Н.И.1, Никитин М.А.3 O.Yu. Kalinina1, Ph.V. Sapozhnikov2, N.I. Chernova1, M.A. Nikitin3
1Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова, географический факультет
УДК 581.1
Из нескольких природных местообитаний с высокой минерализацией воды были выделены 5 штаммов 3-х видов диатомей из рода Nitzschia. Эти штаммы являются перспективными для производства биотоплива. Ключевые слова: диатомовые водоросли; окружающая среда; культивирование; экстремальные экосистемы.
Широко эвригалинные виды диатомей бывают способны населять биотопы в крайне широких диапазонах минерализации: от олиго- до ультрагалинных. При этом условия их обитания часто характеризуются высокой минерализацией, как правило, сопряженной с интенсивной инсоляцией и частыми колебаниями температуры среды – даже в течение суток. Таковы, например, условия в мелководных ультрагалинных (содовых) озерах степной зоны, в прибрежной части Большого Аральского моря и оз. Моно, верхняя литораль песчаного побережья Южного Вьетнама или же терминальный, периодически обсыхающий участок мелкой реки, выходящей на побережье Гоа (Индия). Все эти биотопы отличаются нестабильностью гидрологических и гидрохимических условий. Диатомовая флора в таких местах не слишком разнообразна, а клетки большинства видов накапливают большое количество липидов и полифосфатов (волютина). В свою очередь, способность к экстремальному накоплению нейтральных липидов делает некоторые из этих диатомей перспективным сырьем для производства биодизеля. Тем не менее, выделение таких микроводорослей в альгологически чистую культуру и поддержание в лабораторных условиях бывает зачастую сопряжен с рядом трудностей. Эти микрофиты в природе адаптированы к жизни в интерстициальных пространствах, на поверхности песчинок в условиях частой смены условий обводнения (на верхней литорали), или же на кальцинированной/сульфатированной/хлорированной соляной корке, в наилке на пересоленных глинах, среди кристаллов соли. В условиях культивирования, очутившись на жидкой или агаризованной питательной среде, эти микрофиты сначала дают прирост численности, а затем стремительно вымирают. Это может быть обусловлено нарушением естественной пространственной организации их популяций, формирующейся в природе в тесной связи с характером субстрата. Только некоторые виды способны длительное время развиваться в культуре, и поиск их затруднителен. В особенности это актуально для видов Nitzschia. В период с 2013 по 2015 гг. в Лаборатории возобновляемых источников энергии были выделены в альгологически чистые культуры 3 вида из рода Nitzschia: N. cf. communis, N. inconspicua и N. parvuloides. Все три вида были получены из естественных природных местообитаний. Для N. cf. communis удалось выделить три морфологически различных штамма из трех щелочных озер Кулундинской степи (Алтайский край, Россия). Озера Танатар III, Горчина III и Танатар VI отличались уровнем общей минерализации, условиями формирования поверхности осушной периферической зоны и видовой/пространственной организацией сплавины из макрофитов и цианобактерий. Накопительные культуры N. cf. communis были получены на карбонатных средах, имитирующих состав воды содовых озер. В дальнейшем была проведена работа по модификации среды с учетом химического состава исследованных щелочных озер для оптимального роста диатомей: за основу была взята среда Заррука (Zarrouk, 1966), но содержание NaHCO3 уменьшено до 5 г/л, содержание NaCl увеличено до 20 г/л, К2SO4 – до 4г/л; вместо NaNO3 введен KNO3 (2,5 г/л). Кроме того, в среду были введены KCl (1г/л) и Na2SiO3x9H2O (0,006 г/л). Из озера Горчина III был выделен штамм N. cf. communis G3-Nc-12 [GenBank: KM387718] (средние размеры створок (длина:ширина:высота) – 11,92±0,58:5,45±0,51:5,48±0,5 мкм); из оз. Танатар III – N. cf. communis Т3-Nс-11 [GenBank: KM387717.1] со средними размерами 20,69±2,21:5,36±0,85:5,08±0,90 мкм, из оз. Танатар VI – штамм N. cf. communis Т6-Nс11 [GenBank: KM387718], характеризующийся средними размерами 25,73±1,55:5,44±0,76:5,31±0,69 мкм. Принадлежность всех трех штаммов к виду N. communis была доказана молекулярно-биологическим методом с применением в качестве генетического маркера гена рибосомной РНК малой субъединицы (18S), наиболее широко используемый в мировой практике для идентификации видов и реконструкции филогенетических отношений различных групп эукариот, в том числе диатомовых водорослей (Damste et al., 2004; Ruck, Theriot, 2011). Этот же метод применяли и для идентификации двух штаммов, о которых речь пойдет ниже. Штамм N. inconspicua Pauline-Beach-Ni-14 был выделен из влажного пересоленного песка с верхней литорали в районе Муй-Нэ (Южный Вьетнам, побережье Южно-Китайского моря). Штамм был выделен в марте 2014 г., характеризовался средними размерами (длина:ширина) 7,13±0,81:3,12±0,29 мкм и культивировался на среде BG-11 с добавлением кремния (Na2SiO3x9H2O – 0,006 г/л). Штамм N. parvuloides LOV-Beach-Np-14 был получен из пробы микрофитобентоса, взятой на терминальном, пересыхающем на пляже участке реки, вытекающей к Индийскому океану в районе Северного Гоа. Этот участок реки находился под влиянием осолоняющего подтока морских вод через толщу песка. Штамм был выделен в мае 2014 г., характеризовался размерами (длина:ширина) – 38,9±1,02:5,56±0,37 мкм и культивировался на среде BG-11 с добавлением кремния (Na2SiO3x9H2O – 0,006 г/л). Все штаммы Nitzschia выращивали в условиях, оптимальных для роста широкого спектра диатомей на описанных выше модифицированных средах, на качалках LOIP с постоянным освещением лампами ДРЛФ-400 интенсивностью min – 15 µE(м2/с) и max – 20 µE(м2/с). После наращивания биомассу отделяли центрифугированием (17 мин. при скорости 1700 об./мин.) и помещали в условия физиологического стресса (на те же среды, но без азота и фосфора, и в условия холодового стресса: выдерживали при Т=7–9˚С и освещении 5–10 µE(м2/с) в течение 15 сут.). Для контроля за накоплением липидов в оптимальных и стрессовых условиях проводили отбор проб и окрашивание клеток специфическим на нейтральные липиды флюорохромом Nile red, растворенным в ацетоне и диметилсульфоксиде. Для регистрации флюоресценции использовали люминесцентный микроскоп Leiсa DM2500. Результаты экспериментов доказывают возможность использования красителя Nile red для обнаружения нейтральных липидов в диатомеях и для определения оптимальных условий их накопления. Все 5 штаммов экстремотолерантных диатомей демонстрировали устойчивый рост в культуре и накапливали большое количество липидов, как в оптимальных, так и в стрессовых условиях. Это даeт основание рассматривать их в качестве кандидатных для получения сырья, необходимого при производстве биодизеля.
Исследования проводили при поддержке гранта РФФИ №15-08-02596.
Список литературы 1. Damste et al. The rise of the rhizosolenid diatoms // Science. 2004. № 304(5670). P. 584-587. 2. Ruck E.C., Theriot E.C. Origin and evolution of the canal raphe system in diatoms // Protist. 2011. Vol. 162(5). P. 723-737. Статья поступила в редакцию 1.09.2015
Cultivation experience of widely euryhaline species of Nitzschia O.Yu. Kalinina, Ph.V. Sapozhnikov, N.I. Chernova, M.A. Nikitin Five strains of three species of the diatoms from the genus Nitzschia were isolated from several natural habitats with high salinity of water. These strains are promising as a source for the production of biofuels. Key words: diatoms; environment; cultivation; extremal ecosystems.
Об авторах Калинина Ольга Юрьевна – O.Yu. Kalinina младший научный сотрудник, Географический факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, Лаборатория возобновляемых источников энергии, Москва, Россия (M.V. Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography, Laboratory for Renewable Energy Sources, Moscow, Russia) energymsu@mail.ru Сапожников Филипп Вячеславович - Ph.V. Sapozhnikov кандидат биологических наук fil_aralsky@mail.ru Чернова Надежда Ивановна – N.I. Chernova кандидат биологических наук bio-energymsu@mail.ru Никитин Михаил Александрович - M.A. Nikitin младший научный сотрудник, Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, Москва, Россия (A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia) nikitin.fbb@gmail.com Корреспондентский адрес: 119991, Россия, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 19, Географический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова.
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Калинина О.Ю., Сапожников Ф.В., Чернова Н.И., Никитин М.А. Опыт культивирования широко эвригалинных видов Nitzschia // Вопросы современной альгологии. 2015. № 3 (10). URL: http://algology.ru/755
При перепечатке ссылка на сайт обязательна
На ГЛАВНУЮ
|
|
|
 | | ||
|
| ||