ВЛИЯНИЕ ИОНОВ МАРГАНЦА НА НАКОПЛЕНИЕ БИОМАССЫ И ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ОСНОВНЫХ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ У МИКРОВОДОРОСЛИ SCENEDESMUS ECORNIS

ВВЕДЕНИЕ

Хлорококковые водоросли широко применяются как в процессах самоочищения так и для формирования качества воды. Микроводоросли также рассматриваются для получения биомассы, богатой различными активными веществами: аминокислотами, белками, витаминами, и другими биологически активными веществами [6].

В жизнедеятельности микроводорослей большое значение имеют незаменимые элементы, среди которых большую роль играет марганец [1]. При его недостатке наблюдается снижение скорости фотосинтеза, торможение деления клеток, нарушается структура хлоропластов, подавляются процессы выделения кислорода.

Известен опыт применения водоросли Sc. ecornis в пищевой промышленности в качестве высокобелковых и витаминизированных пищевых добавок, биокрасителей, а также как биостимулятора и регулятора роста [5].

Микроводоросли успешно применяются и в химической промышленности. Некоторые штаммы Scenodesmus содержат в высушенной биомассе более 20% резиноидов. В научной литературе встречаются достаточно противоречивые сведения о характере связи между содержанием в тканях высших растений основных пигментов фотосинтеза и накапливающейся в результате этого процесса биомассой [3].

Целью работы является изучение зависимости между накоплением биомассы микроводоросли Scenodesmus ecornis и концентрацией марганца в питательной среде.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объектом исследования выбрана микроводоросль Scenodesmus, относящейся к отделу Chlorophyta, классу Chlorophyceae, порядку Chlorococcales, семейству Sccenedesmaceae, которую выращивали в периодической культуре в колбах объемом 1 л при температуре 25-26 С, толщина слоя 7,5 см [4]. Непрерывное барботирование суспензии осуществляли воздухом со скоростью 25 л/ч с помощью аквариумного компрессора HAILEA ACO-003. Для освещения культуры использовали газоразрядные ртутные лампы низкого давления холодного дневного света PHILIPS TDL 18W/3. Освещенность на поверхности сосуда (2000 Лк) регистрировали с помощью люксметра Ю-116, продолжительность световых и темновых фаз (12 ч / 12 ч) регулировали автоматически, используя программируемый таймер PTHWDG 03. Подсчет клеток осуществляли визуально под микроскопом Микмед-5 ЛОМО (*40) с помощью камеры Горяева. Оптическую плотность культуры и содержание пигментов в клетках водоросли определяли спектрофотометрически. Экстракцию пигментов из клеток микроводоросли проводили 100% ацетоном.

Среду Тамия для выращивания водоросли готовили непосредственно перед экспериментом с использованием комплекса макро- и микроэлементов из расчета 0,5 на 1 л дистиллированной воды: азот – 18%; фосфор (Р) – 18%; калий (К) – 18%; магний – 3%; бор (В) – 0,025 %; медь – 0,01%; сера – 5%; цинк – 0,025; молибден (Мо) – 0,004%; железо – 0,07%; марганец – 0,04%; рН 7,0. Состав среды Тамия, помимо комплекса макро- и микроэлементов [2]:

В таблице 1 представлен расклад эксперимента.

Таблица 1.

Расклад эксперимента

Отбор проб проводили с частотой 1 раз в 2 сут (экспозиция длилась 22 суток). Из каждой колбы отбирали по 1 мл суспензии при перемешивании. Подсчитывали клетки, определяли оптическую плотность культуры и содержание пигментов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Нарастание количества клеток Scenodesmus в периодической культуре происходило согласно классического пути развития такой культуры. С первых по 22 сутки концентрация клеток нарастала с 4,0 ± 0,4 млн/мл (1 сут) до 8,0 ± 0,6 млн/мл (11 сут). Начиная с 8 суток количество клеток уменьшалось, но к 22 суткам составило 8,0  ± 0,5 млн/мл. (рисунок 1).

Рисунок 1. Влияние хлорида марганца на рост зеленой водоросли Scenodesmus: 1 – контроль; 2 – Mn-0,005; 3 – Mn-0,025; 4 – Mn-0,1; 5 – Mn-0,5; 6 – Mn-2,5; 7 – Mn-10; 8 – Mn-50.

Изучение изменения массы сухого вещества (рисунок 2) во всех вариантах культивирования соответствовало изменению концентрации клеток в каждые сутки экспозиции.

Рисунок 2. Влияние хлорида марганца на накопление биомассы Scenodesmus: 1 – контроль; 2 – Mn-0,005; 3 – Mn-0,025; 4 – Mn-0,1; 5 – Mn-0,5; 6 – Mn-2,5; 7 – Mn-10;  8 – Mn-50.

Полученные данные позволяют заключить, что ионы Mn²⁺, в зависимости от концентрации оказывают разнонаправленное влияние на рост и развитие микроводоросли. Высокие концентрации марганца, хотя и угнетают культуру, но не приводят к ее полной гибели.

Зависимость содержания хлорофилла а в клетках микроводоросли от накопленной биомассы в средних значениях за 11 измерений отражена в таблице2.

Таблица 2.

Зависимость содержания хлорофилла а в клетках микроводоросли от накопленной биомассы

ВЫВОДЫ:

1.В указанных концентрациях ионы марганца оказали положительный эффект на клетки водоросли. Наиболее оптимальная концентрация марганца для культивирования микроводоросли от 0,5 до 50 мМ.

2.Между содержанием биомассы и концентрацией фотосинтетического пигмента существует определенная зависимость, характер которой зависит от фазы роста культуры и условий культивирования.

3.Полученные результаты дают основание для дальнейших исследований влияния ионов марганца на накопление биомассы и хлорофилла.

Список литературы:

1. Андреева В.М. Род Clorella. Морфология, систематика, принципы классификации: учеб. пособие Мн.: Наука, 1975. - 110 с.
2. Богданов Н.И. Способ культивирования микроводорослей на основе штамма «Chlorella vulgaris ИФР № С-111». - 2001.
3. Шлык А.А. Метаболизм хлорофилла в зеленом растении: учеб.пособие Мн: Наука  и техника, 1965. – 396 с.
4. Collier J.L., Grossman, A.R., Chlorosis Induced by Nutrient Deprivation in Synechocccus sp. J. Bacteriol. - 1992.
5. Greene R.M., Gerder, R.J., Falkowski, P.G., Effect of Iron Limitation on Photosyntesis: Limnol. Oceanogr. - 1991.
6. Yong Y.Y.R., Lee, Y.K., Carotenoids Play a Photoprotective Role in the Cytoplasm of Haematococcus lacustris (Chrolophyta): Phycologia 30. -1991.