Штам зеленої водорості акутодесмус двоформний (acutodesmus dimorphus (turp.) p. tsarenko) – біоресурсний продуцент

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Штам зеленої водорості Акутодесмус двоформний (Acutodesmus dimorphus (TURP.) P. TSARENKO) - біоресурсний продуцент, депонований під № 251 у колекції Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України.

Текст

Реферат: Штам зеленої водорості Акутодесмус двоформний (Acutodesmus dimorphus (TURP.) P. TSARENKO) - біоресурсний продуцент, депонований під № 251 у колекції Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України. UA 95400 U (12) UA 95400 U UA 95400 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до біотехнології і стосується штамів водоростей - продуцентів біомаси, що містять ліпіди, омега-3 жирні кислоти, вітаміни та інші біологічно активні речовини, та може використовуватись у виробництві біопалива, зокрема біодизеля, фармацевтичній промисловості для розробки біологічно активних добавок, сільському господарстві для збагачення кормів білком та вітамінами, хімічній промисловості для біологічної очистки стічних вод. Відомі штами представників роду Scenedesmus Meyen s.1. - продуценти біомаси як сировини для харчової та фармацевтичної промисловості, тваринництва, аквакультури тощо (Музафаров A.M., Таубаев Т.Т. Культивирование и применение микроводорослей. - Ташкент: ФАН, 1984. - 136 с.; Borowitzka Μ.Α., Borowitzka L.I. Micro-algal biotechnology. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1988; Becker E.W. Microalgae. Biotechnology and Microbiology. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1994. - 293 pp.; Урмыч E.H., Бердыкулов Х.А., Эшпулатова М.Б. Продуктивность микроводорослей в интенсивных условиях культивирования //Альгология. - 2008. - 18, № 3. - С. 347-352). Авторами проведена робота з визначення оптимальних умов культивування водоростей у промислових масштабах. Для нарощування біомаси використовували як синтетичні, так і комплексні середовища з різними джерелами вуглецевого та азотного живлення, на яких кількість сухої біомаси Scenedesmus obliquus в інтенсивній культурі становила 0,3-0,7 г/л за добу на середовищі з нітратним азотом та 1-2 г/л за добу - з амонійним азотом. Особлива увага приділялась визначенню впливу на ріст та накопичення біомаси різних абіотичних факторів (температури, інтенсивності світла, аерації, кислотності середовища, його хімічного складу тощо). Відомо використання штаму Scenedesmus bijuga у суміші з Chlamydomonas globosa та Chlorella minutissima для отримання біомаси водоростей як сировини для виробництва біопалива на промислових стоках з високим вмістом органічної речовини, нітратним та амонійним азотом (Пат. 2012/0028338 А1, США, Mixotrophic algae for the production of biofuel feedstock on wastewater / Bhatnagar Α., Chinnasamy S., Das K.C. - № 13/257,351, C12N1/12; заяв. 20.04.2009; опубл. 02.02.2012-14 с.). Встановлено, що ріст кожного виду, зокрема Scenedesmus bijuga, за умов змішаної культури на вищезазначених промислових стоках був значно ефективніший ніж в окремій культурі. Найбільш близьким до запропонованого є штам водорості Scenedesmus producto-capitatus (Пат. 2011/0076749 Α1, США, Microalgae with high-efficient ability to remove carbon dioxide and use thereof/ Kim M.K., Han M.S., Jin E.S., Lee C.-G. - № 12/993,447, C12N1/12, C02F3/34; заяв. 22.05.2008; опубл. 31.03.2011-7 с.) - продуцент біомаси як сировини для косметичної промисловості та аквакультури, що характеризувався великою швидкістю фіксації діоксиду вуглецю за умов інтенсивного культивування, резистентністю до високої концентрації сульфітів та нітратів у живильному середовищі, значним накопиченням біомаси. Спільним недоліком відомих штамів є те, що їх використання розраховано на певні умови вирощування водоростей в закритих системах, наприклад у біореакторах, однак які важко контролювати за умов масового культивування у відкритих біологічних ставках. У низці публікацій (Музафаров A.M., Таубаев Т.Т. Культивирование и применение микроводорослей. - Ташкент: ФАН, 1984. - 136 с.; Цоглин Л.Н., Пульц О., Шторандт Р., Акыев А. Выбор продуктивных форм микроводорослей для массового культивирования // Альгология. 1999. - 9, № 3. - С. 73-81.; Soeder C.J., Hegewald E. Scenedesmus II Micro-algal biotechnology. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1988. - P. 58-84) обґрунтовується думка щодо необхідності ізолювання, введення у культуру та розробки культивування місцевих штамів водоростей, адаптованих до клімату помірної зони. Але в наведених вище прикладах всі відомі штами водоростей вирощувались в країнах з теплим або субтропічним кліматом (Болгарії, Італії у Європі, Узбекистані в Азії, США у Півн. Америці). Відомо, що рентабельність видів та штамів можна значно підвищити за рахунок комбінованого застосування їх в процесах біологічного очищення стічних вод різних промислових виробництв (Пат. 2012/0028338 А1, США, Mixotrophic algae for the production of biofuel feedstock on wastewater / Bhatnagar Α., Chinnasamy S., Das K.C. - № 13/257,351, C12N1/12; заяв. 20.04.2009; опубл. 02.02.2012-14 с.). Тому, важливу роль у підборі водоростей для масового культивування відіграє здатність високопродуктивних штамів, витримувати високі концентрації різних органічних та хімічних сполук. За літературними даними (Ленова Л.И., Ступина В.В. Водоросли в доочистке сточных вод. - К.: Наук. думка, 1990. - 184 с.) токсичні сполуки спричинюють морфологічні та ультраструктурні зміни, знижують швидкість росту, пригнічують фотосинтетичну активність, синтез нуклеїнових кислот, протеїну, хлорофілу тощо. Однак різні види демонструють індивідуальну активність і видовий склад водоростей залежить від типу стічних вод, характеру водойм, сезону і кліматичних умов. Найтиповішими 1 UA 95400 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 представниками стічних вод, що містять органічні сполуки, є види Chlamydomonas, Euglena, Hydrodyction, хімічні речовини - Ankistrodesmus, Chlorella, Scenedesmus. При культивуванні на живильному середовищі, яке містить різні токсичні сполуки, що є основними компонентами стічних вод хімічної промисловості, саме види роду Scenedesmus (=Acutodesmus) найкраще витримують їх високі концентрації. Acutodesmus obliquus витримує концентрації нафти до 40 г/л, в той час як ріст Aphanizamenon flos-aquae пригнічується вже при 0,5 мг/л. Водорость A. dimorphus росте на середовищі, що містить 2 г/л етилендіаміну як компонента стічних вод виробництва іонообмінних смол та нафтохімічних продуктів. Капролактам, основний компонент стічних вод виробництва синтетичних волокон, стимулює ріст А. dimorphus у концентрації 100-300 мг/л. Феноли, компоненти стічних вод металургійних, коксохімічних, нафтопереробних виробництв, у концентрації 10-30 мг/л стимулюють ріст A. acumunatus, у 55 мг/л - пригнічують, однак повністю він призупиняється тільки при 550 мг/л. Канцерогенні нітрозаміни у концентрації 500 мг/л водночас стимулюють розвиток популяції А. dimorphus і викликають відмирання до 60 % клітин водоростей роду Chlorella (Ленова Л.И., Ступина В.В. Водоросли в доочистке сточных вод. - К.: Наук. думка, 1990. - 184 с.; Ступина В.В, Борисова Е.В. Влияние нитрозодиметиламина на некоторые хлорококковые водоросли в культуре // Альгология. - 1999. - 9, № 4. - С. 74-77). В основу корисної моделі поставлена задача одержання нового регіонального штаму зеленої водорості Акутодесмус двоформний (Acutodesmus dimorphus) з високою продуктивністю біомаси, адаптований до кліматичних умов помірної зони, з такими характерними рисами як толерантність до змін хімічного складу і рН середовища, та висока резистентність до токсичних хімічних речовин, основних компонентів стічних вод хімічної промисловості. Поставлена задача вирішується використанням штаму зеленої водорості Acutodesmus dimorphus (Turp.) P. Tsarenko, який зберігається у колекції Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України (акронім IBASU-A), що має статус національного надбання під номером 251 на мінеральному живильному середовищі. Запропонований штам ізольовано з біологічного ставка системи очисних споруд Черкаського промислового об'єднання "Азот" (Україна, Лісосостеп - помірна природно-кліматична зона) як збудника "цвітіння" води у період масового розвитку даного виду. Чисту культуру одержано методом розсіву альгологічного матеріалу на агаризованих живильних середовищах (Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике / Отв. ред. А.В. Топачевский. - К.: Наук. думка, 1975. - 247 с.) у чашках Петрі. Вихідним матеріалом використовували проби води, з біологічного ставка системи доочистки стічних вод, з високим вмістом нітрату калію (біля 20 мг/л), які розбавляли дистильованою водою у 10, 100, 1000 та 10000 рази. Розбавлені проби вносили у чашки Петрі у кількості 0,5 мл і розсівали за допомогою шпателя по поверхні агаризованого середовища Бурреллі (Soeder C.J., Hegewald E. Scenedesmus II Micro-algal biotechnology. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1988. - P. 58-84). Чашки Петрі поміщали в люміностат і витримували при температурі 26-28 °C та 12-годинному освітлені (2-3 тис. лк) до появи чітко сформованих зелених колоній. Ізолювали найбільш активно зростаючі колонії. Для перевірки наявності грибів та бактерій, а також здатності штаму до росту в присутності органічних сполук одержані культури висівали на середовище ФДГА з глюкозою та дріжджовим екстрактом (Квитко К.В., Борщевская Т.Н., Чунаев А.С., Тугаринов В.В. Петергофская коллекция штаммов водорослей / Культивирование коллекционных штаммов водорослей / Под ред. Б.И. Громова. - Ленинград, 1983. - С. 28-56). Штам № 251 має такі морфологічні ознаки: ценобії складаються з 2, 4, 8 клітин, лінійні або альтернативні, одно та дворядні залежно від умов зростання. Клітини веретеноподібні з загостреними полюсами і злегка відтягнутими кінцями, зовнішні клітини майже прямі з трішки зігнутими назовні кінцями, внутрішні - прямі. Розміри клітин: довжина - 6-25 мкм, ширина - 2-9,4 мкм. У культурі за умов інтенсивного культивування водорості швидко переходять від ценобіальної до одноклітинної стадії. Фізіолого-біохімічні ознаки штаму A. dimorphus № 251: мезофіл, здатний до міксотрофного росту. Як джерело азотного живлення використовують амоній, нітрати, сечовину. Зростає у широкому діапазоні рН (від 5 до 9, оптимальний ріст при рН=6,5-8), освітленості, температури (22-28 °C). Запропонований штам A. dimorphus № 251 відзначається високим вмістом білку та ліпідів, які складають 40-55 % та 5-18 % маси сухої речовини, відповідно. У складі ліпідів переважають ліноленова (18:2 та 18:3), пальмітолеїнова (16:2) та пальмітинова (16:0) жирні кислоти. В альгологічно чистій культурі ріст водоростей супроводжується розвитком шістьох видів мікроорганізмів - її природних супутників. Це - грамнегативні (Flavobacterium odoratum, Acinetobacter sp.) та грампозитивні (Microbacterium imperiale, Curtobacterium sp., Rhodococcus 2 UA 95400 U 5 10 15 20 25 30 luteus, R. erythropolis) бактерії. Наявність цього комплексу бактерій, який є характерним для представників роду Acutodesmus, проявляє позитивний вплив на ріст водорості за різних умов культивування (Борисова Е.В., Ногина Т.М., Ступина В.В. Бактерии, сопутствующие Scenedesmus acutus Meyen в природе и лабораторных культурах // Альгология. - 1997. - 7, № 4. - С. 431-439). При культивуванні водорості використовують рідке мінеральне середовище Бурреллі (Soeder C.J., Hegewald E. Scenedesmus // Micro-algal biotechnology. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1988. - P. 58-84) такого складу: KNO3-200 мг/л; MgSO4-30 мг/л; Ca(NO3)2-30 мг/л; K2НРО440 мг/л; FeSO4-3,3 мг/л; мікроелементи - 10 мл. Розчин мікроелементів: Н3ВО3-2,86 мг/л; МnСl24Н2О - 1,81 мг/л; ZnSO47H2O-0,22 мг/л; Co(NO3)24Н2О - 0,15 мг/л; NH4VO3-2,3 мг/л; CuSO45 H2O-0,01 мг/л. Оптимальний ріст при рН=7-8. Збільшення у 10 разів основних компонентів живильного середовища не пригнічує ріст водоростей. Штам здатний добре рости при концентрації KNO 3 20, 200 и 2000 мг/л. За умов інтенсивного культивування при збільшені вмісту нітратного азоту у -1 середовищі відповідно зростає питома швидкості росту (0,38; 0,56 та 0,64 доби ) та продуктивність (0,6; 0,94 та 1,2 г/л сухої біомаси за добу) водоростей. Як джерело азоту замість KNO3 можна використовувати сечовину у кількості 0,88 г/л. Оптимальний ріст при вирощуванні на сечовині при рН=6-7. Культивування штаму Акутодесмуса двоформного проводять за умов цілодобового освітлювання люмінесцентними лампами ЛБ-40 (освітленості 3-4 тис. лк) при температурі 2630 °C. Вирощування в екстенсивному режимі дозволяє одержувати 2,15-2,58 г/л сухої біомаси за 30 днів. Вирощування в інтенсивному режимі з барботуванням та додатковим забезпеченням діоксидом вуглецю підвищує швидкість росту культури та дозволяє одержувати продуктивність запропонованого штаму A. dimorphus 0,94 г/л сухої біомаси за добу. Таким чином, Акутодесмус двоформний (Acutodesmus dimorphus) № 251 має значний інтерес як штам з високим біопродукційним ресурсом і сталим комплексом бактерій-супутників, толерантний до змін хімічного складу та рН середовища, який відрізняється високою резистентністю до токсичних хімічних сполук (капролактаму, етилендіаміну, нітрозамінів), компонентів стічних вод різних виробництв хімічної промисловості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Штам зеленої водорості Акутодесмус двоформний (Acutodesmus dimorphus (TURP.) P. TSARENKO) - біоресурсний продуцент, депонований під № 251 у колекції Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Tsarenko Petro Mykhailovych, Borysova Olena Volodymyrivna, Konischuk Mariana Oleksandrivna, Bilous Olena Petrivna

Автори російською

Царенко Петр Михайлович, Борисова Елена Владимировна, Конищук Марьяна Александровна, Белоус Елена Петровна

МПК / Мітки

МПК: A01H 13/00, A61K 36/02, C12N 1/12

Мітки: акутодесмус, біоресурсний, двоформний, turp, продуцент, dimorphus, штам, tsarenko, водорості, acutodesmus, зеленої

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/5-95400-shtam-zeleno-vodorosti-akutodesmus-dvoformnijj-acutodesmus-dimorphus-turp-p-tsarenko-bioresursnijj-producent.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Штам зеленої водорості акутодесмус двоформний (acutodesmus dimorphus (turp.) p. tsarenko) – біоресурсний продуцент</a>

Подібні патенти