Перспективы использования разбавленной питательной среды для рекультивирования цианобактерий
Применение фотобиотехнологий в российских промышленных биотехнологических производствах. Изучение возможности культивирования штаммов цианобактерии родов Spirulina и Arthrospira на разбавленной питательной среде Заррука после 12-месячной криоконсервации.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.02.2022 |
| Размер файла | 20,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Перспективы использования разбавленной питательной среды для рекультивирования цианобактерий
Д.И. Петрухина
Аннотация
Актуальность и цели. Представители 8р1гиНпа и ЛгЖгарта включены во многие лабораторные коллекции культур цианобактерий, так как их криоконсервация обеспечивает долговременное сохранение культур. Цель исследования - изучение возможности культивирования коллекции культур цианобактерий родов 8р1ги11па и ЛгЖгарта (9 штаммов) на разбавленной питательной среде Заррука после 12-месячной криоконсервации при температуре минус 80 °С.
Материалы и методы. «Отработанную» среду Заррука получали после культивирования на ней цианобактерий 8р1гиНпа и ЛгЖгаргга. Основную биомассу цианобактерий 8р1гиНпа (ЛгЖгаргга) после культивирования подвергали криоконсервации. Отделенная от нее «отработанная» среда Заррука была смешана (1:1) с новой (свежей) средой Заррука для повторного использования после криоконсервации.
Результаты. Представлены данные о влиянии разбавленной питательной среды Заррука на скорость роста цианобактерий 8р1гиНпа и ЛгМгарта после криоконсервации. Рост этих цианобактерий после оттаивания был удовлетворительным и имел ту же величину, что и рост этих цианобактерий на новой (свежей) питательной среде Заррука.
Выводы. Результаты представленной работы показывают, что повторное использование питательной среды Заррука может быть применимо для рекультивации представителей цианобактерий родов 8р1ги11па и ЛгМгарта после долговременной криоконсервации.
Ключевые слова: ЛгМгарта Бр., 8р1гиНпа Бр., культуральная среда, рециклинг питательной среды.
Abstract
Prospects of using diluted medium for cyanobacteria recultivation
D.I. Petrukhina
Background. Spirulina and Arthrospira species include a wide variety of laboratory cyanobacteria culture collections and their cryo-storage does provide long-term preservation. The aim of the work is to study a possibility of cultivation in diluted Zarrouk medium of the Spirulina and Arthrospira collection (9 strains) after 12 months of cryopreservation at a temperature of minus 80 °C.
Materials and methods. The effluent of Zarrouk medium was obtained from cyanobacteria's Spirulina and Arthrospira cultivation. Biomasses of Spirulina and Arthrospira were subject to cryopreservation. The effluent of Zarrouk medium was mixed (1:1) with new Zarrouk medium to reuse after cryo-storage.
Results. The article presents data concerning the influence of diluted Zarrouk medium on growth rate of Spirulina and Arthrospira after cryo-storage. The growth of these cyanobacteria after thawing was satisfactory and featured the same rate as the growth in the new Zarrouk medium.
Conclusions. The results of this work shows that reuse of Zarrouk medium may be appropriate to recultivation of the cyanobacteria Spirulina and Arthrospira collection after long-term cryo-storage.
Keywords: Arthrospira sp., Spirulina sp., culture medium, reuse of Zarrouk medium.
Введение
Цианобактерии родов Spirulina и Arthrospira благодаря относительной простоте и безопасности культивирования являются распространенными объектами научных исследований и одновременно выращиваются в промышленных масштабах во многих странах мира как объекты фотобиотехнологии [1]. Биомасса видов Spirulina и Arthrospira является важным биотехнологическим продуктом, характеризуется уникальными полезными свойствами и содержит такие ценные соединения, как легкоусвояемые протеины, липиды, полисахариды, фенольные соединения, и поэтому находит все большее применение в биотехнологических производствах. Например, в производстве пищевого белка, разнообразных лечебно-профилактических препаратов, высококачественных кормовых продуктов, пигментов и пищевых красителей, а также других востребованных продуктов для медицины, косметологии, животноводства и аквакультуры [2, 3].
Одним из первых подробное исследование условий роста цианобактерии Arthrospira sp. провел Клод Заррук (Claude Zarrouk) в своей диссертационной работе [4]. Питательная среда, разработанная Зарруком, стала стандартной средой для выращивания цианобактерий родов Arthrospira и Spiru- lina [1-3].
Представляется интересным возможность повторного использования питательной среды Заррука после выращивания на ней культур Arthrospira sp. и Spirulina sp. Применение этой многокомпонентной среды для культивирования цианобактерий после криоконсервации значительно повышает экономическую эффективность биотехнологического процесса.
Экспериментам по выращиванию водорослей в «отработанных» питательных средах в последнее время уделяется недостаточное внимание [5]. Результаты таких экспериментов представлены лишь в нескольких работах Morocho-Jacome и соавт. [6, 7]. Авторами показано, что потребление цианобактериями основных питательных веществ из жидкой питательной среды Заррука обычно не полное, т.е. после выращивания и отделения биомассы этих цианобактерий культуральная среда содержит достаточное количество нитратов, фосфатов и карбонатов в остаточных концентрациях [6, 7]. Эта особенность «отработанной» среды Заррука позволяет ограничится лишь частичным восполнением питательных веществ путем добавления свежей порции среды для повторного ее использования, например для рекультивирования Arthrospira sp. и Spirulina sp. после криоконсервирования.
Целью настоящей работы было определение потенциальной возможности использования разбавленной питательной среды Заррука для рекультивирования цианобактерий Spirulina (S. subsalsa, S. laxissima) и Arthrospira (A. platensis, A. maxima) после 12-месячной криоконсервации при температуре минус 80 °С.
Материалы и методы
В работе использовали штаммы рода Spirulina: S. subsalsa (PCC 9445) и S. laxissima (SAG 256.80), а также рода Arthrospira: A. maxima (SAG 84.79, SAG 49.88); A. platensis (SAG 257.80, SAG 21.99, PCC 9223, PCC 9108, PCC 7345). Исследуемые штаммы были получены из коллекции культур университета Пастера, Франция (PCC) и коллекции водорослей университета Гёттенгена, Германия (SAG). Выращивание исходных культур и низкотемпературное консервирование осуществляли согласно методике, описанной нами ранее [8]. Разбавленная среда была получена путем добавления к стандартной питательной среде Заррука равного объема культуральной среды (1:1), оставшейся после выращивания на ней биомассы цианобактерий, которую использовали для криоконсервирования.
Очистку среды Заррука после культивирования на ней цианобактерий Spirulina и Arthrospira не проводили, поскольку все используемые варианты очистки отработанной среды Заррука снижали в ней содержание нитратов, карбонатов и фосфатов в остаточных концентрациях. Исследуемые штаммы цианобактерий криоконсервировали с раствором диметилсульфоксида (10 % ДМСО) в течение 12 месяцев при минус 80 °С.
После оттаивания штаммы выращивали на стандартной и разбавленной среде Заррука и проводили сравнительную оценку скорости роста штаммов Arthrospira и Spirulina в зависимости от варианта используемой для роста питательной среды Заррука. Для облегчения определения прироста биомассы у исследуемых штаммов Spirulina и Arthrospira после оттаивания были созданы калибровочные кривые зависимости количества сухой биомассы от оптической плотности ее суспензии на длине волны в 750 нм для каждого из штаммов. Для штаммов Arthrospira platensis (PCC 9108, SAG 21.99, SAG 257.80) ранее нами были получены уравнения регрессии и коэффициент детерминации [9]. Так, функциональная зависимость концентрации биомассы в растворе и оптической плотности при 750 нм для штамма PCC 9108 имеет значение 0,83 г/л (y = 0,8271х, R2 = 0,9637), для штамма SAG 257.80 - 0,91 г/л (y = 0,9098х, R2 = 0,9887) и для штамма SAG 21.99 - 0,88 г/л (y = 0,8778х, R2 = 0,9816).
Результаты и обсуждение
На основе результатов экспериментов установлено, что оптическая плотность при 750 нм суспензии исследуемых цианобактерий и сухой вес их биомассы связаны линейной зависимостью: ОП750 = k х СВ. Коэффициент пропорциональности k для оценки биомассы по ОП750 в обратной зависимости СВ = k х ОП750 был определен для каждого штамма.
Для двух штаммов вида Arthrospira platensis были получены следующие значения: 0,77 г/л для PCC 7345 (y = 0,7729х, R2 = 0,9879), 0,86 г/л для PCC 9223 (y = 0,8662х, R2 = 0,971). У двух штаммов вида Arthrospira maxima полученные значения были несколько различными: 0,78 г/л для SAG 49.88 (y = 0,7826x, R2 = 0,9314), 0,94 г/л для SAG 84.79 (y = 0,9388x, R2 = 0,9814).
Для Spirulina laxissima штамм SAG 256.80 было получено значение 0,45 г/л для (y = 0,4462x, R2 = 0,9549), что значительно отличает данный штамм как от представителей рода Arthrospira, так и от другого вида рода Spirulina - Spirulina subsalsa.
В то же время для штамма РСС 9445 Spirulina subsalsa было получено значение 0,90 г/л (y = 0,9033x, R2 = 0,9611), более близкое к значениям штаммов рода Arthrospira.
Уравнение регрессии и коэффициент детерминации, полученные для исследуемых в нашей работе штаммов цианобактерий, подтверждают видо- специфичность функциональной зависимости концентрации биомассы цианобактерий в растворе и оптической плотности и необходимость его определения для каждого конкретного объекта исследования. Согласно полученным результатам исследования было установлено, что использование разбавленной (1:1) среды Заррука не влияло на жизнеспособность и рост штаммов цианобактерий Spirulina и Arthrospira после криоконсервирования (табл. 1). фотобиотехнология культивирование цианобактерия
Таблица 1 Скорость роста штаммов БрггиНпа и Arthrospira после криоконсервации на разбавленной среде Заррука (в % от скорости роста цианобактерий на полной питательной среде Заррука, М ± т, п = 18)
|
Вид |
Штамм |
Скорость роста, % |
|
|
S. subsalsa |
PCC 9445 |
90,00 ± 0,18 |
|
|
S. laxissima |
SAG 256.80 |
71,00 ± 0,27 |
|
|
A. maxima |
SAG 84.79 |
81,00 ± 0,32 |
|
|
SAG 49.88 |
83,00 ± 0,17 |
||
|
A. platensis |
SAG 257.80 |
84,00 ± 0,21 |
|
|
SAG 21.99 |
75,00 ± 0,08 |
||
|
PCC 9223 |
78,00 ± 0,07 |
||
|
PCC 9108 |
94,00 ± 0,07 |
||
|
PCC 7345 |
97,00 ± 0,17 |
Так, у исследуемых штаммов родов Spirulina (S. laxissima SAG 256.80,
S.subsalsa РСС 9445) и Arthrospira (A. platensis PCC 9108, SAG 257.80, SAG 21.99, РСС 9223 и PCC 7345, A. maxima SAG 49.88 и SAG 84.79) после оттаивания наблюдали рост клеток на разбавленной среде Заррука при минимальной скорости - 71 % (штамм SAG 256.80) по сравнению с экспериментом по выращиванию цианобактерий на стандартной питательной среде Заррука. Таким образом, полученные данные говорят о возможности применения для рекультивирования цианобактерий после криоконсервации разбавленной среды Заррука. Разбавление среды Заррука не только снижает стоимость питательной среды для выращивания Spirulina sp. и Arthrospira sp., но также уменьшает количество отходов, утилизируемых в окружающую среду после экспериментов за счет включения уже использованной культуральной среды.
Заключение
Результаты нашего исследования показали, что для рекультивации коллекции цианобактерий родов Spirulina и Arthrospira после долговременной криоконсервации возможно повторное использование жидкой питательной среды Заррука после добавления к ней свежей среды в пропорции 1 : 1.
Нами после 12 месяцев хранения при минус 80 °С и в присутствии 10 %-го ДМСО успешно были рекультивированы на разбавленной питательной среда Заррука девять штаммов цианобактерий: Arthrospira platensis штаммы PCC 9108, PCC 7345, РСС 9223, SAG 257.80, SAG 21.99, Arthrospira maxima штаммы SAG 49.88 и SAG 84.79, Spirulina laxissima SAG 256.80, Spirulina subsalsa РСС 9445.
Ростовые характеристики полученных суспензионных культур цианобактерий были сравнимы с таковыми у контрольных культур, рекультивированных на стандартной питательной среде Заррука. Отметим также значительную экономическую выгоду при достаточно высокой эффективности рекультивирования от использования разбавленной питательной среды Заррука. Данный методический подход снижает стоимость используемой в экспериментах питательной среды (в два раза) для культивирования цианобактерий после криоконсервации.
Библиографический список
1. Eriksen, N. T. Production of phycocyanin - a pigment with applications in biology, biotechnology, foods and medicine / N. T. Eriksen // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2008. - Vol. 80, iss. 1. - P. 1-14. - DOI 10.1007/s00253-008-1542-y.
2. Vonshak, A. Spirulina platensis (Arthrospira): physiology, cell-biology and biotechnology / A. Vonshak. - London : CRC Press, 2002. - 252 p.
3. Sili, C. Arthrospira (Spirulina) / C. Sili, G. Torzillo, A. Vonshak // Ecology of Cyanobacteria II: Their Diversity in Space and Time / ed. B. Whitton. - 2012. - P. 677-705. - DOI 10.1007/978-94-007-3855-3_25.
4. Zarrouk, C. Contribution а l'йtude d'une cyanophycйe: influence de divers facteurs physiques et chimiques sur la croissance et la photosynthиse de Spirulina maxima (Setch et Gardner) Geitler : Ph. D. thesis / Zarrouk C. - Paris : Universitй de Paris, 1966. - 109 p.
5. Loftus, S. E. Cross-study analysis of factors affecting algae cultivation in recycled medium for biofuel production / S. E. Loftus, Z. I. Johnson // Algal Research. - 2017. - Vol. 24, part A. - P. 154-166. - DOI 10.1016/j.algal.2017.03.007.
6. Morocho-Jacome, A. L. Evaluation of physicochemical treatment conditions for the reuse of a spent growth medium in Arthrospira platensis cultivation / A. L. Morocho-Jacome, G. F. Mascioli, S. Sato, J. C. M. de Carvalho // Algal Research. - 2016. - Vol. 13. - P. 159-166. - DOI 10.1016/j.algal.2015.11.022.
7. Morocho-Jacome, A. L. Ferric sulfate coagulation and powdered activated carbon adsorption as simultaneous treatment to reuse the medium in Arthrospira platensis cultivation / A. L. Morocho-Jacome, S. Sato, J. C. M. de Carvalho // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. - 2015. - Vol. 91, iss. 4. - P. 901-910. - DOI 10.1002/ jctb.4655.
8. Петрухина, Д. И. Исследование эффективности сохранения цианобактерии Spirulina subsalsa после криоконсервации при -80 °С в присутствии глюкозы / Д. И. Петрухина, И. Н. Лыков // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2016. - Т. 6, № 4. - С. 68-73. - DOI 0.21285/2227-2925-2016-6-4-68-73.
9. Петрухина, Д. И. Низкотемпературное хранение цианобактерии Arthrospira platensis / Д. И. Петрухина, И. Н. Лыков // Технологии живых систем. - 2018. - Т. 15, № 1. - С. 49-54.
References
1. Eriksen N. T. Applied Microbiology and Biotechnology. 2008, vol. 80, iss. 1, pp. 1-14. DOI 10.1007/s00253-008-1542-y.
2. Vonshak A. Spirulina platensis (Arthrospira): physiology, cell-biology and biotechnology. London: CRC Press, 2002, 252 p.
3. Sili C., Torzillo G., Vonshak A. Ecology of Cyanobacteria II: Their Diversity in Space and Time. 2012, pp. 677-705. DOI 10.1007/978-94-007-3855-3_25.
4. Zarrouk C. Contribution а l'йtude d'une cyanophycйe: influence de divers facteurs physiques et chimiques sur la croissance et la photosynthиse de Spirulina maxima (Setch et Gardner) Geitler: Ph. D. thesis [Contribution to the study of cyanophyceae: influence of various physical and chemical factors on growth and photosynthesis of Spirulina maxima (Setch and Gardner) Geitler: Ph. D. thesis]. Paris: Universitй de Paris, 1966, 109 p.
5. Loftus S. E., Johnson Z. I. Algal Research. 2017, vol. 24, part A, pp. 154-166. DOI 10.1016/j.algal.2017.03.007.
6. Morocho-Jacome A. L., Mascioli G. F., Sato S., de Carvalho J. C. M. Algal Research. 2016, vol. 13, pp. 159-166. DOI 10.1016/j.algal.2015.11.022.
7. Morocho-Jacome A. L., Sato S., de Carvalho J. C. M. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2015, vol. 91, iss. 4, pp. 901-910. DOI 10.1002/jctb.4655.
8. Petrukhina D. I., Lykov I. N. Izvestiya vuzov. Prikladnaya khimiya i biotekhnologiya [University proceedings. Applied chemistry and biotechnology]. 2016, vol. 6, no. 4, pp. 68-73. DOI 0.21285/2227-2925-2016-6-4-68-73.
9. Petrukhina D. I., Lykov I. N. Tekhnologii zhivykh system [Living system technologies]. 2018, vol. 15, no. 1, pp. 49-54.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Оптимальный поиск физиологически активных компонентов питательной среды (нутриентов) и условий культивирования, необходимых разнообразным живым системам для интенсивного роста и синтеза биологически активных соединений: ферментов, антигенов, антибиотиков.
научная работа [379,9 K], добавлен 21.03.2012Характеристики, методы получения и использования глутамата натрия, который применяют для усиления природных вкусовых свойств пищевых продуктов. Состав питательной среды и условия биосинтеза. Активаторы и ингибиторы процесса. Возможности генной инженерии.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 09.11.2010Значение воды в жизнедеятельности клетки. Виды микроорганизмов, состав питательной среды, характер обмена и условия существования во внешней среде. Практическое использование микробных ферментов. Питание, дыхание, рост и размножение микроорганизмов.
лекция [603,0 K], добавлен 13.11.2014Культивирование бактерий на питательных средах, выделение чистой культуры возбудителя и ее идентификация. Состав питательной среды, способ посева исследуемого материала. Мультимикротесты для идентификации энтеробактерий; микроскопическое изучение колоний.
презентация [4,3 M], добавлен 11.01.2014Изучение устойчивости бактерий к дезинфектантам на примере аммонийных соединений. Сравнение методики Гудковой и Красильникова с референтной теорией и концепцией, основанной на применении цветной питательной среды и пластмассовых пластин с луночками.
курсовая работа [907,4 K], добавлен 09.01.2011Метод воспроизводства структуры индивидуального белка или фрагмента ДНК. Рестриктазы как группа бактериальных нуклеаз, специфически расщепляющих ДНК. Способность очищенной плазмиды проникать из питательной среды внутрь клеток чужеродных бактерий.
реферат [21,2 K], добавлен 11.12.2009История и классификация антибиотиков. Их влияние на бактерии рода Bacillus. Интенсивность роста колоний данного микроорганизма при различных концентрациях антибиотика, растворённого в питательной среде. Метод диффузии в агар с использованием желобка.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 09.09.2009Значение влажности среды при выращивании ферментов на сыпучих средах. Влияние степени аэрирования культур микроскопических грибов. Воздействие состава среды и длительности культивирования на биосинтез липазы. Способы обработки и выращивания культуры.
презентация [734,7 K], добавлен 19.03.2015Описания гибридологического метода исследования характера наследования признака. Подготовка питательной среды. Проведение прямого и обратного скрещивания мух. Определение типа взаимодействия между генами. Анализ первого и второго поколения гибридов.
лабораторная работа [85,7 K], добавлен 26.05.2013Характеристика грибов рода Trichoderma. Микромицет как активный продуцент фермента целлюлазы. Использование грибов в качестве агентов биоконтроля для болезнетворных микроорганизмов, растений. Культивирование Trichoderma viride на жидкой питательной среде.
курсовая работа [45,6 K], добавлен 01.02.2014Подготовка питательной среды, получение посевного материала. Технология изготовления уксуса, его вредители. Очистка и подготовка полученного продукта к применению. Технологическая схема микробиологического синтеза уксусной кислоты. Расчет модели на ЭВМ.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 13.12.2010Анализ регуляторной, терморегуляторной, дыхательной, гомеостатической, питательной и защитной функций крови. Исследование форменных элементов крови. Химический состав тромбоцитов. Характеристика сферы действия лейкоцитов. Место лимфоцитов в системе крови.
презентация [630,7 K], добавлен 27.01.2016Метанотрофы и метилобактерии в биотехнологии. Использование метанола в газовой промышленности. Выбор штаммов микроорганизмов. Биопрепараты и их получение. Оценка возможности применения метанолутилизирующего препарата в морской воде и засоленной почве.
дипломная работа [575,7 K], добавлен 05.07.2017Бактериальные штаммы. Условия адаптации. Получение штаммов - продуцентов аминокислот, адаптированных к максимальным концентрациям 2Н2О в среде. Изучение ростовых характеристик M. flagellatum. Секретируемые аминокислоты метилотрофных бактерий.
статья [1,2 M], добавлен 23.10.2006Изучение метода получения моноклональных антител путем слияния клеток мышиной миеломы с В-лимфоцитами. Основные среды, употребляемые при получении гибридов. Приготовление отдельных компонентов сред для культивирования. Процесс клонирования гибридом.
контрольная работа [40,6 K], добавлен 22.01.2015Значение минерального питания. Классификация минеральных элементов. Метаболизм и физиологические значения азота как одного из самых важных элементов питания. Биометрические показатели и морфологические признаки дефицита элементов питания растений.
контрольная работа [42,1 K], добавлен 05.06.2009Понятие и назначение стволовых клеток, их локализация и порядок исследования русскими учеными. Pаботы, доказывающие наличие cтволовых клеток пpактичеcки во вcех оpганах взpоcлых животных и человека. Эмбриональные стволовые клетки, их применение.
реферат [65,0 K], добавлен 08.12.2010Изучение особенностей использования чистыми культурами микромицетов различных источников углерода. Определение у коллекционных штаммов микроскопических грибов способности к росту на природных субстратах (растительный опад, камыш, сено, опилки, кора).
дипломная работа [2,0 M], добавлен 11.09.2010История, возможности и перспективы генной инженерии. Трансгенные организмы: общее понятие. Отношения к ГМО в мире. Негативное влияние генномодифицированных продуктов на организм человека. Миф о трансгенной угрозе. Применение ГМО в медицине и фармации.
презентация [614,6 K], добавлен 18.05.2015Состав питательных сред для культивирования микроорганизмов. Физиологические функции элементов, используемых для их приготовления. Качественное преимущество промышленных питательных сред. Технология и многостадийный контроль качества их производства.
контрольная работа [27,8 K], добавлен 12.02.2015
