Культивирование Chlorella sorokiniana в естественных условиях открытого воздуха Поволжского региона и лабораторного эксперимента под влиянием постоянного магнитного поля 

Оксана Анатольевна Арефьева, кандидат биологических наук, доцент кафедры природной и техносферной безопасности, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А. (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77), E-mail: oarefeva@inbox.ru
Любовь Николаевна Ольшанская, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры природной и техносферной безопасности, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А. (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77), E-mail: ecos123@mail.ru
Ренат Шавкатович Валиев, кандидат биологических наук, ассистент кафедры медико-биологических дисциплин, Медицинский университет «Реавиз» (Россия, г. Саратов, ул. Верхний Рынок, 10), E-mail: rw_84@mail.ru 

606.604 

DOI

10.21685/2307-9150-2021-1-7 

Актуальность и цели. Chlorella sorokiniana используется для производства биотоплива и выделения биологически активных веществ. Биомасса может быть выращена в малоэнергозатратных и экономичных условиях. Цель данной работы – оценить влияние условий культивирования микроводорослей Ch. Sorokiniana на открытом воздухе и влияние постоянного магнитного поля в лабораторных условиях на размножение, рост и развитие микроводоросли.
Материалы и методы. Рост популяции оценивали по оптической плотности суспензии хлореллы и дальнейшего подсчета в камере Горяева на количество млн клеток в мл. Для статистических анализов результатов экспериментов использовалась программная среда R версии 3.4.0. В работе проведены сравнения количественных показателей размножения, а также размеров клеток хлореллы после и без воздействий постоянного магнитного поля (ПМП). Для оценки зависимости скорости роста хлореллы от температуры атмосферного воздуха был проведен регрессионный анализ.
Результаты. Визуально (под микроскопом) выявлено, что растущая популяция в биореакторе, размещенном на открытом воздухе, отличается большей долей клеток вытянутой формы (молодые клетки) и меньшей – округлой формы (старые клетки). Интенсивный рост и развитие клеток происходит в июле и августе с минимальным количеством пасмурных дней. Оптимальный температурный режим для постоянного обновления клеток хлореллы достигался при 27–30 ºС. При анализе влияния ПМП напряженностью 2 кА/м на рост и размножение хлореллы в лабораторных условиях был выявлен интенсивный рост клеток в течение первых 3 сут культивирования. Прирост биомассы увеличился в 3–4 раза и достигал значения 7,5 млн кл/мл. При воздействии ПМП напряженностью 0,5 и 1,0 кА/м прироста концентрации клеток в течение всего периода культивирования не наблюдалось.
Выводы. В результате проделанной работы установлено, что воздействие постоянно высоких температур (30–36 ºС) в условиях открытого воздуха без подвода дополнительной аэрации является неблагоприятным фактором для развития микроводорослей Ch. sorokiniana. Оптимальный температурный режим для постоянного обновления, роста и развития клеток хлореллы в естественных условиях достигался при 27–30 ºС. В ходе исследований, проведенных в лабораторных условиях, выявлен максимальный прирост клеток хлореллы при воздействии ПМП напряженностью 2 кА/м в течение первых 3 сут культивирования, после чего наблюдалась фаза стабилизации. Показано, что использование магнитного поля способствует агрегированию клеток. 

Ключевые слова

микроводоросль, хлорелла, Сhlorella sorokiniana, культивирование, биомасса, постоянное магнитное поле 

 Скачать статью в формате PDF

1. Dvoretsky D. S., Dvoretsky S. I., Peshkova E. V. Optimization of the Process of Cultivation of Microalgae Chlorella Vulgaris Biomass with High Lipid Content for Biofuel Production // Chemical Engineering Transactions. 2015. № 43. P. 361–366.
2. Politaeva N. A., Atamanyuk I. V., Smyatskaya Y. A. [et al.]. Waste-free technology of Сhlorella sorokiniana microalgae biomass usage for lipids and sorbents production // Известия высших учебных заведений. Сер.: Химия и Химическая технология. 2018. T. 61, № 12. С. 137–143.
3. Богданов Н. И. Хлорелла: зеленый корм круглый год // Комбикорма. 2004. № 3. С. 66–72.
4. Пилигаев А. В., Сорокина К. Н., Брянская А. B. [и др.]. Исследование биоразнообразия микроводорослей Западной Сибири для применения в процессах получения биотоплива третьего поколения // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17, № 2. С. 359–367.
5. Сорокина К. Н., Яковлев В. А., Пилигаев А. В. [и др.]. Потенциал применения микроводорослей в качестве сырья для биоэнергетики // Катализ в промышленности. 2012. № 2. С. 63–72.
6. Мещерякова Ю. В., Нагорнов С. А. Получение сырья для биодизельного топлива на основе масла микроводоросли хлорелла // Инновации в сельском хозяйстве. 2013. № 3. С. 39–41.
7. Смятская Ю. А., Политаева Н. А. Получение биогаза путем сбраживания остаточной биомассы микроводорослей и ряски // Бутлеровские сообщения. 2019. Т. 60, № 12. С. 146–151.
8. Politaeva N., Smyatskaya Y., Slugin V. [et al.]. Effect of laser radiation on the cultivation rate of the microalga Chlorella sorokiniana as a source of biofuel // IOP Conference. Ser.: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 115. P. 012001.
9. Богданова А. А., Суховский Н. А. Влияние различного напряжения и времени воздействия электростатического поля на морфофизиологические показатели CHLORELLA VULGARIS ИФР № С-111 // Материалы докладов : XXI Всерос. молодеж. науч. конф. экологии (посвящ. 70-летию А. И. Таскаева). Сыктывкар : УрО РАН, 2014. 372 с.
10. Богатина Н. И., Шейкина Н. В. Влияние магнитных полей на растения // Ученые записки Таврического национального университета имени В. И. Вернадского. Сер.: Биология, химия. 2010. Т. 23, № 4. С. 45–55.
11. Ольшанская Л. Н., Титоренко О. В., Еремеева Ю. А. Влияние постоянного магнитного поля и ультрафиолетового излучения на рост высших растений и фиторемедиацию почвы от нефтепродуктов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2015. № 5. С. 43–45. ISSN 0023-1126.
12. Olshanskaja L. N., Russkikh M. L., Arefeva O. A., Vlasova E. L. Intensification of heavy metal extraction from effluent by phytoremediation using electromagnetic radiation energy and NaCl additive // Chemical and Petroleum Engineering . 2013. Vol. 49, № 7-8. P. 555–558.
13. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, 2020. URL: https://www.R-project.org/
14. Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. М. : Физматлит, 2006. 816 с.
15. Брагазин А. А., Радаев А. А., Нижегородцев А. А., Гелашвили Д. Б. Статистический анализ экстерьерных признаков рабочих особей пород медоносной пчелы Аpis mellifera carnica Pollmann и Apis mellifera // Вестник Нижегородского университета имени Н. И. Лобачевского. 2012. № 2. С. 119–122.
16. Об утверждении Методических указаний по разработке нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения : приказ Федерального агентства по рыболовству от 4 августа 2009 г. № 695 [с изм. и доп.]. URL: https://www.base.garant.ru