Культивирование Spirulina platensis (Nordst. ) Geitler на минерально-органической питательной среде

ОХРАНА ПРИРОДЫ

УДК 581.464.09:582.232

С.Ю. ГОРБУНОВА, кандидат биологических наук

Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского НАНУ, г. Севастополь

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ SPIRULINA РГАТЕШШ (NORDST.) GEITLER НА МИНЕРАЛЬНО-ОРГАНИЧЕСКОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ

Приведены результаты использования стоков птицефабрики в качестве дополнительного источника биогенных элементов при культивировании Spirulina platensis, а также дана оценка роста накопительной культуры микроводорослей на минерально-органической питательной среде. Установлена зависимость максимальной продуктивности S. platensis от начальной концентрации вытяжки куриного помета в питательной среде.

Ключевые слова: микроводоросли, мелиорация водной среды, питательная среда, вытяжка куриного помета, среда Заррук.

Введение

В настоящее время широкий спектр применимости микроводорослей складывается из нескольких основных направлений: использование самой биомассы, использование биомассы как сырья для получения каких-либо ценных веществ, а также применение ассимиляционных свойств микроводорослей для мелиорации водной среды [2, 3, 5, 6, 8 -11]. Эффективность развития этих направлений определяется оптимизацией процессов управляемого культивирования клеток водорослей и, соответственно, обеспечением их потенциально высоких продукционных свойств. Значимость данных исследований также в значительной мере обусловлена нарушениями технологических режимов эксплуатации современных очистных сооружений, которые не способны в полном объеме обеспечить утилизацию и степень очистки, необходимую для сброса стоков в водные объекты. В конечном итоге наносится серьезный экономический, экологический и социальный ущерб не только сельскохозяйственным землям, но и жителям близлежащих населенных пунктов. Решить проблему утилизации и переработки стоков на примере отходов птицефабрик, большую долю которых составляет помет, позволяет способность водорослей ассимилировать в качестве ростового субстрата более 90% всего азота и фосфора сточных вод. В предварительных исследованиях нами было установлено, что, в частности, & рlatensis при усвоении 1 мг фосфора одновременно потребляет 5 - 6 мг азота [1].

В данной работе исследуется возможность выращивания микроводорослей на минеральных питательных средах с использованием в качестве дополнительных источников биогенных элементов отходов различных сельскохозяйственных производств на примере стоков птицефабрик. Для этого необходимо установить оптимальную сбалансированность питательной среды по компонентному составу биогенных элементов для выращивания X рlatensis и определить зависимость кинетических характеристик роста & рlatensis от концентрации вытяжки куриного помета (ВКП), дополнительно вводимой в питательную среду.

Объекты и методы исследований

Эксперимент проводили в шести вариантах (далее № 1 - контроль, № 2, 3, 4, 5, 6). В качестве дополнительного источника биогенных элементов использовали ВКП,

содержащую все основные элементы питания для микроводорослей. Для этого куриный помет (содержание влаги 76%) разводили водой в соотношении 1:10 и сбраживали в закрытой емкости в течение 2-х сут. Чтобы осадить взвеси и снизить мутность, полученный раствор фильтровали и центрифугировали. рН полученной органической вытяжки составил 7,3. В шесть экспериментальных культиваторов вносили модифицированную питательную среду Заррук. Модификация заключалась в использовании в качестве источников азота и фосфора минеральных солей и вытяжки из куриного помета в разных соотношениях.

Таким образом, опираясь на литературные данные, по которым в 1 л вытяжки куриного помета, влажность которого 70 - 75%, в среднем содержится 1,1 г азота и 0,9 г фосфора [4], суммарные концентрации по азоту и фосфору соответствовали их концентрациям в стандартной питательной среде Заррук [12]. Прирост биомассы определяли по изменению оптической плотности суспензии на СФ-2000 при длине волны 750 нм. Измерения проводили в кварцевых кюветах с длиной рабочей стороны 1 см.

Результаты и обсуждение

Микроводоросли выращивали накопительным методом. В каждый культиватор вносили инокулят и питательную среду, начальная плотность культуры во всех культиваторах составляла 0,1 г АСВ-л"1 (рис. 1).

Следует отметить, что на прирост водорослей за первые сутки эксперимента существенное влияние оказывает уровень концентрации органической вытяжки в питательной среде (рис. 2).

Так как р1а1епа1я изначально была адаптирована к питательной среде Заррук, то с первых суток эксперимента в контрольном варианте наблюдается начало линейного роста культуры. В культиваторе № 2 добавление в питательную среду 7,5%-ной органической вытяжки заметного влияния на прирост микроводорослей не оказывает.

2-1

1.6

^ 1.2

и

РР

и

< 0.8

0.4

"1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Время, сут

2-1

1.6

^ 1.2

и

И

и

< 0.8-

0.4

"1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Время, сут

0

0

Время, сут

Время, сут Время, сут

Рис. 1 Динамика плотности накопительной культуры S. platensis при различных концентрациях ВКП в культуральной среде

Однако уже в третьем варианте эксперимента первоначальный рост S. platensis имеет экспоненциальный характер. Аналогичная тенденция наблюдается и в остальных культиваторах.

5

о о

ш

0.4 -I

0.3-

* £0.2™ о 3

Ъ О0.1  л ^

I *

8 о-

о.

О.

-0.1

-1-1-1-1-1-1-1-1

0 10 20 30 40

Концентрация ВКП в питательной среде, %

Рис. 2 Зависимость прироста S. platensis от концентрации ВКП в питательной среде за первые сутки эксперимента

С увеличением концентрации органической вытяжки в питательной среде прирост водорослей в вариантах № 3, 4 и 5 ниже контрольного на 25,6%, 69,4% и 93,2% соответственно. При этом в опыте № 6 рост вовсе отсутствует и наблюдается отмирание биомассы.

Таким образом, для интенсивного роста на минерально-органической среде культуру 5. рШет1з необходимо адаптировать к новым условиям выращивания. И время адаптации имеет обратно пропорциональную зависимость от концентрации ВКП в питательной среде. Аппроксимацией линейной фазы роста [7] вычислили основные характеристики роста культуры для всех вариантов эксперимента (табл. 1).

Таблица 1

Параметры роста накопительной культуры S. platensis на минерально-органической питательной среде

№ культиватора Концентрация ВКП в питательной среде, % Рт, г/л • сут В0, г АСВ/л Втах, г АСВ/л

1 0 0,29 0,1 1,55

2 7,5 0,31 0,1 1,68

3 15 0,46 0,1 1,75

4 22,4 0,33 0,1 1,70

5 29,9 0,27 0,1 1,69

6 37,4 0,27 0,1 0,52

Примечание:

Рт - максимальная продуктивность культуры рШет1з, г/л-сут; В0 - начальная плотность культуры 5. рШет1з, г АСВ/л; Втах - максимальная плотность культуры 5. рШет1з, г АСВ/л.

На рис. 3 показано, что внесение 15%-ной органической вытяжки из куриного помета стимулирует интенсивный рост X р1сйепн1н.

0 7,5 15 22,4 29,9 37,4 Концентрация ВКП в питательной среде, %

Рис. 3 Зависимость максимальной продуктивности (Рт) S. platensis от начальной

концентрации ВКП в питательной среде

На 7-е сутки эксперимента в культиваторе № 3 отмечена максимальная продуктивность микроводорослей - 0,46 г/л-сут, что в 1,6 раз выше, чем на стандартной среде Заррук.

Выводы

Органическая вытяжка куриного помета может служить богатым источником питательных и ростостимулирующих элементов, а также широко использоваться в практике массового культивирования микроводорослей. Экспериментально показано, что при выращивании спирулины на питательной среде с 15%-ной вытяжкой из куриного помета, продуктивность культуры в 1,6 раза выше, чем на стандартной среде Заррук. Таким образом, для приготовления культуральных сред можно использовать не только химические питательные смеси и минеральные воды, но и стоки птицефабрик, что позволит существенно снизить себестоимость биомассы S. platensis. Такой подход позволит решить немаловажную проблему утилизации отходов птицефабрик, проблемы экологического, энергетического, агрохимического характера и послужит основой для создания в сельскохозяйственном производстве безотходных экологически чистых технологий.

Список литературы

1. Горбунова С.Ю. Продуктивность культуры Arthrospira platensis (Nordst.) Geitl. (Cyanoprocaryota) при различной обеспеченности минеральным фосфором / С.Ю. Горбунова, A^. Боровков, Р.П. Тренкеншу // Aльгология. - 2011. - № 3. - С. 374 -384.

2. Горбунова С.Ю. Об эффективности использования микроводорослей в промышленной биотехнологии с целью мелиорации водной среды и получения кормов для различных отраслей сельского хозяйства / С.Ю. Горбунова, ЯД. Жондарева // Современные рыбохозяйственные и экологические проблемы Aзово-Черноморского региона. - 2012. - Т. 2. - С. 114 - 119.

3. Гудилин И.И. Биотехнология переработки органических отходов и экология / И.И. Гудилин, A^. Кондратов, A.A. Чичин - Новосибирск: Кн. изд-во, 1999. - 39 с.

4. Лысенко В.П. Подготовка и переработка помета на птицефабриках /

B.П. Лысенко - Сергиев Посад: ВНИТИП, 2006 - 126 с.

5. Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris BIN для получения биомассы и очистки сточных вод: Пат. 2192459 (RU), МКП C12N1/12. Н И. Богданов (RU); заявитель Богданов Николай Иванович (RU). - № 2001110341/13; Заявл. 18.04.2001, Опубл. 10.11.2002, № 31.

6. Саут Р. Основы альгологии: [пер. с англ. К. Л. Тарасов] / Р. Саут, A. Уиттик. -М.: Мир, 1990. - 597 с.

7. Тренкеншу Р. П. Простейшие модели роста микроводорослей. 1. Периодическая культура / Р.П. Тренкеншу // Экол. моря. - 2005. - Вып. 67. - С. 89 - 97.

8. Borowitzka M.A. Vitamins and fine chemicals from micro-algae / M.A. Borowitzka, L.J. Borowitzka // Micro-algal biotechnology. - 1988. - Р. 153 - 196.

9. Muller-Feuga A. The role of microalgae in aquaculture: situation and trends / A. Muller-Feuga // J. Appl. Phycol. - 2000. - Vol. 12. - P. 527 - 534.

10. Richmond A. Microalgal biotechnology at the turn of the millennium: A personal view / A. Richmond // J. Appl. Mycology. - 2000. - Vol.12. - P. 441 - 451.

11. Spolaore P. Commercial applications of microalgae (Review) / P. Spolaore,

C. Joannis-Cassan, E. Duran et al. // J. Biosci. Bioeng. - 2006. - Vol.101, №. 2. - P. 87 - 96.

12. Faucher O. Utilization of scawater - urea as a culture medium for Spirulina maxima / O. Faucher, B. Coupal, A. Leduy // National Research Counsel of Canada. - 1979. - P. 752 -759.

Статья поступила в редакцию 16.05.2013 г.

S.Yu. GORBUNOVA, PhD in Biology

Institute of Biology of the Southern Seas by A.O. Kovalevsky, NAS of Ukraine, Sevastopol SPIRULINA PLATENSIS (NORDST.) GEITLER CULTIVATION ON MINERAL-ORGANIC NUTRIENT MEDIA

It is experimentally established that the use of poultry farms' waste for preparation culture mediums and intensive cultivation of Spirulina platensis increases productivity of microalgae in 1,6 times compared to the control, and allows significantly to reduce the cost of S. platensis biomass.

С.Ю. ГОРБУНОВА, кандидат 6ionozi4nux наук

1нститут бюлоги твденних MopiB iM. А.О. Ковалевського НАНУ, м. Севастополь КУЛЬТИВУВАННЯ SPIRULINA PLATENSIS (NORDST.) GEITLER НА М1НЕРАЛЬНО-ОРГАН1ЧНОМУ ПОЖИВНОМУ СЕРЕДОВИЩ1

Експериментально встановлено, що використання стоюв птахофабрик для приготування культуральних середовищ i штенсивного культивування Spirulina platensis забезпечуе тдвищення продуктивносп мшроводоростей в 1,6 рази в порiвняннi з контролем, а також дозволяе iстотно знизити собiвартiсть бюмаси S. platensis.

С.Ю. ГОРБУНОВА, кандидат биологических наук

Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского НАНУ, г. Севастополь КУЛЬТИВИРОВАНИЕ SPIRULINA PLATENSIS (NORDST.) GEITLER НА МИНЕРАЛЬНО-ОРГАНИЧЕСКОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ

Экспериментально установлено, что использование стоков птицефабрик для приготовления культуральных сред и интенсивного культивирования Spirulina platensis обеспечивает повышение продуктивности микроводорослей в 1,6 раза по сравнению с контролем, а также позволяет существенно снизить себестоимость биомассы S. platensis.

УДК 579.8:628.196

Ю.В. ДОРОШЕНКО, кандидат биологических наук

Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского НАНУ, г. Севастополь

ХАРАКТЕРИСТИКИ РОСТА МАССОВЫХ ВИДОВ ДРОЖЖЕЙ ПЕРИФИТОНА СИСТЕМ ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ МОРСКИХ ВОД

Изучены некоторые характеристики роста морских дрожжей, выделенных из перифитона систем гидробиологической очистки морских вод. На основании полученных данных выявлена роль массовых видов дрожжей в трансформации нефтяных углеводородов и других загрязняющих веществ.

Ключевые слова: морские дрожжи, перифитон, системы гидробиологической очистки, характеристики роста.

Введение

В связи с интенсивным загрязнением морской среды механизм естественного самоочищения был нарушен антропогенным фактором. Поскольку естественные процессы не справляются с трансформацией загрязняющих веществ, это приводит к негативным экологическим последствиям.