Физиолого-биохимические особенности зеленых и эвгленовых микроводорослей и перспективы их применения

Исмаилходжаев, Боходырходжа Шарипходжаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Физиолого-биохимические особенности зеленых и эвгленовых микроводорослей и перспективы их применения
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Физиолого-биохимические особенности зеленых и эвгленовых микроводорослей и перспективы их применения"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «БИОЛОГ» ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ

На правах рукописи

ИСМАИЛХОДЖАЕВ Боходырходжа Шарипходжаевич

ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗЕЛЕНЫХ И ЭВГЛЕНОВЫХ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

03.00.12 — физиология растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

ТАШКЕНТ - 1994

Работа выполнена в лаборатории фотосинтеза водорослей Института микробиологии и Института ботаники АН Республики Узбекистан.

Научные консультанты: Академик АН Республики Узбекистан

|А. М. МУЗАФАРОВ]

доктор биологических наук, профессор И. Н. ГОГОТОВ

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор В. В. КУЗНЕЦОВ,

доктор биологических паук, профессор А. ЗИКИРЯЕВ,

доктор биологических наук М. КУЧКАРОВА

Ведущая организация — Ташкентский государственный

аграрный университет

Защита диссертации состоится « » ^/^/¿Л 1994 г.

в час. на заседании специализированного совета

Д 015.19.21 при Институте экспериментальной биологии растений НПО «Биолог» АН Республики Узбекистан по адресу: 700143, г. Ташкент, ул. Ф. Ходжаева, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экспериментальной биологии растений АН РУз.

Автореферат разослан « » Л 1994 г. [

Ученый секретарь специализированного совета, доктор биологических наук

НУРИТДИНОВА Ф. Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На протяжении- более 30 лет в Институте батаники-Щ РУз известной научной школой акад. М.А»ОДузафарова ведутся исследования по распространению,, выделению, сохранению, культивированию и практическому применению шкроводорослей в различных- отраслях народного хозяйства. Создана большая коллекция' (около 50 видов) зеленых, сине-зеленых и других- микроводорослей, выделенных, из почвы и, различных, водоемов республики (Эргашев,1982; Ыузафаров, 1987; Кучкарова, 1290; Вердыкулов, 1291)- В исследованиях Х.А«Бердынулова (1991) были установлены биологические, в частности ботанические, особенности, отдельных представителей-хлоро-кокковых, хламидомонадовых и эвгленовых микроводорослей, разработаны методы их массового культивирования. Однако более детальные и всесторонние исследования, связанные о изучением физиолого-био-химических. особенностей этих водорослей и используемых в массовом культивировании-родовБипаНеПа и. зг1сЬососсиз не проводшшсг

Как известно, эффективность применения биомассы микроводорослей в практических целях, особенно в сельскохозяйственном производстве, определяется-прежде всего. их. физиолога-биохимическими. особенностями, Подбор новых высокоактивных, мик'роводорослей - продуцентов ценных, в практическом-отношении: соединений позволил'бы расширить область их практического применения. Поэтому способы получения биомассы микроводорослей,. а из нее - различных! ценных, соединений, базирующиеся на использовании, основных закономерностей биосинтетическо деятельности микроводорослей, должна основы-ваться-на глубоком изучении-физиологии, и биохимии .продуцента. Эффективность накопления биомассы и. новообразования клетками, компонентов, важных, для решения практических, задач, в значительной, степени. зависит от создания оптимальных, условий выращивания каждою вида и штамма.•Подбор оптимальных условий для выращивания отдельного продуцента позволяет получить, биомассу,- содержащую различная целевые продукты, переориентируя, тем самым метаболизм клетки на преимущественное накопление. .

Следовательно, изучение физиолого-биохимическшь особенностей фотосинтезирующих клеток микроводор'ослей, адаптированных, к экологическим условиям Узбекистана,и отбор более активных продуцентов признается важным для решения вопросов, связанных о обеспечением различных отраслей народного хозяйства республики (животноводство,

птицеводство, пищевая,- фармацевтическая, "парфюы&рная промышленность и др.) альгологическим "сырьем".

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы — всесторонне изучить физиолого-биахимичзские особенности хозяйственно • перспективных местных видов. и~ штаммов микроводорослей из родов А£к181го3.еБши8 , СЫащуйошопаа - , Еи^1епа , Б11сЬососсцз , ВипаНеНа. при различит условиях выращивания; установить па- -раметры их'культивирования с целью повышения урожайности, оптимизации и направленного биосинтеза ценных: биологически активных соединений; разработать эффективные способы практического применения биомассы водорослей. :

Достижение поставленной цели требовало решения следующих за- -дач; определение оптимальных условий культивирования-микроводорослей (оветовой и температурный режимы) для максимального накопления биомассы и- ценных соединений в их клетках; изучение влияния ИКСС.на рост, продуктивность и;биохимический состав клеток микроводорослей; определение оптимального режима питания для накопления -важных компонентов л разработки экономически целесообразных способов культивирования микроводорослей, в том числе на средах, содержащих отходы пищевой промышленности; разработка технологических приемов выращивания -(сезон и продолжительность культивирования, тип установки,, характер перемешивания л др.) различных водот рослей для 'сохранения в их клетках максимального уровня накопления ценных соединений'при непрерывном цикле развития; разработка путей" регуляции углеродного питания микроводорослей путем изучения активности, локализации и функциональней роли нарбоангидразы в клетках различных таксонов!; сравнительное изучение биосинтети- -ческого потенциала микроводорослей. для поиска-наиболее активных продуцентов; выявление .возможности- повышения способности продуцентов накапливать отдельные соединения; изучение.перспектив применение активных продуцентов в некоторых отраслях народного хозяй-* ства, в частности- в пушном звероводстве, в качестве заменителя ашвотного белка. - ' .' •

Баучная новизна. Впервые дана оценка биосинтетической способности Т4 видов и штаммов микроводорослей образовывать денные для -практики соединения, отобраны наиболее активные^гоолуценты. Всесторонне изучены закономерности, накопления биамассы^и фактически, важных соединений в клетке, в частности белков (фракционный и ами-нокислый оостав)*лЕпидов (фосфолипидный и жирнокислотный состав),

• углеводов,, органических веществ- Исследована активность и локализация карбоангицразы в клетках различных микроводорослей в зависимости ох условий • их. выращивания.' -

- Для интенсивного роста и эффективного.воспроизведения клетками ценных: компонентов подобраны условия размножения каждого проду-йнта, установлена способность к сверхнакоплению отдельных, соединений добавлением в питательные среды некоторых макро- и микроэлемен-у тов, а также подбором световых режимов. Разработаны способы удешевления биомассы микроводорослей путем их культивирования на питательных средах,, содержащих пищевые отходы.

Впервые установлена биосинтетическая активность дуналиеллы при массовом культивировании в условиях Узбекистана,

Изучена локализация раз личных, форм карбоангидразы в кле тках. эвгленовых водорослей. Установлена зависимость активности различных форм карбоангидразы он условий азотного голодания и лимитирования по С02 .в клетках эвгленовых и хламидомонадовых водорослей. Доказана возможность использования'биомассы микроводорослей в качестве заменителя животного белка в рационе молодняка норов.

Практическая значимость работы.Долученные данные о биотехног-логической потенции разных видов и штаммов местных, форм микроводорослей позволяют рекомендовать использование их биомасоы в различных. отраслях сельского хозяйства,и в звероводстве. Установлены параметры культивирования для оптимизации- состава биомассы-каждого вида и штамма-. Выявлены активные продуценты отдельных ценных биологических, веществ: белков (эвглена), углеводов (хламидомонада), ли-пидов (анкистродесмус), каротина и токоферола (дуналиелла), а также некоторых незаменимых аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот, отдельных фракций фосфолипидов, органических веществ, выделяемых в культуральную среду и др., что имеет важное значение при-широкомасштабном освоении способов получения отдельных ценных вбшести Предложен способ экономного расходования углекислого газа в установках под открытым небом с учетом изменения активности-, карбоангидразы. Установлена возможность использования биомассы микроводорослей в качестве заменителя животного белка (20£) в рациона молодняка норок, позволяющего экономить ежедневно до 1 т мяоо-рыбнюс продуктов в Ангренском зверохйзяйстве. Полученные результаты могут быть использованы в качестве регламента при оовоении технологии промышленного культивирования местных видов' водорослей в условиях. Узбекистана, использовании их биомассы и метаболитов в различных

отраслях, сельского хозяйства, а также при- получении отдельных, физиологически активных веществ для медицины и парфюмерии;

Основные положения выдвигаемые на защиту. Т„ Исследованы фи-зи олого-б иохимичеокие особенности. 14 видов и- штаммов микроводорас-лей, в том числе & выделенных из; местной природы, с целью выявления наиболее хозяйственно'перспективных форм.

2. Выявлены основные закономерности-изменения роста,продуктивности; и биохимического состава микроводоросли, под влиянием внешних, факторов (температура, интенсивность и цродолжительность освещения, ИКСС, минеральное питание),что позволит повысить урожайность и.накопление5 ценных, соединений в клетках^ микроводорослей. Использование органических пищевых отходов в качестве питательных сред обеспечит экономичные способы культивирования микроводорослей.

.3» Выявленные технологичные режимы культивирования (сезон, ищ установки,, характер перемешивания, продолжительность выращивания) позволяют выращивать культуру (5ез потери ее биосинтетической актива ности,, при непрерывно-проточном способе, а изучение активности, локализации и функциональной роли карбоангидразы - рейдировать углеродное питание водоросли. ... ..........

..4. На основе изучения биохимического, состава клеток макроводорослей выявлены .наиболее.активные продуценты отдельных .ценных веществ -.белков».незаменимые аминокислот-, фосфодипидов, полиненаоыщен-ных. жирных ни слот (эвглена)-,, витаминов (дуналиелла), углеводов и вне клеточных, .метаболитов (хламидомонада) и установлены пути, оверх-накопления ценных соединений активных продуцентов под влиянием некоторых. внешних, факторов (азотное питание,, микроэлементы,, фотопершзд

5. Наиболее активные продуценты применены в пушном, звероводстве в качестве заменителя животного белка. Замена (20#) основного ра- . циона молодняка норо». пасюй. хламидомонады оказывает. биостимули-рующий эффект-на метоболизм животного организма и дает возможность сэкономить, мясо-рыбные продукты.

6. Безультатй.выполненных исследований служат физиолого-Оиоги-мической основой получения и использования биомассы цикроводорос-лей в качестве: продуцентов биологически активных соединений в различных отрастях народного хозяйства.

Апробация работы. Материалы диссертации- доложены и обсуждены на конференции по микробиологии, альгологии и микологии-, посвященной 50-летию образования Узбекской ССР' (Ташкент,.1974); У1.УП и УШ

конференциях по споровым растениям Средней Азии и Казахстана (Ду- . шанбе, 1978; АлмЗ-Ата, 1984; Ташкент, 1989); Всесоюзной конференции по биофизике и радиобиологии- водорослей' (Чернигов, 1982); Всесоюзной конференции- "Использование микроорганизмов для пищевых целей (Щщино, 1984); I и. 1Г Всесоюзных конференциях "Промышленное культивирование микроводорослёй" (Ашхабад, 1985; Андижан, 1990); 1У конференции биохимиков республик Средней Азии и Казахстана (Ашхабад,. 1386); U Всесоюзной конференции "Управляемое культивирование микроорганизмов" (Пущино, 19660; I Всесоюзной конференции- пАктуальные проблемы совремённой альгологии1" (Черкассы, 1987); I Всесоюз-, ' ной конференции "Микроорганизмы стимуляторы и ингибиторы роста растений и животных" (Ташкент, 1989); Всесоюзной конференции "Хемо-. таксономическое изучение споровых растений и грибов (Киев, 1990); Международной конференции' "Фотосинтез и фотобиотехнология"-(Пущино, 1991); семинаре лаборатории биохимии и биотехнологии фототроф-ных микроорганизмов Института почвоведения и. фотосинтеза РЖ (Пущино, I9SO); расширенном заседании лаборатории-фотосинтеза водорослей Института ботаники АН РУз (Ташкент, 1993).

Публикации. Опубликовано 48 работ, в том числе 39 по материалам диссертации. '

■ Структура и объем диссертации. Диссертация содержит 259 с. машинописного текста,, включая .75'таблиц, 16 рисунков, и состоит из введения,, 1: глав, заключения', выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 2М работы отечественных авторов и 106 зарубежных, ..

С: О Д Е Р Ж А Нг И, В. Р к Б О Т' Ы

МАТЕРИАЛЫ И МВТЭДЫ' ИССЛЕДОВАНИЙ

Объект исследования. Объектами исследования служили'14 .видов и штаммов микроводорослей, являющихся представителями 2 отделов', (зеленых.. - Chlorophyta ■ и 'авгленовых - Buglenophyba ) И ? родов ( Chlorella Beyeriitfc » Scenedesinus Meyen t Ankistrodesmus Cordai Chlamydomonas Ehrenb. , Dunallella Teod. . Buglena Ehrenb. , stichococcua Hag . Альгологичеоки чистые культуры Chlorelle rul-garis Beyer. (P-1) h. atr., Chlorella vulgaris CO 10 (25), Dunaliella salina.

Tèod, Dunaiiella minuta Leroh. были получены из код-

лекции Института физиологии растений РАН; finkietrodesmus Ъга-unii Brunnth. - из'коллекции Биологического шсти^та^ЛГ^ • Chlamydomonaa reinhardii Dang , 449 —из коллекцийГмеди-

ко-биологичеоких проблем МЗ России; Chlorella pyrenoidosa Chlok

* УА-I-I И Chlorella Tulgaris nPB4,scenedeamus obliquue (Turp) Kuetz , УА-2-6; Ankistrodesmue angustus ( Вч«п*0 KorechikoT , УА-3-1, Stlchocoooue Иag. Sp. . Chlamydomonas

reinhaxdii Dang , УА-5-16, Euglena graoille Kleba

УА-4-17, K.próxima Dang УА-4-19 - из коллекции Института ботаники АН РУз.

Культивированиа. В лабораторных условиях водоросли выращивали в стеклянных сосудах, помещенных в термостатирующую камеру (Владимирова, Семененко, 1962). Культуры перемешивали продуванием воздуха, содержащего 1-25» углекислого газа, микрокомпрессором типа МК-Л2. Для освещения использовали- лампы ЛК-40, ДР1 -250, 400. Под открытым небом водоросли культивировали в горизонтальных установках лоткового типа (объем 40, 100, 500 и I0QQ л), разработанных Биологическим институтом Санкт-Петербургского университета (Ниневия, Верзилин, 1963), в зигзагообразной (10 т) и круглой (20 т) цементированной установках. При выращивании микроводорослей использовали следующие питательные среды: 04 (Милоградова, Музафаров, 1966); Тамия, Ыайерса, Ягужинского (Владимирова, Семененко, 1962); Паламарь-Мордвинцевой (1969)1 Громова, Громова в модификации (1973); Семененко-Абдуллаева '. (1980); Артари (Вассер и др., 1989); УзА (Бердыкулов и др., 1983), а также о добавлением органических веществ в виде 1% овечьего навоза, 0,1-1$ куриного помета, 0,2$ ацетата натрия и 0,4£ отходов пищевых производств - пивзавода (солодовые ростки) и масложиркомбината (хлопковый шрот) в соотношении 1:1.

Определение роста, массы оухого вещес.тва и .разрушение кле-.точной оболочки микроводорослей. Рост и морфологическое состояние клеток водорослей цроверяли наблюдением и подсчетом в камере Горяева под микроскопом. Продуктивность водорослей устанавливали по сухой массе, которую определяли весовым методом (Владимирова, Сеьлненко, 1962; Сиренко и.др.., 1975; Вассер и др., 1969). Выращенную бколассу осаждали центрифугированием (ОС-6) . и сепарированием, дваяды промывали дистиллированной водой.

.......... 9 _

Водоросли, выращенные на открытом воздухе, собирали на центрифуге ОШ-1 при 15 тыс.об/мин. Клеточные оболочки- водорослей разрушали дезинтегрированием со стеклянными микробусами Чанса (Семененко, Касаткина, 1972) о использованием гомогенизатора типа 302 (ПНР). Свежую биомассу с 0,05 М фосфатным буфером (рН 7,0-7,5) + отекяянныв бусы (1:1:1,25) разрушали-30 мин при 14 тыс.об/мин. Надоаадочнув жидкость отделяли на центрифуге ЦРА-1 (15 мин, б.Ю3 тыс.об/мин.). В некоторых случаях применяли растирание клеток со стеклянным песком в ступке или замораживанием и оттаиванием в жидком азоте.

Определение - пигментов. Содержание пигментов (хлорофиллы "а" и "в1", каротиноиды) определяли спе к трофо томе три че о ким методом после разрушения и экстракции клеток ЮО^-ным ..... !

ацетоНйл( Wettstei.ii , 1857; Ермаков и др., Г987).

Определение белков. Общее содержание белков находили по количеству общего азота (общ. И х 6,25), который определяли методом полумикроКьельдаля (Белозерский, Проскуряков, 1951). Для извлечения фракции-белков из биомассы микроводорослей использовали воду, 8/в-ный раствор поваренной соли и 0,2^-ный раствор едкого натра (Иоффе и др., 196а). Для определения аминокислотного состава 24' ч. обезжиренной биомассы гидролизовали 6н соляной кислотой в запаянной ампуле в кипящей Водяной бане. Количественное определение аминокислот осуществляли как одномерной хромотографии~на бумаге (Белозерский, Проскуряков,1951), так и в автоматическом аминокислотном анализаторе типа ААА-881 (Чехословакия).

Одределение липидов. Общую оумму лигшдов определяли экстрагированием хлороформ-метаноловой (3:1) смесью (Мае эв, 1966). Липиды фракционировали методом тонкослойной хроматографии на силикагеле КСК, используя систему растворителей хлороформ-ые--танод-укоуоная кислота-вода (65:43:1:4). Содержание фоофора определяли по методу Васьковского (1Э75), жирнокиолотный оо-став в общих липидах - методом газо-жидкоогной хроматографии > ■ (Ланкин, Сацовникова, 1971; Антонян и др., 1986). , '

Определение углеводов. Общее содержание углеводов опредв-» . ляли антроновым методом (Ермаков и др., 1972), различные группы углеводов - методом Бертрана по охеме Кизеля (Белозерский,

.............................Ю............;

Проскуряков, 1951; Ермаков и др., 1987). ' ..... /

Определение витаминов. Содержание каротина определяли по методу Мурри (Ермаков и др., 1987), аскорбиновую кислоту - титрованием вытяжки 2,6-дихлорфенолиндофенолом (Елешков, 1971; Букин, 1982), токоферол - железо-дипиридиловым методом в модификации Девятина, Солуниной (Ермаков и др., 1987).

Дезинтеграцию клеток проводили в фосфатном буфере, содержащем 0,06 M На2НК>4 , 5 цистеина и I мМ ЭДТА (рН 8,3).

Фракционирование бесклеточного гомогената на фракции растворимых белков и нерастворимых клеточных компонентов осуществляли методом ступенчатого центрифугирования последовательно при 3, 5, 14 и 18 тыс. у соответственно 5, 10, 20 и 60 мин при 2°С (Семененко и др., 1977), а также центрифугированием при 18 у • Ю3 в течение 60; мин (Р&мазанов и др., 1990).

Карбоангидразнуд активность" измеряли в интактных клетках водорослей, в супернатанте и нерастворимых клеточных компонентах. • электрометрическим методом (Семененко и др., 1977; Пронина, Семененко, 1984; Рймазанов и др., 1990) по изменению рН (от 7,8 до 7,3) в реакции гидратации COg с автоматической регистрацией процесса ионометром (jongra ОР-267, Венгрия), соединённым с универсальным полярографом 0H-I05 (Венгрия). Контролем служила неэнзиматическая реакция. Активность фермента рассчитывали в единицах Вильбура-Андерсона в мкмоль С02 на I мг сухой масоы и единицу хлорофилла.

■Макро- и микроэлементы, доступные активационному анализу, в биомассе микроводорсолей, грубых кормах и семенах злаков оп- . ределяли совместно о сотрудниками лаборатории активацйоннбго анализа Института ядерной физики АН РУз (Джумаев и др., 1974; Музафаров и др., 1976). . 1 •

Общее содержание органических соединений в культуральной среде, в которой выращивались ыикроводоросли,'определяли по методу мокрого сжигания серной кислоты с последующим титрованием . гипосульфитом (Владимирова, Семененко, 1962-, Сакевич, 1985). .

Биохимические -анализы крови животных проводили совместно с сотрудниками Среднеазиатского отделения Всесоюзного научно-исследовательского института охотничьего хозяйства и зверовод-

.______________________________________II

ства им', проф. Б.М.Житкова. ';

Общий белок определяли рефрактометрическим методом, белковые фракции - методом электрофореза на бумаге, холестерин - методом Илька (Берестов, 1971), глюкозу - По реакции ортотолу-идинодам реактивом (Инструкция Минздрава СССР, 1972).

Облучение микроводорослей импульсным концентрированным солнечным светом осуществляли пленочным откачным концентратором солнечного света, разработанным в Физико-техничеоком институте АН РУз (Умаров, Кордуб, 1965; Садыков и др., 1970).

Полученные данные математически обработаны по методу А.Асатиани (1965) й Э.Ивантера (1979).

Влияние температуры и освещенности на рост,продуктивность и биохимический состав кикро водорослей

Существенное преимущество микроводорослей - $изиолого-био-химическое разнообразие и лабильность их химического состава, позволяющие осуществлять биосинтез ценных природных соединений в зависимости от внешних факторов. Основными фактораицроата, развития.и продуктдоости микроводорослей являются свет и температура. Для роста микроводорослей характерно наличие как светового, так и температурного оптимума.

Для подбора штаммов, отвечающих требованиям промышленной культуры, необходимо детальное изучение их в лабораторных условиях с целью разработки параметров культивирования в производстве. В подбор температурного и светового режимов для^оитииизации оиохимического состава клеток у мало изученных видов' и штаммов. Исследования по 2 видам родов Арк1в1;го<1еатив „ СЫашуаотопав , Сиаа11в11а,' И Еив1епа показали, что их рост, продуктивнооть и биохимический состав существенно зависят от температуры и интенсивности света. Оптимальными для биохимичеоког. состава клеток Апк1в^ го<1вашив апвиз^а и А.ЬгаипИ были соответственно ТОЦ-Пература 20 и 25°С и оовещеннооть 5 и 10 кЛк. А. апв^иа выросшая п таких условиях, за 7 дней образовала 1,9 г/л оухого

. 12 вещества при плотности 78.,2 млн кл./мл и наибольшем количестве каротина (184 мт%), (Зелка (40.I2Í) и липидов (21,2$).. У А.Ъга-, unii эти показатели составили соответственно 2,15; 100,2; 221,4; 55,31 и 26,Г.

При указанных температурных и световых режимах в биомассе анкистродесмусов накапливалось наибольшее количество водорастворимых и растворимых белков.

~ ~ Euglenauia graoilie , Б. próxima И Chlamydomonae xeinhardii , УА-5-1& оказались мезофильными водорослями. Ис высокая продуктивность (0,6; 1,4; 0,8 г/л в сутки) отмечена при . освещенности 30 Вт/м^ и температуре 25°С. Максимальное накопление основных компонентов клетки и витаминов у этих водорослей наблюдалось при 30°С и той же интенсивности света. Только jr Е. graoilie найболее высокие содержание витаминов и продуктив-. ность отмечены при 25°С, Повышенная температура ингибировала 'нитаминообразование у этой водоросли. Аналогичные данные поду- . чены при изучении дуналиеллы (Рамазанов и др., 1988). Для роо-та и накопления некоторых ооединений у Chl.reinhardii 449 в лабораторных условиях оптимальны температура 35°С и оовещенно-, ' сть 15 кЛк. При таких условиях количество клеток достигало 23 млн/мл, додержание сухого веще.ства— 2,S3 г/л, каротина - 112,3 ш{С,. белка - 45,6#, ,липидов - 16,2$. Эти режимы способствовали также накоплению растворимых белков, в том числе водорастворимых фракций их, и незаменимых аминокислот. ■ ' ' 1]|лГиспо«зован*я водорослв^'в^п^ктичесмх целях необходим..

поиск активных продуцентов новых Ьидой "сырья", что требует ; .. оценки способности к образованию ими различных ооединений. Для ■ промышленного использования перспективны- галофильные. "водоросли '. рода DunaiieiXa (Абдуллаев и др., 1981, Г99Г). Под действи-: ем внешних факторов можно достичь направленного биосинтеза.то- .; го или иного вещества у галофильных форм микроводорослей (Семе-ненко и др.'г 19Б5). ' ' ' . . . '.■;".

' Изучение-содержав в "клетках. D.salina

в D. Binuta показало, что хл'орофиллы "а" и "в", каротиноиды, аскорбиновая кислота, белки, липиды и углеводы в наибольтем.ко-г личестве обнаруживается при телшоратуре 28°С и интенсивности-овета 30 Бт/м^. Следует отметить, что D.salina образует этих веществ значительно болыне (36,76 мг/г хлорофиллов, 13,02 i¿rí каротиноидов, 53,422 белка, 37£ липидов,. 5,ES крахмала),

• чем D.minuta

На скорость деления клеток, накопление биомассы, скорость фотосинтеза и другие физиолого-биохимические показатели водорослей заметно влияет длительность световых и темновых периодов (Шушанашвили, Семененко, 1985). Световой режим у различных микроводорослей неодинаков. Определение продолжительности светового периода важно для культур, выращиваемых как при искусственном, так и при солнечном освещении. Продолжительность светового дня по сезонам и в разных географических зонах значитальт-но колеблется. Поэтому, необходимо подбирать штаммы водорослей в соответствии о особенностям ~их светового периода (Скотнико-ва„ Гшснунова, 1984; Кондратьева и др., 1989). Степень влияния на микроводоросли длительности свето-темновых периодов зависит от интенсивности света. Для эвглены при круглосуточном освещении оптимальна интенсивность света 30 Вт/м2. Повышение (60 Вт/м2) или снижение С15 Вт/ы2} интенсивности »света ухудшает состояние кулА^у^асТьуг?ейьшаеИ^с^.еВ?н-е- данных веществ. Для роста и накопления биохимических компонентов эвгленовых водорослей оптимален 16-часовой световой период с интенсивностью света 60 Вт/м2. Максимальное содержание':-v..;-- витаминов у обоих видов •'•• эвглены требуется 12-часовой световой период при интенсивности света 30 Вт/м2. У. Chl.reinhardii , УА-5-16 и D.minuta оптимальны соответственно 12 (интенсивность света 30 Вт/м^)- и 8 СБО Вт/м2} - часовые периоды освещения. Усиление роста и накопле-vÎeVtn^^ D.salina , Stichococcus sp. и Chl.reinhardii-

449 отмечено при круглосуточном световом периоде с интенсивностью света 30.Вт/м2.

Влияние длительности светового периода и интенсивности Света на стюсококкус незначительно (4jt при 12- и 24-че овых световых периодах). Следовательно, ала воцррооль способна к эффекта в не ■' Гц à капливатГ б ион ас с ы "и ¥е та^в Ооле е широком диапазоне. Клетки сохраняют способность максимально на кап ли вать : биологически!; активные вещества как при 16-', так и при 24-чцоовом световом периоде, но оптимален второй;

При оптимальном оветовом режиме расход энергии и ее аккумуляция в клетках водорослей сбалансированы. Эффективность использования и раоход световой энергии у каждого вида и штамма водорослей зависит от согласованности всех звеньев фотосинтети-

Í4

9> Ц

d a.

10 15

Освещенность, клк

20"

*1-2 Anklotrodeomus anguotus, A.braunil; 2-5 Chlaraydomonas reinhardil y¿-5-16,Euglena graoilis, E.próxima, Dunaliella minuta, D.salina;

4-Chl.reinhardii -ЧЛ9; 5- Chlorella pyrenoldoaa УЛ-1-1 (Якубов, 1971)

Z 3

фотопериод f'ÍOCl

D - световой, период, • В -хешовои период Í-D.minuta, 2- Chl.roinhardii УД -5-16', E.gracilia, В.próxima (для витаминов ) ' . 5- E.gracilin,E.próxima; D. salina , Stichococcus sp. " '

Рис.1 Температурные и световые параметры для максимального выхода биомассы и оптимизации биохимического состава^ микроводорослей. . ;

ческой деятельности процессов роста и развития растений (Ничи-п°Р°в§8коИк уроМГй

СледовательнбуРсодержание практически ценных веществ у исследованных водорослей от длительности светового периода зависит больше, чем от интенсивности света.. Непрерывное оовещение у большинства видов ингибирует синтез биохимических компонентов, что, возможно, связано с накоплением продуктов фотосинтеза,. отток которых, происходит в темноте (Семененко, 1982). Эти особенности водорослей необходимо учитывать при производственном культивировании. их состав—

т&ким образом^еысокий выход ^омассы иЧЗольпшнства исследованных микроводорослей оптимизируется при средних температурных и световых режимах, а у некоторых - при низких и более высоких, параметрах культивирования (рис. I),

Влияние ИКСС на рост,продуктивность и био-хинрческий состав никроводорослей

Облучение ИКСС применяется для стимуляции физиологических процессов и повышения'урожайности сельскохозяйственных культур (Шахов, 1972). Предпосевное облучение семян ячменя и пшзницЫ" ИКСС улучшает всхожесть семян, сокращает продолжительность, вегетативных фаз, повышает урожай зерна (на 15-202), содержание белка в нем (на 3-4$) (Юсупов, 1974). . •■■ .

Облучение культуры микроводорослей ИКСС - один из путей повышения продуктивности и улучшения качеству, альгологического "сырья" (Музафаров и др., 1971, 1976; Рахимов и др., 1975; Бер ■ дыкулов, 1980). Наши исследования показали, что ежедневное облучение ИКСС культур СЫ.ога11а ти1ваг1а (Р-1) Ь.а1;г и Зрепейеатиа оЪНяиив , УА-2-6 (277 мин) увеличи ает плотность и повышает продуктивность хлореллы на 45?, оценедеому-оа - на 35. С увеличением плотности и продуктивности микроводо-роолей улучшается и химический состав биомасоы. При облучении ИКСС содержание каротина у хлореллы повышается на 50$, у оца-недесмуса - на 22%, количество белка в биомассе увеличивается соответственно на 15 и 20?, липидов - "а 33 и 30 (рис. 2).

В биомассе облученной культуры водорослей увеличиваетря суша свободных и связанных аминокислот. В ооотаве связанных аминокислот повышается содержание лизина, треонина, метионина, валина, фенилаланина, лейцина и изолейцина.-Повышается тлкжа

Рис. 2. Влияние ИКСС на продуктивность и биохимический состав"- микровоаорослей

I - каротин, 2 — общий белок, Э - сумма раотво-римых белков, 4 - сумма незаменимых аминокислот, 5 - углеводы, 6 - липиды, 7 - продуктивность (цифры над столбцами обозначают повышение со-■ ■ держания соединений. . -- - ' .

« • к

содержание микро- и микроэлементов. У облученной, культуры водорослей железа было в 15-40£~', а марганца в больше, чем в но облученных. Это важно, так как рационы животных, должны содержать не- только углеводы, белки и жиры, но я минеральные элементы (Сальникова, 1977). .

Зависимость роста,продуктивности и биохимического состава микроводорослей от- -питательной среды

■ Одной из важных задач физиологии "является создание оптимальных условий питания для синтеза ценных метаболитов клетками разных продуцентов (Егоров и др., 1987).. Среди видов и штаммов водорослей родов Chlorella и Scenedesmua выделенных из местных источников, наиболее перспективны для биотехнологических целей Chlorella pyrenoidoaa УА-I-I и Soene-desmis obliquue УА-2-6.. Они' высокоурожайны, термофильны и устойчивы к неблагоприятным факторам (Музафаров, Таубаев,

1984). Однако исследованиямо влиянию состава питательной сре-

—- ссы И е

ды на накопление оиомал<омлонентов клетками этих водорослей не

проводились»

В лабораторных условиях максимальные рост, продуктивность, накопление каротина и липвдов у хлореллы наблюдались при выращивании на среде Тамия, сценедесмуса - на среде Ыайерса, тогда как для получения биомассы, богатой белками, их следует культивировать на среде 04. '

При культивировании Ch.pyrenoidoea ' , УА-I-I в полупроизводстве нной установке под открытым небом наибольшие прирост клеток (189,5 млн кл/мл),. накопление биомассы (28,0 г/м2 сухого вещества в сутки), содержание каротина (281 мг£),'белка (56.,3^), растворимых фракций белка (54,5^) и незаменимых аминокислот отечет в биомассе, выращенной на модифицированной среде Тамия.. Содержание липидов'самым высоким было при рооте.культуры на среде 04 (19,-0).

Провеценные нами исследования' по влиянию различных минеральных питательных сред (Тамия, 04, Ягужинского, Грол, за, Гро-т мова модифицированная, Паламарь-Мордвинцевой) на накопление биомассы и важнейших компонентов клетками Chi . reinhardii -449, Aiüciatrodesmus anguetua , A.braunli показали, ;

что оптимальны соответственно среда Громова (модифицированная)', Ягужинского и Паламарь-Уордвинцевой. Эти штаммы на органичеоких и. органо-минеральных средах, растут ху^„ чем на минеральных (Бердыкулов, 1991), Для видов дуналиеллы применяются минеральные питательные среды Семененко-Абдуллаева (1980)-- для лабораторных услогшй и Артари, используемая при массовом культнвиро-

вании (Абдуллаев и др., 1991). В открытой-массовой культуре D.ainuta лучший рост набледался при. добавлении в среду Ар-гари I М saCL . • При этом стабилизировались биохимический . оостав и выход'качественной биомассы. Для адаптированной к вы-оокоминеральной ореде формы Chlorella vulgaris 00(10)25 .

среда 04 о добавлением 0,5 М ЫлС1 оказалась оптимальной н отношении, образования липидов (33£).

Все большее- внимание уделяется разработке экономических способов культивирования микроводорослей о использованием сред, содержащих отходы промышленности и сельскохозяйственного произ- . водсгва (Рудик, 1990г Биямес и др., 1992).. Мы изучали качество О,4^-ных растворов отходов пивзавода (солодовые ростки) и мас-ложиркомбината (хлопковый шрот) в соотношении 1:1 как питатель- . ной среды для миксотрофной Chlorella Tulgaris , штамм ПРВЧ,. Роот, накопление биомассы, содержание хлорофиллов и важнейших компонентов (кроме углеводов) у клеток хлореллы на среде, состоящей только из. органических веществ, были значительно ниже, чем у культуры,выращенной на стандартной питательной среде Тамия. Добавление магния и ряда микроэлементов (по Тамия) в органическую питательную среду существенно увеличило выход хлорофиллов (9,49 мг/г), каротина (130,5 мг£),. аскорбиновой кислоты (60 mi#), токоферола (82,2 mi£) и белка (42,2^) - почти да уровня, наблюдающегося при использовании стандартной питательной среды. Этот штамм можно культивировать в полупроизводственной уотановке на органических питательных средах, содержащих магний и микроэлементы.' .

Для обеспечения роста водорослей в непрерывной массовой культуре необходима разработка сбалансированных сред, в том числе по азотному питанию (Упитис, 1985; Расулов, 1990). С целью подбора оптимальных форм азота мы проводили культивирова- .• ние на средах с различными источниками его. Установлено,' что аммонийные-формы азота наиболее пригодны для роста и образования ценных метаболитов у всех изученных форм микроводорослей.. А. anguatua . УА-3-1 и Chi . reinhardU - 449 лучше ро-" сли при использовании фосфорнокислого аммония. Питательнее среды, содержащие в качестве источника азота сернокислый'аммоний, были благоприятны для Chi - reinhardii „ УА-5-1Е, ;Egra- ' cille . • УА-4-17 и Б. proxima ' • УA-4-I9.. Водоросли, вырос-

•шке на указанной форме азота, давали высокий выход биомассы и ценных метаболитов. Однако наибольшее количество белка у этих культур получено на средах о органическими формами азота (2% овечьего навоза). На аммонийных формах азота культуры росли лучше» чем на нитратных. По-видимому,для потребления нитратной формы азота водорослям требуются дополнительные затраты на восстановление нитрата до нитритов и аммиака, а аммиак репрессирует синтез ферментов ассимиляционного восстановления, нитрата (Егоров и др., 1987).

Минеральное питание водорослей, в том числе влияние на их развитие микроэлементов, изучено слабо. Имеется лишь несколько сообщений о действии ид , zn » Cu . Mo» Со и В на роот хлореллы и некоторых других водорослей. О влиянии других микроэлементов можно судить лишь по аналогии с высшими растениями (Бум-бу, 1976;' Упитио, 1983).

Первые исследования по влиянию йода на водоросли проведены нами. Было известно,лишь, что йод влияет на содержание белка и йодорганических соединений в биомассе цианобактерий (Баба. ев и др., 1979, 1985; ;Альбицкая и др., 1988).

Влияние йода на рост, продуктивность и качество биомасса мы изучали на 5 штаммах и видах хлореллы, хламидомонады и эвглены. При этом установлено, что наиболее значительный стимулирующий эффект йод оказывает на • Chi , reinhardii - 449. Добавление УК) (60 мкг/л) к модифицированной среде Громова ускоряло рост хламидомонады-449 на 40, ЭЕ, урожайность - на 25, содержание каротина — в 2 раза. Максимальное повышение содержания белка (34,4£) наблюдалось при выращивании водоросли в среде с 120 мкг/л KJ . Наибольшее положительное влияние проявлялось на 7-е сутки выращивания культуры в накоот. зльном режиме (Исмаилходжаев и др., 1991).

Таким образом, большинство штаммов микроводороолей максимально синтезировали ценные соединения при выращивании на минеральных средах, отдельные формы - на минеральных срезах о добавлением органических веществ и всех оредах о аммонийными формами азота. Установлены оптимальные кстдентрации tk ti., в питательной среде для стабилизации биохимического ооотава ду-налиеллы и хлореллы и KJf для направленного биооинтеза отдельных компонентов у хламидомонады-449. Цоказана возможность использования отходов пищевых производств в качестве питательных

оред для выращивания хлореллы. Этот метод позволяет снизить себестоимости биомассы,. _._

Зависимость количество и качество биомассы микроводорослей от технологии культивирования

Биосинтетическую активность'мйкровЬдорослей, культивируемых в условиях солнечного освещения под открытым небом, определяют с учетом технологии культивирования, сезона, продолжительности выращивания, типа установки и перемешивания. При открытом •культивировании существенным фактором-, определяющим рост,- развитие,, продуктивность и состав биомассы, является сезон.

Мы проводили исследования качества биомаасы Ankistrodeemus angustus » A.braunii > Chlamydomonas reinhardii -

449,Chîamydbmorias reinhardii , УА-5-1& Dunaliella minuta ' в лотковых установках с апреля по октябрь.. При этом установлено, что качество биомассы a.angustus » УА-3-1 и A.braunii сильно зависит от оезона. Биомасса, полученная в весеннее и осеннее время, отличалась более выооким содержанием каротина, белка и.незаменимых аминокислот. Летом ценных ведеств накапливалось значительно меньше (кроме липидов). Установлено (Барашков,1972), что у хлореллы весной обмен направлен в сторону синтеза белков, летом - углеводов или жиров. Возможно, что при неблагоприятных условиях культивирования многие виды .микроводорослей синтезируют запасные вещества (Рудова, 1981; Владимирова и др.,1990).

У Chi. reinhardii - 449, выращенной в мае-сентябре, наибольшее количество каротина, белка и незаменимых аминокислот отмечено в июле. Рост й продуктивность этой водоросли были высокими. Для получения высокого выхода биомассы местного штамма •" хламидомонады с оптимальным составом его.следует выращивать в открытых культиваторах в весеннее (май) и осеннее (август) время года. В биомассе, полученной'в эти периоды, каротина (105,0122,0 мiíí), аскорбиновой кислоты (66,2-71,1 мг#) и белка (38 -42-IOi?) больше,, чем в летние месяцы (соответственно 61,5 42,1 и 31,72). .i

Рулерханио витаминов в биомассе D.minuta , выращенной в период с февраля по сентябрь, варьировал в шроком диапазоне. •

были апрель-повышается

содержание аскорбиновой кислоты й токоферола. Накопление каротина в клетках d.minuta в июне-июле было на 1Ъ% (654-672 мг^),:больше, чем в остальные периоды года (405-599 мг£). Сле-. довательно, для получения биомассы D.minuta с высоким содержанием каротина ее следует выращивать в летнее время в установках открытого типа при высокой интенсивности овета.

При изучении зависимости скорости роста D.salina от перемешивания суспензии выявлено, что механическое перемешивание отрицательно влияет на рост, развитие микроводоросли и синтез ценных веществ. Поэтому в последующих опытах мы использовали барботажный способ.. Он оказался более благоприятным для роста, развития и физиологического состояния водорослей. Барботажное перемешивание более благоприятно также для образования витаминов и белков. Содержание каротина в э^их условиях достигало 1100 mi>, витамина С - 128,2 витамина Б - 78,0 мг£, белка - 62,5$. Существенное увеличение количества витаминов С' и Б свидетельствует о высокой функциональной активности клеток водорослей ( Miyashita , Takagi , 1987).

Биохимический состав клеток водорослей зависит и от фазы роста. Клетки, находящиеся в активном состоянии в экспоненциальной фазе, содержится"' наибольшее количество ценных продуктов (Исмаилходжаев, Рахимов, 1985). Длительность фазы роста у водорослей зависит от физиологических особенностей штамма, вида,' условий культивирования и начальной плотности культуры. Экспоненциальная фаза каждого вица водорослей приходится на разные периоды культивирования (Исмаилходжаев, 1987). Для определения активного состояния клеток-микроводорослей мы лзучалн роа * зависимость накопления биологически активных вещёотв от продолжительности их культивирования. При этом установлено, что в наиболее активном состоянии водоросли' находятся в течение 4-12'

дней. . -------- ------

количество и •

Мы исследовали зависимостьУкачеотвабиомаооы Chiamydomónae

reinhard^iyA-5-16 и Euglena graoilis , УА-4-17 от продолжительности культивирования в накопительном режиме, Наиболь--шее накопление каротина, белка и липиров в биомассе хламидомонады при росте как на минеральной (соответственно 112 mi*Í, 44,Е#, 34,ГЙ),та:< и на oprauo-минерольной (130 мГ.», и 30;í)

средах отмечалось на 4-е сутки, а, у эвглены - на 6-е (в мае 121 мг%, 56? и 29%; в июне 137 50% и 30% ' Культура Chi. reinhardü - 449 наиболее интенсивно росла и накапливала максимальную биомассу (18 г/м2 в сутки) при содержании каротина 142 белка 56/S и липидов.19$ на 8-е сутки. Барбо-тажный способ выращивания D.minuta сокращает сроки перехода культуры в активное состояние. Максимальное содержание витаминов (1100 мт% каротина, 78,5 мг% токоферола, 142 мг% ас- • корбиновой кислоты) приходилось на 8-10-е оутки. Без перемешивания суспензии клетки водароолей в наиболее активном состоянии были на 12-15-е оутки.

Для оценки возможности использования водорослей на практике мы изучали влияние типа биореактора и периодичности культивирования на качество биомассы в различных региона^ Узбеки.- ' . стана. Массовое культивирование Chi.reinhardü - 449 в Ташкентском оазисе осуществляли в установках'лоткового типа (1000 л), зигзагообразной (10 ООО л) и круглой цементированной;

( 22 ООО л). Установлено, что при непрерывно-проточном опо-собе культивирования в установках лоткового и зигзагообразного типа биомасса хламидомонады близка по качеству к биомассе, ' получаемой накопительным способом. Круглый цементированный бас-сей оказ'ался непригодным для выращивания хламидомонады (рис., 3).

В биомассе chi.reinhardil ,5-16, культивируемой непрерывно-проточным способом в лотковой установ^е^освещаемая поверхность 2,5 м^) в течение 60 дней, количествсценных веществ существенно не изменилось,.особенно в Ташкентском оазисе. Следовательно, местный штамм хламидомонады можно культивировать в различных местностях Узбекистана в лотковых установках без перемешивания и подпитывания углекислотой. Такая технология экономична, так как не требует сложного технологического оборудования. Этот способ дает возможность ежедневно получать 7,5-10 г качественной сухой-биомассы.водорослей с I м2 освещаемой поверхности. . • :

Таким образом, качество биомассы микроводоросдей. зависит от режима технологии культивирования, сезона, типа биореактора, перемешивания суспензии, углекислотного питания и возраста культуры.. У одной группы микроводорослей качество биомассы длительное время сохраняется при выращивании в лотковой и зиг-

ту _ JL. enguatue УА-З-I, A. feraunii , У - D. minuta , У1 - Chl.reinbardii УА-5-16, УП - в. gracilis УА-4-17; А - жаркие летние месяцы, Б - ввсенне-осенние, В - ран- е-весеннее и позднее с зннее время; установки: f |- лоткойые (I т),, зигзаго-

образные (10 т)- циркуляционное перемещение, (i j j ¿¿1 - лотковые (0,5 т)- барботажное пе-реиепение, ; )- лотковые (0,10-0,25 т) -без перевешивания; 4-12 дни максимального образования ценных соединений.

загообразной установках при циркуляционном перемешивании суспензии,. у другой - при йарботажном способе перемешивания, у третьей -без перемешивания и подпитывания С02. Максимум урожая и в них ценных: соединений в клетках содержится у 4-12-дневных культур водорослей.

Активность, локализация и регуляции карбоангид- . разной активности микроводорослей разных таксонов

Важный фактор технологии культивирования фототрофных'организмов - оптимизация их углеродного питания. Одним из ключевых ферментов, по которому можно судить о процессе, является яарбоанги-драза. Карбоангидразу микроводорослей изучали многие авторы. Однако наши объекты в этом отношении практически не исследованы.

Все изученные нами.виды и штаммы водорослей обладают карбоан-гвдразной активностью. У дуналйеллы ее уровень выше,, чем у эвглена и хламидомонады...

3 хламидомонадовых водорослей, как и у сценедесмуса, почти вся карбоангидразная! активность связана с растворимой фракцией «глетов. У хлореллы этот фермент является нерастворимым (Семененко и др.., 1377.; Рамазанов, Сбмененко, 1988). У эвгленовых водорослей карбоангидразная активность может быть и растворимой, и нерастворимой (рис. 4). Активность карбоангидразы у.эвгленовых водорослей в растворимой и нерастворимой фракциях несколько выше, чем в гомо-генате,, что обусловлено'подавлением (ферментативной активности в.го-мопенате, возможно соединениями индольной или фенольной. природы. При- снижении концентрации. СО2 в газовой фазе -(0,03£) активность этого фермента у всех изученных, форм родорослей повышается. Суще-г ственно возрастает карбоангидразная активность' при низкой концентрации углекислоты (0,0Э$) у дуналйеллы, особенно при массовом, ее выращивании (более чем в.6.раз). Судя по карбоангидразной активности дуналиелла более чувствительна к'углекислотному питанию, ©^-зависимой формы фермента дуналиелла синтезирует больше„ чем другие водоросли-(рис. 5). У эвгленовых водорослей при низком содержании. СО2 в базовой фазе карбоангидразная-активность значительно, повышается. По механизму адаптации к лимитированным по СОз условиям эвглена отличается от хламидомонады. В адаптации- к этим условиям у нее участвует также нерастворимая карбоангидраза. ■

•Карбоангидразная активность у водорослей зависит не только, от светового и углекислотного питания, но и от азотного. Изучение

ко

<с s

0.5

0,8 Л1_

)У

юв

N S

S *

\ N S N

гч

N \

10 Д

VII

Ü7

\ \ ч \

J 2 3 I г 3 , < Z 3 123. <23

Рас.4 Распределение карбоангидразноЛ актавности ъ Клеточных компонентах раз:шх глкроаодорослеи 1- Chlamydoaonaa rainhardii -449iII- Chl.reiahardii УА-5-ISj Ill-Suglena ргох!за УА-4-19; IV- К.згасШз 7А4-17 ; V - Dunaliella arLnuta; YI - Chlorella зр.К; HI- Scenadesmua obliquua (t/i-ni •

.литературные данные Сеыененно и др.,1977)

I- гоыогенат, 2- фракция растворимых балков, 3, - фракции нерасгворх-псс клеточных компонентов"

адаптивной реакции, разных форм карбоангидраэы на условия азотного голодания у хламидомонады и- эвглены показало, что в течение 1-8 суток независимо от концентрации, СО^ карбоангидразная активность у интактных. нлеток возрастает, в 2-2,5 раза- Это согласуется с данными, авторов, исследовавших, влияние азотного голодания на хлореллу (Демидов, Павлова, .1990).. Активность раотворимой формы карбоанги-дразы у хламидомонады падала.на 25%, в то время как нерастворимой формы повышалась на 22% (рис. 6). По-видимому, в адаптации фермент-тных систем к изменению условий азотного питания участвует нерастворимая форма карбоангидразы,

Такцм образом, изучение активности-, и локализации^ карбоангнг-. дразы в клетках, микроводороолей позволяет определить режим: »коно-. мии углекислоты. Например, при взращивании- дуналиелад.рекомендуется использовать углекислоту в концентрации 2Й, хламидомонады и эвглены - 0,03-2$.

<* IS

я ва 11-й

12 3 .1

2 3

Еио. S» Изменение KM Chlanydomonas reinhardii , 7А-5-16. при азотном голодании. I - при нормальном азотном питании, П - при азотном голодании. I - ИиКА„ 2. -рКА, а - НрКД.

Биотехнологический потенциал микроводороолей

Фотобиотехнология - новое прикладное направление,, основанное на использовании в промышленности, биотехнологического потенциала фототрофянх. микроорганизмов (Семененко,. 1985; Сяренко, Парил нова, I9S&; Еоготов, 1989). Огромное-разнообразие микроводорослейг их; способность давать, высокий выход биомассы и ценные метаболиты обуславливают необходимость оценки биотехнологического потенциала разных, такоонов (Антшян и др., 1386.; Antonio et al , 1988; Судь-йна, I39Q; Гоготов, 199Г). ...

Важным показателем пищевых и. кормовых качеств одноклетовных. водорослей является выход целевого, продукта. Этот.показатель связан о прочноотью клеточной оболочки. .При дезинтеграции^ со стеклянными. бусами,-из клеток А-. angustua > УА-З-Г и Е» gracilis . УА-4-17 извлекается почти, одинаковое количество белка - соответственно 7ü,sin 70%; ИЗ клеток Chlamydomcmas reinhardi 449 - 65,2^;

Scenedesmus obliquus , УА-2т-& - 5Г,Л£; Chlorella pyrenoidosa -УАт-I-I - .4V,Si. Клеточная оболочка анкистродесмуса, эвглены и хла-шдаэмонадц не прочная, что способствует.легкой усвояемости, содержа-щихоя в их. клетках. ценных веществ животными организмами.

В последнее время наметилась тенденция более широкого использования нетрадиционных источников белков растворительного происхождения (Высоцкий, 1985; Ситник, 1987). К ним

можно отнести и микроводоросл^ (Трубачев, Барашков,1984). Биоыаооа эвгленовых водорослей может быть хороший источником белка (58-59,2$). Важный показатель белковых веществ при использовании их в кормовых целях - растворимость. Клетки дуналнел-ды, эвглены и хламидомонады содержат больше растворимых белков (соответственно 67,8; 59,2 и 56,52), в том числе водораотвори-мой фракции (42,6; 30,31$ ;Я8,5)

При определении биологической ценности белков существенное значение имеет их аминокислотный состав (Трубачев и др., 1985). В белках всех исследованных нами водорослей содержится полный набор аминокислот, из которых 30,1-42,9$, отличающиеоя высрким аминокислотным числом, незаменимы для человека и живо- . тных, Абсолютное количество незаменимых аминокислот у эвглены (42 г), хлореллы (38,3 г) и хламидомонады-449 (39,8 г) значительно больше, чем у остальных изученных нами видов. Биологиче-..:. екая оценка белков этих водорослей на основе аминокислотного состав^ при сравнении с полноценными белками животного (казеиа) и растительного (люцерна) происхождения показала, что белок эвглены и хламидомонады-449 почти равноценен казеину иолока (кроме' лизина, метионина, лейцина), а по содержанию некоторых аминокислот (цистин, аргинин, аспарагиновая кислота) казеин уступает им. БёлкиТвглены по аминокислотному составу блюгеГк животным; б е лка ы " че м~Тра"ст ите л ьн urfT'

В последние годы все большее вникание привлекают липиды микроводорослей. Исследованные нами формы водорослей различаются по способности к синтезу липидов (18-26$ от сухой массы). Наибольшее содержание липидов'отмечено в биомассе эвглены (24,526$) и дуналиеллы (22-25,6$), меньше - у хламидомонады (18-22,3$).

Важнейшими мембранными липидами водорослей являются фосфо-липиды (Бурцева, Тесленко, 1987; Хотимченко, Васьковский, 1990). Изученные нами виды водорослей различаются по сумме фосфолипидов (от 4,3 до 32,3$ от количества липидов). Наибольшее количество фосфолипидов синтезируется у D.salina (32,3$), D.mi-nuta (25,3$) и Stichooocoutj вр. . (24,5$).

Эвгленовые водоросли и дуналиелла существенно различаются по фосфолипидному составу. Для эвгленовых водорослей характерно большое количество <К (77,6$), что особенно важно для биотехнологических целей (Рахимов и др., 1979), у Дуналиеллы "обнаруже (Г ЛФХ

(10,Si), отсутствующий у других испытанных, форм водорослей. Клетки хламидомонады богаты © (43,1$), © (40,6^) и ДФГ (27,9^).

Иод действием света состав фосфолипидов у водорослей значительно изменяется ( Peeler , Thainpson , 1990). По мере повышения интенсивности света и увеличения световых периодов у всех изученных, водорослей существенно возрастает уровень фоофолипидов и их компонентов. Ускорение синтеза фосфолипидов, по-видимому, связано с адаптивной реакцией клеток на избыток светового потока.

Ллпиды не только являются запасным источником энергии, но и играют важную роль в метаболических' процессах организма. При это1; решающая роль принадлежит незаменимым жирным кислотам, необходимым для метаболических процессов. Вместе о тем липидный- обмен водорослей на уровне жирнокислотного состава в уоловиях интенсивной и массовой культуры изучен слабо.

Исследованные нами- водоросли образуют жирные кислоты о. длиной, углеродной' цепи-Cjq до С22- Жирнокислотный состав липидсв эвгленовых водорослей характеризуется большим разнообразием по сравнению с другими- изученными видами.

Водоросли различаются друг от друга и по количеству жирных кислот.. Т каждого вида и штамма обнаружены специфические доминирующие лирные кислоты. Так, по нашим данным, у хламидомонады преобладает линолевая-кислота (.48%), у дуналиеллы - линоленовая. (24,5%), 'у эвглены - эйкозоёновая (10,2$).

Для определения кормовой и пищевой ценности- липидов водорослей особый интерео представляют полиненасыщенные жирные кислоты, в том числе незаменимые. У эвгленовых. водорослей сумма лино-левой и-линоленовой кислот (44,655) меньше, чем у хламидомонады '(6£г,6%). Однако они . обладают большим набором полиненасыщенных жирных кислот - эйкозодиеновой, эйкозотриеновой и арахидоновой, которые- не синтезируют другие виды. Эффективность арахидоновой кислоты в 3-3,5 раза.выше, чем линолевой и линоленовой (Дедюзшг, 1985). Следовательно, биомассу эвглены можно использовать как источник для разработки биотехнологического способа получения арахидоновой кислоты. ■

. По отношению, моноеновые: насыщенные и моноеновые : полиеновые-кислоты водоросли и высшие растения различаются существенно.Между'

30 . .....

водорослей и растительными маслами установлено сходство. ..

Углеводы, являющиеся главным энергетическим материалом растительного организма, составляют основную часть его биомаосы. По. нашим данным» у хламидомонадовых ¡водорослей сумма углеводов больше (25-27Í), чем у других изученных водорослей (6,6-15,4^), По содержанию этих соединений они перспективны для практического использования.

Микроводоросли могут быть также источником различных групп витаминов (Гоготов, 1388; Сиренко, Козицкая, 1988). Они синтезируют различные витамины, типичные для растений. В наших опытах при выращивании микроводорослей под открытым небом оодержание в них витаминов значительно варьировало в зависимости от вида и штамма: каротина - от 90,5 до IIGO мг£, аскорбиновой кислоты -от 62 до 324 мг£, токоферола - от 52 до 123 мvJL от сухой масон.1 . Высокое содержание каротина и токоферола характерно также для D. minuta и в. salina . Наибольшее количество аскорбиновой'кислоты обнаружено у Е. próxima . Следовательно, водоросли можно рекомендовать в качестве продуцентов для.промышленного производства этих ценных соединений.

Уникальная особенность микроводорослей - пластичность их

метаболизма и способность изменять направление «етабсйгязма при

различных воздействиях. Еазпяботка управления качественной наг - - . _____oueccoE у г

правленностьюобменных .пр/фотооинтеэирующих клеток - актуальная задача современной фотобиотехнологии.-При исследовании возможности повышения биотехнологичеокого потенциала^ клетоксы. reia- . hardii . УА-&-16 и Е. graoilie . УА-4-1? изменением режима азотного питания обнаружено,' что при отоутотвии fi среде азота резко изменяется направленность биохимических процессов. У хламидомонады это синтез углеводов (61,3%), у эвглены - липидов (56,6 ; рио. 7а,/б). В условиях азотного голодания содержание белка у обеих культур снижалось до 10% от сухой маосы, причем количество липидов у хламидомонады составляло 25}, углеводов у эвглены - 28%. Большое количество белка накапливалось.при выращивании их на среде, богатой азотом ( нн4 ). Для направленного биосинтеза белка у обеих культур оптимальная доза азота составляет 0,30 мг/мл. При этом оодержание белка у эвглены достигает 65Í от оухой массы (углеводы - 10,3?, липиды - 21,2#), у хламидомонады - 49,5 (углеводы - 25%, липиды - 21,$). Однако для

50 40

I j

'-j 30

го

V 1

41 1

ч 1

V 1

s 1

3 1

N N

S \ \ \

iff/!

m i

■ О

■■ . __________ ____ ................ . __

Рис. 7ä. Возмоз^бсти пбвытвния ^яотехнологического по-1-тенциала клеток микроводорослей. Среда без азота: I - Chlamydofflonao reinhardii - УА-5-16;. П - Eug-

lena gracilis - 4-Х7,*Ш- Для сравнения Chlorella ellip-• slidea(no Рудовой ,1981 )

аффективного поглощения клетками водорослей азота необходима соответствующая интенсивность света. Для усвоения 0,30мг/мл азота эвглене необходима освещенность 60 Вт/м2, хламидомонаде - 30. С повышением или снижением в среде концентрации азота и соответственно интенсивности света синтез белка'не стимулируется. Результаты исследования белково-липидного и витаминного состава' биомассы у IQ видов и штаммов микроводорослей. выращенных в лабораторных условиях и при масоовом культивировании, свидетельствуют о возможности направленного, биосинтеза этих соединений путем подбора подходящих параметров культивирования.

Различные биологически -. активные вещества, содержащиеся в клетках, водорослей, выделяются в виде экзометаболятов (Тамбиев, 1984; Сакевич, 1985; Кучяарова, 1990). Мы изучали способность-ранее, не изученных видов и штаммов водорослей образовывать экзо- ' метаболиты, а также зависимость накопления суммарного органического вещества в среде от интенсивности света, оветового периода

го

П il

2 3

Г/А il*5

—a

I I

3 A

Рис. 7(3. Среда, богатая азотом(($30 ыг/мл): I - Chl.rei-nhardiii»A-5-f6; Д - Е. gracilis УА-4-17.; I - углеводы, 2 - белки, 3 - липиды, 4 - иродуктивнооть (г/л)

и фазы роста. Выявлено, 5то 'количество органического вещества, выделяемого в среду, в значительной степени зависит от вида, штамма и условий их культивирования (от 7,2 до I1J6- от сухой массы).Максимальное образование органических веществ оказалось в культуральной среде хламидомонадовых водорослей (327-492 мг/л). У chl.reinh.ard.il - 449 при массовом культивировании оно до-, отигало 627 мг/л (25% от сухой массы), что значительно (в 2,6 раза) больше, чем й лабораторных условиях. Это, по-видимому,связано с увеличением интенсивности света, что согласуется о данными других авторов (Квндратьева и др., 1989).

ЪПнииббЛьшеы количес т ве"органи чёс кмГ'вё шес т ва исследованные • водорооли выделяли в среду при том же световом режиме, который оптимален для максимального накопления различных ценных веществ внутри клетки в конце экспоненциальной и в начале стационарной фазы роста. По-видимому, при выращивании водорослей в накрпите-льном режиме при переходе их от одной фазых'к другой резко изменяется метаболизм клеток, что сказывается на составе и концен-

трации поступающих в среду соединений.

Таким образом, из 14 исследованных микроводорослей эффективными продуцентами ценных соединений оказались :' '* эвглена, дуналиелла и хламидомонада. Наибольшее количество важных компонентов (белки, незаменимые аминокислоты, фосфотицилхолия, полиненасыщенные жирные кислоты) обнаружено у эвгленовых водорослей. У дуналиеллы максимально синтезируется каротин, токоферол, аскорбиновая кислота. Значительное количество углеводов, линоленовой и внеклеточных органических кислот выявлено в клет-. ках хламидомонады. Изменением режима азотного питания микроводо-роолей в зависимости от вида'и штамма можно значительно повысить содержание углеводов, липиков и белков, существенно не снижая выход биомасс!;. Следовательно, эти водоросли представляют собой важнейший источник синтеза многих компонентов.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИССЛЕДОВАННЫХ ■' . ШКР0В0Д0Р0СЛЕЙ

Изученные водоросли - продуценты ценных соединений - можно использовать в различных отраслях народного хозяйства. Значительный интерес,. на наш взгляд, представляют эвгленовые водоросли -источгшк белка при приготовлении питательных сред для бактериологических и вирусологических целей, как эффективное сырье для кормовых, технических целей, для получения предшественников прс-стагландинов, как источник фосфотидилхолина"для пищевой промышленности, а также для оельокого хозяйства - как белковая "и био-отимуллрующая добавка к корму животных.

• К числу суперпродуцентов каротина можно отнести дуйалиел-лу, которую используют в медицине при лечении опухолевой болезни, в пище во."; промышленности - в качестве красителя,, в парфюмерии - для получения душистых веществ (хлорофил-каротиновая паста), в. сельском хозяйстве - при авитоминозных .состойнйЯхх животных. Эта микроводоросль представляет собой также источник токоферола, который применяется в медицине при получении препарата еС -токоферадацетата и в пищевой промышленности в- качестве антиоксиданта. ."'..'-Хламидомонада - продуцент углеводов. Культуральная жидкость, ее богата различными метаболитами, используемыми в качестве стимуляторов роста сельскохозяйственных культур. "

34 ' .

Изученные микроводоросли можно использовать "при"комплексной безотходной переработке, имеющей конечную цель получение ценных продуктов, особенно биологически активных веществ и высококачественных кормовых добавок. По мнению некоторых авторов, при этом может быть создано весьма эффективное в экономическом отношении производство (Альбицкая, 1985; Сиренко.Пар» шикова, 1986.; Ахунов, 1991).

Цы провели оценку возможности использования биомассы микроводорослей как заменителя животного белка в рационе норок. Полуненные данные свидетельствуют о том,, что в биомаоое водорослей (хлорелла) содержится белок высокой биологической ценности и значительно более полноценный, чем белок ооевой муки (Клюшкина, 1939). Замещение высокоценных и дорогостоящих белков животного происхождения на не менее качественный белок водорослей в пушном звероводстве представляет несомненный практический интерес. Ранее микроводоросли в пушном звероводстве использовали в основном в качестве биостимулятора в кормовой добавки в рационе норок и нутрий (Музафаров и др.,, 1982; Гази-зов и др., 1984, 1988; Исмаилходжаев, Газизов, 1988; Исмаил- . ходжаев и др., 1989). Наши исследования показали возможность замены части основного рациона биомассой микроводороолей. Добавление пасты хлореллы ,(10.-20 г) и хламидомонады-449 (20 г) в рацион, норок стимулировало рост и развитие щзнят. У животных, получавших пасту хлореллы, увеличивалась длина тела (у самок на 1$, у самцов - на 9),. повышалось содержание общего белка, альбу. яновой и у -глобулиновой фракций и глюкозы (соответственно на 8 и 15,8; II и 9,4; 2,8 и 5,1; 0,7 и 9,25&)„ у животных, которым давали пасту хламидомонады-449, эти показатели были выше Содержание рс -глобулина, £ -глобулина и холестерина у животных, получавших, пасту хлореллы, снижалась'до 45,8. и 7%, пасту хламидомонады - до 40,1 и 185б_, что свидетельствует о повышении защитных сил организма. Биомасса хламидомонады оказывает на физиологическое состояние животных, больший отимулирующий эффект, чем хлорелла. Это, возможно, обусловлено тем, что у клеток хламидомонады-449 тонкая оболочка. У животных, получавших вместо воды очищенную суспензию местного штамма хламидомонады, повышались перечисленные выше показатели, но в меньшей степени, чем при добавлении пасты хлореллы и

хламидсжонады-44&. Культивирование этой водоросли' значительно легче и экономичнее, чем остальных ввдов. Использование питательной среды УзА' вместо воды ингибировало рост и развитие норок, а в конце опыта у животных атого варианта обнаруживались заболевания.

На протяжении всего опыта осуществлялся контроль за ростом норчат. Нйиболее значительный прирост массы тела отмечен у животных, которым скармливали пасту хламидомонады. Прирост массы самок достигал I&.8S?, самцов - 16,5. У щенят, получавших пасту хлорел--лы, прирост массы тела составлял 15 и 12£. Следует отметить, что на самок паста микроводорослей оказывала больший стимулирующий эффект, чэм на самцов. .

В Ангренском зверохозяйстве проводились опытно-производственные испытания по использованию пасты хламидомонады-449 как заменителя хозяйственного рациона норок. Т животных опытной группы размер шкурок через 3' мес. увеличился на 15 и 17,4^ (соответственно самки и самцы) . Зачет пгс оценке качества шкурок у норок опытной группы составлял в среднем 83,0%, контрольной - 62,8%. Реализационная цена наядой шкурки животных опытной группы повышалась на 182»

Таким образом, использование пасты микроводорослей в качестве заменителя животного белка в пушном звероводстве не оказывается отрицательно на морфологических и физиологических показателях норок, стимулирует их рост, развитие и обмен веществ.

В ИБО'Д ¡1'

I.. По росту, продуктивности и биохимическому составу исследованных. микровоцорослей установлены следующие оптимальные, температурные и световые параметры: для анкистродесмуса - температура 20-2 &°С, освещенность 5-IQ кЛк для хламидомонады, дуналиеллы и эвглены - соответственно 25-30°С и 10-15 кЛк-. ; для хламидомо-нады-449- - 35°G, и 15 кЛк . Все исследованные микроводоросли, кроме видов D. salina и stichococcua вр. . Для максимального. накопления биомассы и синтеза ценных вещэств нуждаются в чередовании- сврта и темноты.. -

2. Разработаны способы повышения урожайности и улучшения качества продукции водорослей при- массовом, культивировании за счет облучения ШСС. Показано, что под действием ИКСС продуктивность

микроводорослей и содержание в них каротина повышаются на 50$, белка - на 20, углеводов - на 27, липидов - на ЗЭ,. увеличивается также сумма свободных и связанных аминокислот.

3. Определены оптимальные условия питания наждой из> исследованных. форм ыикроводорослей.. Установлено большее число водорослей, эффективно синтезирующих важные компоненты при выращивании на минеральной среде,, на средах о аммонийными, формами азота, с

I М. Ыа. Gl (дуналиелла),, К.У (хламидомонада-449), а также на минеральных средах о добавлением органических, веществ (эвглена, хламидомонада УА-5-Iß). Разработаны способы удешевления биомассы водорослей путем культивирования их на органических пищевых о'лходах. Применение таких, питательных сред с добавлением микрсь элементав и магния при культивировании. Chlorella vulgaris , ПРВЧ обеспечивает стабилизацию биохимического состава и качественную биомассу.

4. Выявлена зависимость количественного и качественного со-, става биомассы микроводорослей от технологии культивирования. Показано, что максимальный уровень биосинтетической активности, у большинства водорослей наблюдается в весенний и осенний периоды, а у хламидомонады-449 - в летний. Для проявления биосинтети.чесной активности хламидомонады-449, анкистродесмуса, хлореллы в производственных. условиях оптимален непрерывно-проточный способ в биореакторах, лоткового и зигзагообразного типа с циркуляционным способом перемешивания суспензии; дуналиеллы - барботажный способ перемешивания в лотковой установка; хламидомонады, УА-5-16> - выращивание без перемешивания и подпитывания углекислотой непрерывно-проточным способом в лотковой установке в различных климатических, районах Узбекистана- . #

5. Установлено, что у хламидомонады УА.-5-16. карбоангидраз-ная активность локализована в растворимой фракции, у эвглены -.. как в растворимой, так и в нерасаворимой. В адаптации, водорослей к лимитированию по GOg участвует растворимая карбоангидраза, у . эвглнны - и нерастворимая!, к азотному голоданию - нерастворимая. Полученные данные позволяют оптимизировать рост микроводорослей по углеродному питанию..

6. В сравнительном плане изучен биотехнологический.потенциал различных микроводорослей.. Наивысший выход целевого продукта отмечен у клеток дуналиеллы, анкистродесмуса и эвглены. Эвглено-

V ' 37

вне водоросли, являются продуцентами! белковых веществ, незаменимые аминокислот,, суммы липидов„ фосфотидилхолина.. Для них. характерны разнообразные по жирнокислотному составу и. большой набор полйненаснщенша. жирных кислот. Максимальное количество водорастворимых, фракций белка* липидов,. фосфолипидов,. линоленовой кислоты, каротина, токоферола, аскорбиновой кислоты обнаружена у дуна- ' лиеллы. Хламидомонада превосходи другие виды водорослей по угле- . водному составу п- линолевой кислоте.

7. Разработаны способы повышения биотехнологического потенциала микроводорослей и получения биомассы о повышенным содержанием белков,, углеводов и липидов. Результаты исследований дают возможность получить биомасоу с заданным химическим составом.. Проведена оценка эфф гтивности- выделения водорослями' органических веществ в среду. количество зависит от. штамма, вида, фазы роста водорослей и оветового'режима.

. , ."8. Установлено, что замена животного белка на биомаооу микроводорослей (20? от основного, рациона молодняка норок) не оказывает отрицательного дейотвия на фвзиалогнчеокое.состояние животных, с симулирует физиологические-процессы,, увеличивает прирост живой масон,, улучшает хозяйственно ценнные показатели.

■ Сйлооя опубликованных работ по геме диосертации:

■ ' I. г&химов .А»,Исмаилходжаев В.Ш. Изучайте влияния !!КСС на некоторые биохимические признаки кикроводорослей //Ывтвр. юбилей-нов Рёсп.. конф. по микробиол,,. альгологии-и-микологии, посвяцен- -•ней-50-летию УэССР и КП Узбекистана. - Ташкент:: Фан. - 1974. - *:

2. Рйхипов А.., Исмаилходжаев Б.Ш., Седыкова А. Влияние импульсного концентрированного солнечного света на содержание свободных::

аминокислот в биомассе водороолей, выращенных под открытым небо* :

//, Водоросли и грибн Средней Азии;. Вып. 2.. - Ташкент: Фай. -1975..

- С. 108-114. ; ■■•••

~ 3. Исмаилходжаев-Б. Влияние различных "итательных сред на содержание свободных и связанных аминокислот в биомассе Какроводорослей // Матер. I Респ. научн.- теор. конф. молодых ученых-микробиологов. - Ташкент: Ф^н. 1976.- С.123-124._ _

4. Музафаров А,, Таубаев Т., Рахимов А., Дкумаев И., Иома- ' илходжаев Б., Рахиыов С. Сравнительное исследование содержания микроэлементов некоторых микроводорослей, высших водных, некоторых кормовых, в зернах злаковых растений //ФизиологсЙиахими-чеокие аспекты культивирования водорослей и водных раотений в Узбекистане. - Ташкент: Фан. 1976. - С. 66-75.

5. Исмаилходааав БЛКр^йлов" Я". К изучению влияния некоторых факторов окружающей среды на накопление каротина в дшпи-ДОВ В биомассе Ankietrodeamus angustus И A.braunii // Ыатер. Peon, совещания по культивированию и применению микрово-дороолей в народном хозяйстве. - Ташкент: фан. 1977. - С. 44-45.

Исмаилходжаев Б. О влиянии различных форм азота на накопление липидов в водорослях Ankiatrodesmus angustus И A.braunii // Матер. Я конф. по споровы растениям Средней Азии и Казах; стана. - Душанбе: Дониш. 1978. - С. 87-88.

7. Бердыкулов X., Рахимов А., Нуриева Д., Исмаилходжаев Б. Массовое культивирование некоторых зеленых микроводороолеВ в лабораторных условиях и открытых установках //Матер. Респ. конф. по культивированию и применению микроводорослей в народном хозяйстве: - Ташкент: Фан. IS80. - С. I3I-I33.

8. Исмаидходааеё~Б.ЩРахимов В. Q белковых фракциях и аминокислотном составе хлореллы, выращенной на различных питате- '

, льных средах под открытым небом //Использование микроорганив-мов и их метаболитов в народном хозяйотве. - Ташкент: Фан. -XS8I. - С. 140-144. ■

9. 'Исмаилходжаев БТШ^Вгшшов А. О некоторых биологических особенностях Ankiatrodesmus aaguetuB в интенсивной культуре //Систематика и экология.водорослей и грибов Средней Азии. - Ташкент: Фан. 1981. - С. 70-74.

10. Музафаров А., Газизов В., Бердыкулов X., Рахимов А., Нуриева Д., Каримов Р., Исмаилходжаев Б., Богданова Э., Тохта-мурадов Э. О применении биомассы хламидомонады в качестве биостимулятора роста и развития животных //Узб.биол. ж. И 4. -1982. - С. 69-7С.

11. Бердыкулов X., Рахимов А.,. Иомаилходжаев Б. ,. Нуриева Д. иродуктивность. и некоторые биохимичеокие показатели меотяо-ГО штамма СЫалц^отопаа ге1пЬагаи УА-5-16 в зависимости от сезона года. -/Дзб.биол.ж. № 5.. 1983. - С. 16-1В.

12. Иомаилходжаев Б.Ш. Влияние экологических факторов на рост,, продуктивность и биохимические особенности некоторых видов зеленых микроводорослей в культуре /Автореф. ... канд.биол. наук. - Ташкент. 1984. С.20.

13. Газизов В., Бердыкулов X.', Рахимов А., Иомаилходжаев Б., Нуриева Д. 0. перспективе использования хламидомонады в рационе пушных зверей //Культивирование и применение микроводо- . роолвй в народном хозяйстве. - Ташкеятг Фан. 1Р84. - С. 41-42.

рост Исмаилхо- 'аев Б. Влияние различных источников азота ЯП

"и продуктивность СЫатуйощопаз геШгагАИ - 449 // Культивирование и применение микроводорослей в народном хозяйстве. - Ташкент: Фан._1984.- С. 39-41.

. 15. Исмайлходжаев Б.Ш,.Рахимов А» Биологическая особенность некоторых зеленых водорослей, выращенных под открытым небом //Культивирование и применение микроводорослей в народном хозяйотве. - Ташкент: Фан. 1984. - С. 18-19.

16. Бердыкулов X., Рахимов А., Иомаилходжаев Б., Нуриева Д. Массовое культивирование и использование хламидомонады // Материалы Всесоюз. конф. "Промышленное культивирование микрово-

'дорослей". - Ашхабад. 1985. - С.- 7. __________:__-

Исмайлходжаев Б. Рост, продуктивность и содержание биохимических компонентов массовой культуры анатуаогаопаэ гв1пЬагйИ - 449 в зависимости от ее возроста // Матер. Всесоюзн. конф." " Промышленное культивирование микроводорослей ". - Ашхабад. 1985. - С. 7. 4 . __

,'•18. Исмайлходжаев Б.Ш..Рахимо'в~У^ Аминокислотный состав некоторых зеленых микроводорослей сЫатуаотопаз ге!п11аг<111

449,:Апк1э4гойе0лив ащ^ив^в > А.ЬгаипИ '« ращенных под отбытым небом //Матер» Всесоюз. конф. "Промышленное культивирование микрозодорослей". - Ашхабад. 1985. -С. 27. .

19. Бердыкулов X., Нуриева Д., Исмайлходжаев Б. Массовое

культивирование ми!фовоцорослеЗ: Тез. докл. 1У Всесоюз. конф.

Управляемое культивирование микроорганизмов. - Пущино. 1986. -С. 84.

............ ' • . ' 40 ; ■

20. Ыузафаров A.M., Рахимов А.Р., З.фдыкулов'ТГАгг Исмаилходжаев Б., Нуриева Д. Биохимический состав микроводороале$

в зависимости от условий культивирования //Матер. У1 конф. биохимиков республик Азии и Казахстану. - Ашхабад. 1986. - С. 347348. '

21. Исмаилходжаев Б. Динамика содержания каротина у Buglena gracilis УА-4-17 И Chlamydomonas reinhardii

УА-5-16 в зависимости от ьозраста культур:' Тез.докл. I Всеооюз. конф. "Актуальные проблемы современной альгологии", - Киев. 1987. - С. 222. '

22. Исмаилходжаев Б., Рахимов А., Бердыкулов X. Сравнительное изучение биохимического состава некоторых микроводорос-дв1: "Без. докл. I Все союз, конф, "Актуальные проблемы современной альгологии". - Черкассы: Еаукова думка. 1987. - С.220. . -

23. Исмаилходжаев Б., Рахимова С., Бердыкулов I., Рахимов А. Изменение биохимического состава Chlamydomonae reiiihaxdiiyA-6-16. И Buglena graoilia УА-4-17 я зависимости от продолжительности культивирования /Дзб.биол.ж, -1987. Л 5. - С. 14т16.

24. Исмаилходжаев Б.^ахимов А.. Влияние различных форм азота и питательных сред на биохимический состав Ankietro-desmue angustus ,. A. braunii //Бактерии, водоросли, грабы. - Ташкент: Фан. 1987. - С. 130-136. /V -

25. Газдзов В., Исмаилходжаев Б», Бердыкулов X., Рахиков А. Применение хламидомонадовых водорослей в пушном звероводстве / Информ. сообщение $ 443. 1988. - II о.

26и. Исмаилходжаев Б. , £азизов В.З, "Келажак озучасв" (корм будущего) //Фан ва турмуш. 1988. № I. - 22-23 б,. i

27. Исмаилходжаев Б.'Влияние различных форм азота на биохимический состав CMeiwToffib^ reinhardir УА—5—16: Тез. докл. Ш конф. по споровым растениям Ср.Азии и Казахстана. -Ташкент: Фан. 1989. - С. 5?. - |

.28. Исмаилходжаев Б., Газизов В., Бердыкулов X. Хламидо-монадовне водоросли - перспективный биостимулятор для пушного звероводства: Тез.докл. Всеооюз. конф. "Микроорганизмы стимуляторы и ингибиторы роста растений и животных", - Ташкент, 1989. - С. 86. ^ I :

29. Иси;аилходжаев ^Рахимов А. Биохимические свойства

хламидомонадовых и эвгленовых водорослей: Тез.докл. УШ конф. по споровым растениям Ср.Азии и Казахстана. - Ташкент:. Фан. 1989. - С. 74-75.

30. Бердыкулов X., Абдуллаев А., Исмаилходжаев Б., Нуриева Д., Камалов Б. К культивированию некоторых одноклеточных жгутиковых водорослей под отбытым небом: Тез. докл. П Всеооюз. конф. "Цромышленное культивирование микроводороолей". - Андижан. 1990. - С. 33.

31. Исмаилходжаев Б. Об изучении хемосистематики эвглено-вых водорослей: Тез.докл. Всесоюз. конф. "Хемотаксономичеокоэ изучение споровых растений и грибов. Достижения и перспективы развития". - Киев: Б/и. 1990. - С. 54.

32. Исмаилходжаев Б., Бердыкулов X., Абулкаоымова. Эвг-леновые водоросли-продуценты ценных биологичеоки активных соединений: Тез.докл. П Всесоюз. конф. "Промышленное культивирование микроводороолей". - Андижан. 1990. - С. 63-64.

•33. Исмаилходжаев Б., Рахимов А., Бердыкулов X. Способ культивирования Chlamydomonas reinhardil - 449. Авт. свидетельство Ш 1685992. 1990.

34. Абдуллэев А., Камялов Б., Исмаилходжаев Б., Полянская Л. Зеленые галофильные микроводоросли Dunaliella minuta Leroh. перспективный объект фотобиотехнологии : Тез.докл. междунар..конф. "Фотосинтез и фотобиотехнология". - Пущино. 1991. - С. II7-II8. .

35. Айдуллаев А., Исмаилходжаев Б., Качалов Б.., Полянская Л. Перспективы фотобиотехнологии галофильннх водорослей: Тез. докл. Респ. конф. "Актуальные вопросы изучения природы и хозяйства южного Узбекистана". - Каршя. Б/и. 1991- - С. 112-ПЗ.

36. Бердыкулов X., Исмаилходжаев Б., Абдуллаев А. Хлами-домонадовые и эвгленовые водоросли как объекты фотобиотехноло-тии /А Альгология. » 3. 19.91. - С» 76-82.

37. Исмаилходжаев Б. Влияние фотопериода на биохимический состав некоторых микроводорослей: Тез. докл.. Междунар.: конф. "Фотосинтез и фотобиотехноло'гия". - Пущино. Б/и. 1991. - С. 1920. ;

38. Исмаилходжаев Б.Ш., Садыков С. Фосфолипидный состав отдельных видов зеленых и эвгленовых водорослей //ДАН РУз. j* 10-II. 1992. - С. 66-68. ; ,

39. Алимханова X., Бердыкулов Б., Исмаилходкаев Б. . Euglena gracilis УА-4-19 - новый перспективный штамм // ДАН РУз. JS 3. 1993. - С. 52-54. !

Список сокращений

ИКСС - импульоный концентрированный оолнечный свет

КА - карбоангидраза

КАА. - карбоангидразная активность

РКА - растворимая карбоангидраза

НрКА - ) нерастворимая ; карбоангидраза -, .

ИнКА— интактная карбоангидраза

ФД - фосфолиговды

■ЕС - фосфотидилхолин (лецитин)

1Ш. - лизофосфотидилхолин (лизолецитин)

- фосфотидилэтаноламин , ДФР - дифосфоглицирин ФС - фосфотидилаерин ® - фосфотидилинозитол НИ - нейтральные липиды. СФ - сфингомиелин -

Соискатель:

ШМОИДУЖАЕВ Б0ЩЩ71А ШАР1ЩУЖАБВИЧ

ЯШИЛ ВА ЭВГЛЕНА МИКРОСКОПИИ СУ В7ТЛАРИНИНГ ШИОЛОГИК-

БИОКИМЁВИЙ ХУСУСИЯТЛАРИ ВА УЛАРДАН ФОЙДАЛАНИП ЙСТЩ-

Б0Я1АРИ.

Яшил ва эвглена сувутлари булимига мансуб 14 та тур ва птаммларнинг физиологии ва биокимиёвцй хуоусиятлари атрофлн-ча урганиб чицилди. Бу оувутларнинг з(ооилдорлиги ва биокимёвий таркибининг таици му^итига Дарорат, ёруглик ва озучага/ бог-лич з?олда уэгаришига оид чонуниятлар очиб берилди ва уларнинг хужайраларида му*им бирикмаларнинг /очсил, ёг, карбон оув, ал-машмайдиган аминокиодоталар, туйиймаган ёг киелоталар, дарион-дорилар, буёч модлалар ва хокозо/ куп мичдорда носил булишини таъминловчи шароитлари танлаб олинди. Урганилган оувутларнинг де-ярли хамкаси /&.ъл£Спа-, &р. бундан истисно/ му-

з?им бирикмаларни куп мичдорда ту план и учун усиш давридаги ёруглик билон цоронгилик давомийлиги маьлум бир мацоад йулида чонуний -алкашиниб туриши эарурлигини тачозо чилиши исботланди.

. Сувутларни чуёш нури билан нурлантирил орчйлк олинадиган био-маосанинг оифатини яхшилаш тадбирлари ишлаб чичилди. Тадчич чн-линган оувутларнинг аоооий чиоми таркибидаги азот аммоний вакли-да булган минерал 08учадан фойдалангавда уларнинг хооилдорлнги оииб биокииёвий таркиби бир меъёрда вахллануян куэатилди. ГОзуча мухити таркибидаги ч*мматб&(о аеоояй элементларня озич-овчат оаноатининг чичиндичлари билан алмаятириб унга микроэлементлар чуйии йулиг билан оувутидан олинадиган хооилнинг таннархини ар-эонлаитирип уеуллари ишлаб чичилди.

Уотирилаётган сувутлари хужайрасидаги каротин ва очснл мо-ддаларни цулжалланган мичдорда хооил чилиш учун озуча мучитига турли ыЧодордаги йод микроэлементини чув*® лоэимлиги аничланди.

-Устириш технодогияоининг асосини таякил этувчи окиллар-уо-тириш мавоуми, уотирмп муддати, чурилмаларнинг хиллари ва оуспен-зияни аралаштириш уоуллари оувутларининг сифатини ёппаоига усти-риш жараёнида узоч нуддат оачланиб туришини таъмннлайдкган шарт-шароитлар танлаб олинди. Сувутларининг асосий чиоми /эвглена,хла-' мидомонада УА-5-16,дуналиелла/ ба^ор ва куз ойларида яхвк усиб, вчори хооил беради ва таркибидаги фойдали моддаларни куп мичдорда туплайди, баьза турлари эоа /анкиотродесмуо/ эрта бачор ва кеч

кузда айнан шу хусусжятра эга булади. 7.ламидомонада-'й9 штаммн йилнинг анг исоич даврида яхии усиши ва мул здсид бериши как-, да *осилининг сифатли булиши билан ажралиб' туради.

Санкт-Петербург универоитети мутахасиолари тавсия этган /оигиии I т. / ва жуякоимон «урилмаларда /10 т/ суопензияни механик йул билан чайцатиш уоули анкисгродесмус, хлорелла.оце-недесмуо,хламидомонада турларига мое келиши ва кичикроч хажм-даги /0,5 т/ чурилиада суопензияни барботаж уоули билан чайчатиш дуналиелла турига з?амда чогроц чурилмаларда /0,25 т/ оуспензия-ни харакатга келтирмай /СО2 газини бермасдан/ устириш усули . хламидомонада УА-5-16 шгаммнва мое келиши аничланди. Дорида чайд ^илинган сувутларнинг хужайраларидаги чимматли бирикмалар, уларни 4-12 кун усгирганда ючори кичдорда /тур ва шгаммларга Чараб/ сачланиши аничланди.

СО2 газидан самарали фойдаланиш учун унинг тур ва штамм-ларига'моо келадиган мичдорини анич*йн зарур. Буни хужайрада айнан шу газни узлаштиришда иотирок этувчи карбоонгидраза ферме) гини урганиш билан хал чилкш мумкин. Сувутлари ночулай шароитда /СО2 гази оз-0,03 фойиз мичдорида берилиб, озуча му^и-тига азот элементи чуиилиасдан устирилганда улар бу шароитга озми-купми мослашади. Бу жараёнда карбоангидраза фврменти фаъ-оллигининг ошиши ва унинг 'хужайрада турли шаклда жойлааишининг шароитга боглиц холда узгариш чонуниятлари аничланди.

Озуча мухитига чушиладиган азот мичдорини узгартириш ор-чали хужайраларнинг айрим цимматли бирикмаларини носил чила олиш имкониятини янада ошириш йуллари ишлаб чичилди.

Сувутларнинг чайси тури ч&ндай бирикмани куп мичдорда з{ос-иа» чила олин хуоусиятига чараб, улардан амалиётга фойдаланиш истичболлари курсатиб берилди.

Муйнали хайвонлар оаучасидаги хайвон талаб чиладиган очсиишнг наълуи мичдорини /20 фойиз/ хламидомонада биомаооаои билан , алмаитириш мумкинлигини куроатиб берилди.

Коракузан бу усул билан бочилганда уларга сарфланадиган гушг ва балиц ма^сулотлари тежаливи билан бирга уларнинг уоиш ва ривожланиши жадаллашиви *амда муйна улчови ва оифати яхшиланиии кузатилди.

IsmollMiDdJaev Bakhodlrkhodja Sharlfkhodjaevlch

THS PHYSIOUDGICAL BI0CHE1HCAI PBCULIAHITXES OP GREEH* A1TD EUGLSHA IHCROALGAE ASD OUTLOOKS OF THEIR APPLICA-- TIOH-__

The phyaiologcal nnd biochemical peculiarities Of 14 kinds an! strains,the representatives of green and Euglena nlcroalgae were studied. The alterations regularities of the biochemical compositions In algae depending on external factors (temperature. Illumination, nutrition medium) were revealed. The suitable cultivation's parameters securing the maximal synthesis of valuable compounds (proteins, lipids, carbohydrate,lndespenslble amlnoaclds, fatty .iclds, vitamins, etc.) were established. All investigated alga? during their growing (besldes.Bunalllla sallna.stlchococcus sp.) need In alteration of light and dart periods for the most accumulation of abovementlonsd compounds. The ways of Improving of the blomass quaelty by means of sun light Irradiation of suspension were elaborated-The optimization of biochemical composition of main studied algae during the utllazatlon of mineral nutrition medium consisting the annonlum as a sourse of nitrogen were observed.

The ways Tor receiving of cheapen algae's blomass by . means of cultivation on nutrition medium Involving the waste products of food Industry were worked out.-The necessity of addition the definite quantity of Iodine to nutrition mediums for trending biosynthesis of carotins and proteins In algae cells was determined.

It was selected the factors concerning the season and grow duration, the type of mounting, the ways of-mixing. All, these factors are the baseB of growing technology for securing of long - term preservation of blosynthetical algae activity, when algae attached to continuous mass grow. The' main algae kinds (Euqlena gracilis, E. proxlma, Dunallella mlnuta, Chlamydooonas relnhardll YA-5-16) produce a high blomass yield and accumulate to high extent the valuable compounds In autumn and spring periods of their cultivation, but some of then (Ankiatrodesmus angostus, A.braunii) can accumulate the valuable compounds early In spring and in the late

чь

autumn. Chlamydomonas relnhardll - 449 gives the high, yield and qualitative blomass during the most torrid time of the year.

The shoot (value/t) and zigzag-shape setting (iOt) with the mechanical mixing be found suitable lor Chlorella pyreno-ldosa, Scenedestnus obliguus, Ankistrodesmus anguatus, A.brau-nil and Chlamydomonas relnhardll - 449 with the mechanical type of mixing . In shoot setting (0,5t) for Dunallella.mlnu-ta and without mixing in shoot setting (0,25t) for Chlamydomonas relnhardll YA-5-16.

The maximum accumulation of valuable compounds under these conditions аи revealed in the middle of 4-12 days of algae cultivation. On the basis of carboanhydrase activity, It was elaborated tjie ways of С0г economical expenditure and determined the necessary quantity of C0? for each algae kinds and strains. The regularity of alteration the activity and apd localization of carboanhydrase in algae cells In the extremal conditions (by ^Imitation of CO - 0,03$) and In the absence of nitrogen in nutrition cultivation medium were established.

It was comparatively studied the blotechnologlcal potential of algae cells. In consequence It was found that the Eu-glena gracilis accumulate for the most part of proteins, ln-despenslble amlnoacids, phosphotidllcholln, summary polyunsaturated fatty acids; at the same time, Chlamydomonas relnhardll YA-5-16 accumulate the carbohydrate, linollc acid and extracellular organic compounds.

The ways of potential lncrlaslhg In forming of separate compounds In algae cells by means of changing the quantity of nitrogen In nutrition medium were worked out.

It was shown the outlooks of algae utllazatlon in the practice depending on producent of valuable compounds.

It was proved the possibilities of algae biomass utllazatlon as a substitute (20%) of animals protein In the ration of younge minks animals.____________.. _____--------

p __ Подписано в печать /S. 0S. W формат: GOfJY/t6 Объём:**, Тираж: Заказ:

TMiioi|iai| "ч ТИПО им. Иби-Сиио Ташкент — 700200 up- Радиальный, 10.

Информация о работе

Исмаилходжаев, Боходырходжа Шарипходжаевич
доктора биологических наук
Ташкент, 1994
ВАК 03.00.12

Автореферат

Похожие работы