Синезеленые водоросли (цианобактерии) поверхностных термопроявлений Камчатки и возможности их использования в биотехнологии

Ефимова, Марина Васильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Синезеленые водоросли (цианобактерии) поверхностных термопроявлений Камчатки и возможности их использования в биотехнологии
ВАК РФ 03.00.32, Биологические ресурсы

Автореферат диссертации по теме "Синезеленые водоросли (цианобактерии) поверхностных термопроявлений Камчатки и возможности их использования в биотехнологии"

На правах рукописи

ЕФИМОВА Марина Васильевна

СИНЕЗЕЛЕНЫЕ ВОДОРОСЛИ (ЦИАНОБАКТЕРИИ) ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕРМОПРОЯВЛЕНИЙ КАМЧАТКИ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В БИОТЕХНОЛОГИИ

03.00.32 - биологические ресурсы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток - 2005

Работа выполнена в Камчатском государственном техническом университете и Научно-исследовательском геотехнологическом центре Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Петропавловск-Камчатский

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, главный научный сотрудник Т.И. Кузякина

доктор биологических наук, профессор В.В. Михайлов

кандидат биологических наук, доцент И.Ф. Скирина

Ведущая организация

Центральный Сибирский ботанический сад Сибирского отделения Российской академии наук

Защита диссертации состоится «2! » октября 2005 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д.005.005.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Тихоокеанском институте биоорганической химии ДВО РАН (ТИБОХ).

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах с заверенными подписями просим направлять по адресу: 690022, г. Владивосток, проспект 100 лет Владивостоку, 159, Тихоокеанский институт биоорганической химии (ТИБОХ) ДВО РАН, диссертационный совет Д.005.005.02.

Телефон: (4232) 31-07-19; факс: (4232) 31-40-50

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН.

Автореферат разослан « /У » сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к. х. н., доцент /—¿/V,^ ,,—■ H.A. Командрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Успехи в развитии науки и техники обусловили в последние годы более углубленное изучение во всем мире сырьевых, в том числе водных, биоресурсов. Еще не так давно биоресурсы водного происхождения рассматривались только как сырье для производства традиционных видов пищевой, кормовой и технической продукции. Результаты исследования их состава показали, что они являются источниками разнообразных биологически активных веществ (БАВ), которые могут использоваться для производства фармацевтической, косметической продукции, стимуляторов продуктивности сельскохозяйственных животных и растений.

Дефицит белка в питании - глобальная проблема человечества. Недостаток и неполноценность белка приводит к появлению различных заболеваний, снижению работоспособности. Потребности в белке не могут быть решены на базе традиционных ресурсов растениеводства и животноводства из-за ограниченности посевных площадей, климатических особенностей. Альтернативным источником белка является промышленный биосинтез белка одноклеточных организмов.

Ценным сырьем для получения биологически активных веществ являются синезеленые водоросли (цианобактерии) - одноклеточные доядерные организмы. В клетках цианобактерий содержание белка может достигать 70— 75% органической части. Таким образом, цианобактерии могут служить сырьем для получения белка.

Перспективно использование цианобактерий горячих источников, так как их приспособленность к активной жизни при высокой температуре основана на'своеобразии физико-химических, структурных и функциональных свойств всех компонентов клетки. Следовательно, цианобактерии могут являться также сырьем для производства широкого спектра БАВ.

Накопленный к настоящему времени материал, касающийся термофильных цианобактерий (Логинова и др., 1966; Головачева, 1984; Логинова, 1986; Nold et al, 1996; Ferris et al., 1996; Ward et al., 1998; Yamamoto et al., 1998; Bonch-Osmolovskaya et al, 1999; Satoh et al., 1999; Кузякина, 2000, 2003,2004), свидетельствует об уникальности этих представителей альгобак-териальных сообществ гидротерм.

На Камчатке первые сборы и описания термофильных цианобактерий были проведены А.А. Еленкиным в 1914 г. В 1955 г. исследования были продолжены С.И. Кузнецовым, а в последующие годы - Г.А. Заварзиным, М.В. Ивановым, Л.М. Герасименко и другими. Однако основным направлением этих исследований являлось изучение морфологии и биологии развития цианобактерий гидротерм Камчатки. Необходимо изучение возможностей их практического применения.

Промышленное культивирование микроводорослей с целью получения БАВ проводится в настоящее время л овным объектом

культивирования являются цианоба 'Сассон, 1987),

обитающие в естественных условиях в Африке и Мексике. Актуально использование в качестве объектов культивирования видов, обитающих на территории нашей страны.

Цель и задачи исследований. Цель работы - определение перспектив использования термофильных цианобактерий гидротерм Камчатки в биотехнологии.

Для достижения цели были поставлены задачи:

1. Определить таксономический состав и выделить доминирующие виды термофильных цианобактерий (синезеленых водорослей) из альгобактери-альных сообществ различных горячих источников Камчатки.

2. Определить перспективные виды цианобактерий для культивирования.

3. Определить перспективные гидротермы с целью культивирования и получения биомассы для биотехнологического использования.

4. Определить тип реактора и разработать технологию культивирования при использовании термальных вод.

Научная новизна. Составлены видовые списки представителей альго-бактериальных сообществ изученных гидротерм и выделены доминирующие представители сообществ.

Определен качественный состав альгобактериальных сообществ группы горячих источников центральной, восточной и южной Камчатки.

Произведена оценка перспективности различных видов термофильных цианобактерий гидротерм Камчатки для биотехнологического использования.

Разработана принципиальная технология культивирования цианобактерий при использовании термальных вод.

Практическая значимость. Результаты исследований альгобактериальных сообществ гидротерм могут быть использованы для изучения биоразнообразия термофильных микроорганизмов, для создания коллекции, а также для их биотехнологического использования.

Результаты исследований применимы для промышленного культивирования термофильных цианобактерий в биотехнологических целях при использовании термальных вод.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлены:

- на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Камчатского государственного технического университета (1995, 1997, 2001, 2002, 2004, 2005 гг.);

- на заседаниях ученого совета НИГТЦ ДВО РАН (1995, 2004 гг.);

- на заседании Камчатского отделения Русского ботанического общества (г. Петропавловск-Камчатский, 1999 г.);

- на международной научно-практической конференции «Рыбохозяйствен-ное образование Камчатки в 21 веке» (г. Петропавловск-Камчатский, 2002 г.);

- на межвузовской научной конференции «Растительный мир Камчатки» (г. Петропавловск-Камчатский, 2004 г.);

- на семинаре с учеными Национального центра научных исследований Франции (Centre National de la Recherche Scientifique France) (г. Петропавловск-Камчатский, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных положений и выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 151 странице, содержит 29 таблиц, иллюстрирована 36 рисунками. Список литературы включает 201 наименование, в том числе 47 - на иностранных языках.

Работа выполнена согласно госбюджетной научно-исследовательской работы Камчатского государственного технического университета: 01.2.00 402838 «Технология глубокой переработки и рациональное использование микро- и макроводорослей Камчатки», раздел 2 «Получение биологически активных веществ из биомассы альгобактериальных сообществ гидротерм Камчатки» и теме НИР Научно-исследовательского геотехнологического центра ДВО РАН 2.29.2.1, 2.29.4.1, 3.1.14.8 «Биотехнологические научно-исследовательские работы на геотермальных месторождениях Камчатки и Курильских островов с целью выделения и сохранения биоразнообразия в термофильных сообществах; использования микроорганизмов-термофилов для разработки и получения продуктов технологического назначения».

Основные исследования выполнены в лаборатории биогеохимии и экологии Научно-исследовательского геотехнологического центра ДВО РАН (НИГТЦ ДВО РАН) и в научно-исследовательской лаборатории Камчатского государственного технического университета (КамчатГТУ) под руководством доктора биологических наук Т.Н. Кузякиной.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, д.б.н. Т.Н. Кузякиной за помощь и внимание, оказанные при выполнении настоящей работы. За ценные рекомендации и консультации выражаю благодарность к.т.н. Т.П. Беловой, д.т.н. A.C. Латкину, к.б.н. Е.В. Лепской. За помощь в сборе проб благодарю сотрудника НИГТЦ ДВО РАН A.B. Шунина, д.с.-х.н. В.Н. Зеленкова, сотрудника КФ ТИГ ДВО РАН В.Е. Кириченко. За помощь в проектировании и создании пилотной установки для культивирования цианобактерий искренне благодарю Н.И. Уткина и Н.В. Краснова. Особая благодарность за ценные советы ректору КамчатГТУ, д.т.н. В.Д. Богданову, за моральную поддержку - к.т.н. В.Н. Дегтяреву, декану технологического факультета КамчатГТУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Обоснована актуальность темы, определена цель исследования и намечены пути ее достижения, сформулирована научная новизна и показана практическая ценность работы.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Проведен анализ литературных источников:

- по биологии развития цианобактерий (Еленкин, 1914; Allison, Hoover, 1935; Лебедев, 1947; Голлербах и др., 1953; Бут, 1962; Сиренко и др., 1969; Кукк, 1977; Никитина, 1977; Зайцева, 1979; Кондратьева и др., 1989; Кузнецов, Дубинина, 1989; Nold, Ward, 1996; Lu et al., 1999; Misra, 1999);

- по химическому составу цианобактерий (Пахомова, 1964; Виноградова, 1965; Ратушна и др., 1967; Ржанова, 1968; Горюнова, 1968; Дарканбаев, Сачкова, 1968; Rychert, Skujina, 1974; Schwabe, 1974; Зайцев и др., 1980; Summons, 1997; Sinha et al., 1998; Hiraishi et al.,. 1999; Коденцова и др., 2003; Попова, Пронина, 2003);

- по экологии (Еленкин, 1914; Petersen, 1946; Логинова и др., 1966; Никитина, 1977; Голлербах, 1977; Головачева, 1984; Логинова, 1986; Орлеанский, Герасименко, 1986; Герасименко, Заварзин, 1986; Nold et al., 1996; Ward et al., 1998; Bonch-Osmolovskaya et al., 1999; Кузякина, 2000, 2003, 2004; Ramsing et al, 2000; Nubel et al., 2002; Никитина, 2003);

- по использованию биомассы (Лисовская, 1963; Бычков и др., 1965; Калан-тыренко и др., 1967; Покровская и др., 1968; Метейко, 1969; Душейко и др., 1969; Фофанов и др., 1969; Беккер и др., 1990; Кузякина, 2000, 2003, 2004);

- по промышленному культивированию цианобактерий (Ketchum, Redfield, 1938; Milner, 1952; Herbert, 1959; Пиневич, Верзилин, 1963, 1964; Феоктистова, 1965; Кордюм, 1966; Ржетовский, 1968; Ржичица, 1968; Августино-вич, 1969; Воропаева, 1969; Голлербах, 1977; Работнова, Позмогова, 1979; Баснаньян, 1989; Воробьева, 1989; Бейли, Оллис, 1989; Грачева и др., 1992; Nold, Ward, 1996).

Направлением исследований приведенных авторов являлось изучение цианобактерий, обитающих в самых разных природных условиях, но в основном проведенные исследования посвящены биологии, химии и экологии этих организмов. Недостаточно изучены термофильные цианобактерии и возможности именно их использования в биотехнологии. Особенности метаболизма термофилов, устойчивость к высоким температурам обусловлены специфичностью биологически активных веществ, входящих в их состав. Следовательно, эти организмы могут являться также сырьем для производства самого широкого спектра биологически активных веществ. Камчатка -

уникальный по количеству горячих источников край на территории России. Следовательно, Камчатка имеет огромный ресурсный потенциал термофильных цианобактерий. Необходимо изучение возможностей их практического применения.

По литературным данным следует:

- биомасса цианобактерий характеризуется высоким содержанием протеина (23,0-82,6% органической части), углеводов (6,6-70,0%), невысоким - ли-пидов (2,0-12,0%), в состав которых входят в основном полиненасыщенные жирные кислоты, достаточно богатым комплексом витаминов, минеральных веществ; условия обитания цианобактерий характеризуются широким диапазоном температур и рН среды;

- микроводоросли являются наиболее удобным объектом культивирования, так как, в основном, они не требуют специфического искусственного субстрата; оптимальный водорослевой объект для культивирования - циано-бактерии, так как они проявляют способность к миксотрофному питанию, характеризуются высокой скоростью прироста; во многих странах мира осуществляется промышленное культивирование микроводорослей, в том числе и цианобактерий, с целью их использования в биотехнологии;

- самым оптимальным способом культивирования является выращивание микроорганизмов в установках закрытого типа в полностью контролируемых условиях, с непрерывней подачей компонентов питательной среды, так как именно при таком способе можно добиться максимального прироста биомассы;

- биомасса цианобактерий используется для получения белка, антибиотиков, витаминов, биосорбентов и других БАВ в биотехнологии.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При отборе образцов для определения качественного состава альгобак-териальных сообществ средние пробы отбирали при соблюдении стерильности, правил этикетирования и хранения образцов. Для выявления состава брали смешанные образцы, составленные из 3-5 индивидуальных проб. Пробы отбирали стерильным ножом и помещали в стерильные пробирки.

В отобранных образцах альгобактериальных сообществ определяли их видовой и химический состав.

Для изучения использовали образцы живых культур в препарате типа «раздавленная капля» и зафиксированные этиловым спиртом на предметных стеклах по методикам, приведенным в работах Мудрецовой-Висс, Колесник и Гринюк (1975), в руководстве «Методы общей бактериологии» под редакцией Герхардта и др. (1983).

Определение таксономической принадлежности компонентов альгобак-

термальных сообществ проводили по определителям: «Определитель пресноводных водорослей СССР» (Голлербах и др., 1953), «Определитель бактерий Берджи» (2001), «Диатомовые водоросли» (Забелина и др., 1951), «Диатомовые водоросли СССР» (1992) с помощью микроскопов «Olimpus», «Zasilacz ZM 6/50» и «Carl Zeiss».

При выделении чистой культуры цианобактерий применяли методики Кузнецова и Дубининой (1989).

При исследовании химического состава биомассы цианобактерий применяли стандартные методики.

Для определения в образцах ионов меди, свинца, кадмия, цинка, мышьяка пробы предварительно подвергали сухой минерализации. Определение ионов цинка, меди, свинца, мышьяка, брома, марганца, железа проводили рентгено-флуоресцентным методом с использованием спектрометра «Спек-троскан» по методике, приведенной в работе Мищенко и Беловой (1997). Ионы меди и фосфора определяли также колориметрическим методом, а свинца, кадмия, цинка - полярографическим методом.

Массовую долю золы определяли сжиганием образца. Определение песка проводили разрушением органических веществ образца соляной кислотой и отмыванием песка водой.

Нитрат-ионы определяли ионоселективным методом. Ионы кальция, хлористый натрий, сырой протеин определяли титрованием по мётодикам, приведенным в ГОСТ 7636. Массовую долю воды определяли испарением ее из образца при тепловой обработке и нахождением изменения его массы взвешиванием. Определение массовой доли жира осуществляли его экстракцией органическим растворителем из сухой навески в аппарате Сокслета и нахождением его массы.

Белковый изолят получали по методике, изложенной в работе Толстогу-зова (1987). Исследование химического состава изолята проводили инфракрасной спектроскопией на спектрофотометре «Speccord М-80» и атомной абсорбцией по методикам, приведенным в работе Снегиревой и соавторов (1976). Солянокислую вытяжку из изолята анализировали на атомно-абсорбционном спектрометре «Спектромет PS-4» фирмы «PAIRD», США.

Скорость прироста биомассы цианобактерий определяли методом стекол обрастания (Родина, 1965).

Температуру воды в источниках измеряли с помощью ртутного термометра TJI-2 и карманного термометра «Checktemp», pH среды обитания микроводорослей определяли с помощью карманного рН-метра «Checker» и универсальной индикаторной бумаги. В воде нитраты определяли фотометрическим методом. Определение концентрации нитрит-ионов проводили с помощью реакции с реактивом Грисса с образованием азосоединения розо-

вого цвета. Концентрации карбонат- и гидрокарбонат-ионов исследовали титриметрическим методом в присутствии, соответственно, индикатора фенолфталеина и метилоранжа. Содержание ионов хлора определяли аргенто-метрическим методом, ионов кальция - титрованием трилоном Б, сульфат-ионов - реакцией с азотнокислым барием с образованием осадка сульфата бария. Концентрацию ионов натрия и ионов магния вычисляли по общей жесткости воды (ГОСТ 24902).

Оценку биоразнообразия- альгобактериальных сообществ проводили с использованием индекса разнообразия Шеннона, индекса выравненное™ Пиелу и индекса доминирования Симпсона (Лебедева и др., 2002).

Статистическая и графическая обработка полученных экспериментальных данных проводилась на ПЭВМ с помощью программного пакета «Microsoft Excel»-2000 (Гарнаев, 2001).

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1. Характеристика поверхностных термопроявлений

Объектами исследований являлись альгобактериальные сообщества горячих источников центральной, восточной и южной областей Камчатки.

Образцы биомассы альгобактериальных сообществ отбирали в горячих источниках и на прилегающих к.ним термальных полях.

В центральной Камчатке проводили исследования альгобактериальных сообществ Эссовских, Апапельских, Оксинских, Двухъюрточных, Кре-рукских и Киреунских гидротерм. Эссовские источники находятся в долине р. Уксичан в 2 км от устья. Оксинские расположены на левом берегу р. Анавгай в нижней части склона г. Чемпуры и в 13 км юго-западнее г. Крерук. Киреунские источники находятся в долине р. Киревны в отрогах Срединного хребта. Двухъюрточные - на левобережье р. Двухъюрточной, в 5 км выше ее впадения в оз. Двухъюрточное. Крерукские гидротермы находятся к юго-востоку от Оксинских. Апапельские источники - на правобережье Правого Анавгая на крутопадающем ручье Апапеле, на высоте около 50 м над долиной.

Температура поверхностных гидротермопроявлений центральной Камчатки колеблется от 34 до 70°С, рН 6,9-8,4. Воды горячих источников характеризуются преобладанием ионов натрия, хлора, сульфат-ионов, достаточно слабой минерализацией воды (1,042-2,979 г/дм3). При такой минерализации возможно использование вод источников центральной Камчатки для культивирования цианобактерий.

В восточной Камчатке проводили исследования альгобактериальных сообществ гидротерм Налычевского природного парка (Налычевских, Краеведческих, Таловских, Желтореченских) и Долины Гейзеров. Налычевские гидротермы - самые крупные на Камчатке термальные углекислые источники. Они разгружаются в междуречье Горячей и Желтой на площади более

2 км2. Такие же источники расположены на р. Желтая (Желтореченские) в 600 м от устья, в 11,5 км восточнее г. Вершинской. Краеведческие термальные источники выходят по берегам р. Таловая в 2 км выше ее впадения в р. Шайбная. Таловские горячие источники находятся в 6 км от Налычев-ских на левом берегу р. Порожистой в 2,6 км выше устья. Долина Гейзеров находится на территории Кроноцкого государственного природного биосферного заповедника.

Температура воды гидротерм восточной Камчатки 30-70°С, рН 6,5-10,0. Термальные воды отличаются высоким содержанием ионов натрия, кальция, хлора, бора, сульфат- и карбонат-ионов. Практически все исследованные источники восточной Камчатки отличаются очень высокой минерализацией (до 7,234 г/дм3). Такие воды невозможно использовать для культивирования цианобактерий с целью получения белка, так как биомасса будет отличаться повышенным содержанием минеральных веществ.

В южной Камчатке проводили исследования альгобактериальных сообществ Малкинских, Начикинских, Жировских, Больше-Банных, Мутнов-ских, Опальских, Вилючинских, Карымшинских и Паратунских гидротерм. Малкинские источники расположены в 5 км на восток от с. Малки, на левом берегу р. Ключовки. Вилючинские находятся на правом берегу р. Вилючи, недалеко от подножия Вилючинского вулкана. Больше-Банные термальные источники расположены на надпойменной террасе левого берега р. Банной. Жировские гидротермы представлены двумя группами - верхней и нижней. Верхне-Жировские источники находятся в верховьях р. Жировой, на ее левом берегу. Нижне-Жировские - в 9 км от устья р. Жировой на высокой пойме правого берега. Начикинские источники расположены в долине р. Плотниковой, в 1,5 км севернее пос. Начики, у подножия г. Зеркальце Начикин-ское. Опальские гидротермы состоят из двух групп - верхней и нижней. Верхне-Опальские находятся в левобережной части долины р. Левой Опалы, в 3 км от устья. Нижне-Опальские - на левом берегу и на правобережье вдоль безымянного ручья. Мутновские термы расположены на северном склоне влк. Мутновского, в правых истоках р. Фальшивой. Карымшинские -в среднем течении р. Карымшиной, левого притока р. Паратунки, в урочгаце сопки Горячей.

Температура южных гидротермопроявлений 25-105°С, рН 6,0-9,0. Их химический состав характеризуется относительно высоким содержанием натрия, кремния, сульфат- и карбонат-ионов. Минерализация составляет 0,468-1,260 г/дм3. Воды таких источников являются наиболее подходящими для культивирования цианобактерий.

Рассмотрим подробнее гидротермы бассейна р. Паратунки, выбранные для дальнейших исследований (по химическому составу воды).

Паратунское месторождение термальных вод расположено на юге Камчатки, в 40 км от г. Петропавловска-Камчатского, и разделяется на участки: северный, нижний, средний и верхний. На всех участках имеет место самоизлив горячих вод из скважин.

Исследования проведены на источниках верхнего, среднего и нижнего участков. В трех бассейнах Нижне-Паратунских источников (санаторий «Паратун-ка», Военный санаторий) минеральная вода смешивается с поверхностными водами и, весной, - с грунтовыми водами. В бассейнах температура воды 30-44°С. Весной, когда подходят грунтовые воды, температура понижается до 16-30°С. На поверхности рН 6,0-7,0. В первом бассейне температура 42-44°С, во втором - 30-36°С. Воды Средне-Паратунских источников характеризуются температурой 50-55°С, рН 7,5.

В таблице 1 приведен химический состав вод источников Паратунского месторождения.

Таблица 1

Химический состав термальных вод источников Паратунского гидротермального месторождения, мг/дм3*

Название источников + N се и + СЧ ад 1 и гч о' ся нсоз' + г- со3 сГ СП п X О СЛ ^

Верхне-Паратунские 6,0 279,0 121,0 1,6 151,0 653,0 26,0 25,0 62,0

Средне-Паратунские 5,4 227,0 90,0 2,4 54,0 603,0 25,0 30,0 82,0

Нижне-Паратунские 6,0 193,0 149,0 6,1 198,0 730,0 49,0 25,0 61,0

* Примечание: при составлении таблицы использованы материалы Кузякиной (2004), Трухина и Шувалова (1979), данные испытательной лаборатории ФГУП «Камчатская поисково-съемочная экспедиция» (2002).

Из данных таблицы видно, что в водах Верхне-Паратунских источников преобладают ионы натрия, кальция, хлора, сульфат-ионы; минерализация составляет 1,322 г/дм3; Средне-Паратунские источники также характеризуются преобладанием ионов натрия, кальция, хлора, сульфат-ионов; минерализация составляет 1,113 г/дм3; в Нижне-Паратунских источниках преобладают ионы натрия, кальция, хлора, сульфат-ионы; минерализация составляет 1,812 г/дм3.

Термальные воды бассейна р. Паратунки могут быть отнесены к типу сульфатно-натриевых. Химический состав определяется тремя основными компонентами - ионами натрия, хлорид- и сульфат-ионами. В газовом составе гидротермальных растворов преобладает азот. Воды характеризуются минерализацией до 1,1-1,8 г/дм3, нейтральной или слабощелочной реакцией среды (рН 6,09,0). Они имеют температуру 25-65°С.

Таким образом, источники юга Камчатки характеризуются нейтральной или слабощелочной реакцией среды (рН 6,0-9,0), температурой 25-105°С.

Химический состав отличается преобладанием хлорид-, сульфат-ионов, ионов натрия, относительно невысокой (по сравнению с источниками центральной и восточной Камчатки) минерализацией (0,468-1,260 г/дм3). По химическому составу, географическому положению, наличию автомобильных путей наиболее приемлемыми для реализации поставленных задач являются гидротермы Паратунского месторождения. Они содержат небольшие количества калия, магния, бора, азота, отличаются достаточно высоким содержанием ионов Na+, Са2+, СГ, S042'. Из этих источников нами выбраны Средне-Паратунские, так как они характеризуются наименьшей минерализацией (1,113 г/дм3) по сравнению с гидротермами верхнего и нижнего участков (соответственно, 1,322 г/дм и 1,812 г/дм3).

3.2. Объекты исследований - альгобактериальные сообщества поверхностных термопроявлений Камчатки

С целью определения доминирующих видов цианобактерий, выделения наиболее перспективного для культивирования вида, конкретных возможностей его использования был исследован видовой состав альгобактериальных сообществ, химический состав и скорость накопления биомассы цианобактерий.

В альгобактериальных сообществах гидротерм центральной Камчатки доминирующими составляющими Двухъюрточных источников являются диатомовые водоросли (Bacillariophyta), а также цианобактерии рода Microcystis. В сообществах Апапельских гидротерм преобладают цианобактерии рода Phormidium, встречаются также диатомовые водоросли и железобактерии, располагающиеся как самостоятельно, так и на нитях цианобактерий. В Оксинских, Крерукских, Эссовских, Киреунских источниках встречаются цианобактерии рода Phormidium в виде отдельных нитей.

В результате исследования 6 групп горячих источников центральной Камчатки (35 проб) обнаружено, что цианобактерии встречались в 31 пробе, причем в 24 из них - цианобактерии рода Phormidium.

По результатам анализа видового состава альгобактериальных сообществ горячих источников восточной Камчатки сделано заключение, что в гидротермах Долины Гейзеров доминирующими в водах, температура которых колеблется от 40° до 55°С, рН 7,0-10,0, являются цианобактерии рода Phormidium. При температуре 3 0° и 70°С преобладают цианобактерии рода Microcystis. В Краеведческих источниках (температура 52°С, рН 6,6) доминирующими оказались цианобактерии Phormidium laminosum (Ag.) Gom. В образцах из Таловских источников (температура порядка 30°С, рН 6,8) доминирующими являются цианобактерии Oscdlatoria spp. В образцах из Жел-тореченских и Налычевских источников (температура 39,5—49,5°С, рН 6,5-8,0) цианобактерии встречались в виде отдельных нитей.

1 13

В результате исследования 5 rpynii горячих источников восточной Камчатки (17 проб) обнаружено, что цианобактерии встречались в 15 пробах, причем в 10 из них - цианобактерии ро|ца Phormidium.

Анализ альгобактериальных сообществ гидротерм южной Камчатки показал, что в Верхне-Вшпочинских Источниках преобладают цианобактерии родов Phormidium и Gloeocapsa. Для Нижне-Вилючинских характерно преобладание в некоторых пробах диатЬмей, а в некоторых - цианобактерий рода Phormidium, образующих волокнистые обрастания от светло-зеленого до оливково-зеленого цвета. В Карымшинских источниках доминируют цианобактерии Ph. laminosum, образующие зелено-бурые пленочные обрастания. В Больше-Банных и Малкинских - Ph. ramosum B.-Peters., Ph. laminosum. В Начикинских источниках (санаторий «Начики») помимо Ph. ramosum и Ph. laminosum, встречаются цианобактерий Ph. ambiguum Gom. Образец из Опальских источников также характеризуется преобладанием цианобактерий рода Phormidium. В Жировских гидротермах (температура 42-79°С, рН 7,5-8,1) цианобактерии встречаются отдельными нитями.

В результате исследования 7 групп горячих источников южной Камчатки (61 проба) обнаружено, что цианобактерии встречались в 50 пробах, причем в 41 из них - цианобактерии рода Phormidium.

В источниках верхней Паратунки преобладают пленочные и нитчато-волокнистые обрастания изумрудно-зеленого и оливково-зеленого цветов. В большинстве исследованных источников доминируют цианобактерии родов Phormidium и Oscillatoria. В бассейнах нижней Паратунки сообщества образуют плавающие маты оливково-зеленого цвета. Их состав характеризуется преобладанием цианобактерий Ph. ambiguum. В Средне-Паратунских гидротермах доминантой являются цианобактерии Ph. ramosum (табл. 2). Нити Ph. ramosum более 50 мкм длиной. Они образуют кисточкообразно-раздельные дерновинки ярко-сине-зеленого цвета, встречаются также одиночные нити. Трихомы у поперечных перегородок не перешнурованные.

При исследовании Паратунских гидротерм (25 проб) цианобактерии были обнаружены в 24 пробах, причем в 21 из них - рода Phormidium.

Идентифицированные в пробах цианобактерии рода Phormidium представлены 11 видами, Gloeocapsa - 6, Oscillatoria - 5, Leptolyngbya - 4, Chamaesiphon, Mastigocladus, Synechocystis, Microcystis - 2, Aphanothece - 1 видом. Распространение видов цианобактерий по группам горячих источников центральной Камчатки - 10, восточной - 13, южной - 29.

Цианобактерии рода Phormidium являются доминирующими в альгобактериальных сообществах. Наибольшее число видов рода Phormidium было выделено в источниках Паратунской гидротермальной системы, входящей в группу гидротерм южной Камчатки (табл. 3). Отличительной особенностью цианобактерий рода Phormidium является наличие мягкого расплывающегося влагалища у нитей, склеивающего их в своеобразные пленчато-кожистые дерновинки. Живут цианобактерии этого рода в различных водоемах, в горячих источниках, на почве.

I Таблица 2

Состав альгобактериальных сообществ Средне-Паратунских поверхностных термопроявлений

Место взятия, номер образца Температура, °С pH Описание обрастаний Состав сообществ'

Излив воды из отвода основной трубы. Э-1 65 7,5 Вода 1 ) Cvanobacteria Gloeocapsa minuta (Kütz) Hollerb. atnpl; Microcystis aeruginosa Kütz. emend Elenk.

Лужа под из-ливом, дно каменистое. Э-2 61 7,5 Налет яркого сине-зеленого цвета Cvanobacteria Gl. minuta (Kütz.) Hollerb. ampl.; M. aeruginosa Kütz. emend. Elenk.

Лужа в 2 м от излива. Э-3 47 7,5 Тонкие изум-рудно-зеле-ные пленки Cvanobacteria Phormidium ramosum B.-Peters.

Быстрый ручей по наклонной плите. Э-4 47 7,5 Пленки изумрудно-зеленого цвета Cvanobacteria Phormidium laminosum (Ag.) Gom.; Ph. ramosum B.-Peters., Ph. thermophilum Elenk.

Бетонная плита ниже по течению ручья. Э-5 47 7,5 Тонкие пленки ярко- ' изумрудно-зеленого цвета Cvanobacteria Ph. ramosum B.-Peters., Ph. laminosum (Ag.) Gom., Ph. thermophilum Elenk., Aphanothece globosa Elenk.

Камень под изливом. Э-1 65 7,5 Оливково-зе-леная пленка Cvanobacteria Ph. ramosum B.-Peters.

Ручей, в 6 м от излива по течению. Э-6 52 7,5 Пленка жел-товато-зеле-ного цвета на фунте и камнях Cvanobacteria Ph. laminosum (Ag.) Gom., Ph. ramosum B.-Peters., Oscillatoria geminata (Menegh.) Gom.

Мелководье. Местами слой биомассы выходит на поверхность грунта. Э-8 Ниже 15 7,5 Плотная оливково-зеленая пленка с мохообразной поверхностью Chlorophvta Spirogyra sp.

Таблица 3

Численность и биоразнообразие цианобактерий исследованных поверхностных термопроявлений Камчатки

Группы Число Число Индекс (%) и сте- Индекс Индекс

источников родов видов разно- пень до- доми- вырав-

и видов рода РЪог- образия Шенно- минирования нирования ненно-сти

тг- на цианобак- Симп- Пиелу

сИит терий рода РАотг-йшт сона

Источники центральной 6 3 1,93±0,11 (33,3) 0,33 0,31 ±0,07 0,52±0,3б

Камчатки 10

Источники

восточной £ 4 2,26±0,09 (30,8)0,31 0,22±0,04 0,44±0,2

Камчатки 13

Источники

южной 8 11 2,69±0,28 (37,9) 0,38 0,40±0,13 0,4±0,02

Камчатки 29

в том числе Паратунские 2 10 3,2±0,18 (47,6)0,48 0,38±0,13 0,3±0,04

источники 21

Примечание над чертой указано число родов, а под чертой - число видов цианобактерий Данные достоверны при доверительной вероятности Р = 0,99 или уровне значимости а = 0,01.

Из данных таблицы 3 следует, что индекс видового разнообразия Шеннона, степень доминирования цианобактерий рода РкогтгсИит и индекс доминирования Симпсона выше для сообществ южных гидротерм. Приведенные в таблице индексы для Паратунских альгобактериальных сообществ четко отражают такое же соотношение. Значение индекса выравненное™ Пиелу видового состава сообществ отражает наибольшую неравномерность у Паратунских источников.

3.3. Накопление биомассы цианобактерий

В Средне-Паратунских источниках провели определение скорости накопления биомассы цианобактериями Рк готовит в зимний и летний периоды.

Динамика прироста биомассы цианобактерий Ркогт1с1шт гатозит в зимний и летний периоды представлена на рисунке 1.

у - 60,69.x-3,18

б)

Рис. 1. Динамика прироста биомассы цианобактерий РИогтгсИит гатояит в зимний (а) и летний (б) периоды (данные достоверны при доверительной вероятности Р = 0,99 или уровне значимости а = 0,01).

Прирост биомассы достигал 74,6 мг сухого вещества в час на 1 м2 поверхности. Следует учитывать, что достижение таких величин возможно только при достаточном доступе освещения для всех клеток цианобактерий, т.е. при росте биомассы в очень тонком слое. При увеличении толщины слоя наблюдаются самозатенение культуры, замедление прироста, деструкцион-ные процессы.

В исследованиях, результаты которых представлены на рисунке 1, накопление биомассы почти не зависело от сезойа года - в зимний и летний периоды динамика прироста была практически одинакова. Эти определения не намного отличались от данных по приросту биомассы цианобактерий рода РИогтгсИит, полученных на Верхне-Паратунских и Зеленовских гидротермах, где он достигал 50,0 мг сухого вещества в час на площади 1м2 (Кузяки-на, Захарихина, 2001).

3.4. Химический состав цианобактерий

Данные исследований химического состава воздушно-сухой биомассы цианобактерий рода РИогтгсИит, отобранных в горячих источниках Пара-тунки приведены в таблице 4.

Таблица 4

Химический состав биомассы цианобактерий РкогтШШт $рр.*

Наименование показателя Массовая доля, %

Сухое вещество 95,06

Зола 55,13

Кальций 0,32

Фосфор 0,16

Липиды 1,50

Протеин 12,44

Нерастворимые вещества 25,99

Поваренная соль 1,83

Нитраты мг/кг 61,70

Песок 2,00

Медь, мг/кг 3,00 (ПДК 10,00 мг/кг)

Цинк, мг/кг 128,00 (ПДК 200,00 мг/кг)

Кадмий, мг/кг 0,00 (ПДК 1,00 мг/кг)

Свинец, мг/кг 0,00 (ПДК 0,50 мг/кг)

•Примечание' анализ проводился в лаборатории оценки качества кормов Камчатского государственного центра агрохимической службы г. Нлизово

Из этих данных видно, что массовая доля протеина составляет около 13% от сухого вещества. При математической обработке данных таблицы 4, получили, что массовая доля белка в образце составляет 35,08% органической части. Биомасса характеризуется невысоким содержанием липидов, большим количеством минеральных веществ.

Цианобактерии обладают высокими сорбционными способностями, и поэтому их химический состав прямо зависит от химического состава среды обитания. Так, токсичные вещества среды обитания «превращаются» в токсичные вещества биомассы. Указанная зависимость весьма наглядно прослеживается для биомассы цианобактерий Паужетских источников (табл. 5), воды которых отличаются высоким содержанием минеральных, в том числе токсичных веществ: никеля, свинца, цезия, хлора свыше 2 г/см3, бора 2050 мг/см3 (Кузякина, 2004).

Таблица 5

Химический состав биомассы цианобактерий Паужетских источников*

Наименование показателя Массовая доля, % от сухого вещества

Кальций 1,28

Фосфор 0,25

Нерастворимые вещества 12,21

Песок 11,00

Медь, мг/кг 175,00 (ПДК 10,00 мг/кг)

Цинк, мг/кг 1135,00 (ПДК 200,0 мг/кг)

Кадмий, мг/кг 18,90 (ПДК 1,0 мг/кг)

Свинец, мг/кг 1560,00 (ПДК 0,5 мг/кг)

♦Примечание' анализ проводился в лаборатории оценки качества кормов Камчатского государственного центра агрохимической службы г Елизово

Таким образом,

- исследованы альгобактериальные сообщества и условия среды их обитания группы (21 источник) поверхностных термопроявлений центральной, восточной, южной Камчатки: температура, рН, химический состав; для реализации поставленных задач выбраны Средне-Паратунские гидротермы (по химическому составу воды, географическому положению);

- в альгобактериальных сообществах исследованных гидротерм обнаружены микроводоросли 23 родов, относящиеся к трем отделам - синезеленые (цианобактерии), диатомовые и зеленые водоросли; среди них доминируют цианобактерии (87%); наибольшая распространенность цианобактерий наблюдается в источниках с диапазоном температур/рН 37°С/6,9 -52°С/8,2;

- определены цианобактерии 33 видов: в источниках центральной Камчатки - 10, восточной - 13, южной - 29; цианобактерии рода Phormidium представлены 11 видами, Gloeocapsa - 6, Oscillatoria - 5, Leptolyngbya - 4, Chamaesiphon, Mastigocladus, Synechocystis, Microcystis - 2, Aphanothece -1 видом;

- цианобактерии рода Phormidium являются доминирующими; их встречаемость составила 80%; встречаемость других родов в совокупности (Microcystis, Aphanothece, Gloeocapsa, Oscillatoria, Leptolyngbya, Chamaesi- <• phon, Mastigocladus, Synechocystis, Anabaena) - 68%;

- для дальнейших исследований выбраны цианобактерии Ph. ramosum, доминирующие в Средне-Паратунских гидротермах: они характеризуются высокой скоростью прироста биомассы (до 74,6 мг сухого вещества в час с 1 м2 поверхности) и нетоксичностью; химический состав цианобактерий рода Phormidium отличаете я достаточно высоким (35,08% органической части) содержанием протеина.

ГЛАВА 4 ПОЛУЧЕНИЕ БИОМАССЫ ЦИАНОБАКТЕРИЙ ДЛЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ

Культивирование цианобактерий является самым ответственным этапом технологического процесса.

Для проведения эксперимента разработали лабораторную установку,

Рис. 2. Схема лабораторной установки для культивирования термофильных цианобактерий:

1-бачок для питательной среды; 2-дозирующий клапан; 3-крышка рабочей емкости; 4-корпус; 5-суспензия; 6-подогреваемая площадка; 7-фильтр; 8-сливные вентили; 9-компрессор; 10-люминесцентная лампа.

Принцип действия установки: из подогреваемого бачка (1) питательная среда (вода из горячего источника) при температуре 45°С с помощью дозирующего клапана (2) подается в рабочую емкость из бесцветного прозрачного стекла, размеры которой 200x150x30 мм. Она состоит из корпуса (4) и крышки (3). Высота слоя питательной среды 20 мм. В среду введена культура цианобактерий Рк гатозит. Рабочая емкость установлена на подогреваемую площадку (6), температура которой поддерживается 45°С. В процессе ферментации культура постоянно освещается люминесцентной лампой (10) мощностью 40 Вт. С помощью компрессора (9) питательная среда обогащается углекислым газом. При этом за счет барботирования осуществляется перемешивание суспензии (5). По мере прироста биомассы цианобактерий с помощью сливных вентилей (8) из рабочей емкости выводится порция сус-i пензии. Суспензия попадает на фильтр (7), где биомасса отделяется от жид-

кой фазы. Скорость отвода суспензии и подачи свежей порции питательной среды регулируется вручную с помощью вентилей (2) и (8). В лабораторных условиях рост культуры наблюдался только при температуре 45°С. В природных условиях в Средне-Паратунских источниках цианобактерии Рк. гатовит активно развиваются при температурах от 45° до 50°С.

По принципу действия лабораторной смонтировали пилотную установку комбинированного типа на Средне-Паратунских источниках в пос. Термальный. Температура воды в зоне активного роста цианобактерий 48°С, рН 7,5. Химический состав воды термопроявления, используемой в качестве субстрата, приведен в таблице 6.

Таблица б

Химический состав вод термопроявления Средне-Паратунского гидротермального месторождения (пос. Термальный)*

Ком- НСОз Мине-

по- + рали-

ненты состава вод ¡2 + Та и + "ад О о оо С032" О са £ О Й Л X за-ция, мг/дм3

Концен-грация, 12,0 206,9 96,0 2,4 113,0 514,0 31,02 4,16 29,6 1083,7

мг/дм3

•Примечание: определение проведено в апреле 2005 г.

Схема установки приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Схема пилотной установки для культивирования термофильных цианобактерий:

I-корпус; 2-мешалка; 3-патрубок для слива субстрата; 4-термометр; 5-термодатчик; 6-люминесцентные лампы; 7-вентилятор; 8-электродвига-тель; 9-терморегулятор; 10-регулятор частоты вращения электродвигателя;

II-регулятор освещения; 12-патрубок для подачи воздуха; 13-патрубок для подачи субстрата; 14-клапан, регулирующий подачу субстрата.

Принцип действия установки: через патрубок (13) в рабочую емкость установки подается субстрат (термальные воды). Глубина его слоя 10 см. Цианобактерии, выделенные из естественной среды обитания, вносятся в субстрат. В процессе ферментации происходит постоянное перемешивание среды мешалкой (2) с электродвигателем (8) для поддержания равномерности ее химического состава и температуры. Через патрубок (12) среда постоянно обогащается углекислотой воздуха путем барботирования, что также обеспечивает дополнительное перемешивание Подача воздуха в рабочую емкость осуществляется с помощью вентилятора (7), вмонтированного в крышку корпуса (1). Освещение культуры осуществляется четырьмя люминесцентными лампами низкого давления (6) мощностью по 40 Вт. Мощность освещения можно изменять путем отключения необходимого количества ламп с помощью регулятора освещения (11). Контроль температуры осуществляется термометром (4). С помощью датчика (5) контролируется постоянство температуры субстрата: при понижении температуры на 2-3°С автоматически открывается клапан патрубка (3), через который сливается порция среды. При этом одновременно открывается клапан (14), через который подается свежая порция термальной воды. При достижении необходимой температуры 45°С клапаны закрываются, и процесс продолжается до очередного понижения температуры.

Полученная биомасса промывалась на металлических ситах проточной водой, соответствующей требованиям СанПиН 2.1.4.1074, и высушивалась горячим (85°С) воздухом в сушилке инфракрасного излучения ЭСБИК-1,25/220 «Икар» в течение 25-30 мин до содержания воды 8-10%. Термообработка необходима для разрушения нуклеиновых кислот (Попова, 1988).

На рисунке 4 представлена технологическая схема получения биомассы при использовании термальных вод.

ПОДАЧА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ЦИАНОБАКТЕРИЙ

ОТДЕЛЕНИЕ БИОМАССЫ И ПРОМЫВАНИЕ

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ БИОМАССЫ ВЫСУШИВАНИЕ БИОМАССЫ

ФАСОВАНИЕ И УПАКОВЫВАНИЕ

ГОТОВОГО ПРЕПАРАТА

ХРАНЕНИЕ

Рис. 4. Технологическая схема получения биомассы термофильных цианобактерий при использовании термальных вод.

Приведенная технологическая схема значительно проще типовой схемы производства микробных белковых препаратов (Грачева и др., 1992), так как она исключает достаточно сложные стадии приготовления питательной среды (либо ее доставки), а также выделения чистой культуры, так как в слабощелочной среде (рН 7,5) при высокой температуре (50-65°С) способны жить немного других организмов.

Цианобактерии образуют плавающие на поверхности субстрата тонкие пленки яркого сине-зеленого цвета. В процессе ферментации биомасса периодически отбиралась для поддержания низкой плотности культуры во избежание ее самозатенения и деструкции.

В процессе эксперимента ферментация проводилась при температуре 45°, 50°, 55°С. Наиболее активно накопление биомассы происходило при температуре 45°С. При более высокой температуре прирост замедлялся. Прирост при температуре выше 55° и ниже 45°С не определялся, так как визуальные наблюдения показали его отсутствие.

На рисунке 5 приведена динамика прироста биомассы РИ готовит в пилотной установке.

I] у = 21,42х-0,47

0.50 1,00 1,50 2ДМ)

время, ч

Рис. 5. Динамика прироста биомассы цианобактерий РИ готовит

в пилотной установке (данные достоверны при доверительной вероятности Р = 0,99 или уровне значимости а = 0,01).

Площадь рабочей поверхности субстрата в пилотной установке составляет 1 м2. Следовательно, при оптимальном режиме культивирования можно получать до 45-50 мг сухого вещества в час.

Культивирование цианобактерий в данной установке позволяет использовать в качестве субстрата термальные воды Средне-Паратунских источников, поддерживать постоянный химический состав среды за счет ее проточ-ности. Отсутствие необходимости дополнительного подогрева позволяет экономить электроэнергию и выращивать биомассу круглый год.

Результаты определения химического состава полученной биомассы приведены в таблице 7.

■ 45 ОС Л 50 ОС » 55 ОС

Таблица 7

Химический состав биомассы цианобактерий РК гатояит*

Наименование показателя Массовая доля, %

Зола 41,8

Кальций 0,11

Фосфор 0,04

Жиры 1,42

Сырой протеин 23,41

Медь, мг/кг 1,50 (ПДК 10,00 мг/кг)

Цинк, мг/кг 98,00 (ПДК 200,00 мг/кг)

Кадмий, мг/кг 0,00 (ПДК 1,00мг/кг)

Свинец, мг/кг 0,00 (ПДК 0,50 мг/кг)

♦Примечание' анализ проводился в лаборатории оценки качества кормов Камчатского государственного центра агрохимической службы г Елизово.

При математической обработке данных о содержании протеина получили значение 45,19% от органической части. Это означает, что данную биомассу можно использовать в качестве источника кормового и пищевого белка, применяемого в качестве обогатителя традиционных кормовых и пищевых продуктов. После дополнительных исследований, вероятно, будет возможно использовать биомассу в качестве биологически активной добавки к пище.

Таким образом,

- предложенный способ культивирования термофильных цианобактерий включает подачу термальных растворов, введение культуры цианобактерий, ферментацию при постоянном перемешивании и искусственном освещении; проточностъ позволяет поддерживать постоянство химического состава и температуры питательной среды; высокие температуры культивирования (45-65°С) позволяют исключить процесс получения стерильной культуры;

- отработаны оптимальные режимы культивирования: по обеспечению постоянства химического состава среды, аэрации, температуре, освещению и по накоплению биомассы; при оптимальных условиях культивирования

* можно достичь производительности около 50 мг сухого вещества в час

с 1 м2 поверхности (4,38 т/га в год), что в пересчете на белок составляет 1,3 т/га в год;

- для обеспечения производства используется энергия термальных вод, что предельно уменьшает потребность в топливе и дает возможность организации круглогодичного производства;

- способ исключает необходимость закупки, доставки и предварительной подготовки субстрата.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ВЫВОДЫ

1. Исследованы альгобактериальные сообщества и условия среды их обитания большой группы поверхностных гидротермопроявлений центральной (6 источников), восточной (5 источников) и южной (10 источников) областей Камчатки.

2. В альгобактериальных сообществах обнаружены микроводоросли 23 родов, относящиеся к трем отделам - синезеленые (цианобактерии), диатомовые и зеленые. Среди них доминируют цианобактерии, их встречаемость составила 87%. Наибольшая распространенность цианобактерий наблюдается в источниках с диапазоном температур/рН 37°С/6,9 - 52°С/8,2.

3. Определены цианобактерии 33 видов: в источниках центральной Камчатки - 10, восточной - 13, южной - 29; цианобактерии рода Phormidium представлены 11 видами, Gloeocapsa - 6, Oscillatoria - 5, Leptolyngbya - 4, Chamaesiphon, Mastigocladus, Synechocystis, Microcystis - 2, Aphanothece -1 видом.

4. Цианобактерии рода Phormidium являются доминирующими, благодаря их высокой адаптационной способности, обусловленной специфичностью метаболизма. Их встречаемость составила 80%, других родов в совокупности {Microcystis, Aphanothece, Gloeocapsa, Oscillatoria, Leptolyngbya, Chamaesiphon, Mastigocladus, Synechocystis, Anabaena) - 68%.

5. Объектами культивирования выбраны виды рода Phormidium, накапливающие в естественных условиях большую биомассу: в среднем до 55 мг сухого вещества в час с 1 м2 поверхности, характеризующиеся высоким (35,08% органической части) содержанием протеина. Для реализации поставленных задач выбраны Средне-Паратунские гидротермы (по химическому составу воды, географическому положению) и доминирующие в них цианобактерии Phormidium ramosum.

6. На основании анализа существующих биореакторов для культивирования (открытого и закрытого типа) предложен способ культивирования термофильных цианобактерий в установке комбинированного типа. В качестве субстрата и источника энергии используются термальные растворы. Отработаны оптимальные режимы культивирования цианобактерий Phormidium ramosum по обеспечению постоянства химического состава среды, аэрации, температуре, освещению.

7. При оптимальных условиях культивирования накопление биомассы достигает 50 мг сухого вещества в час с 1 м2 поверхности, или 4,38 т/га в год, что в пересчете на белок составляет 1,3 т/га в год.

8. Полученные данные по культивированию цианобактерий рода Phormidium в пилотной установке дают возможность перейти к следующему этапу - промышленному получению биомассы для биотехнологических целей.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Зенина (Ефимова) М.В. Биологически активные вещества синезеленых водорослей, их получение и использование // Труды ПКВМУ. Петропавловск-Камчатский, 1995. Вып. 1. С. 69.

2. Зенина (Ефимова) М.В., Ефимов A.A. Исследование химического состава синезеленых водорослей гидротерм Камчатки с целью получения белковых компонентов комбикормов // Труды ПКВМУ. Петропавловск-Камчатский, 1997. Вып. 2. С. 59-65.

3. Ефимова М.В. К вопросу о фитопланктоне нерестовых рек Камчатки и его роли в кормовой цепи гидробионтов // Труды КамчатГТУ. Петропавловск-Камчатский, 2001. Вып. 13. С. 88-90.

4. Ефимова М.В. Безопасность кормового белка, полученного го биомассы синезеленых водорослей // Рациональное использование морских биоресурсов: Материалы конф. (25-28 марта 2002 г.). Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2002. С. 47-54.

5. Ефимова М.В. Возможности использования белка синезеленых водорослей // Рыбохозяйственное образование Камчатки в 21 веке: Материалы междун. конф. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2002. С. 133-139.

6. Ефимова М.В., Кузякина Т.И. Технологические возможности культивирования цианобактерий рода Phormidium для биотехнологических целей // Совр. наукоемкие технологии. 2004. № 1. С. 55-56.

7. Кузякина Т.И., Ефимова М.В., Кириченко В.Е. Альгобактериальные сообщества поверхностных термопроявлений центральной Камчатки // Фундамент, исслед. 2004. № 3. С. 109-110.

8. Ефимова М.В., Кузякина Т.И. Цианобактерии (синезеленые водоросли) некоторых поверхностных термопроявлений Камчатки // Материалы межвуз. науч. конф. «Растительный мир Камчатки» (6 февраля 2004 г.). Петропавловск-Камчатский: КГПУ, 2004. С. 4-15.

9. Ефимова М.В. Цианобактерии поверхностных термопроявлений Камчатки и возможности их культивирования для биотехнологических целей // Материалы конф. (20-21 апреля 2004 г.). Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. С. 81-97.

10. Ефимова М.В., Кузякина Т.И. Возможности использования биомассы синезеленых водорослей (цианобактерий) гидротерм Камчатки // Современные технологии в рыбохозяйственном комплексе Камчатки // Изв. ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2004. № 4. С. 53-59.

11. Ефимова М.В. Введение в прикладную биотехнологию. Учебное пособие. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. 96 с. (гриф ДВ РУМЦ).

12. Ефимова М.В., Кузякина Т.И. Альгобактериальные сообщества плавающих матов Паратунской гидротермальной системы Камчатки // Успехи совр. естествознания. 2004. № 12. С. 88-89.

13. Ефимова М.В., Ефимов А.А. Получение биомассы цианобактерий Ркогт1(Иит гатозит для биотехнологических целей // Совр. наукоемкие технологии. 2004. № 4. С. 32-33.

Ефимова Марина Васильевна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

В авторской редакции Набор текста, верстка М. В. Ефимова

Лицензия ИД № 02187 от 30.06.00 г. Подписано в печать 15.06.2005 г. Формат 61*86/16. Печать офсетная. Гарнитура Times New Roman Авт. л. 1,9. Уч.-изд. л. 1,98. Усл. печ. л 1,69 Тираж 120 экз. Заказ № 548

Редакционно-издательский отдел Камчатского государственного технического университета

Отпечатано в ООО "СЭТО-СТ Плюс" 683024, г. Петропавловск-Камчатский, пр 50 лет Октября, 1/2

№16 9 72

РНБ Русский фонд

2006-4 12775

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ефимова, Марина Васильевна

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Биологическая характеристика цианобактерий.

1.2. Химический состав цианобактерий.

1.3. Экология цианобактерий.

1.4. Использование цианобактерий.

1.5. Промышленное культивирование микроводорослей.

Глава 2. Материалы и методы исследований.

Глава 3. Материалы и объекты исследований.

3.1. Характеристика поверхностных термопроявлений.

3.2. Объекты исследований - альгобактериальные сообщества поверхностных термопроявлений Камчатки.

3.3. Накопление биомассы цианобактерий.

3.4. Химический состав цианобактерий.

Глава 4. Получение биомассы цианобактерий для биотехнологических целей.

Основные положения и выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Синезеленые водоросли (цианобактерии) поверхностных термопроявлений Камчатки и возможности их использования в биотехнологии"

Актуальность работы

Успехи в развитии науки и техники обусловили в последние годы более углубленное изучение во всем мире сырьевых, в том числе водных, биоресурсов. Еще не так давно биоресурсы водного происхождения рассматривались только как сырье для производства традиционных видов пищевой, кормовой и технической продукции. Результаты исследования их состава показали, что они являются источниками разнообразных биологически активных веществ, которые могут использоваться для производства фармацевтической, косметической продукции, стимуляторов продуктивности сельскохозяйственных животных и растений.

Ценным сырьем для получения биологически активных веществ являются синезеленые водоросли (цианобактерии) - одноклеточные доядерные организмы. В клетках цианобактерий содержание белка может достигать 70-75% органической части. Таким образом, цианобактерии могут служить сырьем для получения белка.

Перспективно использование цианобактерий горячих источников, так как их приспособленность к активной жизни при высокой температуре основана на своеобразии физико-химических, структурных и функциональных свойств всех компонентов клетки. Следовательно, цианобактерии могут являться также сырьем для производства широкого спектра биологически активных добавок.

Накопленный к настоящему времени материал, касающийся термофильных цианобактерий (Логинова и др., 1966; Головачева, 1984; Логинова, 1986; Nold et al, 1996; Ferris et al., 1996; Ward et al., 1998; Yamamoto et al., 1998; Bonch-Osmolovskaya et al., 1999; Satoh et al., 1999; Кузякина, 2000, 2003,2004), свидетельствует об уникальности этих представителей альгобактериальных сообществ гидротерм.

Промышленное культивирование микроводорослей с целью получения биологически активных веществ осуществляется в настоящее время во многих странах. Основным объектом культивирования являются цианобактерии рода Spirulina (Сассон, 1987), обитающие в естественных условиях в Африке и Мексике. Актуально использование в качестве объектов культивирования видов, обитающих на территории нашей страны. t

Цель и задачи исследований

Цель работы — определение перспектив использования термофильных цианобактерий гидротерм Камчатки в биотехнологии.

Для достижения цели были поставлены задачи:

1. Определить таксономический состав и выделить доминирующие виды термофильных цианобактерий (синезеленых водорослей) из альгобактериальных сообществ различных горячих источников Камчатки.

2. Определить перспективные виды цианобактерий для культивирования.

4. Определить тип реактора и разработать технологию культивирования при использовании термальных вод.

Научная новизна

Составлены видовые списки представителей альгобактериальных сообществ изученных гидротерм и выделены доминирующие представители сообществ.

Разработана принципиальная технология культивирования цианобактерий при использовании термальных вод.

Практическая значимость

Результаты исследований альгобактериальных сообществ гидротерм могут быть использованы для изучения биоразнообразия термофильных микроорганизмов, для создания коллекции, а также для их биотехнологического использования.

Апробация работы

Основные положения диссертации были представлены: - на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Камчатского государственного технического университета (1995,1997, 2001, 2002, 2004, 2005 гг.);

- на заседаниях ученого совета НИГТЦ ДВО РАН (1995, 2004 гг.);

- на заседании Камчатского отделения Русского ботанического общества (г. Петропавловск-Камчатский, 1999 г.);

- на международной научно-практической конференции «Рыбохозяйственное образование Камчатки в 21 веке» (г. Петропавловск-Камчатский, 2002 г.);

- на межвузовской научной конференции «Растительный мир Камчатки» (г. Петропавловск-Камчатский, 2004 г.);

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных положений и выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 151 странице, содержит 29 таблиц, иллюстрирована 36 рисунками. Список литературы включает 201 наименование, в том числе 47 - на иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Биологические ресурсы", Ефимова, Марина Васильевна

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ВЫВОДЫ

3. Определены цианобактерии 33 видов: в источниках центральной Камчатки - 10, восточной - 13, южной - 29; цианобактерии рода Phormidium представлены 11 видами, Gloeocapsa — 6, Oscillatoria - 5, Leptolyngbya - 4, Chamaesiphon, Mastigocladus, Synechocystis, Microcystis — 2, Aphanothece — 1 видом.

4. Цианобактерии рода Phormidium являются доминирующими, благодаря их высокой адаптационной способности, обусловленной специфичностью метаболизма. Их встречаемость составила 80%), других родов в совокупности (Microcystis, Aphanothece, Gloeocapsa, Oscillatoria, Leptolyngbya, Chamaesiphon, Mastigocladus, Synechocystis, Anabaena) - 68%.

5. Объектами культивирования выбраны виды рода Phormidium, накапливающие в естественных условиях большую биомассу: в среднем до 55 мг сухого вещества в час с 1 м2 поверхности, характеризующиеся высоким (35,08%) органической части) содержанием протеина. Для реализации поставленных задач выбраны Средне-Паратунские гидротермы (по химическому составу воды, географическому положению) и доминирующие в них цианобактерии Phormidium ramosum.

8. Полученные данные по культивированию цианобактерий рода Phormidium в пилотной установке дают возможность перейти к следующему этапу — промышленному получению биомассы для биотехнологических целей.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ефимова, Марина Васильевна, Владивосток

1. Абакумова И.А., Кондратьев Ю.И., Ушаков А.С. Исследование кормовой ценности одноклеточных водорослей // Проблемы создания замкнутых экологических систем. М.: АН СССР, 1967. С. 60-64.

2. Абакумова И.А., Кондратьев Ю.И., Ушаков А.С. Исследование кормовой ценности одноклеточных водорослей в эксперименте на цыплятах // Управляемый биосинтез и биофизика популяций. Красноярск: АН СССР, 1965. С.115.

3. Августинович В.П. О синхронизации плотных культур микроводорослей // Управляемый биосинтез и биофизика популяций. Красноярск: АН СССР, 1969. С. 53-55.

4. Агре А.Л., Райко А.П. О накоплении микроколичеств стронция зелеными и синезелеными водорослями // Физиол. раст. 1964. Т. 11. Вып. 1. С. 135137.

5. Александров В.Я. Макромолекулярные основы термофилии // Биология термофильных микроорганизмов. М.: Наука, 1986. С. 57-63.

6. Бажина Е.В. Взаимосвязи некоторых почвенных водорослей и грибов // Тез. докл. межвуз. конф. (15-19 ноября 1966 г.). Киров: Изд-во Кировского с.-х. ин-та, 1966. С. 4-5.

7. Барашков Г.К. Сравнительная биохимия водорослей. М.: Пищ. пром-сть, 1972.336 с.

8. Баснаньян Н.А. Культивирование микроорганизмов с заданными свойствами. М.: Наука, 1989. 267 с.

9. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. М.: Мир, 1989. 4.2. 592 с.

10. Бекер М.Е., Лиепиныи Т.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. М.: Агро-промиздат, 1990. 335 с.

11. Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С. Гилярова. М.: Советская энциклопедия, 1986. С. 63, 578.

12. Богоров В.Г. Вопросы продуктивности океана // Гидробиол. журн. 1967. Т. 3. № 5. С. 12-21.

13. Бут В.П. О влиянии дополнительного ультрафиолетового облучения на развитие водорослей в почве // Узб. биол. журн. 1962. № 2. С. 30-33.

14. Бычков В.П., Кондратьев Ю.И., Ушаков А.С. Исследование одноклеточных водорослей как возможного источника питания // Управляемый биосинтез и биофизика популяций. Красноярск: АН СССР, 1965. С. 114-115.

15. Вахрушев А.С. К методике определения азотфиксации синезеленых водорослей в полевых условиях // Методы изучения и практического использования почвенных водорослей. Киров: Изд-во Кировского с.-х. ин-та, 1972. С. 91-97.

16. Венецкая С.JI., Герасименко Л.М., Миллер Ю.М. Роль Chloroflexus aurantiacus в газовом обмене термофильного циано-бактериального сообщества//Микробиология. 1987. Т. 56. С. 865-871.

17. Весталл Ф., Велш М. Ископаемые бактерии и бактериальные биопленки // Бактериальная палеонтология. М.: ПИН РАН, 2002. С. 68-83.

18. Виноградова З.А. Биохимическое изучение синезеленых водорослей Днепровского лимана и северо-западной части Черного моря // Экология и физиология синезеленых водорослей. Закономерности и их массовое развитие в водоемах. М.-Л.: АН УССР, 1965. С. 187-195.

19. Владимирова М.Г., Семененко В.Е. Массовое культивирование микроскопических водорослей // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т. 3. С. 367-376.

20. Воробьева Л.И. Промышленная микробиология. М.: Изд-во МГУ, 1989. 296 с.

21. Воропаева О.Г. Культивирование синезеленых водорослей в цементированных бассейнах и полиэтиленовых ваннах в условиях Узбекистана // Споровые растения Средней Азии. Ташкент: АН Уз. ССР, 1969. С. 122-128.

22. Воропаева О.Г. О фиксации азота воздуха некоторыми видами сине-зеленых водорослей, выделенных с рисовых полей Средней Азии // Узб. биол. журн. 1966. № 1.С. 52-55.

23. Гарнаев А.Ю. Excel, VBA, Internet в экономике и финансах. С.-П.: БХВ-Петербург, 2001. 816 с.

24. Герасименко Л.М., Заварзин Г.А. Микробные сообщества газогидро-терм // Биология термофильных микроорганизмов. М.: Наука, 1986. С. 22- 25.

25. Глезер З.И. Историческая роль водорослей. Водоросли как геологический фактор // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т.З. С. 356.

26. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. М.: Мир, 2002. 589 с.

27. Голлербах М.М. (а). Водоросли горячих источников // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т.З. С. 66-67.

28. Голлербах М.М. (б). Водоросли и их отличие от других растений // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т.З. С. 9.

29. Голлербах М.М. (в). Распространенность водорослей в современных водоемах, их биомасса и продукция // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т.З. С. 360.

30. Голлербах М.М., Косинская Е.К., Полянский В.И. Синезеленые водоросли // Определитель пресноводных водорослей СССР. М.: Сов. наука, 1953. Вып. 2. 665 с.

31. Голлербах М.М., Кукк Э.Г. Положение синезеленых водорослей в системе растительного мира и их филогенетические связи // Биология синезеленых водорослей. М.: Изд-во МГУ, 1964. Вып. 1. С. 11-24.

32. Головачева Р.С. Аэробные термофильные хемолитотрофные бактерии, участвующие в круговороте серы // Успехи микробиологии. 1984. Т. 19. С. 166-202.

33. Горюнова С.В., Демина Н.С. Водоросли продуценты токсических веществ. М.: Наука, 1974. 256 с.

34. Горюнова С.В. Синезеленые водоросли как продуценты токсических веществ //Изв. АН СССР. 1968. № 5. С. 683-690.

35. Государственные стандарты: Вода хозяйственно-питьевого назначения. Полевые методы анализа. М.: Изд-во стандартов, 1983. С. 9-25.

36. Государственные стандарты: Водоросли, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа. М.: Изд-во стандартов, 1988. С. 180-230.

37. Государственные стандарты: Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения токсичных элементов. М.: Изд-во стандартов, 1986. С. 3-13.

38. Государственные стандарты: Сырье и продукты пищевые. Методы определения меди. М.: Изд-во стандартов, 1986. С. 41-53.

39. Государственные стандарты: Сырье и продукты пищевые. Метод определения свинца. М.: Изд-во стандартов, 1986. С. 55-63.

40. Государственные стандарты: Сырье и продукты пищевые. Метод определения кадмия. М.: Изд-во стандартов, 1986. С. 64-71.

41. Государственные стандарты: Сырье и продукты пищевые. Метод определения цинка. М.: Изд-во стандартов, 1986. С. 73-80.

42. Государственные стандарты: Почвы. Определение нитратов иономет-рическим методом. М.: Изд-во стандартов, 1986. 10 с.

43. Государственные стандарты: Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа. М.: Изд-во стандартов, 1998. С. 36-121.

44. Грачева И.М., Иванова Л.А., Кантере В.М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия. М.: Колос, 1992. 375 с.

45. Гружево А.С. О фиксации азота синезелеными водорослями в почве // Тр. Кировск. с.-х. ин-та. Киров, 1967. Т. 20. Вып. 40. С. 262-265.

46. Гусева К.А. Роль синезеленых водорослей во внутренних водоемах // Вестн. АН СССР. 1962. № 12. С. 109-110.

47. Гусев М.В. Пигменты синезеленых водорослей // Биология синезеленых водорослей. М.: Изд-во МГУ, 1969. Вып. 2. С. 88-109.

48. Гусев М.В., Телитченко М.М. Взаимоотношения синезеленых водорослей с бактериями и ракообразными // Бюл. МОИП. 1962. Вып 6. С. 134-135.

49. Дарканбаев Т.Б., Сачкова О.П. Динамика накопления различных форм азота двумя видами азотфиксирующих синезеленых водорослей // Вестн. АН КазССР. 1968. № 3. С. 24-26.

50. Диатомовые водоросли СССР (ископаемые и современные). Ред. Глезер З.И., Макарова И.В., Моисеева А.И., Николаев В.А. С.-П.: Наука, 1992. Т.Н. Вып. 2. 95 с.

51. Душейко А.А., Артеменко М.А., Макарова Р.И. Опыт изучения питательной ценности синезеленых водорослей // «Цветение» воды. Киев: АН УССР, 1969. Вып. 2. С. 219-226.

52. Евреинова Т.Н., Давыдова И.М., Суковер А.П., Горюнова С.В. Нуклеиновые кислоты термофильной синезеленой водоросли Mastigocladus laminosus Cohn II Докл. АН СССР. 1961. Т. 137. № 1. С. 213-216.

53. Еленкин А.А. Пресноводные водоросли Камчатки // Тр. Камчатской экспедиции Ф. П. Рябушинского. Бот. Отд. М., 1914. С. 3-402.

54. Еленкин А.А. Синезеленые водоросли СССР. М.; Л.: АН СССР, 1936.679 с.

55. Забелина М.М., Киселев И.А., Прошкина-Лавренко А.И., Шешукова B.C. Диатомовые водоросли. М.: Советская наука, 1951. 619 с.

56. Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. Введение в природоведческую микробиологию. М.: КД «Университет», 2001. 256 с.

57. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. М.: Наука, 2003. 348 с.

58. Зайцева И.И. Влияние почвенных гербицидов на азотофиксирующую активность синезеленых водорослей // Бюл. ВНИИ с-х микробиологии. 1979. № 32. С. 60-62.

59. Зайцев В.П., Ажгихин И.С., Гандель В.Г. Комплексное использование морских организмов. М.: Пищ. пром-сть, 1989. 280 с.

60. Исакова А.А., Попова Т.В. Накопление в почве фиксированного азота синезелеными водорослями и азотобактером // Тр. Костром, с-х. ин-та. 1970. Вып. 28. С. 112-116.

61. Казьмин В.Д. Морская нива. Владивосток: Дальневост. книжн. изд-во, 1980. 136 с.

62. Калантыренко И.И., Метейко Т.Я., Сиренко Л.А. О возможности использования синезеленых водорослей в качестве органического удобрения //

63. Повышение эффективности использования в народном хозяйстве водохранилищ Днепровского каскада. Киев: АН УССР, 1967. С. 57-59.

64. Карпов Г.А. Современные гидротермы и ртутно-сурьмяно-мышьяко-вое оруденение. М.: Наука, 1988. 183 с.

65. Кириченко В.Е., Чернягина О.А. Термоминеральные источники верхнего течения рек Анавгай и Крерук // Материалы V науч. конф. «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей». Петропавловск-Камчатский, 2004. С. 268-271.

66. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Бекетова Н.А., Голубев Ф.В., Горбунов Ю.Н. Об использовании спирулины в качестве источника витами- нов // Материалы II Росс, науч.-практ. конф. (2-3 июня 2003 г.). М.: Изд-во РАЕН-МААНОИ, 2003. С. 245.

67. Кондратьева Е.Н., Максимова И.В., Самуилов В.Д. Фототрофные организмы. М.: Изд-во МГУ, 1989. 376 с.

68. Коновалова Г.В. Основные компоненты микропланктона Авачинской губы (Камчатка) // Материалы III науч. конф. «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей». Петропавловск-Камчатский, 2002. С. 55-57.

69. Кордюм В.А. Перспективы массового выращивания водорослей в целях получения кормовой биомассы // Управляемый биосинтез. М.: АН СССР, 1966. С. 61-68.

70. Костяев В.Я. Синезеленые водоросли и эволюция эукариотных организмов. М.: Наука, 2001. 126 с.

71. Кузнецов С.И., Дубинина Г.А. Методы изучения водных микроорганизмов. М.: Наука, 1989. 255 с.

72. Кузякина Т.И., Захарихина JI.B. Термофильные цианобактерии Верх-не-Паратунских и Зеленовских горячих источников // Материалы конф. проф.-препод. сост. и аспирантов (1999-2001 гг.). Петропавловск-Камчатский: РИО КамчатГТУ, 2001. С. 12-18.

73. Кузякина Т.И., Кириченко В.Е. Альгобактериальные сообщества гидротерм долины реки Киревны // Материалы III науч. конф. «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей». Петропавловск-Камчатский, 2002. С. 58-59.

74. Кузякина Т.И. (а). Сохранение биоразнообразия микроорганизмов кальдеры Узон (Камчатка) // Успехи совр. естествознания. 2003. № 9. С. 95-99.

75. Кузякина Т.И. Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов на активных вулканах и в гидротермах (остров Кунашир, Курильские острова; Камчатка). Владивосток: Дальнаука, 2004. 252 с.

76. Кузякина Т.И. Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов на активных вулканах и в гидротермах (остров Кунашир, Курильские острова; Камчатка): Автореф. дис. докт. биол. наук. Владивосток: 2000. 55 с.

77. Кукк Э.Г. Отдел синезеленые водоросли (Cyanophyta) // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т.З. С. 78-92.

78. Лавровская Н.Ф. (а). Витаминные водоросли // Рыбоводство и рыболовство. 1966. № 4. С. 8.

79. Лавровская Н.Ф. (б). Динамика содержания белка, жира и некоторых витаминов в нитчатых водорослях из рыбоводных прудов // Гидробиол. журн. 1966. Т. 2. №5. С. 61-65.

80. Лебедева Н.В., Криволуцкий Д.А., Пузаченко Ю.Г., Дьяконов К.Н., Алещенко Г.М., Смуров А.В., Максимов В.Н., Тикунов B.C., Огуреева Г.Н., Ко-това Т.В. География и мониторинг биоразнообразия. М.: Изд-во Научного и уч.-метод. центра, 2002. 432 с.

81. Лебедев Д.В. Усвоение свободного азота синезеленой водорослью стратоносток // Природа. 1947. №1. С.67.

82. Лепская Е.В. Фитопланктон Толмачевского водохранилища в начальной стадии его существования // Материалы III науч. конф. «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей». Петропавловск-Камчатский, 2002. С. 60-63.

83. Лизько Н.Н. Влияние диеты, содержащей растительные белки с включением белков одноклеточных водорослей, на состав кишечной микрофлоры человека // Матер. II науч. конф. молодых ученых (8-10 декабря 1967 г.). М.: 1967. С. 115-116.

84. Лисовская О.В. Синезеленые водоросли как удобрение // Растениеводство. 1963. № 3. С. 24-29.

85. Логинова Л.Г., Головачева Р.С., Егорова Л.А. Жизнь микроорганизмов при высоких температурах. М.: Наука, 1966. 295 с.

86. Логинова Л.Г. Состояние и перспективы исследований в области тер-мофилии микроорганизмов // Биология термофильных микроорганизмов. М.: Наука, 1986. С. 5-22.

87. Лодис Ф.А., Семенов В.И. Камчатка край лечебный. Владивосток: Дальневост. книжн. изд-во, 1993. 152 с.

88. Лупикина Е.Г., Никитина В.Н., Карпов Г.А. Некоторые сведения об альгофлоре Карымского озера // Материалы П науч. конф. «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей». Петропавловск-Камчатский, 2001. С. 63-65.

89. Макарова И.В. Отдел диатомовые водоросли (Bacillariophyta) // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т.З. С. 111-129.

90. Максимова И.В., Пименова М.Н. Природа органических соединений, выделяемых в среду растущими культурами зеленых водорослей // Микробиология. 1966. Т. 35. Вып. 4. С. 623-632.

91. Машарипов П.М., Кучкарова М.А. Азотфиксирующие синезеленые водоросли и их роль в повышении плодородия почв // Культивирование и применение микроводорослей в народном хозяйстве. Ташкент: АН УзССР, 1977. С. 88-89.

92. Мережко А.И. Влияние светового режима на жизнедеятельность Microcystis aeruginosa Kiitz. emend Elenk. и Anabaena variabilis Kiitz. // «Цветение» воды. Киев: АН УССР, 1969. Вып. 2. С. 63-69.

93. Мережко А.И. К вопросу об окислительно-восстановительных системах некоторых видов синезеленых водорослей // I науч. конф. молодых ученых биол. Киев: АН УССР, 1964. С. 31-32.

94. Мережко А.И. Об источниках углерода при автотрофном питании синезеленых водорослей // «Цветение» воды. Киев: АН УССР, 1968. Вып. 1. С.187-196.

95. Метейко Т.Я. Использование синезеленых водорослей в качестве органического удобрения под сельскохозяйственные растения // «Цветение» воды. Киев: АН УССР, 1969. Вып. 2. С. 226-237.

96. Метелев В.В., Канаев А.И., Дзасохова Н.Г. Водная токсикология. М.: Колос, 1971.247 с.

97. Методы общей бактериологии / Ред. Ф. Герхардт и др. М.: Мир, 1983. Т. 1.536 с.

98. Милова С.Н. К изучению токсичности некоторых планктонных сине-зеленых водорослей Днепровского каскада водохранилищ // Гидробиол. журн. 1966. Т. 2. С. 49-53.

99. Мищенко В.Ф., Белова Т.П. Количественное определение токсичных элементов в пищевых продуктах рентгено-флуоресцентным методом с использованием спектрометра «Спектроскан». Петропавловск-Камчатский: РИО ПКВМУ, 1997. 33 с.

100. Мудрецова-Висс К.А., Колесник С.А., Гринюк Т.И. Руководство к лабораторным занятиям по микробиологии. М.: Экономика, 1975. 152 с.

101. Никитина В.Н. К флоре Cyanophyta термальных источников Камчатки // Мат. II науч. конф. «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей». Петропавловск-Камчатский, 2001. С. 73-74.

102. Никитина В.Н. Некоторые особенности формирования сообществ Cyanoprokaryota в термальных биотопах Камчатки // Мат. XI съезда Русс, ботан. общ-ва (18-22 августа 2003 г., Новосибирск-Барнаул). Барнаул: Изд-во «АзБука», 2003. Т. 3. С. 129-131.

103. Никитина В.Н. Синезеленые водоросли термальных источников Кавказа и Камчатки: Автореф. дис. канд. биол. наук. Л., 1977. 22 с.

104. Николаев И.И. Планктонные водоросли // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т.З. С. 46.

105. Определитель бактерий Берджи / Под ред. Хоулта Дж., Крига Н., Снита П., Стейли Дж., Уильямса С. М.: Мир, 2001. Т.1. 430 с.

106. Орлеанский В.К., Герасименко Л.М. Альгобактериальные сообщества термальных источников Узона и их моделирование в лабораторных условиях // Биология термофильных микроорганизмов. М.: Наука, 1986. С. 110-111.

107. Панкратова Е.М. Изменение состава культуральной среды в процессе роста почвенных синезеленых водорослей // Тр. Кировского с.-х. ин-та. Киров, 1967. Т. 20. Вып. 40. С. 202-207.

108. Пахомова М.В. Биохимическое исследование некоторых видов водорослей // Бюл. МОИП. 1964. Т. 69. Вып. 3. С. 110-126.

109. Пиневич В.В., Верзилин Н.Н. (а). Культивирование протококковых водорослей в установках под открытым небом // Вестн. ЛГУ. 1963. Вып. 3. № 15. С. 75-97.

110. Пиневич B.B., Верзилин Н.Н. (б). Массовая культура одноклеточных водорослей как возможный перспективный источник кормового и пищевого белка и витаминов // Тез. докл. II межвуз. науч.-отчет. конф. «Университеты -сельск. х-ву». Л.: 1963. С. 261.

111. Пиневич В.В., Верзилин Н.Н., Степанов С.И. Типовая установка для массового культивирования одноклеточных водорослей // Физиол. раст. 1964. Т. 11. Вып. 6. С. 1084-1088.

112. Покровская Е.И., Терещенко А.П., Волынец В.М. Влияние растительной диеты, включающей биомассу одноклеточных водорослей, на выделение и баланс минеральных элементов // Косм. биол. и мед. 1968. Т. 2. № 3. С. 78-81.

113. Помилуйко В.П., Очкивская М.В. Сравнительное изучение активности нитратредуктазы Microcystis aeruginosa Kutz. emend. Elenk. и Chlorella vulgaris Beyer в условиях культуры //Гидробиол. журн. 1970. Т. 6. № 4. С. 98-101.

114. Попова В.В., Пронина Н.А. Накопление и распределение цинка в клетках S. platensis II Мат. II Росс, науч.-практ. конф. (2-3 июня 2003 г.). М.: РАЕН-МААНОИ, 2003. С. 130-131.

115. Попова Т.Е. Развитие биотехнологии в СССР. М.: Наука, 1988. 200 с.

116. Проценко Д.Ф., Сиренко Л.А., Богданова Т.Л., Батрак А.П. Пигментные системы культурных форм синезеленых водорослей // Бот. журн. 1966. Т. 51. С. 820-827.

117. Пырина И.Л. Предварительные итоги применения спектрофотомет-рического метода для определения пигментов пресноводного фитопланктона // Тр. ин-та биол. внутр. вод. Л.: 1963. Вып. 6. С. 51-59.

118. Работнова И.Л., Позмогова И.Н. Хемостатное культивирование и ин-гибирование роста микроорганизмов. М.: Наука, 1979. 207 с.

119. Ратушна М.Я., Косенко Л.В., Кирилова B.C., Сакода B.C. Про х1м1чий склад деяких синьозелених водоростей // Мпсробиол. журн. 1967. Т. 29. Вип. 1.С. 30-33.

120. Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. М.: Мир, 1990. Т. 1.348 с.

121. Ржанова Г.Н. Азотсодержащие соединения некоторых синезеленых водорослей // Изв. АН СССР. 1968. № 1. С. 143-148.

122. Ржанова Г.Н. Внеклеточные азотсодержащие вещества двух азот-фиксирующих видов синезеленых водорослей // Микробиология. 1967. Т. 36. Вып. 4. С. 639-645.

123. Ржетовский Р. Непрерывное культивирование водорослей // Непрерывное культивирование микроорганизмов. Теоретические и методологические основы. М.: Пищ. пром-сть, 1968. С. 359-371.

124. Ржичица Я. Непрерывные системы // Непрерывное культивирование микроорганизмов. Теоретические и методологические основы. М.: Пищ. пром-сть, 1968. С. 29-61.

125. Рис Э., Стернберг М. Введение в молекулярную биологию. М.: Мир, 2002. 142 с.

126. Родина А.Г. Методы водной микробиологии. М.; Д.: Наука, 1965.326 с.

127. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М.: Мир, 1987.416 с.

128. Семененко В.Е. Способы питания водорослей и других хлорофилло-носных растений // Жизнь растений. М.: Просвещение, 1977. Т.З. С. 10-16.

129. Сиренко JI.A. Специфичность пигментных систем синезеленых водорослей // Фотосинтез и пигменты как факторы урожая. Киев: АН УССР, 1965. С. 152-153.

130. Сиренко Л.А., Стеценко Н.М., Арендарчук В.В. О роли кислорода в жизнедеятельности некоторых синезеленых водорослей // Пути повышения интенсивности и продуктивности фотосинтеза. Киев: АН УССР, 1969. Вып. 3. С. 196-202.

131. Сиренко JI.A., Черноусова В.М., Арендарчук В.В., Козицкая В.Н. О факторах массового развития синезеленых водорослей // Гидробиол. журн., 1969. Т. 5. № 3. С. 3-11.

132. Смирнова М.Н., Ратушная М.Я., Канцелярюк P.M., Жарова Л.Г. Изучение роста и азотфиксации некоторых термофильных синезеленых водорослей // Управляемый биосинтез. М.: АН СССР, 1966. С. 185-189.

133. Смирнов Н.Н., Феоктистова О.И. Влияние синезеленых водорослей на водных животных и растения // Экология и физиология синезеленых водорослей. М.-Л.: АН СССР, 1965. С. 212-223.

134. Смирнов Н.Н., Феоктистова О.И. О токсичности синезеленых водорослей // Тр. ин-та биол. водохран. М.-Л.: 1963. Вып. 5. С. 10-20.

135. Снегирева И.А., Жванко Ю.Н. Современные методы исследования качества пищевых продуктов. М.: Экономика, 1976. 224 с.

136. Сопрунова О.Б. Особенности функционирования альго-бактериаль-ных сообществ техногенных экосистем: Автореф. дис. докт. биол. наук. М.: 2005. 40 с.

137. Справочник туриста / Ред. В.И. Кириллов и др. Петропавловск-Камчатский: РИО КОТ, 1994. 232 с.

138. Сугробов В.М. Химический состав термальных вод, вскрываемых скважинами // Паужетские горячие воды на Камчатке. М.: Наука, 1965. С. 52-64.

139. Тарчевский И.А. Продукты фотосинтеза термофильных водорослей горячих источников Паужетки (Камчатка) // Функциональные особенности хло-ропластов. Казань: Изд-во Казан, гос. ун-та, 1969. С. 105-108.

140. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология. М.: Мир, 2004. Т. 1. 454 с.

141. Телитченко М.М., Гусев М.В. Взаимоотношения некоторых синезеленых водорослей с бактериями, ракообразными и рыбами // Биология синезеленых водорослей. М.: АН СССР, 1964. Вып. 1. С. 99-110.

142. Толстогузов В.Б. Новые формы белковой пищи. М.: Агропромиздат, 1987. 304 с.

143. Толстопятова Г.В. К вопросу о токсических свойствах синезеленых водорослей // Гидробиол. журн. 1970. Т. 6. № 1. С. 78-81.

144. Топачевский А.В., Брагинский Л.П., Сиренко JI.A. Массовое развитие синезеленых водорослей как производное экологической системы водохранилища // Гидробиол. журн. 1969. Т. 5. № 6. С. 5-16.

145. Трухин Ю.П., Шувалов Р.А. Современный гидротермальный процесс в эволюции вулканизма. М.: Наука, 1979. 133 с.

146. Усов А.И., Чижов О.С. Химические исследования водорослей // Химия. 1988. №5. 48 с.

147. Фаминцин А.С. Новый метод культуры микроорганизмов // Изв. РАН. 1917. С. 877-882.

148. Феоктистова О.И. Синезеленые водоросли как объект массовой культуры // Экология и физиология синезеленых водорослей. M.-JL: АН СССР, 1965. С. 205-206.

149. Фофанов В.И., Новикова А.В., Клюшкина Н.С., Троицкая И.Т. О возможности использования одноклеточных водорослей для воспроизводства пищи в системе жизнеобеспечения // Управляемый биосинтез и биофизика популяций. Красноярск: АН СССР, 1969. С. 142-144.

150. Шапошников В.Н., Гусев М.В. Роль кислорода в жизнедеятельности некоторых синезеленых водорослей // Биология синезеленых водорослей. М.: Изд-во МГУ, 1964. Вып. 1. С. 119-140.

151. Шилов В.М., Лизько Н.Н., Фофанов В.И., Клюшкина Н.С. Влияние диеты, содержащей биомассу одноклеточных водорослей, на состав кишечной микрофлоры у животных // Косм. биол. и мед. 1967. Т. 1. № 5. С. 31-34.

152. Штина Э.А. Азотфиксация у синезеленых водорослей // Экология и физиология синезеленых водорослей. М.-Л.: АН СССР, 1965. С. 160-177.

153. Яковлев Г.П., Челомбитько В.А. Ботаника. М.: Высшая школа, 1990.338 с.

154. Allison F.E., Hoover S.R. Conditions wich favor nitrogen fixation by a blue-green algae // Trans. 3-rd Intern. Congr. Soil Sci. Oxford, 1935. P.145-147.

155. Benemann J.R., Welssma J.C., Oswald W.J. Algal biomass // Microb. Biomass. London, 1979. P. 177-203.

156. Brock T.D., Darland G.K., Limits of microbial existence: temperature and pH//Science. 1970. V.169,N3952. P. 1316.

157. Castenholz R.W. Composition of hot spring microbial mats: a summary // Microbial Mats: Stromatolites. N.Y.: Allan R. Lees, 1984. P.101-119.

158. Castenholz R. W. Thermophilic blue-green algae and the thermal environment//Bacteriol. Review. 1969. V. 33. P. 476-504.

159. Copeland J.J. Yellowstone thermal Myxophyceae II Ann. N. J. Acad. Sci. 1936. P. 1-229.

160. Dismukes G.C., Klimov V.V., Baranov S.V., Kozlov Yu.N., DasGupta J., TyryshkinA. The origin of atmospheric oxygen on Earth: The innovation of oxygenic photosynthesis // Proc. Nac. Acad. Sci. 2001. V.98. P. 2170-2175.

161. Fujii K., Sivonen K., Kashiwagi Т., Hirayama K., Harada K. Nostophy-cin, a novel cyclic peptide from the toxic cyanobacterium Nostoc sp. // Journal of Organic Chemistry. 1999. V. 64 (16). P. 5777-5782.

162. Granhall U., Henrilcsson E. Nitrogen fixing blue-green algae in Swedish soils. Oikos. 1969. V. 20 (1). P. 175-178.

163. Harrigan G.G., Luesch K., Yoshida W.Y., Moore R.E., Nagle D.G., Pauli V.J. Symplostatin 2: a dolastatin 13 analoque from the marine cyanobacterium Sym-ploca hydnoides //Journal of Natural Products. 1999. V. 62 (4). P. 655-658.

164. Herbert, D. Some principles of continuous culture. Recent progress in microbiology// G. Tunevall. Stockholm, 1959. P. 381.

165. Hiraishi A., Umezava Т., Yamamoto H., Kato K., Maki Y. Changes in quinone profiles of hot spring microbial mats with a thermal gradient // Applied and Enviromental Microbiology. 1999. V. 65 (1). P. 198-205.

166. Kanazawa Т., Fujita Ch., Yuhara Т., Sasa T. Mass culture of unicellular algae using the «open circulation method» // J. Gen. App. Microbiol. 1958. V. 4. P. 135.

167. Ketchum B.H., Redfield A.C. A method for maintaining a continuous supply of marine diatoms by culture // Biol. Bull. 1938. V. 75. P. 165.

168. Kiseleva L.L., Horvath I., Vigh L., Los D.A. Temperature induced specific lipid desaturation in the thermophilic cyanobacterium Synechococcus vulcanus II FEMS Microbiology Letters. 1999. V. 175 (2). P. 179-183.

169. Kreitlow S., Mundt S., Lindequist U. Cyanobacteria a potential source of new biologically active substances // Journal of Biotechnology. 1999. V. 70 (1-3). P. 61-63.

170. Krienitz L., Ballot A., Kotut K., Wiegand C., Putz S., Metcalf J.S., Codd G.A., Pflugmacher S. Contribution of hot spring cyanobacteria to the mysterious deaths of Lesser Flamingos at Lake Bogoria, Kenya // FEMS Microbiol. Ecol. 2003. V.43. P.141-148.

171. Lawton L.A., Morris L.A., Jaspars M. A bioactive modified peptide, aeruginosamide, isolated from the cyanobacterium Microcystis aeruginosa II Journal of Organic Chemistry. 1999. V. 64 (14). P. 5329-5332.

172. Mayer A.M., Eisenberg A., Evenari M. Studies on deep mass culture of algae in Israel // The Sci. Monthly. 1956. V. 83. P. 198.

173. Mevel G., Prieur D. Thermophilic heterotrophic nitrifiers isolated from Mid-Atlantic Ridge deep-sea hydrothermal vents // Canadian Journal of Microbiology, 1998. P. 723-733.

174. Milner H.W. Chlorella as a source of proteins and fats: laboratory to pilot plant experiments // The Vortex. 1952. V. 13. P. 368.

175. Misra H.S. Oxygen implication in the diazotrophic growth of Plectonema boryanum in dark-light cycles // Plant Science. 1999. V. 143 (2). P. 135-142.

176. Neilan B.A., Dittmann E., Rouhiainen L., Bass R.A., Schaub V., Sivonen K., Borner T. Nonribosomal peptide synthesis and toxigenicity of cyanobacteria // Journal of Bacteriology. 1999. V. 181 (13). P. 4089-4097.

177. Nishigaki S., Shiori M. Nitrogen cycles in the rise field soil. The effect of the blue-green algae on the nitrogen fixation of atmospheric nitrogen in the waterlogged rise soils // Soil and Plant Food. 1959. V. 5 (1). P. 36-39.

178. Nold S.C., Kopczynski E.D., Ward D.M. Cultivation of aerobic chemoor-ganotrophic proteobacteria and gram-positive bacteria from a hot spring microbial mat // Applied and Enviromental Microbiology. 1996. V. 62 (11). P. 3917-3921.

179. Nold S.C., Ward D.M. Photosynthate partitioning and fermentation in hot spring microbial mat communities//Applied and Enviromental Microbiology. 1996. V. 62(12). P. 4598-4607.

180. Petersen J.B. Algae collected by Eric Hulten on the Swedish Kamchatka Expedition 1920-22, especially from hot springs. Kopenhagen, 1946. P. 5-23.

181. Pierson B.K., Parenteau M.N. Phototrophs in high iron microbial mats: microstructure of mats in iron-depositing hot springs // FEMS Microb. Ecol. 2000. V. 32. P. 181-196.

182. Plinski M., Jozwiak T. Temperature and N:P ratio as factors causing blooms of blue-green algae in the Gulf of Gdansk // Oceanologia. 1999. V. 41. N 1. P. 73-80.

183. Ramsing N.B., Ferris M.J., Ward D.M. Highly ordered vertical structure of Synechococcus populations within the one-millimeter-thick photic zone of a hot spring cyanobacterial mat // Appl. Environ. Microbiol.2000.V. 66. P. 1038-1049.

184. Rychert R.C., Skujina J. Nitrogen fixations by blue-green algae licern crusos in the Great Basin Desert // Proc. Soil Sci. Soc. Amer. 1974. V. 38 (5). P. 768-771.

185. Salter M. L., Eaglesham G. K. The accumulation of cylindrospermopsinfrom the cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii in tissues of the Redclaw crayfish Cherax quandricarinatus // Toxicon. 1999. V. 37 (7). P. 1065-1077.

186. Satoh K., Kamiesu A., Egashira H., Yano Y., Kashino Y., Koike H. Crystallization of photosystem I complexes from the thermophilic cyanobacterium Synechococcus vulcanus II Plant and Cell Physiology. 1999. V. 40 (1). P. 96-99.

187. Schwabe G.H. Nitrogen fixing blue-green algae as pioneer plants on Surt-sey 1968-1973 // Surtsey Research Progress Rep. 1974. V. 7. P. 22-25.

188. Sinha R.P., Klisch M., Groniger A., Hader D.P. Ultraviolet-absorbing screening substances in cyanobacteria, phytoplankton and macroalgae // Journal of Photochemistry and Photobiology. 1998. V. 47 (2-3). P. 83-94.

189. Walter M.R., Bauld J., Brock T.D. Siliceous algal and bacterial stromatolites in hot spring and geyser effluents of Yellowstone National Park // Science. 1972. V. 178. N4059. P. 462.

190. Ward D.M., Ferris M.J., Nold S.C., Bateson M.M. A natural view of microbial biodiversity within hot spring cyanobacterial mat communities // Microbiology and Molecular Biology Reviews. 1998. V. 62 (4). P. 1353.

Информация о работе

Ефимова, Марина Васильевна
кандидата биологических наук
Владивосток, 2005
ВАК 03.00.32

Диссертация

Синезеленые водоросли (цианобактерии) поверхностных термопроявлений Камчатки и возможности их использования в биотехнологии - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Синезеленые водоросли (цианобактерии) поверхностных термопроявлений Камчатки и возможности их использования в биотехнологии - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы