biologyscienceТимирязевский биологический журналTimiryazev Biological Journal2949-4710ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)10.26897/2949-4710-2023-1-15-22biologyscience-82Research ArticleГЕНЕТИКА, БИОТЕХНОЛОГИЯGENETICS, BIOTECHNOLOGYСоздание фотобиореактора для эффективного роста хлореллы и изучение влияния спектрального состава света на ее биомассуCreation of a Photobioreactor for the Effective Growth of Chlorella and Study of the Effect of the Spectral Composition of Light on Its Biomasshttps://orcid.org/0009-0009-1478-0523ДудинаЮ. А.DudinaYu. A.

Юлия Александровна Дудина, аспирант, кафедра биотехнологии

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Yulia A. Dudina, post-graduate student

49 Timiryazevskaya Str., Moscow, 127434

mabetta@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2655-1789КалашниковаЕ. А.KalashnikovaE. A.

Елена Анатольевна Калашникова, профессор, д-р биол. наук

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Elena A. Kalashnikova, DSc (Bio), Professor

49 Timiryazevskaya Str., Moscow, 127434

ekalashnikova@rgau-msha.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5244-4311КиракосянР. Н.KirakosyanR. N.

Рима Нориковна Киракосян, доцент, канд. биол. наук

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Rima N. Kirakosyan, CSc (Bio),Associate Professor

49 Timiryazevskaya Str., Moscow,127434

r.kirakosyan@rgau-msha.ruРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian FederationРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian FederationРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation202320092023111522Copyright © Дудина Ю.А., Калашникова Е.А., Киракосян Р.Н., 20232023Дудина Ю.А., Калашникова Е.А., Киракосян Р.Н.Dudina Y.A., Kalashnikova E.A., Kirakosyan R.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.bioscience-journal.com/jour/article/view/82

Хлорелла – зеленая эукариотическая микроводоросль (Chlorella vulgaris). Микроскопическая клетка сферическая, диаметром 2–10 мкм. Данная микроводоросль – одна из наиболее важных и перспективных для производства биомассы. Хлореллу культивируют в прудах или биореакторах с заданными параметрами, создающими благоприятные условия для роста ее биомассы. Каждый набор условий создает предпосылки для изменения темпа роста и выхода отдельных продуктов. Объектом исследования служили два штамма хлореллы: 1 – с тонкой клеточной стенкой (Chlorella vulgaris ВКПМ Al-24); 2 – с толстой клеточной стенкой (Chlorella vulgaris Beijer). Культуру хлореллы культивировали на модифицированной питательной среде Тамия при температуре 24°C и круглосуточном освещении. Хлореллу выращивали в течение 5 сут. в колбах 1000 мл в светонепроницаемых гроубоксах, в которых были установлены разные режимы освещения. Контрольный вариант выращивали в световой комнате с освещением белыми люминесцентными лампами с интенсивностью 150 мкмоль/м2 с, также культуру выращивали в темноте. Проведенные лабораторные эксперименты, направленные на изучение влияния спектрального состава света на рост двух штаммов культуры хлореллы, позволили выявить некоторые закономерности: 1) наибольший прирост биомассы наблюдается при использовании освещения белыми люминесцентными лампами (Т = 2700К); 2) в случае использования ДК > К или ДК = К наблюдали ингибирующее их действие на рост изучаемых штаммов хлореллы. Кроме того, при определении оптической плотности культур были получены схожие результаты, которые свидетельствуют об одинаковом восприятии изучаемых штаммов хлореллы на действие различного спектрального состава света. Анализируя спектр поглощения, следует отметить, что он имеет непрерывный характер. Экспериментально установлено, что первый максимум расположен в красной области (от 660 до 690 нм), второй – в синей области (430 до 450 нм). Минимальное поглощение наблюдается в зеленой области света (500 до 610 нм).

Chlorella is a green eukaryotic microalga (Chlorella vulgaris). The microscopic cell is spherical, 2–10 μm in diameter. This microalga is one of the most important and promising for biomass production. Chlorella is cultivated in ponds or bioreactors with specified parameters that create favorable conditions for the growth of chlorella biomass. Each set of conditions creates the opportunities for changing the growth rate and output of individual products. Two strains of chlorella were the object of the study: 1 – chlorella with a thin cell wall (Chlorella vulgaris VKPM Al-24); 2 – chlorella with a thick cell wall (Chlorella vulgaris Beijer). The culture of chlorella was cultivated on modified Tamiya nutrient medium, at 24°C and 24-hour illumination. It was cultivated for 5 days in 1000 ml flasks, in opaque grow boxes with different lighting regimes. The control variant was grown in a light room with white fluorescent lamps with an intensity of 150 μmol/m2 s, and the culture was also grown in the dark. Laboratory experiments studying the effect of spectral composition of light on growth of two strains of chlorella culture allowed identifying some regularities: 1 – the largest increase in biomass is observed when using white fluorescent lamps (T = 2700K); 2 – in the case of using FR>R or FR=R, their inhibitory effect on the growth of the studied strains of chlorella was observed. In addition, similar results were obtained when determining the optical density of the cultures, suggesting that the chlorella strains studied are similarly responsive to the action of different spectral compositions of light. Analyzing the absorption spectrum, it should be noted that it has a continuous character. It has been experimentally established that the first maximum is located in the red region (660 to 690 nm) and the second in the blue region (430 to 450 nm). The minimum absorption is observed in the green light region (500 to 610 nm).

Хлореллабиологически активные соединениябиотехнологические аспекты культивирования микроводорослейchlorellabiologically active compoundsbiotechnological aspects of microalgae cultivationReferencesAndrade C.J., De Andrade L.M. An overview on the application of genus Chlorella in biotechnological processes // Symbiosis. – 2017. doi: 10.15226/ 2475–4714/2/1/00117.Andrade C.J., Andrade L.M. An overview on the application of genus Chlorella in biotechnological processes. Symbiosis. 2017. doi: 10.15226/2475–4714/2/1/00117.Bialon J. Growth rates and photon efficiency of Chlorella vulgaris in relation to photon absorption rates under different LED-types / J. Bialon, T. Rath // Algal Research. – 2018. – V. 31. – Pp. 204–215. doi: 10.1016/j.algal.2018.02.007.Bialon J., Rath T. Growth rates and photon efficiency of Chlorella vulgaris in relation to photon absorption rates under different LED-types. Algal Research. 2018; 31: 204–215. doi: 10.1016/j. algal.2018.02.007.Mallick N., Mandal S., Singh A.K. et al. Green microalga Chlorella vulgaris as a potential feedstock for biodiesel // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. – 2012. – V. 87. – Pp. 137–145. doi: 10.1002/jctb.2694.Mallick N., Mandal S., Singh A.K. et al Green microalga Chlorella vulgaris as a potential feedstock for biodiesel. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2012; 87: 137–145. doi: 10.1002/jctb.2694.Yamamoto M., Kurihara I., Kawano S. Late type of daughter cell wall synthesis in one of the Chlorellaceae, Parachlorella kessleri (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) // Planta. – 2005. – V. 221 (6) – Pp. 766–775. doi: 10.1007/s00425–005–1486–8.Yamamoto M., Kurihara I., Kawano S. Late type of daughter cell wall synthesis in one of the Chlorellaceae, Parachlorella kessleri (Chlorophyta, Trebouxiophyceae). Planta. 2005; 221(6): 766–775. doi: 10.1007/s00425–005–1486–8.Дудина Ю.А., Калашникова Е.А. Хлорелла как объект биотехнологии: способы культивирования и применение в сельском хозяйстве // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: Сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции. – Пенза, 2019. – С. 222–225.Dudina Yu.A., Kalashnikova E.A. Khlorella kak ob’’ekt biotekhnologii: sposoby kul’tivirovaniya i primenenie v sel’skom khozyaystve [Chlorella as a biotechnology object: cultivation methods and agricultural applications]. Sb. statey po materialam Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii “Vklad molodykh uchenykh v innovatsionnoe razvitie APK Rossii”. Penza. 2019: 222–225. (In Rus.).Лукьянов В.А. Микроводоросль Сhlorella vulgaris Beijer – высокопродуктивный штамм для сельского хозяйства // Концепт: Научно-методический электронный журнал. – 2015. – Т. 13. – С. 1576–1580.Luk’yanov V.A., Stifeev A.I., Gorbunova S.Yu. Mikrovodorosl’ Shlorella vulgaris Beijer – vysokoproduktivniy shtamm dlya sel’skogo khozyaystva [The microalgae Chlorella vulgaris Beijer as a highly productive strain for agriculture]. Nauchno-metodicheskiy elektronniy zhurnal “Kontsept”. 2015; 13: 1576–1580. (In Rus.).Петряков В.В. Ветеринарная оценка основных биохимических показателей сыворотки крови крыс под воздействием радиации при включении в рационы водоросли хлореллы // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – Оренбург, 2017. – С. 144–145.Petryakov V.V. Veterinarnaya otsenka osnovnykh biokhimicheskikh pokazateley syvorotki krovi krys pod vozdeystviem radiatsii pri vklyuchenii v ratsiony vodorosli khlorelly [Veterinary evaluation of basic biochemical indices of rat serum under the influence of radiation inclusion of chlorella algae in diets]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. Orenburg. 2017: 144–145. (In Rus.).Трофимчук О.А. Влияние динамического и статического спектров излучения на прирост микроводоросли хлореллы // Высокие технологии в современной науке и технике (ВТСНТ-2017): Сборник научных трудов VI Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2017. – С. 159–160.Trofimchuk O.A. Vliyanie dinamicheskogo i staticheskogo spektrov izlucheniya na prirost mikrovodorosli khlorelly [Effect of dynamic and static radiation spectra on the growth of the microalga Chlorella]. Vysokie tekhnologii v sovremennoy nauke i tekhnike (VTSNT-2017), sb. nauchnykh trudov VI Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii molodykh uchenykh, aspirantov i studentov. Tomsk: Izd-vo TPU. 2017: 159–160. (In Rus.).Кочубей В.И. Определение концентрации веществ при помощи спектрофотометрии: Руководство к лабораторной работе. – Саратов, 2008. – 14 с.Kochubey V.I. Opredelenie kontsentratsii veshchestv pri pomoshchi spektrofotometrii: ruk. k lab. rabote [Determining the concentration of substances by spectrophotometry: handbook for laboratory work]. Saratov, 2008: 14. (In Rus.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.