Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54518 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика Maximum productivity of Porphyridium purpureum and Arthrospira platensis batch culture in different light conditions Максимальная продуктивность накопительной культуры Porhyridium purpureum и Arthrospira platensis при различной освещённости Лелеков А С Lelekov A S a.lelekov@yandex.ru Клочкова В С Klochkova V S viki-iki@mail.ru Гаджи А В Gadzhi A V ФИЦ «Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН» ru A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RAS ru Севастопольский государственный университет ru Sevastopol State University ru Севастопольский государственный университет ru Sevastopol State University ru 25 06 2020 25 06 2020 5 2 253 260 20 06 2020 20 06 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54518/view

В работе проведено сравнение скоростей роста красной микроводоросли Porphyridium purpureum и цианобактерии Arthrospira platensis при различных значениях поверхностной облучённости для линейного участка накопительной кривой. Значения освещённости, измеряемые в клк, переведены в величины облучённости (энергии ФАР) с учётом спектра излучения используемых люминесцентных ламп. Определены величины максимальной продуктивности на линейном участке накопительных кривых. Для P. purpureum наибольшее значение данного параметра составило 0,62 г/(л·сут) при поверхностной освещённости 15 клк, а для A. platensis - 0,28 г/(л·сут) при 8,3 клк. Исследована зависимость максимальной продуктивности от облучённости, рассчитаны значения тангенса угла наклона линейной регрессии, величина которого составила 0,1 для P. purpureum и 0,2 для A. platensis. Показано, что зависимость коэффициента поглощения от плотности культуры для обоих видов описывается с высокой точностью (R2 = 0,99) уравнением Бугера-Ламберта-Бера. Определён удельный коэффициент экстинкции, который составил 0,08 и 0,14 для P. purpureum и A. platensis соответственно. Предложена модель зависимости удельной скорости роста культуры микроводорослей от её биомассы, основанная на положении о том, что удельная скорость синтеза прямопропорциональна количеству поглощённой световой энергии. Верификация модели показала высокое соответствие (R2 = 0,98) с экспериментальными данными.

The paper compares the growth rates of the red microalgae Porphyridium purpureum and cyanobacteria Arthrospira platensis at different values of surface irradiation for a linear phase of the batch curve. The illumination values measured in the klux are translated into irradiance values (energy PAR) taking into account the radiation spectrum of the fluorescent lamps. The values of maximum productivity on a linear phase of batch curves are determined. For P. purpureum , the highest value of this parameter was 0.62 g/(l·day) with a surface illumination of 15 klux, for A. platensis - 0.28 g/(l·day) at 8.3 klux. The dependence of maximum productivity on irradiation was studied, and the values of the tangent of the slope angle of the linear regression were calculated. The value of which was 0.1 for P. purpureum and 0.2 for A. platensis . It is shown that the dependence of the absorption coefficient on the culture density for both species is described with high accuracy (R2 = 0.99) by the Booger-Lambert-Behr equation. The specific extinction coefficient was determined, which was 0.08 and 0.14 for P. purpureum and A. platensis , respectively. A model of the dependence of the specific growth rate of a microalgae culture on its biomass is proposed. Model was based on the assumption that the specific rate of synthesis is directly proportional to the amount of absorbed light energy. Verification of the model showed high compliance (R2 = 0.98) with experimental data.

 линейная фаза роста максимальная продуктивность удельная скорость роста облучённость коэффициент поглощения света удельный коэффициент экстинкции linear growth phase maximum productivity specific growth rate irradiance light absorption coefficient specific extinction coefficient Работа выполнена в рамках госзадания ФИЦ «Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН», № гос. регистрации АААА-А18-118021350003-6.

Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С., Новикова Т.М. Линейный рост морских микроводорослей в культуре. Морской биологический журнал, 2018, т. 3, № 1, с. 53-60. [Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Novikova T.M. Linear growth of marine microalgae in culture. Marine biological journal, 2018, vol. 3, no. 1, pp. 53-60. (In Russ.)] Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Novikova T.M. Lineynyy rost morskih mikrovodorosley v kul'ture. Morskoy biologicheskiy zhurnal, 2018, t. 3, № 1, s. 53-60. [Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Novikova T.M. Linear growth of marine microalgae in culture. Marine biological journal, 2018, vol. 3, no. 1, pp. 53-60. (In Russ.)] Холл Д., Рао К. Фотосинтез. М.: Мир, 1983, 134 с. [Hall D., Rao K. Photosynthesis. M.: Mir, 1983, 134 p. (In Russ.)] Holl D., Rao K. Fotosintez. M.: Mir, 1983, 134 s. [Hall D., Rao K. Photosynthesis. M.: Mir, 1983, 134 p. (In Russ.)] Алехина Н.Д. Физиология растений: Учебник для студ. вузов / Н.Д. Алехина, Ю.В. Балконин, В.Ф. Гавриленко и др. Под ред. И. П. Ермакова. М.: «Академия», 2005, 640 с. [Alekhina N.D. Plant Physiology: A Textbook for Stud. universities / N.D. Alekhine, Yu.V. Balkonin, V.F. Gavrilenko et al. Ed. I.P. Ermakova. M.: "Academy", 2005, 640 p. (In Russ.)] Alehina N.D. Fiziologiya rasteniy: Uchebnik dlya stud. vuzov / N.D. Alehina, Yu.V. Balkonin, V.F. Gavrilenko i dr. Pod red. I. P. Ermakova. M.: «Akademiya», 2005, 640 s. [Alekhina N.D. Plant Physiology: A Textbook for Stud. universities / N.D. Alekhine, Yu.V. Balkonin, V.F. Gavrilenko et al. Ed. I.P. Ermakova. M.: "Academy", 2005, 640 p. (In Russ.)] Liebig J. Chemistry in its Application to Agriculture and Physiology. London: Taylor and Walton, 1847, 418 р. Liebig J. Chemistry in its Application to Agriculture and Physiology. London: Taylor and Walton, 1847, 418 r. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С. Моделирование роста микроводорослей. Белгород: ООО «КОНСТАНТА», 2017, 152 с. [Trenkenshu R.P., Lelekov A.S. Modeling of microalgae growth. Belgorod: CONSTANTA LLC, 2017, 152 p. (In Russ.)] Trenkenshu R.P., Lelekov A.S. Modelirovanie rosta mikrovodorosley. Belgorod: OOO «KONSTANTA», 2017, 152 s. [Trenkenshu R.P., Lelekov A.S. Modeling of microalgae growth. Belgorod: CONSTANTA LLC, 2017, 152 p. (In Russ.)] Тренкеншу Р.П., Терсков И.А., Сидько Ф.Я. Плотные культуры морских микроводорослей. Известия Сибирского отделения Академии наук СССР. Серия биологических наук, 1981, т. 5, № 1, с. 75-82. [Trenkenshu R.P., Terskov I.A., Sidko F.Ya. Dense cultures of marine microalgae. Bulletin of the Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences. A series of biological sciences, 1981, vol. 5, no. 1, pp. 75-82. (In Russ.)] Trenkenshu R.P., Terskov I.A., Sid'ko F.Ya. Plotnye kul'tury morskih mikrovodorosley. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Akademii nauk SSSR. Seriya biologicheskih nauk, 1981, t. 5, № 1, s. 75-82. [Trenkenshu R.P., Terskov I.A., Sidko F.Ya. Dense cultures of marine microalgae. Bulletin of the Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences. A series of biological sciences, 1981, vol. 5, no. 1, pp. 75-82. (In Russ.)] Zarrouk C. Contribution à l’étude d’une cyanophycée. Influence de divers facteurs physiques et chimiques sur la croissance et la photosynthèse de Spirulina maxima (Setch et Gardner) Geitler: Ph. D thèse. Paris, 1966, 114 p. Zarrouk C. Contribution à l’étude d’une cyanophycée. Influence de divers facteurs physiques et chimiques sur la croissance et la photosynthèse de Spirulina maxima (Setch et Gardner) Geitler: Ph. D thèse. Paris, 1966, 114 p. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С., Боровков А.Б., Новикова Т. М Унифицированная установка для лабораторных исследований микроводорослей. Вопросы современной альгологии, 2017, № 1 (13), URL: http://algology.ru/1097. [Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Borovkov A.B., Novikova T.M Unified installation for laboratory research of microalgae. Questions of modern algology, 2017, no. 1 (13). URL: http://algology.ru/1097. (In Russ.)] Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Borovkov A.B., Novikova T. M Unificirovannaya ustanovka dlya laboratornyh issledovaniy mikrovodorosley. Voprosy sovremennoy al'gologii, 2017, № 1 (13), URL: http://algology.ru/1097. [Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Borovkov A.B., Novikova T.M Unified installation for laboratory research of microalgae. Questions of modern algology, 2017, no. 1 (13). URL: http://algology.ru/1097. (In Russ.)] Горбунова С.Ю., Боровков А.Б., Тренкеншу Р.П. Продуктивность культуры Arthrospira platensis (Nordstedt) Geitler (Cyanoprokaryota) при различной обеспеченности минеральным фосфором. Альгология, 2011, т. 21, № 3, с. 374-384. [Gorbunova S.Yu., Borovkov A.B., Trenkenshu R.P. The productivity of the culture Arthrospira platensis (Nordstedt) Geitler (Cyanoprokaryota) with different availability of mineral phosphorus. Algology, 2011, vol. 21, no. 3, pp. 374-384. (In Russ.)] Gorbunova S.Yu., Borovkov A.B., Trenkenshu R.P. Produktivnost' kul'tury Arthrospira platensis (Nordstedt) Geitler (Cyanoprokaryota) pri razlichnoy obespechennosti mineral'nym fosforom. Al'gologiya, 2011, t. 21, № 3, s. 374-384. [Gorbunova S.Yu., Borovkov A.B., Trenkenshu R.P. The productivity of the culture Arthrospira platensis (Nordstedt) Geitler (Cyanoprokaryota) with different availability of mineral phosphorus. Algology, 2011, vol. 21, no. 3, pp. 374-384. (In Russ.)] Гудвилович И.Н., Боровков А.Б. Продукционные характеристики Porphyridium purpureum (Bory) Ross в условиях накопительной и квазинепрерывной культуры. Альгология, 2014, т. 24, № 1, с. 34-46. [Gudvilovich I.N., Borovkov A.B. Production characteristics of Porphyridium purpureum (Bory) Ross in the conditions of cumulative and quasi-continuous culture. Algology, 2014, vol. 24, no. 1, pp. 34-46. (In Russ.)] Gudvilovich I.N., Borovkov A.B. Produkcionnye harakteristiki Porphyridium purpureum (Bory) Ross v usloviyah nakopitel'noy i kvazinepreryvnoy kul'tury. Al'gologiya, 2014, t. 24, № 1, s. 34-46. [Gudvilovich I.N., Borovkov A.B. Production characteristics of Porphyridium purpureum (Bory) Ross in the conditions of cumulative and quasi-continuous culture. Algology, 2014, vol. 24, no. 1, pp. 34-46. (In Russ.)] Геворгиз Р.Г., Малахов А.С. Пересчёт величины освещённости фотобиореактора в величину облучённости. Севастополь: ООО «Колорит», 2018, 60 с. [Gevorgiz R.G., Malakhov A.S. Recalculation of the illumination value of the photobioreactor into the irradiation value. Sevastopol: Kolorit LLC, 2018, 60 p. (In Russ.)] Gevorgiz R.G., Malahov A.S. Pereschet velichiny osveschennosti fotobioreaktora v velichinu obluchennosti. Sevastopol': OOO «Kolorit», 2018, 60 s. [Gevorgiz R.G., Malakhov A.S. Recalculation of the illumination value of the photobioreactor into the irradiation value. Sevastopol: Kolorit LLC, 2018, 60 p. (In Russ.)] Белянин В.Н., Сидько Ф.Я., Тренкеншу А.П. Энергетика фотосинтезирующей культуры микроводорослей. Новосибирск: Наука, 1980, 136 с. [Belyanin V.N., Sidko F.Ya., Trenkenshu A.P. Energy of photosynthetic microalgae culture. Novosibirsk: Science, 1980, 136 p. (In Russ.)] Belyanin V.N., Sid'ko F.Ya., Trenkenshu A.P. Energetika fotosinteziruyuschey kul'tury mikrovodorosley. Novosibirsk: Nauka, 1980, 136 s. [Belyanin V.N., Sidko F.Ya., Trenkenshu A.P. Energy of photosynthetic microalgae culture. Novosibirsk: Science, 1980, 136 p. (In Russ.)] Sánchez-Saavedra M.P., Castro-Ochoa F.Y., Nava-Ruiz V.M. et al. Effects of nitrogen source and irradiance on Porphyridium cruentum. J. Appl. Phycol, 2017. DOI: 10.1007/s10811-017-1284-2. Sánchez-Saavedra M.P., Castro-Ochoa F.Y., Nava-Ruiz V.M. et al. Effects of nitrogen source and irradiance on Porphyridium cruentum. J. Appl. Phycol, 2017. DOI: 10.1007/s10811-017-1284-2. Satthong S., Saego K, Kitrungloadjanaporn P, Nuttavut N. Modeling the effects of light sources on the growth of algae. Advances in Difference Equations, 2019, DOI: 10.1186/s13662-019-2112-6. Satthong S., Saego K, Kitrungloadjanaporn P, Nuttavut N. Modeling the effects of light sources on the growth of algae. Advances in Difference Equations, 2019, DOI: 10.1186/s13662-019-2112-6. Monod J. The growth of bacterial cultures. Ann. Rev. Microbiol., 1949, vol. 3, pp. 371-394. Monod J. The growth of bacterial cultures. Ann. Rev. Microbiol., 1949, vol. 3, pp. 371-394.