Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55161 10.29039/rusjbpc.2022.0556 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика DYNAMICS OF THE CONCENTRATION OF CHLOROPHYLL A AND B-PHYCOERYTHRIN IN CULTURE PORPHYRIDIUM PURPUREUM IN CONDITIONS OF LIGHT AND CARBON LIMITATION ДИНАМИКА КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРОФИЛЛА А И В-ФИКОЭРИТРИНА В КУЛЬТУРЕ PORPHYRIDIUM PURPUREUM В УСЛОВИЯХ СВЕТОВОГО И УГЛЕРОДНОГО ЛИМИТИРОВАНИЯ Клочкова В. С. Klochkova V. S. viki-iki@mail.ru Лелеков А. С. Lelekov A. S. a.lelekov@yandex.ru

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 Гудвилович И. Н. Gudvilovich I. N. gudirina2008@yandex.ru Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН» Севастополь Россия A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the South Seas of the RAS Sevastopol Russian Federation ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН» Севастополь Россия A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the South Seas of RAS Sevastopol Russian Federation 24 11 2022 24 11 2022 7 4 534 540 30 07 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55161/view

Исследовано влияние интенсивности света и потока углерода на продукцию хлорофилла а и В-фикоэритрина, а также их соотношения в накопительной культуре Porphyridium purpureum. Показано, что с увеличением интенсивности света (в 2 раза) и скорости подачи воздуха (в 2 раза) значение максимальной продуктивности возрастает почти в 2 раза, концентрации хл а – в 1,8 раз, а В-ФЭ – в 1,6 раз. Содержание хлорофилла а и В-фикоэритрина во всех опытных вариантах на 3–4 сутки эксперимента (начало линейной фазы роста) достигло максимального значения. При световом лимитировании содержания хл а и В-ФЭ в биомассе не изменяется, однако при высокой интенсивности света на линейной фазе роста наблюдается уменьшение. Соотношение В-ФЭ/хл а при различном световом и углеродном обеспечении в проведённом эксперименте практически не изменяется и в среднем составляет 12,8.

The effect of light intensity and carbon flux on the production of chlorophyll a and B-phycoerythrin, as well as their ratios in the batch culture of Porphyridium purpureum, has been studied. It is shown that with an increase in light intensity (by 2 times) and air supply speed (by 2 times), the value of maximum productivity increases by almost 2 times, the concentration of chl a – by 1.8 times, and B-PE – by 1.6 times. The content of chlorophyll a and B-phycoerythrin in all experimental variants on the 3rd – 4th day of the experiment (the beginning of the linear growth phase) reached the maximum value. With light limiting, the content of chl a and B-PE in the biomass does not change, however, with high light intensity, a decrease is observed in the linear growth phase. The ratio of B-PE/chl a with different light and carbon support in the experiment practically does not change and averages 12.8.

 порфиридиум хлорофилл а В-фикоэритрин концентрация соотношение пигментов интенсивность света углекислый газ porphyridium chlorophyll a B-phycoerythrin concentration ratio of pigments light intensity carbon dioxide Работа выполнена в рамках государственного задания ФИЦ ИнБЮМ по теме "Исследование механизмов управления продукционными процессами в биотехнологических комплексах с целью разработки научных основ получения биологически активных веществ и технических продуктов морского генезиса" № гос. регистрации 121030300149-0.

Cunningham F.X., Dennenberg R.J., Mustardy L., Jursinic P.A., Gantt E. Stoichiometry of photosystem I, photosystem II, and phycobilisomes in the red alga Porphyridium cruentum as a function of growth irradiance. Plant Physiol., 1989, vol. 91, no. 3, pp. 1179-1187, doi: 10.1104/pp.91.3.1179. Cunningham F.X., Dennenberg R.J., Mustardy L., Jursinic P.A., Gantt E. Stoichiometry of photosystem I, photosystem II, and phycobilisomes in the red alga Porphyridium cruentum as a function of growth irradiance. Plant Physiol., 1989, vol. 91, no. 3, pp. 1179-1187, doi: 10.1104/pp.91.3.1179. Lestari Retno A.S., Nurlaili E.P., Priyono K. The effect of carbon dioxide concentration and the dimension of photobioreactor on the growth of microalgae Nannochloropsis sp. AIP Conference, 2019, vol. 2097, p. 030109, doi: 10.1063/1.5098284. Lestari Retno A.S., Nurlaili E.P., Priyono K. The effect of carbon dioxide concentration and the dimension of photobioreactor on the growth of microalgae Nannochloropsis sp. AIP Conference, 2019, vol. 2097, p. 030109, doi: 10.1063/1.5098284. Боровков А.Б., Гудвилович И.Н., Новикова Т.М., Климова Е.В. Продукционные характеристики полупроточной культуры Porphyridium purpureum (Bory) Drew et Ross при низкой освещённости. Морской биологический журнал, 2022, т. 7, № 1, с. 3-13. Borovkov A.B., Gudvilovich I.N., Novikova T.M., Klimova E.V. Production characteristics of the semi-flowing culture Porphyridium purpureum (Bory) Drew et Ross under normal illumination. Marine Biological Journal, 2022, vol. 7, no. 1, pp. 3-13, doi: 10.21072/mbj.2022.07.1.01. (In Russ.) Заворуева Е.Н., Заворуев В.В., Крум С.П. Лабильность первой фотосистемы фототрофов в различных условиях окружающей среды. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2011, 152 c. Zavorueva E.N., Zavoruev V.V., Krum S.P. Lability of the first photosystem of phototrophs under various environmental conditions. Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2011, 152 p. (In Russ.) Xu Y., Shanshan W., Shengxin N., Jinglong L. A study on the synthesis and accumulation of phycoerythrin in Porphyridium purpureum. AIP Conference, 2019, vol. 2110, p. 020028, doi: 10.1063/1.5110822. Xu Y., Shanshan W., Shengxin N., Jinglong L. A study on the synthesis and accumulation of phycoerythrin in Porphyridium purpureum. AIP Conference, 2019, vol. 2110, p. 020028, doi: 10.1063/1.5110822. Гудвилович И.Н., Лелеков А.С., Мальцев Е.И., Куликовский М.С., Боровков А.Б. Рост культуры Porphyridium purpureum (Porphyridiales, Rhodophyta) и продукция B-фикоэритрина при различной освещенности. Физиология растений, 2021, т. 68, № 1, c. 103-112. Gudvilovich I. N., Lelekov A. S., Maltsev E. I., Kulikovskiy M. S., Borovkov A. B. Growth of Porphyridium purpureum (Porphyridiales, Rhodophyta) culture and production of B-phycoerythrin under different illumination. Physiology of plants, 2021, vol. 68, no. 1, pp. 103-112, doi: 10.31857/S0015330320060056. (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. Proceedings of the Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences. Biological Sciences Series, 1981, vol. 5, no. 1, pp. 75-82. (In Russ.) Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. Киев: Наук. думка, 1975, 247 с. Methods of physiological and biochemical study of algae in hydrobiological practice. Kyiv: Nauk. Dumka, 1975, 247 p. (In Russ.) Стадничук И.Н. Фикобилипротеины. Биологическая химия. М.: Мир, 1990, 196 с. Stadnichuk I.N. Phycobiliproteins. Biological chemistry. M.: Mir, 1990, 196 p. (In Russ.) Jeffrey S.W., Mantoura R.F.C., Wright S.W. Phytoplankton pigments in oceanography: guidelines to modern methods, UNESCO, 1997, 661 p. Jeffrey S.W., Mantoura R.F.C., Wright S.W. Phytoplankton pigments in oceanography: guidelines to modern methods, UNESCO, 1997, 661 p. Упитис В.В., Пакалне Д.С., Шулце И.Ф. Оптимизация минерального питания красной морской водоросли Porphyridium сruentum. Известия АН Латвийской ССР, 1989, т. 505, № 8, c. 95-104. Upitis V.V., Pakalne D.S., Schulce I.F. Optimization of the mineral nutrition of the red seaweed Porphyridium cruentum. Proceedings of the Academy of Sciences of the Latvian SSR, 1989, vol. 505, no. 8, pp. 95-104. (In Russ.) 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.) Белянин В.Н., Сидько Ф.Я., Тренкеншу А.П. Энергетика фотосинтезирующей культуры микроводорослей. Новосибирск: Наука, 1980, с. 136. Belyanin V.N., Sidko F.Ya., Trenkenshu A.P. Energy of photosynthetic microalgae culture. Novosibirsk: Science, 1980, 136 p. (In Russ.) Sanchez-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. Sanchez-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. Satthong et al. 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. Satthong et al. Advances in Difference Equations, 2019, doi: 10.1186/s13662-019-2112-6. Liang Y., Sarkany N., Cui Y. Biomass and lipid roductivities of Chlorella vulgaris under autotrophic, heterotrophic and mixotrophic growth conditions. Biotechnology Letters, 2009, vol. 31, pp. 1043-1049, doi: 10.1007/s10529-009-9975-7. Liang Y., Sarkany N., Cui Y. Biomass and lipid roductivities of Chlorella vulgaris under autotrophic, heterotrophic and mixotrophic growth conditions. Biotechnology Letters, 2009, vol. 31, pp. 1043-1049, doi: 10.1007/s10529-009-9975-7. 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.) Лелеков А.С., Чернышев Д.Н., Клочкова В.С. Количественные закономерности роста накопительной культуры Arthrospira platensis. Математическая биология и биоинформатика, 2022, т. 17, № 1, c. 156-170. Lelekov A.S., Chernyshev D.N., Klochkova V.S. Quantitative patterns of growth of the accumulative culture Arthrospira platensis. Mathematical biology and bioinformatics, 2022, vol. 17, no. 1, pp. 156-170. (In Russ.) Velea S., Ilie L., Filipescu L. Optimization of Porphyridium purpureum culture growth using two variables experimental design: light and sodium bicarbonate. U.P.B. Sci. Bull. Univ. “Politeh.” Bucharest, Ser. B, 2011, vol. 73, p. 81. Velea S., Ilie L., Filipescu L. Optimization of Porphyridium purpureum culture growth using two variables experimental design: light and sodium bicarbonate. U.P.B. Sci. Bull. Univ. “Politeh.” Bucharest, Ser. B, 2011, vol. 73, p. 81. Algarra P., Ruediger W. Acclimation processes in the light harvesting complex of the red alga Porphyridium purpureum (Bory) Drew et Ross, according to irradiance and nutrient availability. Plant Cell Environ, 1993, vol. 16, p. 149, doi: 10.1111/j.1365-3040.1993.tb00856.x. Algarra P., Ruediger W. Acclimation processes in the light harvesting complex of the red alga Porphyridium purpureum (Bory) Drew et Ross, according to irradiance and nutrient availability. Plant Cell Environ, 1993, vol. 16, p. 149, doi: 10.1111/j.1365-3040.1993.tb00856.x. Li T., Xu J., Wu H., Jiang P., Chen Z., Xiang W. Growth and Biochemical Composition of Porphyridium purpureum SCS-02 under Different Nitrogen Concentrations. Mar. Drugs, 2019, vol. 17, p. 124, doi: 10.3390/md17020124. Li T., Xu J., Wu H., Jiang P., Chen Z., Xiang W. Growth and Biochemical Composition of Porphyridium purpureum SCS-02 under Different Nitrogen Concentrations. Mar. Drugs, 2019, vol. 17, p. 124, doi: 10.3390/md17020124.