Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55003 10.29039/rusjbpc.2022.0504 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика EVALUATION OF THE PIGMENT COMPOSITION OF MICROALGAE PORPHYRIDIUM PURPUREUM ACCORDING TO THE TRUE ABSORPTION SPECTRUM OF THE CULTURE USING A SPREADSHEET PROCESSOR Оценка пигментного состава микроводоросли Porphyridium purpureum по истинному спектру поглощения культуры с применением табличного процессора Чернышев Д. Н. Chernyshev D. N. chernishevd@gmail.com Клочкова В. С. Klochkova V. S. viki-iki@mail.ru Серяк Е. С. Seryak E. S. Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation 25 06 2022 25 06 2022 7 2 204 208 20 06 2022 20 06 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55003/view

В работе описан метод математического разделения спектра поглощения культуры красной морской водоросли Porphyridium purpureum с применением табличного процессора – программой Microsoft Excel. Данный метод представляет анализ и разделение перекрывающихся полос пигментов в нативном спектре поглощения культуры. Спектры культуры были записаны на спектрофотометре вблизи и на расстоянии от входного окна интегрирующей сферы. Рассчитан истинный спектр поглощения, скомпенсированный на рассеяние в области от 400 до 750 нм. Истинный спектр поглощения культуры аппроксимировали математической моделью, в которой неизвестными параметрами являются концентрации хлорофилла а, B-фикоэритрина, R-фикоцианина, аллофикоцианина и суммарных каротиноидов. Модели пигментов представлены суммой кривых нормального распределения. Реализация вычислений, выполняющих подбор концентраций пигментов путем минимизации суммы квадратов отклонений между истинным спектром поглощения и его математической моделью, выполнена при помощи табличного процессора с использованием инструмента «Поиск решения». Предлагаемый способ математической обработки спектра может быть использован как экспресс метод определения концентрации пигментов в культуре, без выделения пигментов в чистом виде. Применение данного метода позволяет оценить вклад пигментов в общий спектр поглощения культуры.

The paper describes a method for mathematical separation of the absorption spectrum of the culture of the red seaweed Porphyridium purpureum using a spreadsheet processor - the Microsoft Excel program. This method represents the analysis and separation of overlapping pigment bands in the native absorption spectrum of a culture. The culture spectra were recorded on a spectrophotometer near and at a distance from the entrance window of the integrating sphere. The true absorption spectrum is calculated, compensated for scattering in the region from 400 to 750 nm. The true absorption spectrum of the culture was approximated by a mathematical model in which the unknown parameters are the concentrations of chlorophyll a, B-phycoerythrin, R-phycocyanin, allophycocyanin, and total carotenoids. Pigment models are represented by the sum of normal distribution curves. The implementation of calculations that perform the selection of pigment concentrations by minimizing the sum of squared deviations between the true absorption spectrum and its mathematical model was performed using a spreadsheet using the "Search for a solution" tool. The proposed method of mathematical processing of the spectrum can be used as an express method for determining the concentration of pigments in culture, without isolating pure pigments. The application of this method makes it possible to evaluate the contribution of pigments to the total absorption spectrum of the culture.

 порфиридиум каротиноиды хлорофилл а фикобилины истинный спектр поглощения гауссианы табличный процессор porphyridium carotenoids chlorophyll a phycobilins true absorption spectrum gaussians tabular processor

Геворгиз Р.Г., Нехорошев М.В. Количественное определение массовой доли суммарных каротиноидов в сухой биомассе Spirulina (Arthrospira) platensis North. Geitl.: учебно-методическое пособие. РАН, Ин-т морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского, Севастополь, 2017, 12 с. Gevorgiz R.G., Nekhoroshev M.V. Quantitative determination of the mass fraction of total carotenoids in dry biomass of Spirulina (Arthrospira) platensis North. Geitl.: educational and methodological manual. RAS, A.O. Kovalevsky Institute of Marine Biological Research, Sevastopol, 2017, 12 p. (In Russ.) Геворгиз Р.Г., Нехорошев М.В. Количественное определение массовой доли С-фикоцианина и аллофикоцианина в сухой биомассе Spirulina (Arthrospira) platensis North. Geitl. Холодная экстракция: учебно-методическое пособие. РАН, Ин-т морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского. Севастополь, 2017, 21 с. Gevorgiz R.G., Nekhoroshev M.V. Quantitative determination of the mass fraction of C-phycocyanin and allophycocyanin in the dry biomass of Spirulina (Arthrospira) platensis North. Geitl. Cold extraction: a teaching aid. Russian Academy of Sciences, Institute of Marine Biological Research, A.O. Kovalevsky, Sevastopol, 2017, 21 p. (In Russ.) 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. Копытов Ю.П. и др. Методика комплексного определения биохимического состава микроводорослей. Альгология, 2015, т. 25, № 1, c. 35-40. Kopytov Yu.P. et al. The method of complex determination of the biochemical composition of microalgae. Algologiya, 2015, vol. 25, no. 1, pp. 35-40. (In Russ.) Zdenko G., Bumba L., Schrofel A., Herbstova M., Nebesarova J., Vacha F. Organisation of Photosystem I and Photosystem II in red alga Cyanidium caldarium: Encounter of cyanobacterial and higher plant concepts. Biochimica et Biophysica Acta, 2007, vol. 1767, no. 6, pp. 725-731, doi: 10.1016/j.bbabio.2007.01.021. Zdenko G., Bumba L., Schrofel A., Herbstova M., Nebesarova J., Vacha F. Organisation of Photosystem I and Photosystem II in red alga Cyanidium caldarium: Encounter of cyanobacterial and higher plant concepts. Biochimica et Biophysica Acta, 2007, vol. 1767, no. 6, pp. 725-731, doi: 10.1016/j.bbabio.2007.01.021. Коваленко А.В., Вовк С.М., Плахтий Е.Г. Метод декомпозиции суммы гауссовых функций, составляющих экспериментальный спектр фотолюминесценции. Журнал прикладной спектроскопии, 2021, т. 88, № 2, c. 297-302. Kovalenko A.V., Vovk S.M., Plakhtii Y.G. The Sum Decomposition Method for the Gaussian Functions Comprising the Experimental Photoluminescence Spectrum. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii, 2021, vol. 88, no. 2, pp. 297-302. (In Russ.) Kupper H., Seibert S., Parameswaran A. Fast, sensitive, and inexpensive alternative to analytical pigment HPLC: quantification of chlorophylls and carotenoids in crude extracts by fitting with Gauss peak spectra. Analyt. Chem, 2007, vol. 79, no. 20, pp. 7611-7627. Kupper H., Seibert S., Parameswaran A. Fast, sensitive, and inexpensive alternative to analytical pigment HPLC: quantification of chlorophylls and carotenoids in crude extracts by fitting with Gauss peak spectra. Analyt. Chem, 2007, vol. 79, no. 20, pp. 7611-7627. Гаврилов П.Е., Лелеков А.С., Малахов А.С., Умеров Э.Э. Экспресс-метод определения спектра поглощения культуры микроводорослей. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2018, т. 3, № 4, с. 758-762. Gavrilov P.E., Lelekov A.S., Malakhov A.S., Umerov E.E. Express method for determining the absorption spectrum of microalgae culture. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2018, vol. 3, no. 4, pp. 758-762. (In Russ.) 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 освещённости. Физиология растений, 2021, т. 68, № 1, c. 103-112. Gudvilovich I.N., Lelekov A.S., Maltsev E.I., Kulikovsky M.S., Borovkov A.B. The growth of Porphyridium purpureum (Porphyridiales, Rhodophyta) culture and the production of B-phycoerythrin in different light conditions. Fiziologiya rastenij, 2021, vol. 68, no. 1, pp. 103-112, doi: 10.31857/S0015330320060056. (In Russ.) Merzlyak M.N., Naqvi, K.R. On recording the true absorption and scattering spectrum of a turbid sample: application to cell suspensions of the cyanobacterium anabaena variabilis. J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 2000, vol. 58, pp. 123-129. doi: 10.1016/s1011-1344(00)00114-7. Merzlyak M.N., Naqvi, K.R. On recording the true absorption and scattering spectrum of a turbid sample: application to cell suspensions of the cyanobacterium anabaena variabilis. J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 2000, vol. 58, pp. 123-129. doi: 10.1016/s1011-1344(00)00114-7. Клочкова В.С., Лелеков А.С., Геворгиз Р.Г., Ширяев А.В., Бучельников А.С., Шупова Е.В. Изменение спектра оптической плотности накопительной культуры Arthrospira (Spirulina) platensis. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2021, т. 6, № 4, c. 543-547. Klochkova V.S., Lelekov A.S., Gevorgiz R.G., Shiryaev A.V., Buchelnikov A.S., Shupova E.V. Changes in the optical density spectrum of the enrichment culture of Arthrospira (Spirulina) platensis. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2021, vol. 6, no. 4, pp. 543-547. (In Russ.) Чернышев Д.Н., Тренкеншу Р.П. Модель реконструкции спектра поглощения красной области Spirulina platensis in vivo по характеристикам растворов хлорофилла а и фикобилинов. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2019, т. 4, №. 4, c. 467-471. Chernyshev D.N., Trenkenshu R.P. Model of reconstruction of the absorption spectrum of the red region of Spirulina platensis in vivo according to the characteristics of solutions of chlorophyll a and phycobilins. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2019, vol. 4, no. 4, pp. 467-471. (In Russ.) Чернышев Д.Н., Боровков А.Б. Разделение спектра поглощения ацетонового экстракта Dunaliella salina. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2016, т. 1, № 1, c. 51-56. Chernyshev D.N., Borovkov A.B. Separation of absorption spectrum of acetone extract Dunaliella salina. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2016, vol. 1, no. 1, pp. 51-56. (In Russ.) Гулин А.С., Тренкеншу Р.П., Чернышев Д.Н. Декомпозиция красной области спектра поглощения - начальный метод оценки пигментного состава микроводорослей. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2020, т. 5, № 2, с. 239-245. Gulin A.S., Trenkenshu R.P., Chernyshev D.N. Decomposition of the red region of the absorption spectrum is the initial method for assessing the pigment composition of microalgae. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2020, vol. 5, no. 2, pp. 239-245. (In Russ.) Чернышев Д.Н. Горбунова С.Ю., Тренкеншу Р.П. Разделение спектров поглощения культуры и ацетонового экстракта микроводоросли Tetraselmis viridis на спектры отдельных пигментов. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2020, т. 5, № 2, с. 55-56. Chernyshev D.N. Gorbunova S.Yu., Trenkenshu R.P. Separation of the absorption spectra of the culture and acetone extract of the microalgae Tetraselmis viridis into the spectra of individual pigments. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2020, vol. 5, no. 2, pp. 55-56. (In Russ.) Чернышев Д.Н., Клочкова В.С., Лелеков А.С. Разделение спектра поглощения культуры Porphyridium purpureum (Bory) Ross. в красной области. Материалы IX Сабининских чтений, 2022. Chernyshev D.N., Klochkova V.S., Lelekov A.S. Separation of the absorption spectrum of Porphyridium purpureum (Bory) Ross. in the red area. Materialy IX Sabininskih chtenij, 2022. (In Russ.) Стадничук И.Н. Фикобилипротеины. М.: ВИНИТИ, 1990, 193 c. Stadnichuk I.N. Phycobiliproteins. M.: VINITI, 1990, 193 p. (In Russ.) Myers J., Graham J.R., Wang R.T. On spectral control of pigmentation in Anacystis nidulans (Cyanophyceae). J. Phycol, 1978, vol. 14, no. 4, pp. 513-518, doi: 10.1111/j.1529-8817.1978.tb02478.x. Myers J., Graham J.R., Wang R.T. On spectral control of pigmentation in Anacystis nidulans (Cyanophyceae). J. Phycol, 1978, vol. 14, no. 4, pp. 513-518, doi: 10.1111/j.1529-8817.1978.tb02478.x.