Кинетика потребления минеральных форм азота и фосфора при интенсивном культивировании микроводоросли Chlorella vulgaris
https://doi.org/10.26907/2542-064X.2026.2.233-248
Аннотация
В исследовании проанализирована кинетика потребления минеральных форм азота и фосфора микроводорослью Chlorella vulgaris при интенсивном фототрофном культивировании на среде Тамия. Установлены основные параметры роста накопительной культуры: максимальная концентрация биомассы (2.3 ± 0.1 г/л), удельная скорость роста (0.46 1/сут) и максимальная продуктивность (0.27 г/(л×сут). Определены потребности C. vulgaris в фосфоре (13.4 ± 0.5 мг Р/г сухого веса (СВ)) и азоте (86 ± 4 мг N/г СВ), а также удельные скорости их потребления (1.12 ± 0.05 мг P/(г СВ×сут) и 7.1 ± 0.4 мг N/(г СВ×сут)). Выявлено, что при соотношении N : P около 6.4 : 1 обеспечивается сбалансированное усвоение макроэлементов. Показано, что при отсутствии дополнительной подачи CO2 эффективность извлечения фосфора и азота составляет лишь 15 и 32 % соответственно, что обусловлено углеродным лимитированием. Рассчитанное содержание белка в биомассе (56 %) подтверждает высокий протеиногенный потенциал исследуемого штамма. Полученные результаты имеют значение для оптимизации биотехнологических процессов культивирования микроводорослей и разработки систем биологической очистки сточных вод.
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена в рамках государственной темы № 124022400152-1 «Комплексное исследование механизмов функционирования морских биотехнологических комплексов с целью получения биологически активных веществ из гидробионтов».
Об авторе
С. Ю. Горбунова
Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Светлана Юрьевна Горбунова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела биотехнологий и фиторесурсов
г. Севастополь
Конфликт интересов:
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов
Список литературы
1. Zhuang L.-L., Yu D., Zhang J., Liu F.-f., Wu Y.-H., Zhang T.-Y., Dao G.-H., Hu H.-Y. The characteristics and influencing factors of the attached microalgae cultivation: A review // Renewable Sustainable Energy Rev. 2018. V. 94. P. 1110–1119. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.06.006.
2. Coronado-Reyes J.A., Salazar-Torres J.A., Juárez-Campos B., González-Hernández J.C. Chlorella vulgaris, a microalgae important to be used in biotechnology: A review // Food Sci. Technol. 2022. V. 42. Art. e37320. https://doi.org/10.1590/fst.37320.
3. Chen H., Zheng Y., Zhan J., He C., Wang Q. Comparative metabolic profiling of the lipidproducing green microalga Chlorella reveals that nitrogen and carbon metabolic pathways contribute to lipid metabolism // Biotechnol. Biofuels. 2017. V. 10, No 1. Art. 153. https://doi.org/10.1186/s13068-017-0839-4.
4. Grobbelaar J.U. Algal nutrition ‒ mineral nutrition // Richmond A. (Ed.) Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology. Oxford, UK: Blackwell Publ., 2003. P. 95–115. https://doi.org/10.1002/9780470995280.ch6.
5. Widjaja A., Chien C.-C., Ju Y.-H. Study of increasing lipid production from fresh water microalgae Chlorella vulgaris // J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2009. V. 40, No 1. P. 13–20. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2008.07.007.
6. Heredia-Arroyo T., Wei W., Hu B. Oil accumulation via heterotrophic/mixotrophic Chlorella protothecoides // Appl. Biochem. Biotechnol. 2011. V. 162, No 7. P. 1978–1995. https://doi.org/10.1007/s12010-010-8974-4.
7. Wu J., Jia R., Li B., Liu C. Study on the correlation of N, P nutrients and Chlorella growth // Appl. Mech. Mater. 2014. V. 641–642. P. 1183–1186. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.641-642.1183.
8. Yadav N., Gupta N., Singh D.P. Ameliorating effect of bicarbonate on salinity induced changes in the growth, nutrient status, cell constituents and photosynthetic attributes of microalga Chlorella vulgaris // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2022. V. 108, No 3. P. 491–499. https://doi.org/10.1007/s00128-021-03135-5.
9. Singh R.P., Yadav P., Kumar A., Hashem A., Avila-Quezada G.D., Abd_Allah E.F., Gupta R.K. Salinityinduced physiochemical alterations to enhance lipid content in oleaginous microalgae Scenedesmus sp. BHU1 via two-stage cultivation for biodiesel feedstock // Microorganisms. 2023. V. 11, No 8. Art. 2064. https://doi.org/10.3390/microorganisms11082064.
10. Talebi A.F., Tabatabaei M., Mohtashami S.K., Tohidfar M., Moradi F. Comparative salt stress study on intracellular ion concentration in marine and salt-adapted freshwater strains of microalgae // Not. Sci. Biol. 2013. V. 5, No 3. P. 309–315. https://doi.org/10.15835/nsb539114.
11. Tavares L., Nudi M.H., Arroyo P.A., Godoy R.F.B., Trevisan E. Effect of different concentrations of phosphorus and nitrogen on the growth of the microalgae Chlorella vulgaris // Int. J. Energy Environ. Eng. 2023. V. 14, No 4. P. 563–572. https://doi.org/10.1007/s40095-022-00535-z.
12. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С., Боровков А.Б., Новикова Т.М. Унифицированная установка для лабораторных исследований микроводорослей // Вопросы современной альгологии. 2017. № 1(13). 11 c. URL: http://algology.ru/1097.
13. Методы гидрохимических исследований основных биогенных элементов. М.: Изд-во ВНИРО, 1988. 25 с.
14. Тренкеншу Р.П. Расчет удельной скорости роста микроводорослей // Морской биологический журнал. 2019. Т. 4, № 1. С. 100–108. https://doi.org/10.21072/mbj.2019.04.1.09.
15. Тренкеншу Р.П. Простейшие модели роста микроводорослей. 1. Периодическая культура // Экология моря. 2005. Вып. 67. С. 89–97.
16. Giordano M., Beardall J., Raven J.A. CO2 concentrating mechanisms in algae: Mechanisms, environmental modulation, and evolution // Annu. Rev. Plant Biol. 2005. V. 56. P. 99–131. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.56.032604.144052.
17. Pérez-Pérez M.E., Lemaire S.D., Crespo J.L. Reactive oxygen species and autophagy in plants and algae // Plant Physiol. 2012. V. 160, No 1. P. 156–164. https://doi.org/10.1104/pp.112.199992.
18. Foyer C.H., Noctor G. Redox homeostasis and antioxidant signaling: A metabolic interface between stress perception and physiological responses // Plant Cell. 2005. V. 17, No 7. P. 1866–1875. https://doi.org/10.1105/tpc.105.033589.
19. Hernandez J.-P., de-Bashan L.E., Bashan Y. Starvation enhances phosphorus removal from wastewater by the microalga Chlorella spp. co-immobilized with Azospirillum brasilense // Enzyme Microb. Technol. 2006. V. 38, Nos 1–2. P. 190–198. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2005.06.005.
20. Xin L., Hong-ying H., Ke G., Ying-xue S. Effects of different nitrogen and phosphorus concentrations on the growth, nutrient uptake, and lipid accumulation of a freshwater microalga Scenedesmus sp. // Bioresour. Technol. 2010. V. 101, No 14. P. 5494–5500. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.02.016.
21. Горбунова С.Ю., Боровков А.Б., Тренкеншу Р.П. Продуктивность культуры Arthrospira platensis (Nordst.) Geitl. (Cyanoprocaryota) при различной обеспеченности минеральным фосфором // Альгология. 2011. Т. 21, № 3. С. 374–384.
22. Becker E.W. Micro-algae as a source of protein // Biotechnol. Adv. 2007. V. 25, No 2. P. 207–210. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2006.11.002.
23. Safi C., Charton M., Pignolet O., Silvestre F., Vaca-Garcia C., Pontalier P.-Y. Influence of microalgae cell wall characteristics on protein extractability and determination of nitrogen-to-protein conversion factors // J. Appl. Phycol. 2013. V. 25, No 2. P. 523–529. https://doi.org/10.1007/s10811-012-9886-1.
24. Gouveia L., Batista A.P., Sousa I., Raymundo A., Bandarra N.M. Microalgae in novel food products // Papadopoulos K.N. (Ed.) Food Chemistry Research Developments. New York, NY: Nova Sci. Publ., 2008. P. 75–112.
25. Mendes A.R., Spínola M.P., Lordelo M., Prates J.A.M. Chemical compounds, bioactivities, and applications of Chlorella vulgaris in food, feed and medicine // Appl. Sci. 2024. V. 14, No 23. Art. 10810. https://doi.org/10.3390/app142310810.
26. Alattar O., Fayed H., Farag A.E.N. SDS-PAGE electrophoresis and solubility characteristics of casein– Chlorella vulgaris protein isolate co-precipitate mixtures // J. Prod. Dev. 2022. V. 27, No 2. P. 263–279. https://doi.org/10.21608/jpd.2022.251625.
27. Panahi Y., Darvishi B., Jowzi N., Beiraghdar F., Sahebkar A. Chlorella vulgaris: A multifunctional dietary supplement with diverse medicinal properties // Curr. Pharm. Des. 2016. V. 22, No 2. P. 164–173. http://dx.doi.org/10.2174/1381612822666151112145226.
28. Spínola M.P., Costa M.M., Prates J.A.M. Effect of selected mechanical/physical pretreatments on Chlorella vulgaris protein solubility // Agriculture. 2023. V. 13. No 7. Art. 1309. https://doi.org/10.3390/agriculture13071309.
29. Costa M.M., Spínola M.P., Alves V.D., Prates J.A.M. Improving protein extraction and peptide production from Chlorella vulgaris using combined mechanical/physical and enzymatic pre-treatments // Heliyon. 2024. V. 10, No 12. Art. e32704. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e32704.
30. Yaghoubzadeh Z., Safari R. Extraction of bioactive peptides from Chlorella vulgaris using enzymatic hydrolysis: A green natural antioxidant // Int. J. Pept. Res. Ther. 2025. V. 31, No 2. Art. 33. https://doi.org/10.1007/s10989-025-10692-4.
31. Hemalatha M., Mohan S.V. Amino acids rich biomass cultivation: Trophic mode influence on Chlorella Growth Factor (CGF) production // Algal Res. 2024. V. 80. Art. 103449. https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103449.
32. Čmiková N., Kowalczewski P.Ł., Kmiecik D., Klimowicz P., Drożdżyńska A., Ślachciński M., Królak J., Matić S., Marković T., Popović S., Baskic D., Kačániová M. Comparative analysis of nutritional composition and bioactive properties of Chlorella vulgaris and Arthrospira platensis: Implications for functional foods and dietary supplements // Open Chem. 2025. V. 23, No 1. Art. 20250150. https://doi.org/10.1515/chem-2025-0150.
33. Canelli G., Tarnutzer C., Carpine R., Neutsch L., Bolten C.J., Dionisi F., Mathys A. Biochemical and nutritional evaluation of Chlorella and Auxenochlorella biomasses relevant for food application // Front. Nutr. 2020. V. 7. Art. 565996. https://doi.org/10.3389/fnut.2020.565996.
34. Горбунова С.Ю., Жондарева Я.Д. Использование сточных вод птицефабрик для увеличения продуктивности Arthrospira platensis (Nordst.) Geitler // Вестник СПбГУ. Сер.3. Биология. 2015. Вып. 1. С. 70–77.
35. Горбунова С.Ю. Культивирование Spirulina platensis (Nordst.) Geitler на минерально-органической питательной среде // Бюллетень ГНБС. 2013. № 109. С. 8–13.
Рецензия
Для цитирования:
Горбунова С.Ю. Кинетика потребления минеральных форм азота и фосфора при интенсивном культивировании микроводоросли Chlorella vulgaris. Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2026;168(2):233-248. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2026.2.233-248
For citation:
Gorbunova S.Yu. Mineral nitrogen and phosphorus uptake kinetics during intensive cultivation of Chlorella vulgaris. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta Seriya Estestvennye Nauki. 2026;168(2):233-248. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/2542-064X.2026.2.233-248
Просмотров:
81
JATS XML
Послать статью по эл. почте 
