Биологические науки/3. Микология и альгология

Комаристая В.П., Иваницкая Е.Е.

Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков

Накопление β-каротина в культуре Dunaliella salina Teod. на средах с разными источниками азота и углерода

Дефицит азота является наиболее мощным индуктором накопления b-каротина в клетках микроводоросли Dunaliella salina Teodoresco, и то же время ингибирует рост культуры. Среда обитания D. salina - природные рассолы, характеризующиеся низкой концентрацией растворенных газов, и углекислый газ также может быть лимитирующим фактором для роста культуры и каротиногенеза. Поэтому культура D. salina с целью получения b-каротина нуждается в минимальном снабжении азотом и дополнительных источниках углерода. Взаимодействие факторов, влияющих на рост культуры и каротиногенез у D. salina остается недостаточно изученным.

Цель работы: установить, как влияет форма азота и углерода в среде культивирования на накопление b-каротина в культуре D. salina при разной освещенности.

Задачи: определить динамику роста, содержание b-каротина на клетку и максимальный выход b-каротина при освещении 2 и 5 клк на средах, содержащих:

• нитратный азот

• аммонийный азот

• мочевину

• нитратный азот и гидрокарбонат-ион

• аммонийный азот и гидрокарбонат-ион.

Объектом исследования служила альгологически чистая культура D. salina, штамм IBSS, на среде, приготовленной из морской соли (плотность 1,15 г/см³). Источники азота вносили в среду в эквимолярных концентрациях (0,3 мМ), гидрокарбонат натрия NaHCO₃ – в концентрации 100 и 500 мг/л. Культуры вели в стеклянных конических колбах на 25 мл (толщина слоя суспензии не более 1 см) при освещении компактными люминесцентными лампами с цветовой температурой 2700 К. Режим освещения:

• в первом опыте – 2 клк;

• во втором опыте – 5 клк;

• 16 часов свет, 8 часов темнота;

• температура 25-27 °С.

Динамику роста культур контролировали подсчетом числа клеток в камере Горяева, b-каротин экстрагировали этилацетатом и определяли фотометрически при длине волны 440 нм.

Опыты проводили в троекратной повторности. Статистическую обработку данных осуществляли методом дисперсионного анализа.

При освещенности 2 клк внесение нитратного, аммонийного азота и азота мочевины стимулировало рост культуры по сравнению с контролем. На аммонийном азоте стационарная фаза наступала раньше всего, затем – на среде с мочевиной. Внесение гидрокарбоната не приводило к стимуляции роста культуры по сравнению с вариантами без гидрокарбоната, напротив, при этом несколько снижались скорость роста культуры и уровень стационарной фазы (рис.1).

Содержание β-каротина находилось в обратной зависимости от скорости роста культуры (рис.2).

Все варианты добавок приводили к увеличению выхода β -каротина с единицы объема культуры в 2,5-3 раза. Значимых отличий между вариантами опыта не было (рис.3).

Рис. 1. Динамика роста D. salina на средах с разными источниками азота

и углерода при освещенности 2 клк

Рис. 2. Содержание b-каротина в клетках D. salina на средах с разными источниками азота и углерода при освещенности 2 клк

Рис. 3. Выход b-каротина в культуре D. salina на средах с разными источниками азота и углерода при освещенности 2 клк

При освещенности 5 клк наблюдалась аналогическая закономерность: стимуляция роста культуры всеми источниками азота, снижение скорости роста и уровня стационарной фазы при дополнительном внесении источников

углерода (рис.4).

Рис. 4. Динамика роста D. salina на средах с разными источниками азота и углерода при освещенности 5 клк

Наблюдалась обратная корреляция между скоростью роста культуры и накоплением β-каротина, причем при освещенности 5 клк содержание β-каротина в клетках во всех вариантах было в 2–4 раза выше, чем при освещенности 2 клк (рис. 5, 2).

Рис. 5. Содержание b-каротина в клетках D. salina на средах с разными источниками азота и углерода при освещенности 5 клк

Рис. 6. Выход b-каротина в культуре D. salina на средах с разными источниками азота и углерода при освещенности 5 клк

Общий выход β-каротина при освещенности 5 клк в ряде вариантов (аммонийный азот+гидрокарбонат, нитратный азот+гидрокарбонат, мочевина) достигал 7-8 мг/л и вдвое превышал выход при 2 клк (рис. 6).

Разные авторы при выращивании D. salina отдают предпочтение разным формам азота. По нашим данным аммиачный и нитратный азот практически равноценны. Что касается мочевины, несмотря на ее положительное влияние как на рост культуры, так и на каротиногенез, по сравнению с контролем, ее внесение в неаксеничную культуру по данным литературы может приводить к гибели водорослей за счет выделения аммиака при бактериальном разложении мочевины [1]. Известно, что СО₂ является единственным из всех испытанных источников углерода, который стимулирует рост культуры, но он не вызывает накопления b-каротина в клетках [1]. Бикарбонат и мочевина, напротив, вызывают накопление b-каротина, ингибируя рост культуры, по сравнению с вариантами с эквимолярным количеством аммиачного или нитратного азота. Зависимость эффекта гидрокарбоната и мочевины на культуру D. salina от освещенности может указывать, что противоположное действие источников углерода на рост культуры и каротиногенез связано с процессом фотосинтеза.

Литература:

1. Масюк Н. П. Морфология, систематика, экология, географическое распространение рода Dunaliella Teod. – К.: Наукова думка, 1973. – 244 c.