Динамика эффективности фиксации CO2 штаммом Bracteacoccus minor при различной доступности азота

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Анжелика Владимировна Кочубей
Ирина Андреевна Мальцева
Евгений Иванович Мальцев
Александр Владимирович Яковийчук

Аннотация

Чрезмерное выделение и накопление углекислого газа в атмосфере является серьезной проблемой, имеющей ряд негативных экологических последствий, включая глобальное потепление. Для борьбы с этими последствиями используются различные подходы, при этом основное внимание уделяется сокращению выбросов углекислого газа и достижению нулевого углеродного баланса. В дополнение к сокращению добычи и использованию ископаемых видов топлива в качестве потенциального решения рассматривается биосеквестрация. Микроводоросли особенно перспективны в этом отношении, поскольку они могут служить поглотителями углекислого газа при использовании в биотехнологических процессах. Некоторые штаммы микроводорослей, например, из рода Bracteacoccus Tereg, были изучены на предмет их способности синтезировать ценные продукты, хотя способность поглощать углекислый газ данными объектами не изучалась, в частности при изменении концентрация доступного азота в питательной среде. В ходе исследования было установлено, что высокие уровни биодоступного азота увеличивают среднюю скорость поглощения углекислого газа, в то время как максимальное поглощение происходит, когда культура выходит из lag-фазы. Скорость фиксации углекислого газа и его количество, поглощенное Bracteacoccus minor (MZ-Ch31), напрямую зависят от продуктивности биомассы и концентрации хлорофилла.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Кочубей, А. В. ., Мальцева, И. А. ., Мальцев, Е. И. ., & Яковийчук, А. В. (2024). Динамика эффективности фиксации CO2 штаммом Bracteacoccus minor при различной доступности азота. Вестник Пермского университета. Серия Биология, (4), 357–366. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-4-357-366
Раздел
Ботаника
Биографии авторов

Анжелика Владимировна Кочубей, Мелитопольский государственный университет, Мелитополь, Россия

аспирант, ассистент кафедры биологии и биологического образования

Ирина Андреевна Мальцева, Мелитопольский государственный университет, Мелитополь, Россия

доктор биологических наук, профессор, декан факультета естественных наук

Евгений Иванович Мальцев, Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН, Москва, Россия

доктор биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник отдела молекулярной систематики водных растений

Александр Владимирович Яковийчук, Мелитопольский государственный университет, Мелитополь, Россия

кандидат биологических наук, доцент кафедры химии и химического образования

Библиографические ссылки

Adamczyk M., Lasek J., Skawińska A. CO2 biofixation and growth kinetics of Chlorella vulgaris and Nannochloropsis gaditana // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2016. Vol. 179, № 7. P. 1248–1261.

Barkia I., Saari N., Manning S.R. Microalgae for high-value products towards human health and nutrition // Marine drugs. 2019. Vol. 17, № 5. Art. 304.

Butti S.K., Venkata Mohan S. Photosynthetic and lipogenic response under elevated CO2 and H2 condi-tions – high carbon uptake and fatty acids unsaturation // Frontiers in Energy Research. 2018. Vol. 6. Art. 27.

Cheah W.Y. et al. Biosequestration of atmospheric CO2 and flue gas-containing CO2 by microalgae // Bio-resource technology. 2015. Vol. 184. P. 190–201.

Chen X. et al. Nitrogen starvation enhances the production of saturated and unsaturated fatty acids in Aurantiochytrium sp. PKU#SW8 by regulating key biosynthetic genes // Marine drugs. 2022. Vol. 20, № 10. Art. 621.

Chekanov K. et al. Differential responses to UV-A stress recorded in carotenogenic microalgae Haemato-coccus rubicundus, Bracteacoccus aggregatus, and Deasonia sp. // Plants. 2022. Vol. 11, № 11. Art. 1431.

Cherepovitsyna A.A., Dorozhkina I.P., Kostyleva V.N. Sequestration and use of carbon dioxide: the es-sence of technology and approaches to the classification of the projects // Russian Journal of Industrial Eco-nomics. 2023. Vol. 15, № 4. P. 473–487.

Coulombier N., Jauffrais T., Lebouvier N. Antioxidant compounds from microalgae: a review // Marine drugs. 2021. Vol. 19, № 10. Art. 549.

Dolganyuk V. et al. Microalgae: A promising source of valuable bioproducts // Biomolecules. 2020. Vol. 10, № 8. Art. 1153.

Fan L.-H. et al. Evaluation of a membrane-sparged helical tubular photobioreactor for carbon dioxide biofixation by Chlorella vulgaris // Journal of Membrane Science. 2008. Vol. 325, № 1. P. 336–345.

Farooq W. Maximizing energy content and CO2 bio-fixation efficiency of an indigenous isolated micro-alga Parachlorella kessleri HY-6 through nutrient optimization and water recycling during cultivation // Front. Bioeng. Biotechnol. 2022. Vol. 10, № 9. Art. 804608.

Harwati T.U., Willke T., Vorlop K.D. Characterization of the lipid accumulation in a tropical freshwater microalgae Chlorococcum sp. // Bioresource Technology. 2018. Vol. 121. P. 54–60.

Ho S.-H. et al. Perspectives on microalgal CO2-emission mitigation systems – A review // Biotechnology Advances. 2011. Vol. 29, № 2. P. 189–198.

Janssen J.H., Wijffels R.H., Barbosa M.J. Lipid production in Nannochloropsis gaditana during nitrogen starvation // Biology. 2019. Vol. 8, № 1. Art. 5.

Li S. et al. Production of sustainable biofuels from microalgae with CO2 bio-sequestration and life cycle assessment // Environmental research. 2023. Vol. 227. Art.115730.

Lukavský J. et al. The alga Bracteacoccus bullatus (Chlorophyceae) isolated from snow, as a source of oil comprising essential unsaturated fatty acids and carotenoids // Journal of Applied Phycology. 2022. In Re-view. preprint. DOI: 10.21203/rs.3.rs-2125780/v1.

Ma Z. et al. Microalgae-based biotechnological sequestration of carbon dioxide for net zero emissions // Trends in biotechnology. 2022. Vol. 40, № 12. P. 1439–1453.

Malik S. et al. Characterization of a newly isolated self-flocculating microalga Bracteacoccus pseudomi-nor BERC09 and its evaluation as a candidate for a multiproduct algal biorefinery // Chemosphere. 2022. Vol. 304. Art. 135346.

Maltsev Y.I. et al. Biotechnological potential of a new strain of Bracteacoccus bullatus (Sphaeropleales, Chlorophyta) as a promising producer of omega-6 polyunsaturated fatty acids // Russian Journal of Plant Phys-iology. 2020. Vol. 67. P. 185–193.

Mamaeva A. et al. Simultaneous increase in cellular content and volumetric concentration of lipids in Bracteacoccus bullatus cultivated at reduced nitrogen and phosphorus concentrations // Journal of Applied Phycology. 2018. Vol. 30. P. 2237–2246.

Minyuk G.S., Chelebieva E.S., Chubchikova I.N. Secondary carotenogenesis of the green microalga Bracteacoccus minor (Chodat) Petrova (Chlorophyta) in a two-stage culture // International Journal on Algae. 2014. Vol. 16, № 4. P. 354–368.

Morais M.G., Costa J.A.V. Carbon dioxide mitigation with Chlorella kessleri, Chlorella vulgaris, Scenedesmus obliquus and Spirulina sp. cultivated in flasks and vertical tubular photobioreactors // Biotechnol. Lett. 2007. Vol. 29. P. 1349–1352.

Mudimu O. et al. Screening of microalgae and cyanobacteria strains for α-tocopherol content at different growth phases and the influence of nitrate reduction on α-tocopherol production // Journal of Applied Phycolo-gy. 2017. Vol. 29. P. 2867–2875.

Murakami M., Ikenouchi M. The biological CO2 fixation and utilization project by rite (2) – screening and breeding of microalgae with high capability in fixing CO2 – // Energy Conversion and Management. 1997. Vol. 38. P. 493–497.

Ramos-Romero S. et al. Edible microalgae and their bioactive compounds in the prevention and treat-ment of metabolic alterations // Nutrients. 2021. Vol. 13, № 2. Art. 563.

Ratha S.K. et al. Exploring nutritional modes of cultivation for enhancing lipid accumulation in microal-gae: Exploring nutritional modes of cultivation // Journal of Basic Microbiology. 2013. Vol. 53, № 5. P. 440–450.

Rios L.F. et al. Nitrogen starvation for lipid accumulation in the microalga species Desmodesmus sp. // Applied biochemistry and biotechnology. 2015. Vol. 175, № 1. P. 469–476.

Sangeetha M. et al. Biosequestration of carbon dioxide using carbonic anhydrase from novel Streptomy-ces kunmingensis // Archives of microbiology. 2022. Vol. 204, № 5. Art. 270.

Şirin P.A., Serdar S. Effects of nitrogen starvation on growth and biochemical composition of some mi-croalgae species // Folia microbiologica. 2024. Vol. 69, № 4. Р. 889–902.

Venkata Mohan S. et al. A circular bioeconomy with biobased products from CO2 sequestration // Trends in biotechnology. 2016. Vol. 34, № 6. P. 506–519.

White W.A. Biosequestration and ecological diversity. Boca Raton: CRC Press, 2012. 250 p.

Yang C.-M. et al. Methods for the determination of the chlorophylls and their derivatives // Taiwania. 1998. Vol. 43, № 2. P. 116–122.

Zhang W.W. et al. Enhancing astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis by coupled light in-tensity and nitrogen starvation in column photobioreactors // Journal of microbiology and biotechnology. 2018. Vol. 28, № 12. P. 2019–2028.

Zhao Y. et al. Screening and application of Chlorella strains on biosequestration of the power plant ex-haust gas evolutions of biomass growth and accumulation of toxic agents // Environmental science and pollu-tion research international. 2022. Vol. 29, № 5. P. 6744–6754.

Zhu X. et al. An informatics-based analysis of developments to date and prospects for the application of microalgae in the biological sequestration of industrial flue gas // Applied microbiology and biotechnology. 2016. Vol. 100, № 5. P. 2073–2082.