Введение к работе
Актуальность работы. Знание закономерностей 02- и СОг-газообмена микро-водорослей, биохимического состава клеток разных возрастов при различной концентрации кислорода в культуральяой жидкости, а также влияния его на длительность клеточного цикла микроводорослей поможет решению проблем, связанных с регуляторным действием 02 на клеточные процессы, позволит найти пути управления биохимическим составом микроводорослей для получения наибольшего выхода целевых продуктов из биомассы, оптимизировать режимы культивирования и повысить производительность промышленных фотобиореакторов.
Цель работы. Основными целями и задачами работы являются: исследование закономерностей фотосинтетического 02- и СОг-газообмена, накопления сухой массы клеток, изменения биохимического состава клеток в клеточном цикле Clilorelhi при различной концентрации 02 в культуральяой среде, оптимизация на основании полученных данных режимов культивирования в модуле промышленного фотореактора трубчатого типа.
Научная новизна. Показано, что низкая концентрация 02 в среде вызывает значительное увеличение скорости выделения кислорода при сохранении длительности клеточного цикла, скорости накопления сухой массы клеток и удельной скорости поглощения СОг на уровне нормальных (контроль, 21% кислорода) условий роста. Содержание суммы жирных кислот и хлорофиллов при этом выше, чем в нормальных условиях. Биомасса клеток более восстановлена, что объясняет раз-балланс между накоплением сухой массы клеток и их высокой фотосинтетической активностью по выделению 02.
При высокой концентрации 02 в культуралыюй среде происходит удлинение клеточного цикла и замедляется нарастание сухой массы клеток по сравнению с нормальными условиями. Причина этого заключается в задержке формирования фотосинтетичесокго аппарата клеток.
При измерении скорости поглощения кислорода сразу после выключения света (переход -"свет-темнота") обнаружен колебательный характер изменений этого параметра по клеточному циклу при низкой и высокой концентрации Ог в культуральяой среде, связанный с авторегулированием в этих условиях энергетических потребностей клетки на разных стадиях жизненного цикла.
Исследована динамика накопления кислорода в культуральяой среде при интенсивном росте Chlorella в модуле промышленного реактора трубчатого типа и показано, что в установившемся режиме рОг достигает 70-80%, значительно снижая скорость роста культуры. Применение ультразвука (240 кГц) для дегазации суспензии не дало положительного результата, по-видимому, из-за низкой удельной мощности (100 Вт на 70 л суспензии). Однако было обнаружено стимулирующее действие ультразвука на рост клеток. Разработано дегазирующее устройство,
позволившее снизить рОг в суспензии до 30-40% и почти в 4 раза повысить производительность реактора.
Практичег.кля пенность. Полученные данные могут быть использованы:
при крупномасштабном культивировании микроводорослей;
при разработке систем культивирования;
при разработке технологий культивирования с направленным изменением метаболизма микроводорослей для получения биомассы с наибольшим содержанием целевых продуктов;
при расчетах замкнутых систем жизнеобеспечения с биологической регенерацией атмосферы и активным управлением составом атмосферы за счет изменения рОг в культуральной жидкости.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались па международной конференции "Фотосинтез и фотобиотехнология" (Пущино-на-Оке, 1991), 1 Европейском совещании по биотехнологии микроводорослей (Потсдам, 1992), III Всероссийском съезде общества физиологов растений (Санкт-Петербург, 1993), VI международной конференции по прикладной альгологии (Чехия, 1993) и на научных семинарах Отдела внутриклеточной регуляции и биотехнологии фотоавтотрофных биосинтезов Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН.
По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает: введение, обзор литературы, методическую часть, экспериментальную часть, в которой приведены результаты исследований и их обсуждение, заключение и выводы. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста и иллюстрирована 31 рисунком. Список литературы включает 128 наименований, из которых 84 на иностранных языках.
