Проблемы получения биотоплива третьего поколения: воздействие стрессоров на накопление нейтральных липидов в сине-зеленых водорослях (цианобактериях)

Методы поиска новых нетрадиционных источников непищевого возобновляемого сырья для биотоплива третьего поколения на основе биомассы микроводорослей являются предметом рассмотрения в данной статье. Представлены результаты апробации метода скрининга липидосодержащих микроводорослей/цианобактерий на основе окрашивания клеток флуоресцентным красителем Нильским красным. Исследовано воздействие повышенной и пониженной инсоляции, субоптимальных температур и лимитирования азота и фосфора в питательных средах на содержание липидов в клетках клоновых культур A.platensis: шт.rsemsu 1/02-П и шт. rsemsu 1/02-Т. Показано, что исследуемые культуры под влиянием стрессоров могут аккумулировать в клетках нейтральные липиды до промышленно значимых количеств. Поскольку артроспира массово культивируется дешевым открытым способом без контаминации другими видами, отличается легкостью сбора урожая, ее можно рассматривать как перспективный источник сырья для производства биотоплива третьего и четвертого поколений, а также в сельском хозяйстве, фармацевтике, производстве биологически активных пищевых и кормовых добавок.

биоэнергетика, альгология, микроводоросли, цианобактерии, открытые и закрытые фотобиореакторы, биотопливо, биодизель, липиды, триацилглицериды, флуоресцентный краситель Нильский красный, bioenergy, algology, microalgae, cyanobacteria, open and closed photobioreactors, biofuel, biodiesel, lipids, triacylglyce-rides, fluorescent dye Nile red

1. Чернова Н.И., Киселева С.В., Коробкова Т.П., Зайцев С.И. Микроводоросли в качестве сырья для получения биотоплива // Альтернативная энергетика и экология. 2008. № 9. С. 68-74.

2. Чернова Н.И., Коробкова Т.П. Ресурсные и экологические проблемы энергетического использования биомассы // Возобновляемые источники энергии: Лекции ведущих специалистов / Под ред. А. А. Соловьева, С.В. Киселевой. М.: Изд-во ЧеРо, 2008. Вып.5. С. 78-91.

3. Чернова Н.И., Коробкова Т.П., Киселева С.В., Зайцев С.И. Биомасса как энергетический ресурс // Труды КубГАУ. 2009. № 4(19). С.203-208.

4. Коробкова Т.П., Чернова Н.И. Микроводоросли - возобновляемый энергоресурс: современные направления исследований // Возобновляемые источники энергии. Курс лекций: Учебное пособие / Под ред. А.А.Соловьева, С.В.Киселевой М.: МИРОС, 2010. С.156-170.

5. Chernova N.I., Korobkova T.P. and Kiseleva S.V. Use of Biomass for producing liquid Fuel: Current State and Innovation // Thermal Engineering. 2010. Vol. 57, No. 11. Р. 937-945.

6. Околелова Т.М., Байковская И.П., Чернова Н.И. и др. Технология получения и применения биомассы спирулины в комбикормах для птицы. Методические рекомендации. РАСХН-ВНИИТИП. Сергиев Посад, 1996. 20 с.

7. Пат. 2034499 Российская Федерация, МКИ3 С1 6 А 23 К 1/16. Способ приготовления премикса для сельскохозяйственной птицы / Околелова Т.М., Байковская И.П., Криворучко Л.И., Соловьев А.А., Лямин М.Я., Чернова Н.И. // Открытия. Изобретения. 1995. № 13.

8. Пат. 2137402 Российская Федерация, МКИ3 С1

9. A 23 L 1/302, A 61 K 35/80. Пищевая добавка / Зайцев С.И., Киселева С.В., Лебедева Е.М., Лямин М.Я., Самойленко И.И., Соловьев А. А., Чернова Н.И. // Открытия. Изобретения. 1999. № 26.

10. Пат. 2322489 Российская Федерация, МПК6 C1 C12N 1/12 C12/R 1/89. Штамм Arthrospira platensis (Nordst.) Geitl. 1/02-T/03-5 - продуцент белковой биомассы / Коробкова Т.П., Чернова Н.И., Киселева С.В., Зайцев С.И.// Открытия. Изобретения. 2008. №11.

11. Чернова Н.И., Киселева С.В., Чернов Н.М. Пищевая ценность спирулины: опыт выфащивания и применения // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2001. №6. С.60-63. II. Чернова Н.И., Лямин М.Я., Киселева С.В. Использование спирулины в пищевых продуктах // Пищевая промышленность. 2002. №2. С.80-82.

12. Сенько О.В., Гладченко М.А., Лягин И.В., Никольская А.Б., Маслова О.В., Чернова Н.И., Киселева С.В., Коробкова Т.П., Ефременко Е.Н., Варфоломеев С. Д. Трансформация биомассы фототрофных микроорганизмов в метан // Альтернативная энергетика и экология. 2012. №3. С. 89-94.

13. Чернова Н.И., Коробкова Т.П., Киселева С.В., Зайцев С.И. Биотопливо третьего поколения из микроводорослей: получение производственных штаммов и технологии выращивания // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й Межд. науч.-техн. конф. (18-19 мая 2010г.). М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010. Ч.4. С. 307-312.

14. Chernova N.I., Korobkova T.P., Kiseleva S.V., Zaytsev S.I., Radomskii N.V. Microalgae as source of energy: current situation and perspectives of use / Sustainable Manufacturing. Seliger. Gunther (Ed.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg, XIII, Chapter 5, 2012. P.221-224.

15. Raslavicius L., Semenov V.G., Chernova N.I., Kersys A.Kopeyka A.K. The Promise and Challenges of Algae for Transportation Biofuels / Transport Means. Proceedings of 17th International Conference. October 24-25, «TECHNOLOGIJA» KAUNAS, Lithuania, 2013. P. 83-87.

16. Borowitzka M.A. Fats, oils and hydrocarbons // In: Borowitzka M.A , Borowitzka L.J., editors. Microalgal biotechnology. Cambridge: Cambridge University Press, 1988. P. 257-287.

17. Соловченко А.Е., Чивкунова О.Б., Семенова Л.Р. и др. Влияние стрессов на содержание пигментов и жирных кислот липидов в клетках микроводоросли Desmodesmus sp из беломорского гидроида // Физиология растений. 2013. Т. 60. № 3. С. 1-10.

18. Guschina I.A., Harwood J.L. Algal lipids and Effect of the Environment on Their Biochemistry // Lipids in Aquatic Ecosystems / Eds. Kainz M., Brett M., Arts M. Dordrecht, Heidelberg, London. New York: Springer-Verlag, 2009. P. 1-24.

19. Huntley M., Redalje D. CO2 mitigation and renewable oil from photosynthetic microbes: a new appraisal // Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 2007. Vol.12, P.573-608.

20. Чернова Н.И., Коробкова Т.П., Радомский Н.В., Киселева С.В., Зайцев С.И., Гайнанова О.Ю. Использование способа двухстадийного культивирования в поиске перспективных штаммов микроводорослей для производства биотоплива / Труды 8-ой Межд. научно-техн. конф. «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» // ВИЭ. Местные энергоресурсы. Экология. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012. Ч. 4. С.196-203.

21. Коробкова Т.П., Чернова Н.И., Киселева С.В. Артроспира (спирулина) как объект микробиологической промышленности для получения нетрадиционных продуктов природного происхождения // Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты: Сборник научных трудов. Вып.13. М.: РАЕН, 2005. Вып.13, С. 3-26.

22. Алексеев В.В., Лямин М.Я., Чернова Н.И. и др. Энергетические плантации / Географический ф-т МГУ: «География, общество, окружающая среда», Том 3. Природные ресурсы и устойчивое развитие. М.: Изд. Дом «Городец», 2004. С.578-607.

23. Зайцев С.И., Лямин М.Я., Киселева С.В., Чернова Н.И., Соловьев А.А., Михайловская Н.Н. Водорослевая энергетика / Возобновляемая энергетика под ред. В.В. Алексеева, М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1999. С.37-114.

24. Пиневич В.В., Верзилин Н.Н., Михайлов А.А. Изучение Spirulina platensis - нового объекта для высокоинтенсивного культивирования // Физиология растений. 1970. Т.17, Вып. 5. С.1007.

25. Folch J., Lees M., Stanley G.H.S. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues // J. Biol. Chem. 1957. Vol. 226, N.1. P. 497-509.

26. Guan-Hua Huang, Gu Chen, Feng Chen. Rapid screening method for lipid production in alga based on Nile red fluorescence // Biomass and Bioenergy. 2009. 33:1386-1392.

27. N. Jeeji Bai. Competitive exclusion or morphological transformation? А case study with Spirulina fusiformis, Arch.Hydrobiol., Suppl. 71. Algol. Stud. 1985. 38/39. P.191-199

28. Сиренко Л.А., Шевченко Т.Ф. Альгологическое загрязнение промышленных культур Spirulina Turp. и трудности их идентификации. Альгология. 1996. Т.6, № 1. С. 91-96.

29. Чернова Н.И., Коробкова Т.П. Изучение полиморфизма микроводорослей Spirulina/Arthrospira (Nordst.) Geitl. - объектов промышленного культивирования / Матер. Межд. науч.-практ. конф. «Водоросли и цианобактерии в природных и сельскохозяйственных экосистемах». 11-15.10.2010. Киров: Вятская ГСХА, 2010. С.314-318.

30. Uslu L., Içik O., Koç K., Göksan T. The effect of nitrogen defiencies on the lipid and protein contents of Spirulina platensis //African Journal of Biotechnology. 2011. Vol.10 (3), P.386-389.

31. Чернова Н.И., Коробкова Т.П., Киселева С.В. и др. База данных «Культуры фототрофных микроорганизмов». Свидетельство о государственной регистрации № 2013620237. Зарегистрировано в Реестре баз данных 04 февраля 2013 г.

32. Чернова Н.И., Киселева С.В., Попель О.С. Эффективность производства биодизеля из микроводорослей // Теплоэнергетика. 2014. № 6. С.14-21.

33. heehan J., Dunahay T., Benemann J. and Roessler P. A Look Back at the U.S. Department of Energy’s Aquatic Species Program - Biodiesel From Algae, Golden, CO, National Renewable Energy Institute, NREL/TP-580-24190, 1998. 328 p.