vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2018-63-4-426-436vestib-394Research ArticleСтатьиЭффективность повторного использования модифицированной питательной среды Заррука для культивирования спирулины (Spirulina platensis)Effectiveness of repeated usage of the modified Zarrouk culture medium for cultivation of Spirulina platensisВязовЕ. В.ViazauY. V.

Вязов Евгений Викторович – кандидат биологических наук, научный сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск.

Yauhen V. Viazau – Ph. D. (Biol.), Researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk.

viazau@yahoo.comМананкинаЕ. Е.ManankinaE. E.

Мананкина Елена Евгеньевна – кандидат биологических наук, научный сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск.

Elena E. Manankina – Ph. D. (Biol.), Researcher.

27,  Akademicheskaya  Str., 220072, Minsk.

room454@mail.ruФилипчикЕ. А.FilipchikE. A.

Филипчик Елена Александровна – младший научный сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск.

Elena A. Filipchik – Junior researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk.

lenafil050494@mail.ruГончарикР. Г.GoncharikR. G.

Гончарик Руслан Геннадьевич – младший научный сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск.

Ruslan G. Goncharik – Junior researcher.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk.

rusgon@mail.ruШалыгоН. В.ShalygoN. V.

Шалыго Николай Владимирович – член-корреспондент, доктор биологических наук, заведующий лабораторией.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск.

Nikolai V. Shalygo – Corresponding Member, D. Sc. (Biol.), Head of the Laboratory.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk.

shalygo@ibp.org.byИнститут биофизики и клеточной инженерии НАН БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus201830102018634426436Copyright © Вязов Е.В., Мананкина Е.Е., Филипчик Е.А., Гончарик Р.Г., Шалыго Н.В., 20182018Вязов Е.В., Мананкина Е.Е., Филипчик Е.А., Гончарик Р.Г., Шалыго Н.В.Viazau Y.V., Manankina E.E., Filipchik E.A., Goncharik R.G., Shalygo N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/394

Изучена эффективность повторного использования модифицированной среды Заррука для культивирования спирулины (Spirulina platensis IBCE S-2). Показано, что продуктивность, содержание общего белка и каротиноидов, а также активность фотосистемы 2, определенная по параметрам индукции флуоресценции хлорофилла, не снижаются при однократном повторном использовании модифицированной среды Заррука, в которой 16,8 г/л NaHCO3 заменено на 8,4 г/л NaHCO3 и 0,1 г/л NaOH, по сравнению с контролем – свежеприготовленной средой. Установлено, что для сохранения содержания хлорофилла и фикоцианина в биомассе на уровне контроля следует применять смесь свежеприготовленной и повторно используемой модифицированной среды Заррука в соотношении 1:1 по объему.

Spirulina (Arthrospira) platensis biomass has a wide range of applications in several industries. One of the key issues for its production is the reduction of the culture medium cost. Here we have shown the possibility of a single recycling (repeated usage) of the modified Zarrouk nutrient medium (MZM; which contains 8.4 g/l of NaHCO3 and 0.1 g/l of NaOH instead of 16.8 g/l of NaHCO3 ) for spirulina cultivation without altering culture productivity, photosynthetic pigments and protein contents in its biomass  given that technological approach consisting in application of a mixture of a freshly prepared and once recycled modified Zarrouk medium in a ratio of 1:1 by volume is used. The obtained results can be applied for further reduction of costs of spirulina biomass production compared to methods described in previous studies.

Spirulina platensisсреда Заррукапигментыпродуктивностьфотосистема 2Spirulina platensisZarrouk mediumpigmentsproductivityphotosystem 2Государственная программа Республики Беларусь «Наукоемкие технологии и техника» (мероприятие 33, 2016–2020 гг.)The State Program of the Republic of Belarus “Science-intensive technologies and equipment”, grant 33 (2016–2020)ReferencesCarotenoid biosynthesis in cyanobacteria: structural and evolutionary scenarios based on comparative genomics / C. Liang [et al.] // Int. J. Biol. Sci. ‒ 2006. ‒ Vol. 2, N 4. ‒ P. 197‒207. https://doi.org/10.7150/ijbs.2.197Liang C., Zhao F., Wei W., Wen Z., Qin S. Carotenoid biosynthesis in cyanobacteria: structural and evolutionary scenarios based on comparative genomics. International Journal of Biological Sciences, 2006, vol. 2, no. 4, pp. 197‒207. https://doi.org/10.7150/ijbs.2.197Olaizola, M. Effects of light intensity and quality on the growth rate and photosynthetic pigment content of Spirulina platensis / M. Olaizola, E. O. Duerr // J. Appl. Phycol. ‒ 1990. ‒ Vol. 2, N 2. ‒ P. 97‒104. https://doi.org/10.1007/bf00023370Olaizola M., Duerr E. O. Effects of light intensity and quality on the growth rate and photosynthetic pigment content of Spirulina platensis. Journal of Applied Phycology, 1990, vol. 2, no. 2, pp. 97‒104. https://doi.org/10.1007/bf00023370Interaction of phycobilisomes with photosystem II dimers and photosystem I monomers and trimers in the cyanobacterium Spirulina platensis / M. G. Rakhimberdieva [et al.] // Biochemistry. ‒ 2001. ‒ Vol. 40, N 51. ‒ P. 15780–15788. https://doi.org/10.1021/bi010009tRakhimberdieva M. G., Boichenko V. A., Karapetyan N. V., Stadnichuk I. N. Interaction of phycobilisomes with photosystem II dimers and photosystem I monomers and trimers in the cyanobacterium Spirulina platensis. Biochemistry, 2001, vol. 40, no. 51, pp. 15780–15788. https://doi.org/10.1021/bi010009tCurrent knowledge on potential health benefits of Spirulina / A. Belay [et al.] // J. Appl. Phycol. ‒ 1993. – Vol. 5, N 2. ‒ P. 235–241. https://doi.org/10.1007/bf00004024Belay A., Ota Y., Miyakawa K., Shimamatsu H. Current knowledge on potential health benefits of Spirulina. Journal of Applied Phycology, 1993, vol. 5, no. 2, pp. 235–241. https://doi.org/10.1007/bf00004024Henrikson, R. Earth food spirulina: how this remarkable blue-green algae can transform your health and our planet / R. Henrikson. – California : Ronore Enterprises, 1989. – 174 p.Henrikson R. Earth Food Spirulina: how this remarkable blue-green algae can transform your health and our planet. California, Ronore Enterprises, 1989. 174 p.Santillan, C. Mass production of Spirulina / C. Santillan // New trends in research and utilization of solar energy through biological systems / ed. : H. Mislin, R. Bachofen. – Basel, 1982. – P. 46–49.Santillan C. Mass production of Spirulina. New trends in research and utilization of solar energy through biological systems. Basel, 1982, pp. 46–49.Фотолон – современный фотосенсибилизатор для фотодинамической терапии: обзор результатов фармацевтических, фармакологических и клинических исследований / Т. В. Трухачева [и др.]. – Минск : Парадокс, 2013. ‒ 103 с.Trukhacheva T. V., Shlyakhtin S. V., Isakov G. A., Istomin Y. P. Fotolon ‒ modern photosensitizer for photodynamic therapy: review of pharmaceutical, pharmacological and clinical research results. Minsk, Paradoks, 2013. 103 p. (in Russian).Zarrouk, C. Contribution à lʼétude dʼune cyanophycée: influence de divers facteurs physiques et chimiques sur la croissance et la photosynthèse de Spirulina maxima : Ph. D. thesis / C. Zarrouk. ‒ Paris, 1966. – 138 p.Zarrouk C. Contribution à lʼ étude dʼune cyanophycée: influence de divers facteurs physiques et chimiques sur la croissance et la photosynthèse de Spirulina maxima: Ph. D. thesis. Paris, 1966. 138 p.Pumas, P. Cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensis using low cost medium supplemented with lac wastewater /P. Pumas, C. Pumas // Chiang Mai J. Sci. ‒ 2016. ‒ Vol. 43, N 5. ‒ P. 1037–1047.Pumas P., Pumas C. Cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensis using low cost medium supplemented with lac wastewater. Chiang Mai Journal of Science, 2016, vol. 43, no. 5, pp. 1037–1047.Бородина, А. В. Способ культивирования Spirulina (Arthrospira) platensis / А. В. Бородина, И. Н. Гудвилович //Экология моря. ‒ 2005. ‒ Вып. 70. ‒ C. 20–23.Borodina A. V., Gudvilovich I. N. Spirulina (Arthrospira) platensis cultivation method. Ekologiya morya = Sea ecology, 2005, iss. 70, pp. 20–23 (in Russian).Influence of culture medium recycling on the performance of Arthrospira platensis cultures / O. Depraetere [et al.] //Algal Res. ‒ 2015. ‒ Vol. 10. ‒ P. 48–54. https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.04.014Depraetere O., Pierre G., Noppe W., Vandamme D., Foubert I., Michaud P., Muylaert K. Influence of culture medium recycling on the performance of Arthrospira platensis cultures. Algal Research, 2015, vol. 10, pp. 48–54. https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.04.014Эффективность повторного использования среды Заррука при культивировании спирулины / Н. В. Шалыго [и др.] // Биотехнология: достижения и перспективы развития : сб. материалов II междунар. науч.-практ. конф., г. Пинск, 7–8 дек. 2017 г. / Полес. гос. ун-т ; редкол. : К. К. Шебеко (гл. ред.) [и др.]. – Пинск, 2017. – C. 115–117.Shalygo N. V., Manankina E. E., Vyazov E. V., Goncharik R. G., Filipchik E. A. Effectiveness of repeated usage of Zarrouk medium for growth of spirulina. Biotekhnologiya: dostizheniya i perspektivy razvitiya: sbornik materialov II mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Pinsk, 7–8 dekabrya 2017 g.) [Biotechnology: achievements and development prospects: materials of II international scientific conference (Pinsk, December 7–8, 2017). Pinsk, 2017, pp. 115–117 (in Russian).Продуктивность и пигментный комплекс сине-зеленой водоросли Spirulina platensis при частичной замене бикарбоната натрия на гидроксид натрия в среде культивирования / Е. В. Вязов [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. – 2017. – № 4. – С. 7–12.Vyazov E. V., Manankina E. E., Filipchik E. A., Goncharik R. G., Shalygo N. V. Productivity and pigment complex of blue-green alga Spirulina platensis upon partial substitution of sodium bicarbonate for sodium hydroxide in culture medium. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2017, no. 4, pp. 7‒12 (in Russian).Promotive effect of 5-aminolevulinic acid on the growth and photosynthesis of Spirulina platensis / K. Sasaki [et al.] //J. Fermentation and Bioengineering. – 1995. – Vol. 79, N 5. – Р. 453–457. https://doi.org/10.1016/0922-338x(95)91261-3Sasaki K., Marquez F. J., Nishio N., Nagai S. Promotive effect of 5-aminolevulinic acid on the growth and photosynthesis of Spirulina platensis. Journal of Fermentation and Bioengineering, 1995, vol. 79, no. 5, pp. 453–457. https://doi.org/10.1016/0922-338x(95)91261-3Влияние чередования световых и темновых периодов на продуктивность Spirulina (Arthrospira) platensis (Nordst.) Geitler / С. С. Мельников [и др.] // Альгология. – 2012. – Т. 22, № 2. – С. 121‒130.Mel’nikov S. S., Samovich T. V., Manankina E. E., Budakova E. A. Influence of light and dark periods alternation on production of Spirulina (Arthrospira) platensis (Nordst.) Geitler. Al’gologiya = Algologia, 2012, vol. 22, no. 2, pp. 121‒130 (in Russian).A State of PSI and PSII photochemistry of sunflower yellow-green plastome mutant / M. S. Makarenko [et al.] // OJBS. ‒ 2016. ‒ Vol. 16, N 4. ‒ P. 193‒198. https://doi.org/10.3844/ojbsci.2016.193.198Makarenko M. S., Kozel N. V., Usatov A. V., Gorbachenko O. F., Averina N. G. A state of PSI and PSII photochemistry of sunflower yellow-green plastome mutant. OnLine Journal of Biological Sciences, 2016, vol. 16, no. 4, pp. 193‒198. https://doi.org/10.3844/ojbsci.2016.193.198New fluorescence parameters for the determination of QARedox state and excitation energy fluxes / D. M. Kramer [et al.] // Photosynth. Res. ‒ 2004. ‒ Vol. 79, N 2. ‒ P. 209‒218. https://doi.org/10.1023/b:pres.0000015391.99477.0dKramer D. M., Johnson G., Kiirats O., Edwards G. E. New fluorescence parameters for the determination of QARedox state and excitation energy fluxes. Photosynthesis Research, 2004, vol. 79, no. 2, pp. 209‒218. https://doi.org/10.1023/b:pres.0000015391.99477.0dBradford, M. A rapid and sensitive method for the quantization of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding / M. Bradford // Anal. Biochem. – 1976. – Vol. 72, N 1–2. – P. 248‒254. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999Bradford M. A rapid and sensitive method for the quantization of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 1976, vol. 72, no. 1–2, pp. 248‒254. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999Аверина, Н. Г. Биосинтез тетрапирролов в растениях / Н. Г. Аверина, Е. Б. Яронская. – Минск : Беларус. навука, 2012. ‒ 413 с.Averina N. G., Yaronskaya E. B. Biosynthesis of tetrapyrroles in plants. Мinsk, Belaruskaya navuka Publ., 2012. 413 p. (in Russian).Fujita, Y. Evolutionary aspects and regulation of tetrapyrrole biosynthesis in cyanobacteria under aerobic and anaerobic environments / Y. Fujita, R. Tsujimoto, R. Aoki // Life. ‒ 2015. ‒ Vol. 5, N 2. ‒ P. 1172‒1203. https://doi.org/10.3390/life5021172Fujita Y., Tsujimoto R., Aoki R. Evolutionary aspects and regulation of tetrapyrrole biosynthesis in cyanobacteria under aerobic and anaerobic environments. Life, 2015, vol. 5, no. 2, pp. 1172‒1203. https://doi.org/10.3390/life5021172Brzezowski, P. Regulation and function of tetrapyrrole biosynthesis in plants and algae / P. Brzezowski, A. S. Richter, B. Grimm // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetics. ‒ 2015. ‒ Vol. 1847, N 9. ‒ P. 968‒985. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2015.05.007Brzezowski P., Richter A.S., Grimm B. Regulation and function of tetrapyrrole biosynthesis in plants and algae. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetics, 2015, vol. 1847, no. 9, pp. 968‒985. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2015.05.007Шалыго, Н. В. Биосинтез хлорофилла и фотодинамические процессы в растениях / Н. В. Шалыго. – Минск : Право и экономика, 2004. ‒ 155 с.Shalygo N. V. Biosynthesis of chlorophyll and photodynamic processes in plants. Minsk, Pravo i ekonomika Publ.,2004. 155 p. (in Russian).Veiga, N. F. M. Recycling of the culture medium for pilot scale production of Arthrospira platensis (Spirulina). Thesis to obtain the Master of science degree in biological engineering / N. F. M. Veiga. ‒ Lisbon : Instituto Superior Técnico, 2016. ‒ 76 p.Veiga N. F. M. Recycling of the culture medium for pilot scale production of Arthrospira platensis (Spirulina). Thesis to obtain the Master of science degree in biological engineering. Lisbon, Instituto Superior Técnico, 2016. 76 p.Carotenoid biosynthesis in cyanobacteria: structural and evolutionary scenarios based on comparative genomics /C. Liang [et al.] // Int. J. Biol. Sci. ‒ 2006. ‒ Vol. 2, N 4. ‒ P. 197‒207. https://doi.org/10.7150/ijbs.2.197Liang C., Zhao F., Wei W., Wen Z., Qin S. Carotenoid biosynthesis in cyanobacteria: structural and evolutionary scenarios based on comparative genomics. International Journal of Biological Sciences, 2006, vol. 2, no. 4, pp. 197‒207. https://doi.org/10.7150/ijbs.2.197Ruiz-Sola, M. Á. Carotenoid biosynthesis in arabidopsis: a colorful pathway / M. Á. Ruiz-Sola, M. Rodríguez-Concepción // Arabidopsis Book. ‒ 2012. ‒ Vol. 10. ‒ P. e0158. https://doi.org/10.1199/tab.0158Ruiz-Sola M. Á., Rodríguez-Concepción M. Carotenoid biosynthesis in arabidopsis: a colorful pathway. Arabidopsis Book, 2012, vol. 10, p. e0158. https://doi.org/10.1199/tab.0158Non-photochemical quenching and energy dissipation in plants, algae and cyanobacteria / ed. : B. Demmig-Adams [et al.]. ‒ Dordrecht : Springer, 2014. ‒ 649 p.Demmig-Adams B., Garab G., Adams III, Govindjee W. W. (eds.). Non-Photochemical Quenching and Energy Dissipation in Plants, Algae and Cyanobacteria. Dordrecht, Springer, 2014. 649 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.