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"10.29235/1029-8940-2025-70-4-331-340vestib-990Research ArticleСтатьиКаротиногенез в клетках Dunaliella salina штамма IBCE D-1 при культивировании на модифицированных средах в условиях разной освещенностиCarotenogenesis in Dunaliella salina cells IBCE D-1 strain during cultivation on modified media under conditions of different illuminationСамовичТ. В.SamovichT. V.

Самович Татьяна Викторовна – канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Tatsiana V. Samovich – Ph. D. (Biol.), Leading Researcher, V.F. Kuprevich Institute of Experimental Botany of the National Academy of Sciences of Belarus.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

samovich77@gmail.comЧепелеваЕ. В.ChepelevaE. V.

Чепелева Елизавета Владимировна – студент.

пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Elizaveta V. Chepeleva – Student, Belarusian State University.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

liza.lizaveta1979@gmail.comКозелН. В.KozelN. V.

Козел Николай Владимирович – канд. биол. наук, доцент, вед. науч. сотрудник, ООО «Биотехнологический научный центр», индустриальный парк «Великий камень»; гл. технолог, КФХ «Серебряный ручей»

пр-т Пекинский, 18, 222210, Смолевичский р-н, Минская обл.; 222202, д. Сосновая, Озерицко-Слободской с/с, Смолевичский р-н, Минская обл.

Nikolai V. Kozel – Ph. D. (Biol.), Аssociate Рrofessor, Leading Research, LLC “Biotechnological scientific center”, Industrial Park “Great Stone”; Chief technologist, Peasant (farm) economy “Serebryanyj ruchej”.

18, Pekinskii Ave., 222210, Smaliavichy District, Minsk Region; Sasnovaja Village, 222202, Aziarycka-Slabadski village council, Smaliavichy District, Minsk Region

kozel.mikalai@gmail.comИнститут экспериментальной ботаники имени В.Ф. Купревича Национальной академии наук БеларусиV.F. Kuprevich Institute of Experimental Botany of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityООО «Биотехнологический научный центр», индустриальный парк «Великий камень»; Крестьянское (фермерское) хозяйство «Серебряный ручей»LLC “Biotechnological scientific center”, Industrial Park “Great Stone”; Peasant (farm) economy “Serebryanyj ruchej”202507112025704331340Copyright © Самович Т.В., Чепелева Е.В., Козел Н.В., 20252025Самович Т.В., Чепелева Е.В., Козел Н.В.Samovich T.V., Chepeleva E.V., Kozel 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/990

Сочетанное действие дефицита биогенных элементов в среде культивирования Dunaliella salina штамма IBCE D-1 и света высокой интенсивности более эффективно по сравнению с действием только дефицита биогенов для индукции накопления каротиноидов в клетках водоросли. При этом дефицит азота в среде приводит к большей продукции клетками β-каротина, нежели дефицит калия и фосфора. Установлено преимущественное подавление активности фотосистемы 2 (ФС2) в клетках D. salina, культивируемых на среде, дефицитной по азоту, по сравнению с контролем и вариантом с дефицитом калия и фосфора, что может быть ключевым фактором запуска повышенного синтеза в клетках водоросли β-каротина как антиоксиданта, предотвращающего избыточное накопление в хлоропластах активных форм кислорода, в частности синглетного молекулярного кислорода, генерация которого увеличивается при повреждении компонентов или нарушении функционирования комплексов ФС2.

The combined effect of nutrient deficiency in the cultivation medium of Dunaliella salina IBCE D-1 strain and high-intensity light is more effective than the effect of nutrient deficiency alone in inducing the accumulation of carotenoids in algae cells. At the same time, nitrogen deficiency in the nutrient medium leads to greater production of β-carotene by cells than potassium and phosphorus deficiency. A predominant suppression of photosystem 2 (PS2) activity was observed in D. salina cells cultured on a nitrogen-deficient medium was established in comparison with to the control and variant with potassium and phosphorus deficiency. This may be a key factor in triggering increased synthesis of β-carotene in algae cells, as an antioxidant that prevents excessive accumulation of reactive oxygen species in chloroplasts, in particular, singlet molecular oxygen, the generation of which increases when components are damaged or the functioning of PS2 complexes is disrupted.

Dunaliella salinaдефицит биогенных элементовсвет высокой интенсивностикаротиногенезβ-каротинDunaliella salinadeficiency of nutrientshigh light intensitycarotenogenesisβ-caroteneReferencesRaja, R. Exploitation of Dunaliella for β-carotene production / R. Raja, S. Hemaiswarya, R. Rengasamy // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2007. – Vol. 74, N 3. – P. 517–523. https://doi.org/10.1007/s00253-006-0777-8Raja R., Hemaiswarya S., Rengasamy R. Exploitation of Dunaliella for β-carotene production. Applied Microbiology and Biotechnology, 2007, vol. 74, no. 3, pp. 517–523. https://doi.org/10.1007/s00253-006-0777-8Индукция вторичного каротиногенеза у новых галофильных микроводорослей из рода Dunaliella (Chlorophyceae) / А. Е. Соловченко, Е. А. Селиванова, К. А. Чеканов [и др.] // Биохимия. – 2015. – Т. 80, № 11. – С. 1724–1730.Solovchenko A. E., Selivanova E. A., Chekanov K. A., Sidorov R. A., Nemtseva N. V., Lobakova E. S. Induction of secondary carotenogenesis in new halophile microalgae from the genus Dunaliella (Chlorophyceae). Biochemistry (Moscow), 2015, vol. 80, no. 11, pp. 1508–1513 (in Russian). https://doi.org/10.1134/S0006297915110139Одноклеточные водоросли как возобновляемый биологический ресурс: обзор / Г. С. Минюк, И. В. Дробецкая, И. Н. Чубчикова, Н. В. Терентьева // Морський екологічний журнал. – 2008. – Т. 7, № 2. – С. 5–23.Minyuk G. S., Drobetskaya I. V., Chubchikova I. N., Terent’eva N. V. Unicellular algae as a renewable resource. Mors’kii ekologіchnii zhurnal [Marine ecological journal], 2008, vol. 7, no. 2, pp. 5–23 (in Russian).Al-Muhteseb, S. I. Producing Natural Mixed Carotenoids from Dunaliella salina / S. I. Al-Muhteseb, S. Emeish // Journal of Natural Sciences Research. – 2015. – Vol. 5, N 10. – P. 53–59.Al-Muhteseb S. I., Emeish S. Producing Natural Mixed Carotenoids from Dunaliella salina. Journal of Natural Sciences Research, 2015, vol. 5, no. 10, pp. 53–59.Shariati, M. Microalgal Biotechnology and Bioenergy in Dunaliella / M. Shariati, M. Reza Hadi // Progress in Molecular and Environmental Bioengineering – From Analysis and Modeling to Technology Applications, Isfahan, 1 August 2011 / University of Isfahan; ed.: A. Carpi [et al.]. – Isfahan, 2011. – P. 483–506. https://doi.org/10.5772/19046Shariati M., Reza Hadi M. Microalgal Biotechnology and Bioenergy in Dunaliella. Progress in Molecular and Environmental Bioengineering – From Analysis and Modeling to Technology Applications, Isfahan, 1, August 2011. Isfahan, 2011, pp. 483–506. https://doi.org/10.5772/19046Каталог генетического фонда хозяйственно полезных видов водорослей / С. С. Мельников, Е. Е. Мананкина, Е. А. Будакова, Н. В. Шалыго. – Мн.: Беларус. навука, 2011. – 101 с.Mel’nikov S. S., Manankina E. E., Budakova E. A., Shalygo N. V. Catalogue of the genetic fund of economically useful algae species. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2011. 101 p. (in Russian).Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике / Л. А. Сиренко, А. И. Сакевич, Л. Ф. Осипов [и др.]. – Киев: Наукова думка, 1975. – 248 с.Sirenko L. A., Sakevich A. I., Osipov L. F., Lukina L. F., Kuz’menko M. I., Kozitskaya V. N., Velichko I. M., Myslovich V. O., Gavrilenko M. Ya., Arendarchuk V. V., Kirpenko Yu. A. Methods of physiological and biochemical study of algae in hydrobiological practice. Kiev, Naukova dumka Publ., 1975. 248 p. (in Russian).A point mutation in the photosystem I P700 chlorophyll a apoprotein A1 gene confers variegation in Helianthus annuus L. / K. Azarin, A. Usatov, M. Makarenko [et al.] // Plant Molecular Biology. – 2020. – Vol. 103, N 4–5. – P. 373–389. https://doi.org/10.1007/s11103-020-00997-xAzarin K., Usatov A., Makarenko M., Kozel N., Kovalevich A., Dremuk I., Yemelyanova A., Logacheva M., Fedorenko A., Averina N. A point mutation in the photosystem I P700 chlorophyll a apoprotein A1 gene confers variegation in Helianthus annuus L. Plant Molecular Biology, 2020, vol. 103, no. 4–5, pp. 373–389. https://doi.org/10.1007/s11103-020-00997-xForni, E. HPLC separation and fluorimetric estimation of chlorophylls and pheophytins in fresh and frozen peas / E. Forni, M. Ghezzi, A. Polesello // Chromatography. – 1988. – Vol. 26, N 1. – P. 120–124. https://doi.org/10.1007/bf02268135Forni E., Ghezzi M., Polesello A. HPLC separation and fluorimetric estimation of chlorophylls and pheophytins in fresh and frozen peas. Chromatography, 1988, vol. 26, no. 1, pp. 120–124. https://doi.org/10.1007/bf02268135The identification of chlorophyll and its derivatives in the pigment mixtures: HPLC-chromatography, visible and mass spectroscopy studies / S. M. Milenković, J. B. Zvezdanović, T. D. Anđelković, D. Z. Marković // Advanced technologies. – 2012. – Vol. 1, N 1. – P. 16–24.Milenković S. M., Zvezdanović J. B., Anđelković T. D., Marković D. Z. The identification of chlorophyll and its derivatives in the pigment mixtures: HPLC-chromatography, visible and mass spectroscopy studies. Advanced technologies, 2012, vol. 1, no. 1, pp. 16–24.Rodriguez-Amaya, D. B. HarvestPlus Handbook for Carotenoid Analysis / D. B. Rodriguez-Amaya, M. Kimura. – Washington: International Food Policy Research Institute, 2004. – 63 p.Rodriguez-Amaya D. B., Kimura M. HarvestPlus Handbook for Carotenoid Analysis. Washington, International Food Policy Research Institute, 2004. 63 p.Корнеев, Д. Ю. Информационные возможности метода индукции флуоресценции / Д. Ю. Корнеев. – Киев: Альтерпрес, 2002. – 188 с.Korneev D. Yu. Information capabilities of the fluorescence induction method. Kiev, Al’terpres Publ., 2002, 188 p. (in Russian).Dual-PAM-100 Measuring system for simultaneous assessment of p700 and chlorophyll fluorescence / Heinz Walz GmbH. – Germany, 2009. – URL: http://www.walz.com/downloads/manuals/dual-pam-100/Dual-PAM_1e.pdf (date of access: 11.04.2020).Dual-PAM-100 Measuring system for simultaneous assessment of p700 and chlorophyll fluorescence. Heinz Walz GmbH. Germany, 2009. Available at: http://www.walz.com/downloads/manuals/dual-pam-100/Dual-PAM_1e.pdf (accessed 11.04.2020).Govindjee. Sixty-three years since Kautsky chlorophyll a fluorescence / Govindjee // Australian Journal of Plant Physiology. – 1995. – Vol. 22, N 2. – P. 131–160. https://doi.org/10.1071/pp9950131Govindjee. Sixty-three years since Kautsky chlorophyll a fluorescence. Australian Journal of Plant Physiology, 1995, vol. 22, no. 2, pp. 131–160. https://doi.org/10.1071/pp9950131Чепелева, Е. В. Пигментный состав Dunaliella salina при культивировании на модифицированных средах / Е. В. Чепелева, Т. В. Самович, Н. В. Козел // Биологически-активные вещества природного происхождения в регуляции процессов жизнедеятельности: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 50-летию Ин-та биохимии биологически активных соединений НАН Беларуси, 5–6 окт. 2021 г., г. Гродно, Республика Беларусь / Ин-т биохимии биологически активных соединений НАН Беларуси. – Гродно, 2021. – С. 569–573.Chepeleva E. V., Samovich T. V., Kozel N. V. The pigment composition of Dunaliella salina during cultivation on modified media. Biologicheski-aktivnye veshchestva prirodnogo proiskhozhdeniya v regulyatsii protsessov zhiznedeyatel’nosti: sbornik statei Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posvyashchennoi 50-letiyu Instituta biokhimii biologicheski aktivnykh soedinenii Natsional’noi akademii nauk Belarusi (5–6 oktyabrya 2021 goda, g. Grodno, Respublika Belarus’) [Biologically active substances of natural origin in the regulation of life processes: collection of articles from the International scientific and practical conference dedicated to the 50th anniversary of the Institute of Biochemistry of Biologically Active Compounds of the National Academy of Sciences of Belarus (October 5–6, 2021, Grodno, Republic of Belarus)]. Grodno, 2021. pp. 569–573 (in Russian).Каляга, Т. Г. Влияние почвенной засухи на содержание фотосинтетических пигментов в растениях ячменя сорта Бровар / Т. Г. Каляга, Н. В. Козел // Журнал Белорусского государственного университета. Биология. – 2020. – № 3. – С. 46–53.Kalyaga T. G., Kozel N. V. Influence of soil drought on the content of photosynthetic pigments in barley plants of the Brovar variety. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. [Journal of the Belarusian State University. Biology], 2020, no. 3, pp. 46–53 (in Russian).Transcription strategies related to photosynthesis and nitrogen metabolism of wheat in response to nitrogen deficiency / X. Liu, Ch. Yin, L. Xiang [et al.] // BMC Plant Biology. – 2020. – Vol. 20. – Art. 448. https://doi.org/10.1186/s12870-020-02662-3Liu X., Yin Ch., Xiang L., Jiang W., Xu Sh., Mao Z. Transcription strategies related to photosynthesis and nitrogen metabolism of wheat in response to nitrogen deficiency. BMC Plant Biology, 2020, vol. 20, art. 448. https://doi.org/10.1186/s12870-020-02662-3

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