Влияние этанола на продуктивность Haematococcus pluvialis, содержание фотосинтетических пигментов, активных форм кислорода и астаксантина

Изучено влияние этанола (0,1; 0,3 и 1,6 %) на содержание фотосинтетических пигментов, астаксантина и активных форм кислорода (АФК) в Haematococcus pluvialis (H. pluvialis, штамм IBCE H-17), а также на продуктивность водоросли по показателю сухой биомассы. Установлено, что в изученных концентрациях этанол стимулировал накопление сухой биомассы в течение 3, 7 и 12 сут выращивания в среднем в 2 раза. При всех используемых концентрациях этанола количество клеток увеличивалось. Так, при использовании 0,3 % этанола количество клеток гематококка возросло в 2,1; 2,5 и в 3,3 раза по сравнению с их уровнем в контрольной культуре на 3-и, 7-е и 15-е сутки выращивания. При этом отмечена тенденция к уменьшению их размеров. Этанол стимулировал также накопление фотосинтетических пигментов. Так, через 3 сут инкубации в растворе, содержащем 0,1 и 0,3 % этанола, содержание хлорофилла (Хл) а составило 142 и 130 % от контроля, Хл b – 126 и 115, лютеина – 151 и 132 % соответственно. Максимальный эффект отмечен для β-каротина – 177 и 157 % по сравнению с контролем. Стрессовые условия, создаваемые этанолом, привели к генерации АФК. В частности, через 7 сут инкубации при использовании 0,1; 0,3 и 1,6 % этанола количество АФК составило 114, 141 и 179 % от контроля, а через 12 сут инкубации – 130, 165 и 183 % соответственно. Отмечено существенное положительное влияние этанола на содержание астаксантина. Так, через 7 сут инкубации содержание астаксантина при использовании 0,1; 0,3 и 1,6 % этанола возросло в 3,6; 4,9 и 4,6 раза соответственно, а через 12 сут – в 8,6; 6,6 и 7,7 раза по сравнению с контролем. Результаты указывают на огромный потенциал использования этанола как в качестве эффективного индуктора накопления астаксантина в клетках гематококка, так и в качестве активного стимулятора продуктивности водоросли.

1. Shimidzu, N. Carotenoids as singlet oxygen quenchers in marine organisms / N. Shimidzu, M. Goto, W. Miki // Fisheries Science. – 1996. – Vol. 62, N 1. – P. 134–137. https://doi.org/10.2331/fishsci.62.134

2. Astaxanthin, a carotenoid with potential in human health and nutrition / G. Hussein [et al.] // J. Nat. Products. – 2006. – Vol. 69, N 3. – P. 443–449. https://doi.org/10.1021/np050354

3. Johnson, E. A. Microbial carotenoids / E. A. Johnson, W. A. Schroeder // Downstream Processing Biosurfactants Carotenoids / ed. A. Fiechter. – Berlin, 1995. – P. 119–178.

4. Krishna, K. B. Secondary carotenoid production in green algae / K. B. Krishna, P. Mohanty // J. Sci. Industr. Res. – 1998. – Vol. 57. – P. 51–63.

5. Guerin, M. Haematococcus astaxanthin: applications for human health and nutrition / M. Guerin, M. E. Huntley, M. Olaizola // Trends Biotechnol. – 2003. – Vol. 21, N 5. – P. 210–216. https://doi.org/10.1016/S0167-7799(03)00078-7

6. Higuera-Ciapara, I. Astaxanthin: a review of its chemistry and applications / I. Higuera-Ciapara, L. Félix-Valenzuela, F. Goycoolea // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. – 2006. – Vol. 46, N 2. – P. 185–196. https://doi.org/10.1080/10408690590957188

7. Yuan, J.-P. Identification of astaxanthin isomers in Haematococcus lacustris by HPLC-photodiode array detection / J.-P. Yuan, F. Chen // Biotechnol. Techniques. – 1997. – Vol. 11, N 7. – P. 455–459. https://doi.org/10.1023/A:1018441411746

8. Optimization of biomass, total carotenoids and astaxanthin production in Haematococcus pluvialis Flotow strain Steptoe (Nevada, USA) under laboratory conditions / A. Cifuentes [et al.] // Biol. Res. – 2003. – Vol. 36, N 3–4. – P. 343–357. http://dx.doi.org/10.4067/S0716-97602003000300006

9. Aburai, N. Effect of light level and salinity on the composition and accumulation of free and ester-type carotenoids in the aerial microalga Scenedesmus sp. (Chlorophyceae) / N. Aburai, D. Sumida, K. Abe // Algal Res. – 2015. – Vol. 8. – P. 30–36. https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.01.005

10. High-light and sodium chloride stress differentially regulate the biosynthesis of astaxanthin in chlorella zofingiensis (Chlorophyceae) / Y. Li [et al.] // J. Phycol. – 2009. – Vol. 45, N 3. – P. 635–641. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.2009.00689.x

11. He, P. Astaxanthin accumulation in the green alga Haematococcus pluvialis: effects of cultivation parameters / P. He, J. Duncan, J. Barber // J. Integr. Plant Biol. – 2007. – Vol. 49, N 4. – P. 447–451. https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2007.00468.x

12. Study on the effect of salt concentration on growth and astaxanthin accumulation of microalga Haematococcus pluvialis as the initial basis for two phase culture of astaxanthin production / L.T. Tam [et al.] // Tap Chi Sinh Hoc. – 2012. – Vol. 34, N 2. – P. 964. https://doi.org/10.15625/0866-7160/v34n2.964

13. Kobayashi, M. Light-independent, astaxanthin production by the green microalga Haematococcus pluvialis under salt stress / M. Kobayashi, Y. Kurimura, Y. Tsuji // Biotechnol. Lett. – 1997. – Vol. 19, N 6. – P. 507–509.

14. Astaxanthin production from the green alga Haematococcus pluvialis with different stress conditions / B. Cordero [et al.] // Biotechnol. Lett. – 1996. – Vol. 18, N 2. – P. 213–218. https://doi.org/10.1007/BF00128682

15. Effect of flashing light emitting diodes on cell growth and astaxanthin production of Haematococcus pluvialis / T. Katsuda [et al.] // J. Biosci. Bioeng. – 2006. – Vol. 102, N 5. – P. 442–446. https://doi.org/10.1263/jbb.102.442

16. Ethanol induced astaxanthin accumulation and transcriptional expression of carotenogenic genes in Haematococcus pluvialis / Z. Wen [et al.] // Enzyme Microb. Technol. – 2015. – Vol. 78. – P. 10–17. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2015.06.010

17. Каталог генетического фонда хозяйственно полезных видов водорослей / С. С. Мельников [и др.]. – Минск : Беларус. навука, 2011. – 101 с.

18. Влияние 5-аминолевулиновой кислоты на продуктивность и пигментный состав водоросли Haematococcus pluvialis / Н. Г. Аверина [и др.]. // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. бiял. навук. – 2017. – № 4. – С. 21–32.

19. Jambunathan, N. Determination and detection of reactive oxygen Species (ROS), lipid peroxidation, and electrolyte leakage in plants / N. Jambunathan // Plant stress tolerance. Methods and protocols / ed. R. Sunkar. – London ; N. Y., 2010. – P. 291–297.

20. Yuan, J.-P. Hydrolysis kinetics of astaxanthin esters and stability of astaxanthin of Haematococcus pluvialis during saponification / J.-P. Yuan, F. Chen // J. Agric. Food Chem. – 1999. – Vol. 47, N 1. – P. 31−35. https://doi.org/10.1021/jf980465x

21. Рокицкий, П. Ф. Биологическая статистика / П. Ф. Рокицкий. – 3-е изд., испр. – Минск : Вышэйш. шк., 1973. – 318 c.