RU2774294C1 - Plankton eurybiontic strain of microalgae chlorella sorokiniana agt intended to improve the ecological state of water bodies - Google Patents

Plankton eurybiontic strain of microalgae chlorella sorokiniana agt intended to improve the ecological state of water bodies Download PDF

Info

Publication number
RU2774294C1
RU2774294C1 RU2021124531A RU2021124531A RU2774294C1 RU 2774294 C1 RU2774294 C1 RU 2774294C1 RU 2021124531 A RU2021124531 A RU 2021124531A RU 2021124531 A RU2021124531 A RU 2021124531A RU 2774294 C1 RU2774294 C1 RU 2774294C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strain
agt
water bodies
chlorella
water
Prior art date
Application number
RU2021124531A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Викторович Карелин
Владимир Ефимович Грабарник
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Альготек Грин Технолоджи»
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «Альготек Грин Технолоджи» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Альготек Грин Технолоджи»
Application granted granted Critical
Publication of RU2774294C1 publication Critical patent/RU2774294C1/en
Priority to PCT/RU2022/050249 priority Critical patent/WO2023022628A1/en

Links

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of biotechnology. A planktonic eurybiont strain of unicellular green microalgae Chlorella sorokiniana AGT, capable of photosynthesis at a temperature of 6°С, was deposited in the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms under the number RNCIM Al-29.
EFFECT: Chlorella sorokiniana AGT RNCIM Al-29 strain can be used to improve the ecological state of water bodies of any category and purpose, helping to accelerate the processes of biotic self-purification of water bodies due to an increase in the concentration of dissolved oxygen and a decrease in the level of nutrients in water.
1 cl, 3 tbl, 2 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к биотехнологии, является составной частью природоподобной технологии «биоремедиация водных объектов» любого назначения и представляет собой новый планктонный эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT, предназначенный для улучшения экологического состояния водных объектов.The invention relates to biotechnology, is an integral part of the nature-like technology "bioremediation of water bodies" for any purpose and is a new planktonic eurybiont strain of Chlorella sorokiniana AGT, designed to improve the ecological state of water bodies.

Уровень техникиState of the art

Инновационным подходом, позволяющим значительно снизить уровень загрязнения водоемов и улучшить органолептические свойства воды, является биотехнология, основанная на биоремедиации водоемов планктонными штаммами зеленой микроводоросли рода Chlorella. От других представителей фитопланктона она отличается возможностью жизнедеятельности в широком температурном интервале (от 18 до 32°С), устойчивостью к шоковым реакциям (замораживание) и способностью развития в экстремальных условиях.An innovative approach that can significantly reduce the level of pollution of water bodies and improve the organoleptic properties of water is biotechnology based on the bioremediation of water bodies by planktonic strains of green microalgae of the genus Chlorella . It differs from other representatives of phytoplankton in the possibility of vital activity in a wide temperature range (from 18 to 32°C), resistance to shock reactions (freezing) and the ability to develop in extreme conditions.

В процессе фотосинтеза хлорелла выделяет в воду большое количество кислорода (до 14 мг/дм3). Кислород, находясь в период выделения в молекулярном состоянии (in statu nascendi), обладает повышенной способностью к окислению. Утилизация хлореллой различных соединений, содержащих азот и фосфор, происходит настолько эффективно, что хлорелла не оставляет шансов для развития цианобактерий, что (учитывая токсичность и, соответственно, неприятные запахи выделяемых синезелеными водорослями веществ), позитивно сказывается на качестве воды в искусственных и природных водоемах, используемых в рекреационных целях.In the process of photosynthesis, chlorella releases a large amount of oxygen into the water (up to 14 mg / dm 3 ). Oxygen, being in the molecular state during the release period ( in statu nascendi ), has an increased ability to oxidize. The utilization of various compounds containing nitrogen and phosphorus by chlorella is so efficient that chlorella leaves no chance for the development of cyanobacteria, which (given the toxicity and, accordingly, unpleasant odors of substances released by blue-green algae), has a positive effect on water quality in artificial and natural reservoirs, used for recreational purposes.

С целью структурной перестройки фитопланктонного сообщества и решения экологических проблем проводится альголизация водоемов представителем зеленых микроводорослей - планктонным штаммом Chlorella, для увеличения роли зеленых водорослей и решения экологических проблем и улучшения качественного состава воды.In order to restructure the phytoplankton community and solve environmental problems, algolization of water bodies is carried out by a representative of green microalgae - a planktonic strain of Chlorella, to increase the role of green algae and solve environmental problems and improve the quality of water.

Известна типовая культура - штамм К.А. Сорокина №7-11-05 - хранится в коллекции Мэриленда, США (Андреева В.М. Род Chlorella. Морфология, систематика, принципы классификации / Изд-во «Наука», Ленингр. отд., 1975. - 110 с., стр.69). Штамм относится к категории термофильных микроорганизмов, оптимальной температурой которого является 37-39°С.A typical culture is known - strain K.A. Sorokin No. 7-11-05 - stored in the collection of Maryland, USA (Andreeva V.M. The genus Chlorella . Morphology, systematics, principles of classification / Publishing house "Nauka", Leningrad. otd., 1975. - 110 p., p. .69). The strain belongs to the category of thermophilic microorganisms, the optimum temperature of which is 37-39°C.

Известен способ биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий с использованием штамма Chlorella kessleri IPPA С-112 (патент RU 2064454). Сущность способа заключается в обработке сточных вод микроводорослями Chlorella kessleri IPPA С-112 с целью формирования альгоценоза. Ограничением использования этого способа является узкий спектр очистки - только сточных вод рыбообрабатывающих предприятий - и неполная очистка от микроорганизмов.A known method of biological treatment of wastewater from fish processing enterprises using the strain Chlorella kessleri IPPA C-112 (patent RU 2064454). The essence of the method lies in the treatment of wastewater microalgae Chlorella kessleri IPPA C-112 in order to form algocoenosis. The limitation of the use of this method is a narrow range of purification - only wastewater from fish processing enterprises - and incomplete purification from microorganisms.

Известен штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella kessleri ВКПМ AI-11 ARW (патент RU 2585523), предназначенный для предотвращения «цветения» водоемов синезелеными водорослями (цианобактериями). Ограничивающей характеристикой этого штамма является способность роста при температуре не ниже 17°С.Known strain of unicellular green algae Chlorella kessleri VKPM AI-11 ARW (patent RU 2585523), designed to prevent the "bloom" of water bodies with blue-green algae (cyanobacteria). The limiting characteristic of this strain is the ability to grow at a temperature not lower than 17°C.

Известен штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella vulgaris ИФР N С-111, предназначенный для получения биомассы и отвечающий требованиям промышленного культивирования (патент RU 1751981). Клеточная оболочка этих микроорганизмов состоит из внутреннего и внешнего слоев, причем внешний слой содержит миофибриллярный материал (Skaloud P., Nemcova Y., Pytela J., Bogdanov N.I., Bock С, Pickinpaugn S.H. Planktochlorella nurekis gen. et sp.nov. (Trebouxiophyceae, Chlorophyta), a novel coccoid green alga carrying significant biotechnological potential. Fottea, Olomouc, 14 (1): 53-62, 2014). Ограничением использования штамма Chlorella vulgaris ИФР N С-111 является стойкий асинхронный цикл развития клеток, прочная и сравнительно толстая клеточная оболочка, а также длительный срок культивирования, который составляет четверо суток.Known strain of unicellular green algae Chlorella vulgaris IGF N C-111, intended for biomass and meets the requirements of industrial cultivation (patent RU 1751981). The cell membrane of these microorganisms consists of inner and outer layers, and the outer layer contains myofibrillar material (Skaloud P., Nemcova Y., Pytela J., Bogdanov NI, Bock C, Pickinpaugn SH Planktochlorella nurekis gen. et sp.nov. (Trebouxiophyceae, Chlorophyta), a novel coccoid green alga carrying significant biotechnological potential Fottea, Olomouc, 14 (1): 53-62, 2014). The limitation of the use of the strain Chlorella vulgaris IGF N C-111 is a persistent asynchronous cycle of cell development, a strong and relatively thick cell wall, and a long cultivation period, which is four days.

Известен штамм микроводоросли Chlorella vulgaris 711-54 (патент RU 2555519), характеризующийся способностью расти на средах, близких по составу к сточным водам птицефабрик и спиртовых производств, высокой способностью к извлечению биогенных элементов из сточных вод, а также к деструкции содержащихся в сточных водах органических загрязнителей. Ограничивающей характеристикой этого штамма является узкий спектр очищаемых вод.Known strain of microalgae Chlorella vulgaris 711-54 (patent RU 2555519), characterized by the ability to grow on media similar in composition to the wastewater of poultry farms and alcohol production, high ability to extract biogenic elements from wastewater, as well as to the destruction contained in wastewater organic pollutants. The limiting characteristic of this strain is the narrow range of treated waters.

Известен штамм одноклеточных зеленых водорослей Parachlorella nurekis 1904 KIEG (патент RU 2527895), предназначенный для продуцирования биомассы и уничтожения цианобактерий (синезеленых водорослей), отличающийся жизнеспособностью в температурных интервалах от 0 до 16°С, сезонным размножением в естественных бассейнах и обладающий способностью адаптироваться к естественным условиям. Однако ограничением использования штамма Parachlorella nurekis 1904 KIEG является отсутствие способности предотвращения "цветения" водоемов синезелеными водорослями. Для подавления синезеленых водорослей необходимо эквивалентное количество суспензии хлореллы, что легко достижимо в лабораторных условиях, но осуществление проблематично для водоемов.Known strain of unicellular green algae Parachlorella nurekis 1904 KIEG (patent RU 2527895), intended for the production of biomass and the destruction of cyanobacteria (blue-green algae), characterized by viability in the temperature range from 0 to 16°C, seasonal reproduction in natural pools and having the ability to adapt to natural conditions. However, the limitation of the use of the Parachlorella nurekis 1904 KIEG strain is the lack of the ability to prevent blue-green algae from "blooming" of reservoirs. To suppress blue-green algae, an equivalent amount of chlorella suspension is needed, which is easily achievable in laboratory conditions, but is problematic for reservoirs.

Также известен штамм микроводоросли Chlorella vulgaris BIN, являющийся наиболее близким аналогом предлагаемого штамма. Штамм Chlorella vulgaris BIN предназначен для получения биомассы и очистки сточных вод (патент RU 2192459), не требователен к питательной среде и способен к высокой степени очистки различных категорий сточных вод. Штамм Chlorella vulgaris BIN проявляет выраженные антагонистические свойства к альгофлоре, бактериям, грибам, дрожжам и инфузориям, обладает невосприимчивостью к фагам. Ограничивающей характеристикой штамма Chlorella vulgaris BIN является отсутствие сезонности размножения в условиях естественных водоемов, что затрудняет его использование на водоемах различных климатических зон. Слабовыраженное сохранение жизнеспособности в водоемах при температуре воды от 0 до 16°С требует проведения, кроме основной, многократных дополнительных альголизаций. Недостаточная приспособляемость к естественным условиям водоема требует дополнительной его адаптации. Необходимым условием для использования штамма Chlorella vulgaris BIN является наличие в водоеме растительноядных рыб (белый и пестрый толстолобики) в количестве 1-3 экз./га. Другим ограничением использования штамма Chlorella vulgaris BIN является узкий спектр приспособленности - только к сточным водам.Also known strain of microalgae Chlorella vulgaris BIN, which is the closest analogue of the proposed strain. The Chlorella vulgaris BIN strain is intended for biomass production and wastewater treatment (patent RU 2192459), is not picky about the nutrient medium and is capable of a high degree of purification of various categories of wastewater. The Chlorella vulgaris BIN strain exhibits pronounced antagonistic properties to algoflora, bacteria, fungi, yeasts and ciliates, and is immune to phages. The limiting characteristic of the Chlorella vulgaris BIN strain is the lack of seasonal reproduction in natural water bodies, which makes it difficult to use it in water bodies of various climatic zones. Weak preservation of viability in water bodies at water temperatures from 0 to 16°C requires, in addition to the main one, multiple additional algolizations. Insufficient adaptability to the natural conditions of the reservoir requires additional adaptation. A prerequisite for the use of the strain Chlorella vulgaris BIN is the presence of herbivorous fish (white and bighead carp) in the reservoir in the amount of 1-3 ind./ha. Another limitation of the use of the Chlorella vulgaris BIN strain is the narrow spectrum of adaptability - only to wastewater.

Одним из основных факторов и дефицита, и избыточности на территории России для биологических систем является температурный режим, поэтому одним из наиболее значимых условий для процесса биоремедиации является адаптация технологии альгоремедиации водных объектов для наиболее широкого температурного спектра. Так, например, в настоящее время в пресноводных водоемах все чаще встречаются вспышки массового цветения Oscillatoria (род гормогониевых водорослей), которые хорошо адаптировались к холодному времени года и способны к фотосинтезу при низких температурах.One of the main factors of both deficit and redundancy in the territory of Russia for biological systems is the temperature regime, therefore, one of the most significant conditions for the bioremediation process is the adaptation of the technology of algoremediation of water bodies for the widest temperature spectrum. For example, outbreaks of mass flowering of Oscillatoria (a genus of hormogonian algae), which are well adapted to the cold season and are capable of photosynthesis at low temperatures, are increasingly common in freshwater reservoirs.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения является получение планктонного эврибионтного штамма микроводоросли, обладающего высокой адаптивностью к продуктивному размножению в широких температурных режимах и проявляющего свойства природного катализатора биотических процессов, натурального антиоксиданта и потребителя загрязняющих водоема веществ (включая фосфор, азот, металлы, нефтесодержащие соединения, анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ) и СО2) не только в биореакторе, при наборе биомассы, но и в естественной среде гидробиоценоза водоемов.The objective of the present invention is to obtain a planktonic eurybiont strain of microalgae that is highly adaptable to productive reproduction in wide temperature conditions and exhibits the properties of a natural catalyst for biotic processes, a natural antioxidant and a consumer of water pollutants (including phosphorus, nitrogen, metals, oil-containing compounds, anionic surfactants). substances (ASS) and CO 2 ) not only in the bioreactor, when gaining biomass, but also in the natural environment of the hydrobiocenosis of water bodies.

Поставленная задача решается путем получения нового планктонного эврибионтного штамма Chlorella sorokiniana AGT, предназначенного для улучшения экологического состояния водных объектов.The problem is solved by obtaining a new planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT, designed to improve the ecological state of water bodies.

Штамм Chlorella sorokiniana AGT депонирован в Национальном биоресурсном центре Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов НИЦ «Курчатовский институт» - ГосНИИгенетика под регистрационным номером ВКПМ Al-29.The Chlorella sorokiniana AGT strain was deposited at the National Bioresource Center of the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms of the National Research Center "Kurchatov Institute" - GosNIIGenetika under registration number VKPM Al-29.

Еще одним аспектом изобретения является применение нового штамма в борьбе с «цветением» воды в водоемах, а также для очистки сточных вод различного происхождения, предусматривающее альголизацию водоема с использованием нового штамма микроводоросли, благодаря его способности к эффективному удалению избыточных биогенных элементов и повышению уровня концентрации кислорода.Another aspect of the invention is the use of a new strain in the fight against the "bloom" of water in reservoirs, as well as for the treatment of wastewater of various origins, providing for the algolization of a reservoir using a new strain of microalgae, due to its ability to effectively remove excess nutrients and increase the level of oxygen concentration .

Также аспектом изобретения является способ очистки водных объектов (как естественных, так и искусственных, различного назначения, в том числе сточных вод), предусматривающий биоремедиацию водоема путем внесения суспензий нового штамма микроводоросли. Предлагаемый штамм Chlorella sorokiniana AGT ВКПМ Al-29 имеет ряд преимуществ, которые обеспечивают технический результат настоящего изобретения, заключающийся в следующем:Another aspect of the invention is a method for treating water bodies (both natural and artificial, for various purposes, including wastewater), which involves bioremediation of a reservoir by introducing suspensions of a new strain of microalgae. The proposed strain of Chlorella sorokiniana AGT VKPM Al-29 has a number of advantages that provide the technical result of the present invention, which is as follows:

- штамм способен сохранять активность при широких колебаниях температуры - от 6° до 32°С: при 6°С начинается единичное деление, которое проявляется более активно при более высоких температурах; зоной температурного оптимума, в пределах которого наблюдается наибольшая продуктивность (массовое размножение), является температура 28-30°С;- the strain is able to remain active at wide temperature fluctuations - from 6° to 32°C: at 6°C, a single division begins, which manifests itself more actively at higher temperatures; the temperature optimum zone, within which the highest productivity (mass reproduction) is observed, is a temperature of 28-30 ° C;

- штамм обладает способностью понижать продуктивность синезеленых водорослей вследствие снижения содержания биогенных элементов;- the strain has the ability to reduce the productivity of blue-green algae due to a decrease in the content of biogenic elements;

- штамм повышает уровень концентрации растворенного кислорода в воде;- the strain increases the concentration of dissolved oxygen in the water;

- штамм проявляет выраженные антагонистические свойства к альгофлоре, бактериям, грибам, дрожжам и инфузориям, обладает невосприимчивостью к фагам;- the strain exhibits pronounced antagonistic properties to algoflora, bacteria, fungi, yeasts and ciliates, is immune to phages;

- штамм, благодаря своей функциональной активности, способен ускорять процессы биотического самоочищения водоемов.- the strain, due to its functional activity, is able to accelerate the processes of biotic self-purification of water bodies.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Культурально-морфологические особенности штамма с указанием среды:Cultural and morphological features of the strain indicating the medium:

Морфологические признаки.Morphological features.

Молодые клетки шаровидной или слабоэллипсоидной формы, размером 2,0-3,0 мкм. Взрослые клетки шаровидные 6,0-9,0 мкм в диаметре. Клетки с уже сформированными автоспорами, но еще находящиеся в материнской оболочке, 8,0-10,0 мкм в диаметре. Размер клеток, готовых к делению, зависит от количества автоспор. Хлоропласт взрослой клетки по форме широкопоясковидный незамкнутый и выстилает ⅔ поверхности клетки. Пиреноид окружен крахмальной оберткой, состоящей из двух полусфер. Споры одинакового размера. Число спор 4-8. Чаще всего спор 8, редко 2. Число спор бывает только четное. Деление клеток - синхронное. Клетки, как молодые, так и взрослые, темно-зеленого цвета.Young cells are spherical or slightly ellipsoidal, 2.0-3.0 µm in size. Adult cells are spherical, 6.0-9.0 µm in diameter. Cells with already formed autospores, but still in the maternal membrane, 8.0-10.0 µm in diameter. The size of cells ready for division depends on the number of autospores. The chloroplast of an adult cell is broadly girdle-shaped, open and lines ⅔ of the cell surface. The pyrenoid is surrounded by a starch wrapper consisting of two hemispheres. Spores are the same size. The number of disputes is 4-8. Most often the dispute is 8, rarely 2. The number of disputes is only even. Cell division is synchronous. Cells, both young and adults, are dark green in color.

Физиологические признаки.Physiological signs.

Штамм автотрофный. Как в лабораторных, так и в производственных условиях растет на питательной среде (1), состоящей из растворов: The strain is autotrophic. Both in laboratory and in production conditions, it grows on a nutrient medium (1), consisting of solutions:

- аммиачная селитра (34% раствор) - 0,14 мл;- ammonium nitrate (34% solution) - 0.14 ml;

- аммофос (15% раствор) - 0,10 мл;- ammophos (15% solution) - 0.10 ml;

- калий сернокислый (12% раствор) - 0,33 мл;- potassium sulfate (12% solution) - 0.33 ml;

- хлорид железа (1% раствор) - 0,15 мл;- iron chloride (1% solution) - 0.15 ml;

- кобальт азотнокислый (0,1% раствор) - 0,10 мл;- cobalt nitrate (0.1% solution) - 0.10 ml;

- медь сернокислая (0,1% раствор) - 0,10 мл;- copper sulfate (0.1% solution) - 0.10 ml;

- раствор углекислого газа, органический (рН 3,5-4,5) - 10-20 мл- carbon dioxide solution, organic (pH 3.5-4.5) - 10-20 ml

на один литр очищенной водопроводной воды.per liter of purified tap water.

Для приготовления раствора углекислого газа используется настой голозерного овса.To prepare a solution of carbon dioxide, an infusion of naked oats is used.

При солнечном освещении или освещении диодными лампами со световой температурой 5000 кельвинов, или лампами (ДРИ-450 или ДНаТ-450) температура суспензии хлореллы не должна превышать 31°С. Оптимальная температура культивирования в дневное время 28-30°С, в ночное 10-15°С. Минимальная температура культивирования 10°С.Under sunlight or lighting with diode lamps with a light temperature of 5000 Kelvin, or lamps (DRI-450 or DNAT-450), the temperature of the chlorella suspension should not exceed 31°C. The optimum cultivation temperature during the day is 28-30°C, at night 10-15°C. The minimum cultivation temperature is 10°C.

Режим освещения, как при солнечном свете, так и лампами, составляет 8-10 часов. Штамм устойчиво развивается как при естественном, так и при искусственном освещении и не зависит от сезона года.The lighting mode, both in sunlight and lamps, is 8-10 hours. The strain develops steadily under both natural and artificial lighting and does not depend on the season.

Антагонистические свойства штамма проявляются при наборе культурой оптической плотности 0,85 D (440), при этом наступает лизис прочей альгофлоры, гибель бактерий, грибов и дрожжей. Штамм не поражается фагами.The antagonistic properties of the strain are manifested when the culture gains an optical density of 0.85 D (440), while the lysis of other algal flora occurs, the death of bacteria, fungi and yeast. The strain is not affected by phages.

Штамм строго соблюдает условия монокультуры.The strain strictly observes the conditions of monoculture.

Культуральные свойства.cultural properties.

Для культивирования штамма могут использоваться установки различных типов, емкости которых выполнены из стекла или органических материалов. Для получения синхронной культуры необходимо использовать автоматические установки. Нормативная оптическая плотность суспензии в пределах 1,4-1,8 D (440) достигается менее, чем за двое суток.For the cultivation of the strain, various types of installations can be used, the containers of which are made of glass or organic materials. To obtain a synchronous culture, automatic settings must be used. The normative optical density of the suspension in the range of 1.4-1.8 D (440) is achieved in less than two days.

Клетки штамма равномерно распределяются в культуральной среде, так как штамм обладает планктонными свойствами, т.е. находится во взвешенном состоянии и свободно парит в водной толще.The cells of the strain are evenly distributed in the culture medium, since the strain has planktonic properties, i.e. is in suspension and floats freely in the water column.

Для культивирования штамма не требуется создания условий стерильности. Культивирование ведется как в помещении, так и под открытым небом.For the cultivation of the strain does not require the creation of conditions of sterility. Cultivation is carried out both indoors and outdoors.

Срок сохранения жизнеспособности клеток в культуре - не менее 3 лет, при условии хранения на рассеянном свету при комнатной температуре.The period of cell viability in culture is at least 3 years, if stored in diffused light at room temperature.

Возможность объективного проявления технического результата при использовании изобретения подтверждена достоверными данными, приведенными в примерах, содержащих сведения экспериментального характера, полученные в процессе проведения исследований по методикам, принятым в данной области.The possibility of an objective manifestation of the technical result when using the invention is confirmed by reliable data given in the examples containing experimental information obtained in the process of conducting research according to the methods adopted in this field.

Следует понимать, что приведенные в материалах заявки примеры не являются ограничивающими и приведены только для иллюстрации настоящего изобретения.It should be understood that the examples given in the application materials are not limiting and are provided only to illustrate the present invention.

Пример 1. Способность штамма к росту при температуре культивирования 10°С и при оптимальных температурах. Example 1. The ability of a strain to grow at a cultivation temperature of 10 ° C and at optimal temperatures.

С целью анализа способности штамма Chlorella sorokiniana AGT к росту при низких температурах были проведены сравнительные исследования скорости набора биомассы анализируемых штаммов при одинаковых условиях культивирования (концентрация питательный среды, интенсивность освещения, температурный режим).In order to analyze the ability of the Chlorella sorokiniana AGT strain to grow at low temperatures, comparative studies of the rate of biomass gain of the analyzed strains under the same cultivation conditions (nutrient medium concentration, light intensity, temperature regime) were carried out.

Результаты эксперимента приведены в таблицах 1.1. и 1.2. ниже.The results of the experiment are shown in tables 1.1. and 1.2. below.

Таблица 1.1. - Сравнительные показатели, характеризующие способность анализируемых штаммов к размножению при температуре культивирования 10°С (усредненные значения по 5 повторам).Table 1.1. - Comparative indicators characterizing the ability of the analyzed strains to reproduce at a cultivation temperature of 10°C (averaged values over 5 repetitions). ПоказателиIndicators Chlorella vulgaris
ИФР С-111
Chlorella vulgaris
IFR S-111
Chlorella vulgaris
BIN
Chlorella vulgaris
BIN
Chlorella vulgaris
GKO
Chlorella vulgaris
GKO
Chlorella sorokiniana
AGT
Chlorella sorokiniana
AGT
млн клеток/мл (изначально)million cells/ml (initially) 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen количество клеток, образующих споры,
на 100
number of cells that produce spores
per 100
00 33 33 30thirty
количество спор от одной клеткиnumber of spores per cell 00 4four 22 4-84-8 прирост клеток в культуре на 1 мл (8 часов), млнgrowth of cells in culture per 1 ml (8 hours), million 00 22 1one 1717 скорость набора оптической плотности культуры (1,4 D (440)), суткиthe rate of gaining the optical density of the culture (1.4 D (440)), days 00 22,522.5 4545 55 Таблица 1.2. - Сравнительные показатели, характеризующие способность анализируемых штаммов к размножению при оптимальных температурах культивирования (28-30°С) (усредненные значения по 5 повторам).Table 1.2. - Comparative indicators characterizing the ability of the analyzed strains to reproduce at optimal cultivation temperatures (28-30°C) (averaged values over 5 repetitions). ПоказателиIndicators Chlorella vulgaris
ИФР С-111
Chlorella vulgaris
IFR S-111
Chlorella vulgaris
BIN
Chlorella vulgaris
BIN
Chlorella vulgaris
GKO
Chlorella vulgaris
GKO
Chlorella sorokiniana
AGT
Chlorella sorokiniana
AGT
скорость набора оптической плотности культуры (1,4 D (440)), суткиthe rate of increase in the optical density of the culture (1.4 D (440)), days 4four 33 22 1one количество спор от одной клетки, в основномthe number of spores from one cell, mainly 22 4four 8eight 8eight

Из приведенных данных следует, что предлагаемый штамм обладает более высокой скоростью прироста биомассы при температуре 10°С по сравнению с другими известными штаммами, при этом нормативная оптическая плотность суспензии штамма Chlorella sorokiniana AGT в пределах 1,4 D (440) достигалась за пять дней, что более чем в 4 раза быстрее штамма-аналога (Chlorella vulgaris BIN) при данной температуре.From the above data, it follows that the proposed strain has a higher biomass growth rate at a temperature of 10°C compared to other known strains, while the standard optical density of the suspension of the Chlorella sorokiniana AGT strain within 1.4 D (440) was achieved in five days, which is more than 4 times faster than the analogue strain ( Chlorella vulgaris BIN) at a given temperature.

При оптимальных температурах 28-30°С было установлено, что штамм Chlorella sorokiniana AGT обладает высокой степенью деления материнского ядра (на 8 клеток преимущественно), при этом состояние нормативной оптической плотности культуры в 1,4 D (440) достигается за одни сутки, в то время как для штаммов сравнения этот показатель достигается лишь за 2-4 суток (см. таблицу 1.2.).At optimal temperatures of 28-30°C, it was found that the strain Chlorella sorokiniana AGT has a high degree of division of the maternal nucleus (predominantly into 8 cells), while the state of the standard optical density of the culture of 1.4 D (440) is achieved in one day, in while for strains of comparison, this indicator is achieved only in 2-4 days (see table 1.2.).

Таким образом, срок культивирования штамма Chlorella sorokiniana AGT до состояния нормативной оптической плотности 1,4 D (440) значительно меньше по сравнению с другими штаммами. Так, по сравнению даже с ближайшим аналогом (штаммом Chlorella vulgaris BIN) состояние нормативной оптической плотности достигается более чем в 4 раза быстрее при температуре 10°С и в 3 раза быстрее при температурах 28-30°С.Thus, the period of cultivation of the Chlorella sorokiniana AGT strain to the state of the standard optical density of 1.4 D (440) is much shorter compared to other strains. So, in comparison with even the closest analogue (the Chlorella vulgaris BIN strain), the state of the standard optical density is reached more than 4 times faster at a temperature of 10°C and 3 times faster at temperatures of 28-30°C.

Пример 2. Эффективность штамма в качестве потребителя загрязняющих водоемы веществ.Example 2. Efficiency of a strain as a consumer of water pollutants.

Для изучения способности нового штамма восстанавливать равновесие в водных системах посредством снижения уровня загрязняющих веществ, а также повышения уровня концентрации растворенного кислорода в воде, были проведены следующие эксперименты. Было взято по 10 л воды из загрязненного водоема (эвтрофированный водоем с ярко выраженными абиотическими и биотическими признаками, включая устойчивое «цветение» воды, наличие неприятного запаха и т.д.) для каждого тестируемого штамма, после чего в пробы добавлены суспензии штаммов с одинаковой нормативной оптической плотностью 1,4-1,8 D (440). Кроме того, в пробы был введен раствор углекислого газа на основе клетчаткосодержащего материала - голозерного овса. Через 48 часов был замерен остаточный осадок органических веществ, содержащийся в 10-литровых емкостях культуральной среды. После этого была рассчитана относительная величина эффективности поглощения биогенных элементов для каждого анализируемого штамма, отражающая степень эффективности изъятия биогенов. Для ее расчета, значение осадка, полученное для штамма Chlorella vulgaris ИФР С-111, было принято за единицу.To study the ability of the new strain to restore balance in water systems by reducing the level of pollutants, as well as increasing the concentration of dissolved oxygen in water, the following experiments were carried out. 10 liters of water were taken from a polluted water body (a eutrophic water body with pronounced abiotic and biotic features, including persistent "blooming" of water, the presence of an unpleasant odor, etc.) for each tested strain, after which suspensions of strains with the same standard optical density 1.4-1.8 D (440). In addition, a carbon dioxide solution based on a fiber-containing material, naked oats, was introduced into the samples. After 48 hours, the residual organic sediment contained in the 10 liter culture medium containers was measured. After that, the relative value of the nutrient uptake efficiency for each analyzed strain was calculated, reflecting the degree of nutrient uptake efficiency. For its calculation, the sediment value obtained for the Chlorella vulgaris strain IGF C-111 was taken as one.

Таблица 2.1. - Сравнительные показатели эффективности штамма Chlorella sorokiniana AGT.Table 2.1. - Comparative performance of the strain Chlorella sorokiniana AGT. ПоказателиIndicators Chlorella vulgaris
ИФР С-111
Chlorella vulgaris
IFR S-111
Chlorella vulgaris
BIN
Chlorella vulgaris
BIN
Chlorella vulgaris
GKO
Chlorella vulgaris
GKO
Chlorella sorokiniana
AGT
Chlorella sorokiniana
AGT
Остаточный осадок органических веществ,
г асв
Residual sediment of organic matter,
g asv
4,544.54 3,883.88 2,332.33 0,960.96
Относительная величина эффективности поглощения биогенных элементов (ИФР С-111=1)Relative value of the absorption efficiency of biogenic elements (IGF С-111=1) 1one 1,251.25 1,951.95 4,734.73 Лизис цианобактерии Oscillatoria princeps при 26°С, суткиLysis of the cyanobacterium Oscillatoria princeps at 26°С, day н.п.n.p. н.п.n.p. н.п.n.p. 33

Обозначения: «г асв» - грамм абсолютно сухого вещества; «н.п.» - не подавляетDesignations: "g asv" - grams of absolutely dry matter; "n.p." - does not suppress

Как видно из таблицы 2.1., планктонный эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT значительно эффективнее снижает концентрацию основных биогенных элементов по сравнению со штаммами сравнения, в том числе в 3,8 раза эффективнее штамма-аналога (Chlorella vulgaris BIN), что способствует активному подавлению новым штаммом Chlorella sorokiniana AGT роста цианобактерии Oscillatoria princeps, тогда как другие известные штаммы не оказывали никакого влияния на ее рост.As can be seen from Table 2.1., the plankton eurybiont strainChlorella sorokinianaAGT significantly reduces the concentration of the main biogenic elements compared to the comparison strains, including 3.8 times more effective than the analogue strain (Chlorella vulgaris BIN), which contributes to the active suppression of the new strainChlorella sorokinianaAGT cyanobacteria growthOscillatoria princeps,while other known strains had no effect on her growth.

Пример 3. Повышение уровня концентрации растворенного кислорода в воде.Example 3. Increasing the concentration of dissolved oxygen in water.

Для проведения эксперимента было взято 20 литров воды из естественного водоема, c начальной концентрацией растворенного кислорода 5,5 мг/л и значением водородного показателя рН 8,0 и разделено на два образца (опытный и контрольный). В опытный образец было добавлено 100 мл суспензии планктонного эврибионтного штамма Chlorella sorokiniana AGT. Через 24 и 48 часов были проведены замеры концентраций растворенного кислорода и значений рН. В результате эксперимента концентрация растворенного кислорода в опытном образце через 24 часа после добавления суспензии нового штамма составила 9,7 мг/л, рН - 8,4, через 48 часов - 10,3 мг/л, рН - 8,0. В контрольном образце не было зафиксировано наблюдаемых изменений. Оба образца содержались на свету в лабораторных условиях при температуре около 24°С.For the experiment, 20 liters of water were taken from a natural reservoir, with an initial concentration of dissolved oxygen of 5.5 mg/l and a pH value of 8.0, and divided into two samples (experimental and control). 100 ml of a suspension of the planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT was added to the test sample. Dissolved oxygen concentrations and pH values were measured after 24 and 48 hours. As a result of the experiment, the concentration of dissolved oxygen in the test sample 24 hours after adding the suspension of the new strain was 9.7 mg/l, pH - 8.4, after 48 hours - 10.3 mg/l, pH - 8.0. There were no observed changes in the control sample. Both samples were kept in the light under laboratory conditions at a temperature of about 24°C.

Как показали проведенные эксперименты, новый штамм Chlorella sorokiniana AGT является высокопродуктивным и способным к активному росту уже при 10°С.Особенностью этого штамма является его высокая адаптивная способность к размножению в широких температурных пределах, что выгодно отличает его от других известных штаммов. Кроме того, новый штамм обладает способностью восстанавливать нарушенное равновесие в водоемах, которое неизбежно теряется в процессе эвтрофикации. Основной причиной эвтрофикации водоемов является чрезмерное использование удобрений в сельском хозяйстве: избыток биогенных элементов, в особенности нитрата и фосфора, вымывается, стекает по поверхности или вымывается грунтовыми водами и таким образом попадает в озера и водоемы. Биогены могут вызывать обильный рост фитопланктона, который препятствует прохождению солнечного света в толщу воды, вследствие чего нарушаются процессы фотосинтеза бентосных растений и тем самым уменьшается концентрация кислорода. Более того, происходит накопление большой массы отмершего фитопланктона - детрита; бактерии, потребляя детрит, уменьшают содержание кислорода, таким образом фитопланктоном вытесняются бентосные растения, наступает гибель рыбы. Предлагаемый штамм способен эффективно поглощать биогенные элементы, например, избыточной азот и фосфор, за счет чего полностью устраняется интенсивное размножение синезеленых водорослей, которые являются начальным звеном развития эвтрофикации. Кроме того, штамм Chlorella sorokiniana AGT является природным антиоксидантом, замедляя процессы гниения, которые начинаются из-за недостатка кислорода. Процесс гниения сопровождается выделением углекислого газа, поэтому торможение процессов гниения новым штаммом способствует предотвращению образования углекислого газа, а выделяемый СО2 утилизируется штаммом в процессе фотосинтеза.As shown by the experiments, the new strain of Chlorella sorokiniana AGT is highly productive and capable of active growth already at 10°C. In addition, the new strain has the ability to restore the disturbed balance in water bodies, which is inevitably lost in the process of eutrophication. The main cause of eutrophication of water bodies is the excessive use of fertilizers in agriculture: excess nutrients, especially nitrate and phosphorus, are washed out, run off the surface or are washed away by groundwater and thus enter lakes and water bodies. Nutrients can cause abundant growth of phytoplankton, which prevents the passage of sunlight into the water column, as a result of which the processes of photosynthesis of benthic plants are disrupted and thus the concentration of oxygen is reduced. Moreover, there is an accumulation of a large mass of dead phytoplankton - detritus; bacteria, consuming detritus, reduce the oxygen content, thus benthic plants are displaced by phytoplankton, and fish die. The proposed strain is able to effectively absorb biogenic elements, such as excess nitrogen and phosphorus, due to which the intensive reproduction of blue-green algae, which are the initial link in the development of eutrophication, is completely eliminated. In addition, the Chlorella sorokiniana AGT strain is a natural antioxidant, slowing down the decay processes that begin due to lack of oxygen. The process of decay is accompanied by the release of carbon dioxide, so the inhibition of the processes of decay by a new strain helps to prevent the formation of carbon dioxide, and the released CO 2 is utilized by the strain in the process of photosynthesis.

В результате изучения ремедиационного потенциала нового штамма было установлено, что эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT способен эффективно удалять биогенные элементы, а также восстанавливать кислородный режим в эвтрофированных водоемах, вследствие чего предлагаемый штамм может быть использован для стабилизации и восстановления динамического равновесия водоемов любого хозяйственного назначения (от водоемов, предназначенных для питьевого использования, до сильнозагрязненных). Учитывая комплексный полифункциональный биологический механизм и различные группы организмов, которые задействованы при ремедиации, следует также отметить, что новый штамм, благодаря своей функциональной активности, способен ускорять процессы биотического самоочищения водоемов.As a result of studying the remediation potential of the new strain, it was found that the eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT is able to effectively remove biogenic elements, as well as restore the oxygen regime in eutrophicated water bodies, as a result of which the proposed strain can be used to stabilize and restore the dynamic balance of water bodies of any economic purpose (from water bodies intended for drinking use to heavily polluted). Considering the complex polyfunctional biological mechanism and various groups of organisms that are involved in remediation, it should also be noted that the new strain, due to its functional activity, is able to accelerate the processes of biotic self-purification of water bodies.

Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.While the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it should be apparent to those skilled in the art that the specific experiments described in detail are for the purpose of illustrating the present invention only and should not be construed as limiting the scope of the invention in any way. It should be clear that it is possible to carry out various modifications without departing from the essence of the present invention.

Claims (1)

Планктонный эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT ВКПМ Al-29, предназначенный для улучшения экологического состояния водных объектов.Plankton eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT VKPM Al-29, designed to improve the ecological state of water bodies.
RU2021124531A 2021-08-18 2021-08-18 Plankton eurybiontic strain of microalgae chlorella sorokiniana agt intended to improve the ecological state of water bodies RU2774294C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2022/050249 WO2023022628A1 (en) 2021-08-18 2022-08-16 Planktonic eurybiontic microalgal strain chlorella sorokiniana agt

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2774294C1 true RU2774294C1 (en) 2022-06-16

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2064454C1 (en) * 1992-08-10 1996-07-27 Дзержинская Ирина Станиславовна Method of biological treatment of fish-processing plant sewage
RU2192459C1 (en) * 2001-04-18 2002-11-10 Богданов Николай Иванович Strain of microalga chlorella vulgaris bin for biomass preparing and waste treatment
RU2585523C1 (en) * 2015-03-31 2016-05-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Альгобиотехнология" PLANKTON STRAIN Chlorella kessleri TO PREVENT "BLOOM" OF BLUE-GREEN ALGAE IN PONDS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2064454C1 (en) * 1992-08-10 1996-07-27 Дзержинская Ирина Станиславовна Method of biological treatment of fish-processing plant sewage
RU2192459C1 (en) * 2001-04-18 2002-11-10 Богданов Николай Иванович Strain of microalga chlorella vulgaris bin for biomass preparing and waste treatment
RU2585523C1 (en) * 2015-03-31 2016-05-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Альгобиотехнология" PLANKTON STRAIN Chlorella kessleri TO PREVENT "BLOOM" OF BLUE-GREEN ALGAE IN PONDS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE ANDRADE C. H, et al, An overview on the application of genus Chlorella in biotechnological processes, Journal of Advanced Research in Biotechnology, 2(1): 1-9 DOI: http://dx.doi.org/10.15226/2475-4714/2/1/00117. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Panwichian et al. Isolation of purple nonsulfur bacteria for the removal of heavy metals and sodium from contaminated shrimp ponds
US9102552B2 (en) Production of cyanobacterial or algal biomass using chitin as a nitrogen source
CN108587915B (en) Chlorella W5 capable of removing heavy metals in water with high heavy metal content and application thereof
CN1326991C (en) High anti-mercury offensive smell pseudomonas strain CHY-7 and use in treating mercury pollution
CN106630193B (en) Biological comprehensive control method for treating cyanobacterial bloom by using microbial preparation
CN110241049B (en) Pseudoalteromonas with algae dissolving capacity and application thereof to Karenia mikimotoi red tide
CN108546649B (en) Chlorella W2 capable of removing heavy metals in water with high heavy metal content and application thereof
CN103937726A (en) Alga-lysing pseudomonas aeruginosa and application thereof
Manage et al. Biodegradation of microcystin-LR by natural bacterial populations
CN101139140A (en) Aerugo microcapsule algae degradation method using animalcule
CN105331552B (en) One plant of efficient denitrification acinetobacter calcoaceticus novel species and its application
Bhuyar et al. Salinity reduction from poly-chem-industrial wastewater by using microalgae (Chlorella sp.) collected from coastal region of peninsular Malaysia
US10173913B2 (en) Process of treating buchu mercaptan production wastewater using microalgae and chitin as a nitrogen source
CN114107092B (en) Endophyte Gordonia L191 for degrading phthalate and application thereof
Abe et al. Removal of inorganic nitrogen sources from water by the algal biofilm of the aerial microalga Trentepohlia aurea
CN109971691B (en) Selenium-enriched bacteria and separation method thereof
CN109576160B (en) Chlorella W3 capable of removing heavy metals in water with high heavy metal content and application thereof
CN117165445A (en) Fungus-diatom synergistic pond culture water quality improver and preparation method thereof
CN102604868B (en) Alteromonas and application thereof in inhibiting growth of red-tide algae
RU2774294C1 (en) Plankton eurybiontic strain of microalgae chlorella sorokiniana agt intended to improve the ecological state of water bodies
CN110283740A (en) A kind of degradation high-ammonia-nitrogen sewage composite bacteria agent and its application in processing sewage
CN116515665A (en) Pseudomonas capable of degrading microcystin, immobilized microbial agent and application
CN108102943A (en) A kind of efficient denitrification microorganism and its application
WO2023022628A1 (en) Planktonic eurybiontic microalgal strain chlorella sorokiniana agt
CN110684687B (en) Enterococcus faecalis ST5 and application thereof in azo dye degradation