stringtranslate.com

Микроводоросли

Микроводоросли наннохлоропсис
Коллекция культур микроводорослей в лаборатории CSIRO

Микроводоросли или микрофиты — это микроскопические водоросли , невидимые невооруженным глазом . Они представляют собой фитопланктон, обычно встречающийся в пресноводных и морских системах, обитающий как в толще воды , так и в осадке . [1] Это одноклеточные виды, которые существуют по отдельности, в цепочках или группах. В зависимости от вида их размеры могут варьироваться от нескольких микрометров (мкм) до нескольких сотен микрометров. В отличие от высших растений, микроводоросли не имеют корней, стеблей или листьев. Они специально приспособлены к среде, в которой доминируют вязкие силы.

Микроводоросли, способные к фотосинтезу , важны для жизни на Земле; они производят примерно половину атмосферного кислорода [2] и используют парниковый газ углекислый газ для фотоавтотрофного роста. «В морском фотосинтезе доминируют микроводоросли, которые вместе с цианобактериями называются фитопланктоном ». [3] Микроводоросли вместе с бактериями образуют основу пищевой сети и обеспечивают энергией все трофические уровни выше них. Биомасса микроводорослей часто измеряется концентрацией хлорофилла а и может служить полезным показателем потенциальной продукции. [4] [5]

Биоразнообразие микроводорослей огромно, и они представляют собой почти неиспользованный ресурс. Было подсчитано, что существует около 200 000-800 000 видов во многих различных родах, из которых описано около 50 000 видов. [ 6] Более 15 000 новых соединений, происходящих из биомассы водорослей, были химически определены. [7] Примеры включают каротиноиды , жирные кислоты , ферменты , полимеры , пептиды , токсины и стерины . [8] Помимо предоставления этих ценных метаболитов, микроводоросли рассматриваются как потенциальное сырье для биотоплива , а также как перспективный микроорганизм в биоремедиации . [9]

Исключением из семейства микроводорослей являются бесцветные Prototheca , которые лишены хлорофилла . Эти бесхлорные водоросли переходят на паразитизм и вызывают у человека и животных заболевание прототекоз .

Характеристики и применение

Разнообразие одноклеточных и колониальных пресноводных микроводорослей

Химический состав микроводорослей не является внутренним постоянным фактором, а варьируется в широком диапазоне факторов, как в зависимости от вида, так и от условий выращивания. Некоторые микроводоросли обладают способностью адаптироваться к изменениям условий окружающей среды, изменяя свой химический состав в ответ на изменчивость окружающей среды. Особенно ярким примером является их способность заменять фосфолипиды нефосфорными мембранными липидами в средах с дефицитом фосфора. [10] Можно в значительной степени накапливать желаемые продукты в микроводорослях, изменяя факторы окружающей среды, такие как температура, освещенность, pH, подача CO2 , соль и питательные вещества.

Микрофиты также производят химические сигналы, которые способствуют выбору добычи, защите и избеганию. Эти химические сигналы влияют на крупномасштабные тропические структуры, такие как цветение водорослей , но распространяются посредством простой диффузии и ламинарного адвективного потока. [11] [12] Микроводоросли, такие как микрофиты, составляют основную пищу для многочисленных видов аквакультуры, особенно фильтрующих двустворчатых моллюсков .

Фото- и хемосинтетические водоросли

Фотосинтетические и хемосинтетические микробы также могут формировать симбиотические отношения с организмами-хозяевами. Они снабжают их витаминами и полиненасыщенными жирными кислотами, необходимыми для роста двустворчатых моллюсков, которые не способны синтезировать их сами. [13] Кроме того, поскольку клетки растут в водной суспензии, они имеют более эффективный доступ к воде, CO 2 и другим питательным веществам.

Микроводоросли играют важную роль в круговороте питательных веществ, фиксации неорганического углерода в органических молекулах и выделении кислорода в морской биосфере .

Хотя рыбий жир стал знаменитым благодаря содержанию жирных кислот омега-3 , рыба на самом деле не производит омега-3, а вместо этого накапливает свои запасы омега-3, потребляя микроводоросли. Эти жирные кислоты омега-3 могут быть получены в рационе человека непосредственно из микроводорослей, которые их производят.

Микроводоросли могут накапливать значительные количества белков в зависимости от вида и условий выращивания. Благодаря своей способности расти на непахотных землях микроводоросли могут стать альтернативным источником белка для потребления человеком или корма для животных. [14] Белки микроводорослей также исследуются в качестве загустителей [15] или стабилизаторов эмульсий и пен [16] в пищевой промышленности для замены животных белков.

Некоторые микроводоросли накапливают хромофоры, такие как хлорофилл , каротиноиды , фикобилипротеины или полифенолы, которые могут быть извлечены и использованы в качестве красителей. [17] [18]

Выращивание микроводорослей

Ряд видов микроводорослей выращивается в инкубаториях и используется различными способами в коммерческих целях, в том числе для питания человека , [19] в качестве биотоплива , [20] в аквакультуре других организмов, [21] в производстве фармацевтических препаратов и косметики , [22] и в качестве биоудобрения . [23] Однако низкая плотность клеток является основным препятствием для коммерческой жизнеспособности многих продуктов, полученных из микроводорослей, особенно недорогих товаров. [24]

Исследования выявили основные факторы успеха системы инкубатора микроводорослей: [25] [26]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Thurman, HV (1997). Введение в океанографию . Нью-Джерси, США: Prentice Hall College. ISBN 978-0-13-262072-7.
  2. ^ Уильямс, Робин (25 октября 2013 г.). «Микроскопические водоросли производят половину кислорода, которым мы дышим». The Science Show . ABC . Получено 11 ноября 2020 г. .
  3. ^ Паркер, Микаэла С.; Мок, Томас; Армбруст, Э. Вирджиния (2008). «Геномные исследования морских микроводорослей». Annual Review of Genetics . 42 : 619–645. doi :10.1146/annurev.genet.42.110807.091417. PMID  18983264.
  4. ^ Траш, Саймон; Хьюитт, Джуди ; Гиббс, Макс; Лундквист, Кэралин; Норкко, Альф (2006). «Функциональная роль крупных организмов в приливных сообществах: эффекты сообщества и функция экосистемы». Экосистемы . 9 (6): 1029–1040. doi :10.1007/s10021-005-0068-8. S2CID  23502276.
  5. ^ Сан, Нинг; Скаггс, Ричард Л.; Вигмоста, Марк С.; Коулман, Андре М.; Хюземанн, Майкл Х.; Эдмундсон, Скотт Дж. (июль 2020 г.). «Моделирование роста для оценки альтернативных стратегий культивирования с целью повышения национального производства биомассы микроводорослей». Algal Research . 49 : 101939. doi : 10.1016/j.algal.2020.101939 . ISSN  2211-9264. S2CID  219431866.
  6. ^ Старкс, Сенне (31 октября 2012 г.) Место под солнцем. Водоросли — это урожай будущего, по мнению исследователей в Geel Flanders Today , получено 8 декабря 2012 г.
  7. ^ Кардозо, Карина Х.-М.; Тайс, Гуаратини; Марсело П., Баррос; Ванесса Р., Фалькао; Анжела П., Тонон; Норберто П., Лопес; Сара, Кампос; Моасир А., Торрес; Андерсон О., Соуза; Пио, Колепиколо; Эрнани, Пинто (29 июня 2006 г.). «Метаболиты водорослей с экономическим эффектом». Сравнительная биохимия и физиология C . 146 (1–2): 60–78. дои : 10.1016/j.cbpc.2006.05.007. ПМИД  16901759.
  8. ^ Ратха СК, Прасанна Р. (февраль 2012 г.). «Биоразведка микроводорослей как потенциальных источников «зеленой энергии» — проблемы и перспективы». Прикладная биохимия и микробиология . 48 (2): 109–125. doi :10.1134/S000368381202010X. PMID  22586907. S2CID  18430041.
  9. ^ Юврадж (2022). «Микроводорослевая биоремедиация: чистый и устойчивый подход к контролю загрязнения окружающей среды». Инновации в экологической биотехнологии . Том 1. Сингапур: Springer Singapore. стр. 305–318. doi :10.1007/978-981-16-4445-0_13. ISBN 978-981-16-4445-0.
  10. ^ Боначела, Хуан; Рагиб, Майкл; Левин, Саймон (21 февраля 2012 г.). «Динамическая модель гибкого поглощения питательных веществ фитопланктоном». PNAS . 108 (51): 20633–20638. doi : 10.1073/pnas.1118012108 . PMC 3251133 . PMID  22143781. 
  11. ^ Вулф, Гордон (2000). «Химическая защитная экология морского одноклеточного планктона: ограничения, механизмы и воздействия». Биологический бюллетень . 198 (2): 225–244. CiteSeerX 10.1.1.317.7878 . doi :10.2307/1542526. JSTOR  1542526. PMID  10786943. 
  12. ^ "растущие водоросли". WUR . Получено 2009-05-19 .
  13. ^ "ЭНЕРГИЯ ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ (включая научные названия)". ifremer. Архивировано из оригинала 2006-11-28 . Получено 2006-09-13 .
  14. ^ Беккер, Э. У. (1 марта 2007 г.). «Микроводоросли как источник белка». Biotechnology Advances . 25 (2): 207–210. doi :10.1016/j.biotechadv.2006.11.002. PMID  17196357.
  15. ^ Гроссманн, Лутц; Хинрихс, Йорг; Вайс, Йохен (24 сентября 2020 г.). «Выращивание и последующая переработка микроводорослей и цианобактерий для получения технофункциональных пищевых ингредиентов на основе белка». Критические обзоры в области пищевой науки и питания . 60 (17): 2961–2989. doi :10.1080/10408398.2019.1672137. PMID  31595777. S2CID  203985553.
  16. ^ Берч, Паскаль; Бёккер, Лукас; Матис, Александр; Фишер, Питер (февраль 2021 г.). «Белки из микроводорослей для стабилизации поверхностей раздела жидкостей, эмульсий и пен». Trends in Food Science & Technology . 108 : 326–342. doi : 10.1016/j.tifs.2020.12.014 . hdl : 20.500.11850/458592 .
  17. ^ Айзпуру, Айтор; Гонсалес-Санчес, Армандо (2024-07-20). «Традиционные и новые тенденции стратегий повышения содержания пигментов в микроводорослях». Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии . 40 (9): 272. doi :10.1007/s11274-024-04070-3. ISSN  1573-0972. PMC 11271434. PMID 39030303  . 
  18. ^ Ху, Цзяньцзюнь; Нагараджан, Диллирани; Чжан, Цюаньго; Чанг, Джо-Шу; Ли, Дуу-Чон (январь 2018 г.). «Гетеротрофное культивирование микроводорослей для производства пигментов: обзор». Достижения биотехнологии . 36 (1): 54–67. doi :10.1016/j.biotechadv.2017.09.009. ПМИД  28947090.
  19. ^ Леки, Эвелин (14 января 2021 г.). «Ученые из Аделаиды превращают морские микроводоросли в «суперпродукты», заменяющие животные белки». ABC News . Australian Broadcasting Corporation . Получено 17 января 2021 г. .
  20. ^ Чисти, Юсуф (2008). «Биодизель из микроводорослей превосходит биоэтанол» (PDF) . Тенденции в биотехнологии . 26 (3): 126–131. doi :10.1016/j.tibtech.2007.12.002. PMID  18221809.
  21. ^ Арно Мюллер-Фёга (2000). «Роль микроводорослей в аквакультуре: ситуация и тенденции» (PDF) . Журнал прикладной физиологии . 12 (3): 527–534. doi :10.1023/A:1008106304417. S2CID  8495961.
  22. ^ Исуру Виджесекара; Ратих Пангестути; Се-Квон Ким (2010). «Биологическая активность и потенциальная польза для здоровья сульфатированных полисахаридов, полученных из морских водорослей». Углеводные полимеры . 84 (1): 14–21. doi :10.1016/j.carbpol.2010.10.062.
  23. ^ Упасана Мишра; Сунил Пабби (2004). «Цианобактерии: потенциальное биоудобрение для риса» (PDF) . Резонанс . 9 (6): 6–10. дои : 10.1007/BF02839213. S2CID  121561783.
  24. ^ Юврадж; Амбариш Шаран Видьярти; Джиут Сингх (2016). «Повышение плотности клеток Chlorella vulgaris: исследования с использованием встряхиваемой колбы и настольного фотобиореактора для выявления и контроля ограничивающих факторов» . Корейский журнал химической инженерии . 33 (8): 2396–2405. doi :10.1007/s11814-016-0087-5. S2CID  99110136.
  25. ^ Юврадж; Падмини Падманабхан (2017). «Техническое представление о требованиях к росту микроводорослей в фотобиореакторах с насыщением CO2». 3 Biotech . 07 (2): 119. doi :10.1007/s13205-017-0778-6. PMC 5451369 . PMID  28567633. 
  26. ^ Юврадж; Амбариш Шаран Видьярти; Джиут Сингх (2016). «Повышение плотности клеток Chlorella vulgaris: исследования с использованием встряхиваемой колбы и настольного фотобиореактора для выявления и контроля ограничивающих факторов» . Корейский журнал химической инженерии . 33 (8): 2396–2405. doi :10.1007/s11814-016-0087-5. S2CID  99110136.
На Викискладе есть медиафайлы по теме Микрофиты .