Микроводоросли наннохлоропсисКоллекция культур микроводорослей в лаборатории CSIRO
Микроводоросли или микрофиты — микроскопические водоросли , невидимые невооруженным глазом . Это фитопланктон , обычно встречающийся в пресноводных и морских системах, обитающий как в толще воды , так и в отложениях . [1] Это одноклеточные виды, которые существуют индивидуально, цепочками или группами. 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 и листьев. Они специально адаптированы к среде, в которой преобладают силы вязкости.
Микроводоросли, способные осуществлять фотосинтез , имеют важное значение для жизни на Земле; они производят примерно половину атмосферного кислорода [2] и используют углекислый газ, вызывающий парниковый эффект, для фотоавтотрофного роста. «В морском фотосинтезе доминируют микроводоросли, которые вместе с цианобактериями называются фитопланктоном ». [3] Микроводоросли вместе с бактериями составляют основу пищевой сети и обеспечивают энергией все вышестоящие трофические уровни . Биомасса микроводорослей часто измеряется по концентрации 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 многих различных родов, из которых описано около 50 000 видов. [6] Химическим путем определено более 15 000 новых соединений, происходящих из биомассы водорослей. [7] Примеры включают каротиноиды , антиоксиданты , жирные кислоты , ферменты , полимеры , пептиды , токсины и стеролы . [8] Помимо обеспечения этих ценных метаболитов, микроводоросли считаются потенциальным сырьем для биотоплива , а также стали многообещающими микроорганизмами в биоремедиации . [9]
Исключением из семейства микроводорослей являются бесцветные прототеки , лишенные хлорофилла . Эти ахлорофные водоросли переходят к паразитизму и вызывают у человека и животных заболевание прототекоз .
Характеристики и использование
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 культивирования. 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 бесфосфорными мембранными липидами в средах, обедненных фосфором. [10] В микроводорослях можно в значительной степени накапливать нужные продукты за счет изменения факторов окружающей среды, таких как температура, освещенность, pH, подача CO 2 , соли 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 за счет простой диффузии и ламинарного адвективного потока. [11] [12] Микроводоросли, такие как микрофиты, составляют основной пищевой продукт для многих видов аквакультуры, особенно для фильтрующих двустворчатых моллюсков .
Фото- и хемосинтезирующие водоросли
Фотосинтезирующие и хемосинтезирующие микробы также могут вступать в симбиотические отношения с организмами-хозяевами. Они снабжают их витаминами и полиненасыщенными жирными кислотами, необходимыми для роста двустворчатых моллюсков, которые не способны синтезировать их самостоятельно. [13] Кроме того, поскольку клетки растут в водной суспензии, они имеют более эффективный доступ к воде, CO 2 и другим питательным веществам.
Хотя рыбий жир стал известен благодаря содержанию жирных кислот омега-3 , рыба на самом деле не производит омега-3, а накапливает запасы омега-3, потребляя микроводоросли. Эти жирные кислоты омега-3 можно получить в рационе человека непосредственно из микроводорослей, которые их производят.
Микроводоросли могут накапливать значительные количества белков в зависимости от вида и условий культивирования. 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 пены [16] в пищевой промышленности для замены белков животного происхождения.
Ряд видов микроводорослей производятся в инкубаториях и используются различными способами в коммерческих целях, в том числе для питания человека , [18] в качестве биотоплива , [19] в аквакультуре других организмов, [20] при производстве фармацевтических препаратов . и косметика , [21] и в качестве биоудобрения . [22] Однако низкая плотность клеток является основным препятствием для коммерческой жизнеспособности многих продуктов, полученных из микроводорослей, особенно недорогих товаров. [23]
В исследованиях были изучены основные факторы успеха системы инкубации микроводорослей: [24] [25]
Геометрия и масштаб систем культивирования (называемых фотобиореакторами );
Интенсивность света;
Концентрация углекислого газа (CO 2 ) в газовой фазе
↑ Уильямс, Робин (25 октября 2013 г.). «Микроскопические водоросли производят половину кислорода, которым мы дышим». Научное шоу . АВС . Проверено 11 ноября 2020 г.
^ Паркер, Микаэла С.; Мок, Томас; Армбруст, Э. Вирджиния (2008). «Геномный взгляд на морские микроводоросли». Ежегодный обзор генетики . 42 : 619–645. doi : 10.1146/annurev.genet.42.110807.091417. ПМИД 18983264.
^ Дрозд, 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. дои : 10.1007/s10021-005-0068-8. S2CID 23502276.
^ Сунь, Нин; Скэггс, Ричард Л.; Вигмоста, Марк С.; Коулман, Андре М.; Хуземанн, Майкл Х.; Эдмундсон, Скотт Дж. (июль 2020 г.). «Моделирование роста для оценки альтернативных стратегий выращивания для увеличения национального производства биомассы микроводорослей». Водорослевые исследования . 49 : 101939. doi : 10.1016/j.algal.2020.101939 . ISSN 2211-9264. S2CID 219431866.
↑ Старкс, Сенне (31 октября 2012 г.) Место под солнцем: водоросли — урожай будущего, по мнению исследователей Geel Flanders Today , дата обращения 8 декабря 2012 г.
^ 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.
^ Ратха С.К., Прасанна Р. (февраль 2012 г.). «Биоразведка микроводорослей как потенциальный источник «зеленой энергии» — проблемы и перспективы». Прикладная биохимия и микробиология . 48 (2): 109–125. дои : 10.1134/S000368381202010X. PMID 22586907. S2CID 18430041.
^ Юврадж (2022). «Биоремедиация микроводорослей: чистый и устойчивый подход к контролю загрязнения окружающей среды». Инновации в экологической биотехнологии . Том. 1. Сингапур: Спрингер Сингапур. стр. 305–318. дои : 10.1007/978-981-16-4445-0_13. ISBN978-981-16-4445-0.
^ Боначела, Хуан; Рагиб, Майкл; Левин, Саймон (21 февраля 2012 г.). «Динамическая модель гибкого поглощения питательных веществ фитопланктоном». ПНАС . 108 (51): 20633–20638. дои : 10.1073/pnas.1118012108 . ПМЦ 3251133 . ПМИД 22143781.
^ Вулф, Гордон (2000). «Экология химической защиты морского одноклеточного планктона: ограничения, механизмы и воздействия». Биологический вестник . 198 (2): 225–244. CiteSeerX 10.1.1.317.7878 . дои : 10.2307/1542526. JSTOR 1542526. PMID 10786943.
^ «растущие водоросли». ВУР . Проверено 19 мая 2009 г.
^ «ЭНЕРГИЯ ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ (включая научные названия)» . ифремер. Архивировано из оригинала 28 ноября 2006 г. Проверено 13 сентября 2006 г.
^ Беккер, EW (1 марта 2007 г.). «Микроводоросли как источник белка». Достижения биотехнологии . 25 (2): 207–210. doi :10.1016/j.biotechadv.2006.11.002. ПМИД 17196357.
^ Гроссманн, Лутц; Хинрикс, Йорг; Вайс, Йохен (24 сентября 2020 г.). «Культивирование 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. дои : 10.1080/10408398.2019.1672137. PMID 31595777. S2CID 203985553.
^ Берч, Паскаль; Бёккер, Лукас; Матис, Александр; Фишер, Питер (февраль 2021 г.). «Белки микроводорослей для стабилизации границ раздела жидкостей, эмульсий и пен». Тенденции в пищевой науке и технологиях . 108 : 326–342. дои : 10.1016/j.tifs.2020.12.014 . hdl : 20.500.11850/458592 .
^ 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.
↑ Леки, Эвелин (14 января 2021 г.). «Ученые Аделаиды превращают морские микроводоросли в «суперпродукты», заменяющие животные белки». Новости АВС . Австралийская радиовещательная корпорация . Проверено 17 января 2021 г.
^ Чисти, Юсуф (2008). «Биодизельное топливо из микроводорослей превосходит биоэтанол» (PDF) . Тенденции в биотехнологии . 26 (3): 126–131. doi :10.1016/j.tibtech.2007.12.002. ПМИД 18221809.
^ Арно Мюллер-Феуга (2000). «Роль микроводорослей в аквакультуре: ситуация и тенденции» (PDF) . Журнал прикладной психологии . 12 (3): 527–534. дои : 10.1023/А: 1008106304417. S2CID 8495961.
^ Исуру Виджесекара; Ратих Пангесути; 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.
