Введение к работе
Актуальность проблемы. На протяжении более 30 лет в Институте боданики-Щ РУз известной научной школой акад. Ы.А»ОДузафарова ведутоя исследования по распространению,, выделению, сохранению, культивированию и практическому применению микроводорослей в различных- отраслях народного хозяйства. Создана большая коллекция' (около 50 видов) зеленых, сине-зеленых и других- микроводорослей, выделенных, из почвы и, различных, водоемов республики (Эргашев,1983; Ыузафаров, 1387,- Кучкарова, 1290; Вердыкулов, 1291).. В исследованиях Х.А«Бердынулова (1991) были установлены биологические, в частности ботанические, особенности, отдельных представителей1 хлоро-кокковых, хламидомонадовых и эвгленовых микроводорослей, разработаны методы их массового культивирования. Однако более детальные и всесторонние исследования, связанные с изучением физиолого-био-химических. особенностей этих водорослей и используемых в массовом культивировании-родовDunaliella и. stichococcus не проводшшс;
Как известно, эффективность применения биомассы микроводорос
лей в практических целях, особенно в сельскохозяйственном произ
водстве, определяется-прежде всего, юь. физиолога-биохимическими.
особенностями, Подбор новых высокоактивных- микроводорослей - про
дуцентов ценных, в практическом отношении: соединений позволил'бы
расширить область их практического применения. Поэтому способы
получения биомассы микроводорослей,, а из нее - различных* ценных,
соединений, базирующиеся на использовании, основных закономернос
тей биогаштетическо деятельности микроводорослей, должна основы-
ваться-на глубоком изучении-физиологии, и биохимии .продуцента. Эф
фективность накопления биомассы и. новообразования клетками, компо
нентов, важных, для решения практических., задач, в значительной, сте
пени, зависит от создания оптимальных, условий выращивания каждою
вида и штамма.-Подбор оптимальных условий для выращивания отдель
ного продуцента позволяет получить, биомассу,- содержащую различная
целевые продукты, переориентируя, тем самым метаболизм клетки на
преимущественное накопление. .
Следовательно, изучение физиолого-биохимическшь особенностей фотосинтезирующих клеток микроводор'ослей, адаптированных, к экологическим условиям Узбекистана,и отбор более активных продуцентов признается важным для решения вопросов, связанных о обеспечением различных отраслей народного хозяйства республики (животноводство,
птицеводство, пищэвая,- фармацевтическая, "парфюы&рная промышленность и др.) альгологическнм "сырьем".
Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы — всесторонне изучить физиолого-биахимические особенности хозяйственно перспективных местных видов ж штаммов щкроводорослей из родов AnkistrodesEEis , Chlamydomonas - , Euglena , Stichococcus , Dunaliella. при различных условиях выращивания; установить па- -раметры их'культивирования с целью повышения урожайности, оптимизации и направленного биосинтеза ценных биологически активных соединений; разработать эффективные способы практического применения биомассы водорослей. :
Достижение поставленной цели требовало решения следующих за- .
дач; определение оптимальных условий культивированиямикроводоро
слей (световой и температурный режимы) для максимального накопле
ния биомассы и- ценных соединений в их клетках; изучение влияния
MCG. на рост, продуктивность ж биохимический состав клеток микро-
водорослей; определение оптимального режима питания для накопле
ния.важных компонентов л разработки экономически целесообразных
способов культивирования микроводорослей, в том числе на средах,
содержащих-отходы пищевой промышленности; разработка технологиче
ских приемов выращивания {сезон и продолжительность культивирова
ния, тип установки,, характер перемешивания л др.) различных водот
рослей для 'сохранения в их клетках максимального уровня накопле
ния ценных соединений'при' непрерывном цикле развития; разработка
путей" регуляции углеродного питания микроводорослей путем изуче
ния активности", локализации и функциональней роли карбоангидразы
в клетках различных таксонові; сравнительное изучение биосинтети- -
ческого потенциала микроводорослей, для поиска-наиболее активных
продуцентов; выявление .возможности- повышения способности" проду
центов накапливать отдельные соединения; изучение.перспектив при
менение активных продуцентов в некоторых отраслях народного хозяй-*
ства, в частности-в пушном звероводстве, в качестве заменителя
животного белка. - . ' ' - ~- - ' ;
Научная новизна. Впервые дана оценка биосинтетической способности ТА видов л штаммов микроводорослей: образовывать денные для -практики с,сединения, отобраны наиболее активные тэодупенты. Всесторонне изучены закономерности, накопления биомассы^и практически. важных соединений в клетке, в частности белков (фракционный и ами-нокислый оостав)глкпидов (фосфолипидный и жирнокислотный состав),
углеводов,, органических веществ- Исследована активность и локализация карбоангицразы в клетках различных микроводорослей в зависимости ох условий их. выращивания.' -
- Для интенсивного роста и эффективного.воспроизведения клетками ценных: компонентов подобраны условия размножения каждого проду-йе^нта, установлена способность к сверхнакоплению отдельных, соедине-дий добавлением в питательные среды некоторых макро- и микроэлемен-И»тов, а также подбором световых режимов. Разработаны способы удешевления биомассы микроводорослей путем их культивирования на питательных средах,, содержащих пищевые отходы.
Впервые установлена биосинтетическая активность дуналиеллы при массовом культивировании в условиях Узбекистана,
Изучена локализация различных, форм карбоангидразы в клетках эвгленовых водорослей. Установлена зависимость активности различных форм карбоангидразы от условий азотного голодания и лимитирования по CQ2 в клетках эвгленовых и хламидомонадовых водорослей. Доказана возможность использования'биомассы микроводорослей в качестве заменителя животного белка в рационе молодняка норов.
Практическая значимость работы.Долученные данные о биотехног-логической потенции разных видов и штаммов местных, форм микроводорослей позволяют рекомендовать использование их биомасоы в различных, отраслях сельского хозяйства,и в звероводстве. Установлены параметры культивирования для оптимизации- состава биомассы-каждого вида и штамма-. Выявлены активные продуценты отдельных ценных биологических, веществ: белков (эвглена), углеводов (хламидомонада), ли-пидов (анкистродесмус), каротина и токоферола (дуналиелла), а также некоторых незаменимых аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот, отдельных фракций фосфолипидов, органических вещаств, выделяемых в куль туральную среду и др., что имеет важное значение при-широкомасштабном освоении способов получения отдельных ценных веществ Предложен способ экономного расходования углекислого газа в установках под открытым,небом с учетом изменения активности", карбоангидразы. Установлена возможность использования биомассы микровода-рослей в качестве заменителя животного белка (20&) в рационе молодняка норок, позволяющего экономить ежедневно до 1 т мяос-рыбных продуктов в Ангренском зверохйзяйстве. Полученные результаты могут быть использованы в качестве регламента при оовоении технологии промышленного культивирования местных видов' водорослей в условиях, Узбекистана, использовании их биомассы и метаболитов в различных
. 6-
отраслях сельского хозяйства, а также при- получении отдельных, физиологически активных веществ для медицины и парфюмерии;
Основные положения выдвигаемые на защиту. Т- Исследованы фи-зиолого-биохимичеокие особенности. 14 видов и- штаммов микроводорослей, в том числе 8, выделенных из< местной природы, с целью выявления наиболее хозяйственно'перспективных форм.
2. Выявлены основные закономерности-изменения роста,продуктивности; и биохимического состава микроводорасли. под влиянием внешних. факторов (температура, интенсивность и продолжительность освещения, ИКСС, минеральное питание),что позволит, повысить урожайность и.накопление5 ценных, соединений в клетках, микроводорослей. Использование органических пищевых отходов в качестве питательных сред обеспечит экономичные способы культивирования микроводорослей.
.3» ВЫЯВЛеННЫе ТехНОЛОГИЧНЫе реЖИМЫ Н-уЛЬТИВИрОВаНИЯ (СЄ30Н, 1ШХ
установки,, характер перемешивания, продолжительность выращивания)
позволяют выращивать культуру без потери ее биосинтетической активе
ности,, при непрерывно-проточном способе, а изучение активности, ло
кализации и функциональной роли карбоангидразы - регулировать угле
родное питание водоросли. ...
..4. На основе изучения биохимического состава клеток макроводорослей: выявлена наиболее..активные -продуцент отдельных.ценных веществ -белков».незаменимых, аминокислот-, фосфолипидов, полиненаоаден-ных. жирных .кислот, (эвглена)-,, витаминов (дуналиелла), углеводов и внеклеточных-метаболитов (хламидомонада)-и установлены путь. оверж.-г накопления ценных соединений активных продуцентов под влиянием некоторых, внешних, факторов (азотное питание,, микроэлементы,, фотолершзд
-
Наиболее активные продуценты применены в пушном.звероводстве в качестве заменителя животного белка. Замена (20#) основного pa- . ци она молодняка норок-, пастой, хламидомонады оказывает, биостимулит-' рующий- эффект-на метоболизм животного организма и дает, возможность сэкономила мясо-рыбные продукты.
-
Результаты*.выполненных исследований служат физиолото-биохи-мической основой получения и использования биомассы «икроводорос-лей в качестве, продуцентов биологически активных ооединений в различных отраотях народного хозяйства.
Апробация работы. Материалы диссертации- доложены и обсуждены на конференции по микробиологии, альгологии и микологии-, посвященной 50-летию образования Узбекской ССР' (Ташкент, .1974); У1,УП и УШ
конференциях по споровым растениям Средней Азии и Казахстана (Ду- .
шанбе, 1978; Алма*-Ата, 1984; Ташкент, 1989); Всесоюзной конференции по биофизике и радиобиологии- водорослей (Чернигов, IS82); Всесоюзной конференции- "Использование микроорганизмов для пищевых целей (Щщино, 1984); I и. И Всесоюзных конференциях "Промышленное культивирование микроводорослёй" (Ашхабад, 1985; Андижан, 1990); ІЇ конференции биохимиков республик ареднеа Азии и Казахстана (Ашхабад,. 1386); U Всесоюзной конференции "Управляемое культивирование микроорганизмов" (Пушино, І96&); I Всесоюзной конференции" иАктуальные проблемы современной альгологии'" (Черкассы, 1987); I Всесоюз-, ' ной конференции "Микроорганизмы стимуляторы и ингибиторы роста растений и животных" (Ташкент, 1989); Всесоюзной конференции "Хемо-. таксономическое изучение споровых растений и грибов (Киев, 19ЭД); Международной конференции' "Фотосинтез и фотобиотехнология"-(Вущи-но, І99І); семинаре лаборатории биохимии и биотехнологии фототроф-ных микроорганизмов Института почвоведения и. фотосинтеза РЖ (Пу-щино, I9S0); расширенном заседании лаборатории" фотосинтеза водорослей Института ботаники АН РУз (Іашкент, 1993).
Публикации. Опубликовано 48 работ, в том числе 39 по материа
лам диссертации. '
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит 259 с.
машинописного текста,, включая .75'таблиц, 16 рисунков, и состоит
из введения,, 1: глав, заключения', выводов, списка использованной
литературы, насчитывающего 2&А работы отечественных авторов и 106
зарубежных, ..
