Growth Study Arthrospira platensis Gomont Culture in a Two-Stage Luminostat

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The work is devoted to the experimental study of Arthrospira platensis culture growth in a two-stage luminostat. A new method of flow culture is presented, which allows to increase the efficiency of light energy assimilation, as well as to control the content of photosynthetic pigments in algal biomass. In the first stage, the growth of A. platensis culture in the first stage of luminostat in batch mode was investigated. Due to high surface and spatial irradiance, a prolonged exponential phase is present on the growth curve. The maximum specific growth rate of the culture was 0.96 1/day and the chlorophyll a and C-phycocyanin content was low – 1.37 and 2.3% respectively. The light energy passing through the first stage varied from 2.23 to 33.24% depending on the maintained density of the quasi-continuous culture. The reduction in light flux affected the maximum productivity of A. platensis in the second stage of luminostat, which was 0.08 g/(l·day). In the second experiment, cultivation was carried out in a two-stage luminostat regime, in which the nutrient medium was sequentially flowed through both stages. It was shown that in the second stage, due to a decrease in irradiance, photoadaptation of A. platensis cells occurred, consisting in a slight increase in the proportion of chlorophyll a and a significant increase in C-phycocyanin – 13.6 %. The pigment content was directly influenced by the uniformity of cell irradiation, which for the second stage was only 8 %, which led to a decrease in productivity and an increase in the content of C-phycocyanin. The obtained results allow us to recommend the two-stage luminostat for optimisation problems solving on obtaining microalgae biomass of a given pigment composition.

About the authors

R. G. Gevorgiz

A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of Russian Academy of Sciences

Sevastopol, Russia

A. S. Lelekov

A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of Russian Academy of Sciences

Email: a.lelekov@ibss-ras.ru
Sevastopol, Russia

N. M. Beregovaya

A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of Russian Academy of Sciences

Sevastopol, Russia

References

  1. Работнова И.А., Позмогова И.Н. Хемостатное культивирование и ингибирование роста микроорганизмов. М.: “Наука”, 1979. 207 с.
  2. Патент СССР. 1929. № 9750. https://patentdb.ru/patent/9750
  3. Novick A., Szilard L. // Science. 1950. V. 112. Р. 715–718. https://doi.org/10.1126/science.112.2920.715
  4. Herbert D., Elsworth R., Telling R.C. // J. Gen. Microb. 1956. V. 14. № 3. P. 601–622. https://doi.org/10.1099/00221287-14-3-601
  5. Maxon W.D. // Appl. Microb. 1955. V. 3. № 2. P. 110–122. https://doi.org/10.1128/am.3.2.110-122.1955
  6. Methods in Microbiology / Eds J.R. Norris, D.W. Ribbons. London, New York: Academic Press, 1970. 445 p. https://doi.org/10.1016/S05809517(08)70210-1
  7. Перт С.Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. Перевод с англ. / Pед. И.Л. Работновой. М.: Мир, 1978. 330 с.
  8. Harmand J., Lobry C., Rapaport A., Sari T. The Chemostat. Mathematical Theory of Microorganism Cultures. London: Wiley, 2017. V. 1. 230 p.
  9. Microalgae Biotechnology / Eds. Posten P., Chen S.F. Switzerland, Springer, 2016. 188 p.
  10. Smith H.L., Waltman P. The Theory of the Chemostat: Dynamics of Microbial Competition. Cambridge University Press, 1995. 330 p.
  11. Stanbury P.F., Whitaker A., Hall S.J. Principles of Fermentation Technology (Third Ed.), Chap. 2. Microbial growth kinetics, Butterworth-Heinemann, 2017. P. 21–74.
  12. Утенков М.Д. Микрогенерирование. М.: Советская наука, 1941. 152 с.
  13. Myers J., Clark L.B. // J. Gen. Physiol. 1944. V. 28. P. 103–112. https://doi.org/10.1085/JGP.28.2.103
  14. Bryson V., Szybalski W. // Science. 1952. V. 116. № 3003. P. 45–51. https://doi.org/10.1126/science.116.3003.45
  15. Печуркин Н.С. Популяционная микробиология. Новосибирск: Наука, 1978. С. 1–278.
  16. Гуревич Ю.Л., Ковров Б.Г. // ДАН СССР. 1967. Т. 174. № 1. C. 213–214.
  17. Минкевич И.Г. Материально-энергетический баланс и кинетика роста микроорганизмов. М.: Регулярная и хаотическая динамика; Институт компьютерных исследований, 2005. 351 с.
  18. Clement T., Perez M., Mouret J.R., SabJayrolles J.M., Camarasa C. // Int. J. Food Microbiol. 2011. V. 150. № 1. P. 42–49. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2011.07.016
  19. Bougaran G., Bernard O., Sciandra A. // J. Theor. Biol. 2010. V. 265. № 3. P. 443–454.
  20. Martı́nez C., Bernard O., Mairet F. // IFAC PapersOnLine. 2018. V. 51–52. P. 735–740.
  21. Сидько Ф.Я., Терсков И.А., Береснев Г.Ф., Ерошин Н.С., Захарова В.А. // ДАН СССР. 1971. Т. 199. № 5. C. 1206–1208.
  22. Andrade B.B., Cardoso L.G., Assis D.J., Costa J.A.V., Druzian J.I., da Cunha Lima S.T. // Bioresour. Technol. 2019. V. 284. P. 340–348. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.03.144
  23. Геворгиз Р.Г., Алисиевич А.В., Шматок М.Г. // Экология моря. 2005. Т. 70. С. 96–106. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/4711
  24. Геворгиз Р.Г., Нехорошев М.В. Количественное определение массовой доли С–фикоцианина и аллофикоцианина в сухой биомассе Spirulina (Arthrospira) platensis North. Geitl. Холодная экстракция. Севастополь: Институт морских биологических исследований, 2017. 21 с.
  25. Лелеков А.С., Чернышев Д.Н., Клочкова В.С. // Математическая биология и биоинформатика. 2022. Т. 17. № 1. С. 156–170. https://doi.org/10.17537/2022.17.156
  26. Стадничук И.Н. Фикобилипротеины. Биологическая химия. М.: ВИНИТИ, 1990. Т. 40. 196 с.
  27. Геворгиз Р.Г., Малахов А.С. Пересчет величины освещенности фотобиореактора в величину облученности. Севастополь: ООО “Колорит”, 2018. 60 с. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/2068
  28. Fencl Z., Rcica J., Kodesova J. // J. Appl. Chem. Biotechnol. 1972. V. 22. P. 405–416.
  29. Силкин В.А. Белянин В.Н., Паутова Л.А. // Биология моря. 1977. Т. 1. С. 73–77.
  30. Young B.M., Antczak L.M., Shankar K., Heise R.L. // Cel. Tis. Organs. 2021. V. 210. № 4. Р. 301–310. https://doi.org/10.1159/000517622
  31. Геворгиз Р.Г., Железнова С.Н., Малахов А.С. // Морской биологический журнал. 2023. Т. 8. № 1. C. 27–50. https://doi.org/10.21072/mbj.2023.08.1.03
  32. Шабанова А.В., Лелеков А.С. // Актуальные вопросы биологической физики и химии. 2017. Т. 2. № 1. С. 114–117.
  33. Тренкеншу Р.П. // Экология моря. 2005. Т. 67. С. 98–110. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/4659
  34. Козел Н.В., Доманский В.П., Мананкина Е.Е., Адамчик К.О., Дремук И.А., Савина С.М. // Весці Национальнай акадэміі навук Беларусі. 2015. № 2. C. 44–49.
  35. Wu H. // Biomed. Res. Int. 2016. https://doi.org 10.1155/2016/7383918
  36. Тренкеншу Р.П. // Вопросы современной альгологии. 2017. № 2 (14). http://algology.ru/1180/
  37. Геворгиз Р.Г., Лелеков А.С. // Актуальные вопросы биологической физики и химии. 2021. Т. 6. № 4. С. 576–579.
  38. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С. // Морской экол. журн. 2011. Вып. 10. № 1. С. 73–76. https://repository.marine-research.ru/handle/299011/1140
  39. Белянин В.Н., Сидько Ф.Я., Тренкеншу А.П. Энергетика фотосинтезирующей культуры микроводорослей. Новосибирск: Наука, 1980. 136 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).