Результат интеллектуальной деятельности: ПЛАНКТОННЫЙ ШТАММ Chlorella kessleri ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ "ЦВЕТЕНИЯ" ВОДОЁМОВ СИНЕЗЕЛЕНЫМИ ВОДОРОСЛЯМИ

Изобретение относится к биотехнологии и представляет собой новый штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella kessleri ВКПМ AI-11 ARW, предназначенный для предотвращения «цветения» водоемов синезелеными водорослями (цианобактериями).

Известен штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella vulgaris ИФР №С-111, обладающий высокой продуктивностью и отвечающий требованиям промышленного культивирования (патент RU 1751981).

Недостатком штамма Chlorella vulgaris ИФР №С-111 является сезонность в развитии, требовательность к составу питательной среды, стойкий цикл развития клеток, узкий спектр температуры культивирования (26-36°С).

Известен штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella vulgaris BIN, обладающий широким спектром температуры культивирования (20-40°С), не требовательный к питательной среде и способный к высокой степени очистки различных категорий сточных вод (патент RU 2192459), использующийся также для биологической реабилитации водоемов (Богданов, 2008).

Недостатком 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. Основным недостатком штамма Chlorella vulgaris BIN является узкий спектр приспособленности - только к сточным водам.

Известен штамм одноклеточной зеленой водоросли Parachlorella nurekis 1904 KIEG, обладающий сезонностью размножения в условиях естественных водоемов, отличающийся высокой продуктивностью при производственном культивировании, имеющий возможность к жизнеспособности в водоемах от 0 до 16°С, наделенный адаптацией к условиям различных климатических зон, обладает способностью подавления синезеленых водорослей (патент CZ 301670).

Недостатком 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.

Целью изобретения является получение нового штамма одноклеточной зеленой водоросли Chlorella kessleri ВКПМ Al-11 ARW, обладающего способностью предотвращать "цветение" водоемов синезелеными водорослями, расти в производственных культиваторах при температуре 25-30°С, а в водоемах сохраняться от 4 до 16°С и расти от 17 до 30°С, отличающийся более высокой продуктивностью при культивировании в производственных установках, имеющего возможность сезонного размножения в условиях естественных водоемов и круглогодичного развития в производственных культиваторах, наделенного адаптацией к условиям водоемов различных климатических зон и к воде различных регионов для производственного культивирования.

Исходным для селекции Chlorella kessleri ВКПМ Al-11 ARW был штамм Parachlorella nurekis 1904 KIEG из коллекции водорослей Карлова университета в Праге (CAUP) с обозначением CAUP H 8701, который культивировался на водах естественных и искусственных водоемов различных климатических зон. В результате был отобран промежуточный штамм, наиболее приспособленный к естественным условиям водоемов. Его использование показало высокую пластичность в отношении культивирования как в водоемах, так и в производственных культиваторах. В водоемах показал способность предотвращать "цветение" воды синезелеными водорослями, относящимися к трем родам Aphanizomenon, Anabaena, Microcystis, виды которых в водоемах чаще всего вызывают массовое развитие.

Морфологические признаки. Молодые клетки слабоэллипсоидной формы, размером 2-3 мкм. Взрослые клетки шаровидные, 8-10 мкм в диаметре. Клетки с уже сформированными автоспорами, но еще находящиеся в материнской оболочке 8-12 мкм в диаметре. Размер клеток, готовых к делению, зависит от количества автоспор в них. Молодые клетки наделены тонкой клеточной оболочкой, в процессе роста оболочка утолщается. Оболочка бесцветная, на просвет прозрачная. Автоспоры освобождаются из клетки путем разрыва оболочки обычно на 2-3 доли, которые связаны между собой. Хлоропласт плотно прилегает к оболочке, по форме широкопоясковидный незамкнутый и выстилает 2/3 поверхности клетки. Пиреноид окружен крахмальной оберткой, состоящей из двух полусфер. Размножение происходит автоспорами. Споры одинакового размера. Число спор четыре. Иногда может быть две или больше четырех (восемь), но только четное количество. Деление клеток - асинхронное. Клетки, как молодые, так и взрослые -темно-зеленого цвета.

Физиологические признаки. Штамм автотрофный. Как в лабораторных, так и в производственных условиях растет на питательной среде, состоящей из растворов:

на один литр водопроводной воды. Для приготовления раствора углекислого газа используется зерноматериал. Раствор углекислого газа в количестве 2-10 мл/л вводится в культуральную среду ежедневно. Штамм хорошо развивается как при естественном, так и при искусственном освещении, при этом также используется комбинированное освещение - солнечным светом и лампами. При солнечном освещении или освещении лампами температура суспензии хлореллы не должна превышать 30°С. Оптимальная температура культивирования в дневное время 28-30°С, в ночное 23-25°С.

Штамм приспособлен к прямому солнечному освещению или освещению лампами ДРИ - и ДНаТ-250. Режим освещения как при солнечном, так и лампами составляет 10-12 часов. Штамм устойчиво развивается как при естественном, так и искусственном освещении и не зависит от сезона года.

Антагонистические свойства штамма проявляются при наборе культурой оптической плотности 0,85 D (440), при этом наступает лизис прочей альго-флоры, гибель бактерий, грибов и дрожжей. Штамм обладает устойчивостью к фагам.

Стойкого цикла развития у штамма нет. Деление клеток происходит в любое время суток. Штамм строго соблюдает условия монокультуры.

Культуральные свойства. Для культивирования штамма используется установка для выращивания планктонных водорослей (патент RU 2485174), которая позволяет использовать светильники или солнечное освещение. Емкости установки выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда из прозрачного стекла с одним отверстием на нижней плоскости для слива готовой суспензии и тремя отверстиями на верхней плоскости для размещения датчиков внутри аквариума, трубопроводов для подачи питательной среды и санитарного обслуживания. Оптимальные условия культивирования, которые создаются в установке, позволяют за три дня вместо четырех получить нормативную оптическую плотность суспензии в пределах 1,8-2,0 D (440) (таблица).

Штамм обладает планктонными свойствами, т.е. находится во взвешенном состоянии и свободно парит в водной толще, а также равномерно распределятся в культуральной среде.

Живые клетки штамма заряжены отрицательно, что позволяет им находиться друг от друга на равноудаленном расстоянии. Потеря заряда приводит к гибели клетки, и в этом случае она осаждается на дно емкости культиватора.

Штамм отличается высокой приспособляемостью к различным категориям водоемов, а также развивается в водоемах различных географических зон, предотвращая цветение воды в этих водоемах.

Штамм выращивается на жидкой питательной среде с использованием водопроводной воды. В состоянии покоя для естественного осаждения клеток требуется 2-3 недели. Осевшие клетки можно вывести из покоя путем удаления надосадочной жидкости, добавления питательной среды и в течение суток выдержав на рассеянном свету.

Клетки в культуре погибают при динамических ударах, например, длительная перевозка в цистернах, а также при механическом перемешивании культуры. При культивировании в установках штамм требователен к соблюдению биотехнологии выращивания, составу питательной среды и подаче раствора углекислого газа. В естественных условиях легко приспосабливается к условиям водоема, в который он вводится.

Штамм относится к категории пресноводных, однако выносит соленость воды до 20%. Для культивирования штамма не требуется создания условий стерильности. Культивирование ведется как в помещении, так и под открытым небом.

В естественных условиях водоемов штамм предотвращает "цветение" воды синезелеными водорослями.

Срок сохранения жизнеспособности клеток в культуре не менее 10 лет при условии хранения на рассеянном свету при комнатной температуре. В естественной среде водоема он может развиваться неопределенно долго, пока не создадутся условия, не совместимые с жизнедеятельностью растительных организмов, например выброс в водоем агрессивных химических соединений техногенного или естественного характера.

Пример 1. Штамм культивируют в установке для выращивания планктонных водорослей. Исходная оптическая плотность культуры составляет 0,35-0,50 D (440). За три дня культура достигает нормативной оптической плотности 1,8-2,0 D (440). В таком виде культуру используют для альголизации водоема.

Пример 2. Для проведения альголизации с целью предотвращения "цветения" синезелеными водорослями по площади водоема рассчитывают количество необходимой суспензии хлореллы. При этом на 30-50 км² площади водоема расход суспензии хлореллы оптической плотности 1,8-2,0 D (440) составляет 50-60 литров. На водоем площадью 110 км² расходуется 120-140 литров суспензии хлореллы. Необходимое количество суспензии хлореллы вводится под лед в зимний период в средней части водохранилища в двух точках. Весной в приплотинной части водоема отбирают пробы воды и в них устанавливают наличие клеток хлореллы штамма Chlorella vulgaris ARW. В течение летнего и осеннего периода следят за состоянием водоема. Отсутствие "цветения" воды синезелеными водорослями свидетельствует о том, что благодаря альголизации водоема штаммом Chlorella kessleri ВКПМ AI-11 ARW предотвращается "цветение" воды синезелеными водорослями.

Таким образом, предлагаемый штамм водоросли Chlorella kessleri ВКПМ Al-11 ARW является более продуктивным по сравнению с известными и обладает способностью предотвращать «цветение» водоемов синезелеными водорослями.

Источники информации

1. Н.И. Богданов. Биологическая реабилитация водоемов. Пенза, РИО ПГСХА, 2008. - 151 с.