Микроводоросли
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, существующие 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 использовать 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 трофические уровни вышестоящие микроводорослей . Биомасса 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 ] Химически 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 перспективными микроорганизмами для биоремедиации . [ 9 ]
Исключением из семейства микроводорослей являются бесцветные прототеки , лишенные хлорофилла . Эти ахлорофные водоросли переходят к паразитизму заболевание прототекоз и вызывают у человека и животных .
Характеристики и использование
[ редактировать ]| Часть серии о |
| Планктон |
|---|
 |
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
[ редактировать ]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.
Микроводоросли играют важную роль в круговороте питательных веществ, связывании неорганического углерода в органические молекулы и выработке кислорода в морской биосфере .
Хотя рыбий жир прославился содержанием 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 эмульсии и пены стабилизаторы [ 16 ] в пищевой промышленности для замены белков животного происхождения.
Некоторые микроводоросли накапливают хромофоры, такие как хлорофилл , каротиноиды или фикобилипротеины , которые можно экстрагировать и использовать в качестве красителей. [ 17 ]
Культивирование микроводорослей
[ редактировать ]Ряд видов микроводорослей производятся в инкубаториях и используются различными способами в коммерческих целях, в том числе для питания человека . [ 18 ] как биотопливо , [ 19 ] в аквакультуре других организмов, [ 20 ] в производстве фармацевтических препаратов и косметики , [ 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 ходе исследований 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
- Уровни питательных веществ (в основном N, P, K)
- Смешение культур
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Турман, Х.В. (1997). Вводная океанография . Нью-Джерси, США: Колледж Прентис Холл. ISBN 978-0-13-262072-7 .
- ^ 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. дои : 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 функции 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 — это 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 . ПМИД 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 . ISBN 978-981-16-4445-0 .
- ^ 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 . ПМИД 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 белковых технофункциональных пищевых ингредиентов» . Критические обзоры в области пищевой науки и питания . 60 (17): 2961–2989. дои : 10.1080/10408398.2019.1672137 . ПМИД 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, Ду-Джонг (январь 2018 г.). «Гетеротрофное культивирование микроводорослей для производства пигментов: обзор» . Достижения биотехнологии . 36 (1): 54–67. doi : 10.1016/j.biotechdv.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. дои : 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. дои : 10.1016/j.carbpol.2010.10.062 .
- ^ Упасана Мишра; Сунил Пабби (2004). «Цианобактерии: потенциальное биоудобрение для риса» (PDF) . Резонанс . 9 (6): 6–10. дои : 10.1007/BF02839213 . S2CID 121561783 .
- ^ Юврадж; Амбариш Шаран Видьярти; Джиут Сингх (2016). «Повышение плотности клеток Chlorella vulgaris: исследования встряхивайте колбу и настольный фотобиореактор для выявления и контроля ограничивающих факторов» . Корейский журнал химической инженерии . 33 (8): 2396–2405. дои : 10.1007/s11814-016-0087-5 . S2CID 99110136 .
- ^ Юврадж; Падмини Падманабхан (2017). «Техническое понимание требований к насыщенному CO 2 росту микроводорослей в фотобиореакторах» . 3 Биотехнологии . 07 (2): 119. doi : 10.1007/s13205-017-0778-6 . ПМЦ 5451369 . ПМИД 28567633 .
- ^ Юврадж; Амбариш Шаран Видьярти; Джиут Сингх (2016). «Повышение плотности клеток Chlorella vulgaris: исследования встряхивайте колбу и настольный фотобиореактор для выявления и контроля ограничивающих факторов» . Корейский журнал химической инженерии . 33 (8): 2396–2405. дои : 10.1007/s11814-016-0087-5 . S2CID 99110136 .
