Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов
Исследован качественный и количественный состав каротиноидов диатомовой микроводоросли Phaeodactylum tricornutum, культивируемой при разной температуре и освещённости. Установлено, что каротиноидный состав микроводоросли представлен 5 фракциями: ß-каротин, фукоксантин, диадиноксантин, диатоксантин и...
Gespeichert in:
| Datum: | 2013 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України
2013
|
| Schriftenreihe: | Альгология |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/67728 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов / А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина // Альгология. — 2013. — Т. 23, № 2. — С. 138-149. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-67728 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-677282014-09-11T03:01:49Z Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов Бородина, А.В. Ладыгина, Л.В. Физиология, биохимия, биофизика Исследован качественный и количественный состав каротиноидов диатомовой микроводоросли Phaeodactylum tricornutum, культивируемой при разной температуре и освещённости. Установлено, что каротиноидный состав микроводоросли представлен 5 фракциями: ß-каротин, фукоксантин, диадиноксантин, диатоксантин и диадинохром. Фукоксантин находился в двух изомерных формах: транс- и цис-. Показано, что накопление каротиноидов зависит от условий культивирования. Максимальное накопление фукоксантина происходит при температуре 30 °С и постоянной освещённости 4,5 клк. Досліджено якісний і кількісний склад каротиноїдів діатомової мікроводорості Phaeodactylum tricornutum, яка культивується за різної температури і освітлення. Встановлено, що каротиноїдний склад мікроводорості представлений 5 фракціями: β-каротин, фукоксантин, діадіноксантин, діатоксантин і діадінохром. Фукоксантин знаходився в двох ізомерних формах: транс- і цис-. Показано, що накопичення каротиноїдів залежало від умов культивування. Максимальне накопичення фукоксантину відбувається при температурі 30 ºС і постійному освітленні 4,5 клк. The qualitative and quantitative structure of the diatom microalgae Phaeodactylum tricornutum carotenoids, cultivated under the different temperature and illumination was investigated. It was stated, that carotenoid composition of the microalgae is represented by 5 fractions: ß-carotene, fucoxanthine, diadinoxanthine diatoxanthine and diadinochrome. Fucoxanthine is located in two-isomeric forms: trans- and cis-. It was stated, that carotenoids accumulation depended on the cultivating conditions. The maximal fucoxanthene accumulation occurs under the temperature 30 °С and constant illumination 4.5 klx. 2013 Article Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов / А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина // Альгология. — 2013. — Т. 23, № 2. — С. 138-149. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. 0868-8540 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/67728 639.3594.121 ru Альгология Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физиология, биохимия, биофизика Физиология, биохимия, биофизика |
| spellingShingle |
Физиология, биохимия, биофизика Физиология, биохимия, биофизика Бородина, А.В. Ладыгина, Л.В. Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов Альгология |
| description |
Исследован качественный и количественный состав каротиноидов диатомовой микроводоросли Phaeodactylum tricornutum, культивируемой при разной температуре и освещённости. Установлено, что каротиноидный состав микроводоросли представлен 5 фракциями: ß-каротин, фукоксантин, диадиноксантин, диатоксантин и диадинохром. Фукоксантин находился в двух изомерных формах: транс- и цис-. Показано, что накопление каротиноидов зависит от условий культивирования. Максимальное накопление фукоксантина происходит при температуре 30 °С и постоянной освещённости 4,5 клк. |
| format |
Article |
| author |
Бородина, А.В. Ладыгина, Л.В. |
| author_facet |
Бородина, А.В. Ладыгина, Л.В. |
| author_sort |
Бородина, А.В. |
| title |
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов |
| title_short |
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов |
| title_full |
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов |
| title_fullStr |
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов |
| title_full_unstemmed |
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов |
| title_sort |
влияние условий культивирования phaeodactylum tricornutum bohl. (bacillariophyta) на накопление каротиноидов |
| publisher |
Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Физиология, биохимия, биофизика |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/67728 |
| citation_txt |
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum Bohl. (Bacillariophyta) на накопление каротиноидов / А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина // Альгология. — 2013. — Т. 23, № 2. — С. 138-149. — Бібліогр.: 30 назв. — рос. |
| series |
Альгология |
| work_keys_str_mv |
AT borodinaav vliânieuslovijkulʹtivirovaniâphaeodactylumtricornutumbohlbacillariophytananakopleniekarotinoidov AT ladyginalv vliânieuslovijkulʹtivirovaniâphaeodactylumtricornutumbohlbacillariophytananakopleniekarotinoidov |
| first_indexed |
2025-07-05T17:44:00Z |
| last_indexed |
2025-07-05T17:44:00Z |
| _version_ |
1836829839156314112 |
| fulltext |
Физиология, биохимия,
биофизика
138 ISSN. 0868-8540. Альгология. 2013. Т. 23. № 2
УДК 639.3594.121
А.В. БОРОДИНА, Л.В. ЛАДЫГИНА
Ин-т биологии южных морей им. А.О. Ковалевского НАН Украины,
просп. Нахимова, 2, 99011 Севастополь, Крым, Украина
е-mail: lvladygina@yandex.ru
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
PHAEODACTYLUM TRICORNUTUM BOHL. (BACILLARIOPHYTA) НА
НАКОПЛЕНИЕ КАРОТИНОИДОВ
Исследован качественный и количественный состав каротиноидов диатомовой мик-
роводоросли Phaeodactylum tricornutum, культивируемой при разной температуре и
освещённости. Установлено, что каротиноидный состав микроводоросли представлен
5 фракциями: ß-каротин, фукоксантин, диадиноксантин, диатоксантин и диадино-
хром. Фукоксантин находился в двух изомерных формах: транс- и цис-. Показано,
что накопление каротиноидов зависит от условий культивирования. Максимальное
накопление фукоксантина происходит при температуре 30 °С и постоянной осве-
щённости 4,5 клк.
К л ю ч е в ы е с л о в а : микроводоросль Phaeodactylum tricornutum, культивирование,
каротиноиды, фукоксантин, температура, освещённость.
Введение
В последнее время большое внимание уделяется изучению роли кароти-
ноидов в жизнедеятельности человека и животных. Известно, что каро-
тиноиды принимают активное участие в окислительно-восстановитель-
ных процессах клетки и обладают антиоксидантными свойствами, кото-
рые обусловливают их антимутагенное, антиканцерогенное, антиинфек-
ционное и радиопротекторное действие (Беспалов, Некрасова, 2000;
Walker et al., 2005; Peng et al., 2011). Традиционными источниками ка-
ротиноидов являются вегетативные органы, плоды, семена растений.
Однако они не могут в полной мере обеспечить потребности медицины,
пищевой промышленности, сельского хозяйства каротиноидами (Штай-
гер, 1994; Dufossé, 2009; Hashimoto, 2009). Для этого были синтезирова-
ны основные типы пигментов, разработаны методы их выделения и
идентификации, изучен метаболизм и некоторые биологические функ-
ции. Но вскоре выяснилось, что природные формы пигментов отлича-
ются от их синтетических аналогов составом изомеров, более высокой
биологической активностью и безопасностью применения (Britton et
al., 1998; Deming et al., 2002; Hussein et al., 2006; Britton et al., 2008).
© А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина, 2013
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum
ISSN. 0868-8540. Альгология. 2013. Т. 23. № 2 139
Растущий рыночный спрос на природные формы каротиноидов
инициирован рекомендациями ВОЗ по полному исключению синтети-
ческих БАВ и красителей из производства продуктов питания и кормов
(Bjerkeng, 2008; Минюк и др., 2010).
Поэтому в настоящее время активно ведётся поиск альтернативных
источников каротиноидов среди макро- и микроводорослей, дрожжей,
бактерий, грибов с целью разработки технологии их промышленного
культивирования для дальнейшего применения в медицине, косметоло-
гии и пищевой промышленности. В связи с растущим интересом к при-
родным растительным пигментам возникла необходимость в поиске но-
вых каротиноидов, образующихся в процессе их дальнейшего метабо-
лизма по трофическим цепям, изучению их свойств и функций в клет-
ках (Palermo et al., 1991; Zurdo et al., 1991; Britton et al., 1998; Walker et
al., 2005; Britton et al., 2008).
Перспективным объектом таких исследований может быть диатомо-
вая микроводоросль Phaeodactylum tricornutum. Наличие пигментов, бо-
гатство полиненасыщенных жирных кислот (20:5 n-3 — 17,9 %, 22:6
n-3 — 14,2 %) вызывает повышенный интерес к Ph. tricornutum как к
объекту биотехнологии (Viso, Marty, 1993; Ладыгина, 2010). Коричневая
окраска клеток водоросли связана с высоким содержанием пигмента
фукоксантина, который вместе с хлорофиллами а и с входит в светосо-
бирающий комплекс фотосистемы, что указывает на фотосинтетиче-
скую активность этого каротиноида (Peng et al., 2011). Известно, что
комплексное изменение условий культивирования (увеличение темпера-
туры, освещённости, концентрации СО2) сопровождается увеличением
содержания каротиноидов в клетках микроводорослей. Их биосинтез
является приспособительной реакцией организмов к экстремальным
условиям среды (Britton et al., 1998; Божков, Комаристая, 2003; Maoka,
2009). В связи с этим особенно актуальным является изучение условий
культивирования микроводоросли Ph. tricornutum для получения биомас-
сы с максимальным содержанием каротиноидов.
Целью данной работы является исследование каротиноидного со-
става микроводоросли Ph. tricornutum при разных температурных (22—
30 ºС) и световых (3—4,5 клк) режимах культивирования, при наличии и
отсутствии барботажа.
Материалы и методы
Объектом нашего исследования была диатомовая микроводоросль
Ph. tricornutum (штамм IBSS — 41) из коллекции ИнБЮМ НАН Украи-
ны. Выращивали её в режиме накопительной культуры на питательной
среде F/2 в поллитровых конических колбах с объемом суспензии
450 мл. Эксперименты проводили при разных температурных и свето-
вых режимах, а также при наличии и отсутствии барботажа (табл. 1).
Ростовые показатели водоросли определяли спектрофотометрически на
А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина
140 ISSN. 0868-8540. Algologia. 2013. V. 23. N 2
СФ-2000 производства ОКБ «Спектр» (Санкт-Петербург). Для перехода
от оптической плотности культуры (D750) к численности клеток (n,
млн/мл) или к содержанию сухой биомассы (мг/мл) были построены
калибровочные графики (рис. 1).
Таблица 1
Условия проведения экспериментов
Номер
экспери-
мента
t, оC Освещенность, клк Барботаж
Длитель-
ность, сут
1 22—24
Непрерывное освеще-
ние 3,5 кЛк
постоянный
0,2 л·мин-1
10
2 27—28
Непрерывное освеще-
ние 4,0 кЛк
постоянный
0,2 л·мин-1
5
3 30
Непрерывное освеще-
ние 4,5 кЛк
постоянный
0,2 л·мин-1
5
4 30
Дневное освещение 3
кЛк, фотопериод 16 ч
свет : 8 ч темнота
без барботажа 5
На рис. 1 показана зависимость оптической плотности культуры от
числа клеток или концентрации сухой биомассы в виде уравнения с ко-
эффициентом пересчёта и корреляции (R). Каждая точка на графике
является средней четырех измерений.
Рис. 1. Зависимость оптической плотности суспензии Phaeodactylum tricornutum от
численности клеток (а) и концентрации сухой биомассы (б)
Для определения качественного и количественного состава кароти-
ноидов пробы отбирали на стационарной фазе роста культуры; числен-
ность клеток составляла 4—20 млн кл./мл. Биомассу отделяли от пита-
тельной среды и отмывали водой от остатков солей с помощью центри-
фугирования на лабораторной центрифуге ОПН-3 в течение 10—15 мин
при 3000 об./мин. Пигменты экстрагировали 100 %-ным ацетоном, их
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum
ISSN. 0868-8540. Альгология. 2013. Т. 23. № 2 141
содержание определяли спектрофотометрическим методом. Концентра-
цию хлорофиллов (хл.) и каротиноидов (кр.) (мг/л) рассчитывали по
уравнениям (для 90 %-ных ацетоновых экстрактов):
Схл.а, мг/л = 11,47 · Е664 — 0,40 · Е630;
Схл.с, мг/л = 24,36· Е630 — 3,73 · Е664;
Скр.,мг/л = ,
%1
1смЕ
VЕ
где Е — абсорбционный максимум λмакс; V — объем раствора каротинои-
дов, мл; Е1 см
1 % — коэффициент экстинкции (Jeffrey, Humphrey, 1975;
Jeffrey, Welschmeyer, 1997).
Для исследования качественного состава каротиноидов Ph. tricornu-
tum ацетоновый экстракт упаривали в вакуумном роторном испарителе
при температуре 25 ºС, растворяли в хлороформе и анализировали мето-
дом тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах с силикагелем
(«Силуфол») в двух системах растворителей — ацетон-гептан (3:7) и аце-
тон-гексан (3,5:6,5). Разделившиеся таким образом пигменты извлекали,
растворяли в ацетоне и регистрировали спектры поглощения в диапазо-
не длин волн 400 — 560 нм на спектрофотометре СФ-2000.
Точную идентификацию каротиноидов Ph. tricornutum, с учетом изо-
мерии молекул, выполняли с помощью метода высокоэффективной
жидкостной хроматографии (HPLC) с обращённой колонкой ODS и
OPD (субстрата Орто-Фенилен Диамина). Подобное сочетание указан-
ных методов широко используется для определения витаминов (Eiten-
miller et al., 2008). Фракции каротиноидов разделяли на жидкостном
хроматографе высокого давления Shimadzu LC—6AD, снабжённом ко-
лонкой длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, с неподвижной
фазой COSMOSIL 5SL-11, в системе растворителей хлороформ-метанол
(3:7), скорость подачи элюата 0,5 мл/мин, детектирование при 460 нм
(Maoka, Akimoto, 2008).
Результаты по содержанию каротиноидов, приведенные в работе, яв-
ляются средними (x) из четырех биологических повторностей. Их вариа-
бельность характеризуется выборочным стандартным отклонением (s).
Результаты и обсуждение
В условиях полного минерального обеспечения, которые позволяли
клеткам активно делиться на протяжении длительного времени, наблю-
дался очень быстрый переход культуры в стационарную фазу роста. Так,
в экспериментах № 2—4 это произошло уже на 5-е сутки выращивания,
а в № 1 — на 9 сутки. Очевидно, это связано с тем, что в каждом экспе-
рименте были определённые лимитирующие факторы, ограничивающие
рост культуры. Такими факторами являлись: высокая температура 27—
30 ºС, увеличение интенсивности света от 3 до 4,5 клк и недостаток
углекислого газа. Динамика роста культуры Ph. tricornutum в четырех
экспериментах представлена на рис. 2 (номера кривых роста отвечают
номеру эксперимента, указанному в табл. 1).
А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина
142 ISSN. 0868-8540. Algologia. 2013. V. 23. N 2
Рис. 2. Динамика роста Phaeodactylum tricornutum
в четырех экспериментах (условия приведены в
табл. 1)
Известно, что при накопительном культивировании микроводорос-
ли Ph. tricornutum для получения максимальной биомассы температур-
ный оптимум составляет 20—22 ºС (Ладыгина, 2007). В эксперименте
№ 1 температура была всего на 2 ºС выше оптимального значения, по-
этому там отмечена самая высокая скорость роста культуры по сравне-
нию с другими экспериментами. При повышении температуры до 28—
30 ºС скорость роста микроводоросли резко снижалась, что приводило к
уменьшению численности клеток водоросли в экспериментах № 2 и
№ 4, при этом значения оптической плотности составляли, соответст-
венно, 0,15 и 0,25 опт. ед. Самая низкая плотность культуры Ph. trico-
rnutum была получена в эксперименте № 3 в результате повышения
температуры культивирования до 30 ºС и освещённости до 4,5 клк.
Рис. 3. ТСХ экстракта сум-
марных каротиноидов Phaeo-
dactylum tricornutum в разных
системах растворителей: А —
ацетон-гептан 3:7; Б — аце-
тон-гексан 3,5:6,5
Когда водоросли достигли стационарной фазы роста, т.е. на 10-й
день культивирования в эксперименте № 1 и на 6-й день в эксперимен-
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum
ISSN. 0868-8540. Альгология. 2013. Т. 23. № 2 143
тах № 2 — 4, было проведено исследование содержания суммарных и
индивидуальных каротиноидов и хлорофиллов а и с. Использование ме-
тода ТСХ в системах ацетон-гептан (3:7) и ацетон-гексан (3,5:6,5) по-
зволило выделить четыре фракции каротиноидов (рис. 3).
Рис. 4. Спектры поглощения в видимой
области 400-560 нм (в ацетоне) четырех
каротиноидов: 1 — β-каротина; 2 —
диадиноксантина; 3 — диатоксантина;
4 – фукоксантина
Полученные данные ТСХ пигментного состава Ph. tricornutum (под-
вижности Rf) были сопоставлены с литературными данными (Owens,
Wold, 1986; Kosakowska et al., 2004). Было предположено, что этими
пигментами являются: 1 — β-каротин (Rf 0,83—0,95); 2 — диадиноксан-
тин (Rf 0,26—0,35); 3 — диатоксантин (Rf 0,22—0,26); 4 — фукоксантин
(Rf 0,17—0,2). Спектры полученных пигментов были сняты в видимой
области (в ацетоне). Спектральные характеристики разных фракций ка-
ротиноидов представлены на рис. 4. Далее экстракт суммарных кароти-
ноидов исследовали при помощи методов HPLC с обращенными фаза-
ми ODS и OPD, позволяющих разделять пигменты по их гидрофобно-
сти (липофильности) (рис. 5).
Фукоксантин (как самый полярный, менее гидрофобный каротино-
ид) имеет более раннее время регистрации выхода, чем другие кароти-
ноиды, а β-каротин, как самый липофильный, был зарегистрирован
последним. Фракция фукоксантина представлена в виде двух пиков, что
дает основание предполагать его нахождение в двух изомерных формах:
транс- и цис-. Характеристики спектров в видимой области этих двух
фракций (λмакс нм,) были такими: (420), 443, 467 и (424), 443, 469, что
соответствовало транс- и цис-форме фукоксантина (Haugan et al., 1992).
Однако для исключения артефакта необходимо дальнейшее уточнение с
А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина
144 ISSN. 0868-8540. Algologia. 2013. V. 23. N 2
использованием методов масс-спектрометрии и ядерно-магнитного ре-
зонанса. Присутствие двух изомерных форм у Ph. tricornutum связано с
биологическими функциями этого каротиноида (Peng et al., 2011).
Рис. 5. Хроматограммы HPLC:ODS, HPLC: OPD суммарного экстракта пигментов
Phaeodactylum tricornutum, растворитель метанол, система 30 % CHCl3 : 70 % MeOH;
1 — транс-фукоксантин, 2 — цис-фукоксантин; 3 — хлорофилл; диатоксантин и диа-
динохром; 4 — хлорофилл; 5 — β-каротин
Известно, что транс-конфигурации каротиноидов легче встраивают-
ся в белковые структуры мембран, чем их цис-изомеры, которые усту-
пают им также в химической антиоксидантной активности (Britton, 1995;
Britton et al., 2008). Вероятно, накопление и сочетание этих изомеров вы-
звано необходимостью дополнительной локализации в клетке одного и
того же каротиноида в активной (транс-) и менее активной (цис-) форме.
Анализ HPLC позволил идентифицировать и определить в суммар-
ном экстракте процентное соотношение следующих каротиноидов:
транс- и цис-фукоксантина, диатоксантина, диадиноксантина и диади-
нохрома, а также β-каротина (табл. 2).
При анализе данных четырех экспериментов по определению каче-
ственного и количественного состава каротиноидов (для разделения
суммарных экстрактов на пигменты) нами были использованы только
характеристики ТСХ (цвет, Rf) и спектрофотометрические методы
(идентификация с помощью спектров в видимой области) (см. рис. 4).
Результаты экспериментов показали, что культивирование Ph. tricornu-
tum при разных температурных и световых режимах способствует коли-
чественному изменению пигментного состава микроводоросли (табл. 3).
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum
ISSN. 0868-8540. Альгология. 2013. Т. 23. № 2 145
Таблица 2
Количественное содержание каротиноидов микроводоросли Phaeodactylum tricornutum
Состав каротиноидов % суммы каротиноидов
транс-фукоксантин 68,5
цис-фукоксантин 5,2
Диатоксантин, диадиноксантин, диадинохром 7,1
β-каротин 19,2
Таблица 3
Биомасса и пигментный состав культуры Phaeodactylum tricornutum на стационарной
фазе роста в четырех экспериментах
Условия культивирования Показатель
эксперимента 1 2 3 4
Биомасса,
1 мг сух. массы/л
7,7±0,01 2,1±0,01 1,2±0,01 3,2±0,01
Хлорофиллы а и с, %
сух. массы
а = 0,60±0,03;
с = 0,14±0,002
а = 0,15±0,02;
с = 0,01±0,001
а = 0,67±0,04;
с = 0,13±0,002
а = 0,42±0,03;
с = 0,11±0,001
Суммарные кароти-
ноиды, мг·г-1 сух.
массы
5,7±0,15 2,25±0,20 6,839±0,46 8,14±0,80
Состав каротиноидов Ph. tricornutum в экспериментах (% суммы каротиноидов)
β-каротин 6,5±1,01 7,5±0,90 3,5±0,36 21,2±1,15
Диадинохром 4,3±0,58 2,0±0,25 - -
Диадиноксантин 12,2±1,05 8,2±0,75 4,7±0,75 21,9±1,50
Диатоксантин 11,2±0,90 8,3±1,02 8,0±0,88 23,8±1,35
Фукоксантин 65,8±5,45 73,9±2,50 83,8±4,55 33,1±2,67
П р и м е ч а н и е . Цифрами 1—4 указан номер эксперимента.
Так, при максимальном значении биомассы 7,7 мг/л сухой массы,
полученной при температуре, близкой к оптимальному значению (эксп.
№ 1), содержание суммарных каротиноидов и фукоксантина составляло,
соответственно, 5,7 мг·г-1 сухой массы и 65,8 % (суммарных каротинои-
дов). Повышение температуры на 4 оС (эксп. № 2) способствовало сни-
жению биомассы почти в 4 раза и минимальному накоплению суммар-
ных каротиноидов — 2,25 мг/г сухой массы. При этом концентрации β-
каротина и фукоксантина были больше, чем в эксперименте № 1. Со-
держание хлорофиллов а и с было минимальным (при высоком значе-
нии коэффициента хлорофилл а/с = 15).
С повышением температуры до 30 оС и освещённости до 4,5 клк
(эксп. № 3) рост микроводоросли Ph. tricornutum прекращался уже на 5-е
А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина
146 ISSN. 0868-8540. Algologia. 2013. V. 23. N 2
сутки, в результате получена минимальная биомасса — 1,2 мг/л сухой
массы. В то же время отмечено повышение концентрации хлорофилла а
и суммарных каротиноидов, а содержание фукоксантина в клетках мик-
роводоросли было максимальным и составляло более 83 % суммарных
каротиноидов.
В четвертом эксперименте при температуре 30 оС (в дневное время
суток), фотопериоде 16 ч свет : 8 ч темнота и отсутствии барботажа био-
масса культуры была в 2—2,5 раза выше, чем во 2-м и 3-м эксперимен-
тах, что, вероятно, связано с понижением температуры до 26 оС в ноч-
ное время. При данных условиях культивирования Ph. tricornutum полу-
чено максимальное количество суммарных каротиноидов — 8,14 мг/г.
Содержание β-каротина и каротиноидов диадиноксантинового комплек-
са было значительно большим, чем в других экспериментах, и составля-
ло, соответственно, 21,2 и 45,7 % суммарных каротиноидов. Концентра-
ция фукоксантина была минимальной — 33,1 %.
Содержание каротиноидов в четырех экспериментах изменялось
значительно: фукоксантин 33,1—83,8 %, β-каротин 3,5—21,2 %, диади-
ноксантин 4,7—21,9 %, диатоксантин 8—23,8 %. Такая вариабельность
накопления пигментов микроводорослью Ph. tricornutum при разных ус-
ловиях культивирования, вероятно, связана с физиологией этого вида,
его фотосинтетической активностью, а также с функциональной ролью
фукоксантина в клетке (Sachindra et al., 2007).
Таким образом, содержание каротиноидов в клетках Ph. tricornutum в
процессе выращивания при высокой температуре и без барботажа (эксп.
№ 4) варьировало от 21,2 до 33,1 %. Культивирование микроводоросли
при высокой температуре, постоянной освещённости и наличии барбо-
тажа (эксп. № 1—3) способствовало максимальному накоплению фукок-
сантина, при этом концентрации других каротиноидов изменялись не-
значительно. В связи с этим можно предположить, что накопление фу-
коксантина клетками водоросли при высокой температуре может быть
связано с защитной функцией этого каротиноида. Известно, например,
что фукоксантин благодаря химической структуре молекулы (наличию
многофункциональных групп на концах молекулы, полиеновых и аце-
тиленовой связей) обладает более высокими антиоксидантыми свойст-
вами по сравнению с другими каротиноидами микроводоросли
Ph. tricornutum (Peng et al., 2011).
Заключение
Качественный состав каротиноидов микроводоросли Phaeodactylum
tricornutum представлен пятью фракциями: β-каротин, фукоксантин,
диадиноксантин, диатоксантин и диадинохром. Фракция фукоксантина
имеет транс-, и цис-изомерную конфигурацию. Содержание транс-
фукоксантина в клетках микроводоросли в 13 раз выше, чем цис-
фукоксантина.
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum
ISSN. 0868-8540. Альгология. 2013. Т. 23. № 2 147
Накопление каротиноидов в клетках микроводоросли зависит от ус-
ловий культивирования. Максимальное содержание фукоксантина
(83,8 % суммы каротиноидов) получено при температуре 30 оС, посто-
янной освещённости 4,5 клк и круглосуточной аэрации.
Авторы выражают благодарность Dr. Takashi Maoka (Research
Institute for Production development, г. Киото, Япония) за помощь в работе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Беспалов В.Г., Некрасова В.Б. Изучение и применение лечебно-профилактических
препаратов на основе природных биологически активных веществ. — С.Пб.:
Эскулап, 2000. — 468 с.
Божков А.И., Комаристая В.П. Липидно-каротиноидный обмен в клетках Dunaliella
Teod. При различных условиях культивирования // Альгология. — 2003. — 13,
№ 2. — С. 137—147.
Бриттон Г. Биохимия природных пигментов / Пер. с анг. Г. Бриттон. — М.: Мир,
1986. — 422 с.
Ладыгина Л.В. Микроводоросли как кормовые объекты личинок мидий и устриц:
Автореф. дис. … канд. биол. наук. — Севастополь, 2007. — 24 с.
Ладыгина Л.В. Каротиноидный состав микроводорослей — корма для двустворчатых
моллюсков // Альгология. — 2010. — 20, № 1. — С. 33—41.
Минюк Г.С., Дробецкая И.В., Чубчикова И.Н., Данцюк Н.В. Челебиева Э.С. Скрининг
зелёных водорослей как потенциальных источников природных кетакаротинои-
дов. Актуальность, стратегия и тактика исследований // Экол. моря. — 2010. —
80. — С. 67—78.
Штайгер Г. Применение -каротина в пищевой промышленности //Вопр. питания.
— 1994. — № 1/2. — С. 44—45.
Bjerkeng B. Carotenoids in Aquaculture: Fish and Crustaceans // Carotenoids: Natural
Functions. — Basel: Birk. Verlag, 2008. — Vol. 4. — P. 237—254.
Britton G. Structure and properties of carotenoids in relation to function // FASEB. —
1995. — 9, N 15. — Р. 1551—1558.
Britton G., Liaaen-Jensen S., Pfander H. Carotenoids: Isolation and Analysis. — Basel: Birk.
Verlag, 1995. — Vol. 1. — 328 p.
Britton G., Liaaen-Jensen S., Pfander H. Carotenoids: Biosynthesis and Metabolism. — Ba-
sel: Birk. Verlag, 1998. — Vol. 3. — 414 p.
Britton G., Liaaen-Jensen S., Pfander H. Carotenoids: Natural Functions. — Basel: Birk.
Verlag, 2008. — Vol. 4. — 370 р.
Deming D.M., Boileau T.W.-M., Heintz K.H. et al. Carotenoids: Linking Chemistry, Absorp-
tion and Metabolism to Potential Roles in Human Health and Disease // Handbook
of Antioxidants. — New York; Basel: Marcel Dekker, Inc., 2002 — P. 178—211.
Dufossé L. Microbial and Microalgal Carotenoids as Colourants and Supplements // Caro-
tenoids. Nutrition and Health. — Basel: Birkhauser Verlag, 2009. — Vol. 5. — P. 67—82.
Eitenmiller R.R., Lin Y., Landen W.O. Vitamin Analysis for the Health and Food Sciences.
— CRC Press, 2008. — 664 p.
А.В. Бородина, Л.В. Ладыгина
148 ISSN. 0868-8540. Algologia. 2013. V. 23. N 2
Hashimoto H. The 15th International Symposium on Carotenoids // Arch. Biochem.
Biophys. — 2009. — 483, N 2. — P. 145—246.
Haugan J. A., Englert G., Glinz E., Liaaen-Jensen S. Algal carotenoids 48. Structural as-
signments of geometrical isomers of fucoxanthin // Acta Chem. Scand. — 1992. —46.
— P. 389—395.
Hussein G., Sankawa U., Goto H. et al. Astaxanthin, a carotenoid with potential human
health and nutrition // J. Nat. Prod. — 2006. — 69, N 3. — P. 443—449.
Jeffrey S.W., Humphrey G.F. New spectrophotometric equations for determining chloro-
phylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Biochem.
Physiol. Pflanz. — 1975. — N 167. — Р. 191—194.
Jeffrey S.W., Welschmeyer N.A. Spectrophotometric and fluorometric equations in common
use in oceanography. In Phytoplankton pigments in oceanography: guidelines to mod-
ern methods. — Paris: UNESCO, 1997. — 661 p.
Kosakowska A., Lewandowska J., Stoń J., Burkiewicz K. Qualitative and quantitative compo-
sition of pigments in Phaeodactylum tricornutum (Bacillariophyceae) stressed by iron //
Article, Res. Sup., Non-U.S Gov't Biomet. — 2004. — 17, N 1. — Р. 45—52.
Maoka T., Akimoto N. Natural product chemistry in carotenoid some experimental tech-
niques for structural elucidation and analysis of natural carotenoids: Mini-review //
Caroten. Sci. — 2008. — N 13. — P. 10—17.
Maoka T. Structural studies of natural carotenoids by our research group during the three
decade // Caroten. Sci. — 2009. — N 14. — P. 26—36.
Owens T.G., Wold E.R. Light — harvesting function in the diatom Phaeodactylum tricornu-
tum. I. Isolation and characterization of pigment-protein complex // Plant Physiol. —
1986. — 80. — P. 732—738.
Palermo J.A., Gros E.G., Seldes A.M. Carotinoids from three red algae of the Corallinaceae
// Phytochemistry. — 1991. — 30, N 9. — Р. 2983—2986.
Peng J., Yuan J., Wu C., Wang J. Fucoxanthin a Marine Carotenoid Present in Brown Sea-
weeds and Diatoms: Metabolism and Bioactivities Relevant to Human Health // Mar.
Drugs. — 2011. — 9. — P. 1806—1828.
Sachindra N.M, Sato E., Maeda H. et al. Radical scavenging and singlet oxygen quenching
activity of marine carotenoid fucoxanthin and its metabolites // Agric. Food Chem. —
2007. — N 55. — P. 8516—8522.
Viso A.C., Marty J.C. Fatty acids from 28 marine microalgae // Phytochеmistry. — 1993. —
34, N 6. — P. 1521—1523.
Walker T.L., Purton S., Becker K.D., Collet C. Microalgae as bioreactors // Plant. Cell.
Rep. — 2005. — N 24. — Р. 629—641.
Zurdo J., Lozano R.M., Fernandez-Cabrera C., Ramirez J.M. Dimeric carotenoid interaction
in the light-harvesting antenna of purple phototrophic bacteria // Biochem. — 1991. —
274, N 3. — Р. 881—884.
Поступила 15 июня 2012 г.
Подписала в печать Е.И. Шнюкова
Влияние условий культивирования Phaeodactylum tricornutum
ISSN. 0868-8540. Альгология. 2013. Т. 23. № 2 149
A.V.Borodina, L.V. Ladigina
A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas, NAS of Ukraine,
2, Nakhimov Prosp., 99011 Sevastopol, Crimea, Ukraine
е-mail: lvladygina@yandex.ru
THE CULTIVATING CONDITIONS EFFECT ON ACCUMULATING THE
CAROTENOIDS IN PHAEODACTYLUM TRICORNUTUM BOHL.
The qualitative and quantitative structure of the diatom microalgae Phaeodactylum tricornu-
tum carotenoids, cultivated under the different temperature and illumination was investi-
gated. It was stated, that carotenoid composition of the microalgae is represented by 5 frac-
tions: ß-carotene, fucoxanthine, diadinoxanthine diatoxanthine and diadinochrome.
Fucoxanthine is located in two-isomeric forms: trans- and cis-. It was stated, that carote-
noids accumulation depended on the cultivating conditions. The maximal fucoxanthene
accumulation occurs under the temperature 30 оС and constant illumination 4.5 klx.
K e y w o r d s : microalgae Phaeodactylum tricornutum, carotеnoids, fucoxanthin, tempera-
ture, light.
|