В работе проведён анализ возможности применения линейных сплайнов при моделировании комплексного воздействия света и температуры на рост микроводоросли Porphyridium purpureum (Bory) Drew et Ross. Культуру выращивали в накопительном режиме в плоскопараллельном фотобиореакторе при 27 °С и различной поверхностной облучённости — 3, 16 и 50 Вт м-2, а также при фиксированной облучённости 16 Вт м-2 и трёх значениях температуры — 15, 22 и 27 °С. При увеличении температуры с 15 до 27 °С максимальная продуктивность в линейной фазе возрастала в 1,5 раза, а с ростом интенсивности света с 3 до 50 Вт·м-2 — в 4,4 раза. Введено понятие приведённой облучённости, показывающей, какое количество поглощённой культурой энергии приходится на единицу концентрации хлорофилла а. Продемонстрирована возможность использования линейных сплайнов для количественного описания влияния света и температуры на рост культуры микроводорослей. Верификация модели позволила установить точку перехода от экспоненциального к линейному росту: при варьировании температуры насыщающая приведённая облучённость была одинаковая и составила 0,18 Вт (мг хл а)-1, а при увеличении света возросла с 0,11 до 0,44 Вт (мг хл а)-1. Минимальный приведённый световой поток, при котором возможен рост порфиридиума, составлял около 0,01 Вт (мг хл а)-1. Показано, что тангенс угла наклона линии регрессии зависит от соотношения хлорофилла а и калорийности биомассы, а при лимитировании роста культуры температурой — от эффективности преобразования световой в химическую энергию биомассы. Применение линейных сплайнов позволило достичь оптимального сочетания точности описания экспериментальных точек и возможности расчёта коэффициентов модели, каждый из которых имеет биологический смысл.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Биология
Микроводоросли являются низшими фотоавтотрофными организмами, которые способны к оксигенному фотосинтезу, характеризуются разделением фотохимических и ферментативных процессов. В условиях интенсивной культуры рост микроводорослей зависит от множества факторов: световых условий, наличия биогенных элементов, pH, солёности и температуры [Loganathan, Valérie, Lefsrud, 2018].
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Белянин В. Н., Сидько Ф. Я., Тренкеншу А. П. Энергетика фотосинтезирующей культуры микроводорослей. - Новосибирск: Наука, 1980. - 134 c.
2. Варфоломеев С. Д., Гуревич К. Г. Биокинетика. Практический курс. - Москва: ФАИР-ПРЕСС [и др.], 1999. - 720 с.
3. Воронова Е. Н., Конюхов И. В., Казимирко Ю. В., Погосян С. И., Рубин А. Б. Изменения состояния фотосинтетического аппарата диатомовой водоросли Thallassiosira weisflogii при фотоадаптации и фотоповреждении // Физиология растений. - 2009. - Т. 56, № 6. - С. 836-843. -.
4. Гололобов Ж. Ю., Морозова И. Л., Степанов В. М. Влияние температуры и pH на стабильность и каталитическую активность сериновой протеиназы Bacillus subtilis, шт. 72 // Биоxимия. - 1991. - Т. 56, № 1. - С. 33-40.
5. Гудвилович И. Н., Лелеков А. С., Мальцев Е. И., Куликовский М. С., Боровков А. Б. Рост культуры Porphyridium purpureum (Porphyridiales, Rhodophyta) и продукция B-фикоэритрина при различной освещённости // Физиология растений. - 2021. - T. 68, № 1. - С. 103-112. -. DOI: 10.31857/S0015330320060056
6. Ковалева И. В., Финенко З. З. Количественные закономерности изменения относительного содержания хлорофилла при совместном действии света и температуры у диатомовых водорослей // Вопросы современной альгологии. - 2019. - № 3. - С. 28-36. -. DOI: 10.33624/2311-0147-2019-3(21)-28-36
7. Лелеков А. С. Кинетические и продукционные характеристики культуры микроводорослей в условиях светолимитирования // Доклады Международной конференции “Математическая биология и биоинформатика” / Ин-т матем. пробл. биологии РАН; под ред. В. Д. Лахно. - Пущино: ИМПБ РАН, 2024. - Т. 10. - Ст. e51. -. DOI: 10.17537/icmbb24.21
8. Лелеков А. С., Клочкова В. С. Моделирование роста и фотоадаптации накопительной культуры Porphyridium purpureum // Математическая биология и биоинформатика. - 2024. - Т. 19, № 1. - С. 169-182. -. DOI: 10.17537/2024.19.169
9. Лелеков А. С., Тренкеншу Р. П. Двухкомпонентная модель роста микроводорослей в плотностате // Математическая биология и биоинформатика. - 2021. - Т. 16, № 1. - С. 101-114. - 10.17537/2021.1 6.101. DOI: 10.17537/2021.16.101
10. Лелеков А. С., Тренкеншу Р. П. Моделирование динамики макромолекулярного состава микроводорослей в накопительной культуре // Компьютерные исследования и моделирование. - 2023. - Т. 15, № 3. - С. 739-756. -. DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-3-739-756
11. Макаров М. В., Воскобойников Г. М. Влияние освещения и температуры на макроводоросли Баренцева моря // Вопросы современной альгологии. - 2017. - № 3. - http://algology.ru/1183.
12. Осипов В. А., Абдурахманов Г. М., Гаджиев А. А., Братковская Л. Б., Заядан Б. К. Использование флуоресценции хлорофилла “а” для биотестирования водной среды // Юг России: экология, развитие. - 2012. - Т. 7, № 2. - С. 93-100. -.
13. Соломонова Е. С., Акимов А. И. Оценка физиологического состояния микроводорослей с помощью цитометрических и флуоресцентных показателей // Физиология растений. - 2021. - Т. 68, № 5. - С. 553-560. -. DOI: 10.31857/S0015330321050201
14. Терсков И. А., Тренкеншу Р. П., Белянин В. Н. Светозависимый рост водоросли Platymonas viridis в непрерывной культуре // Известия Сибирского отделения АН СССР. Серия биологических наук. - 1981. - № 10, вып. 2. - С. 103-108. - URL: https://repository.marine-research.ru/handle/299011/14595.
15. Тренкеншу Р. П. Кинетика субстратзависимых реакций при различной организации метаболических систем. - Севастополь: ЭКОСИ - Гидрофизика, 2005. - 89 с. - https://repository.marine-research.ru/handle/299011/6620.
16. Тренкеншу Р. П., Лелеков А. С. Моделирование роста микроводорослей в культуре. - Белгород: КОНСТАНТА, 2017. - 152 с. - https://repository.marine-research.ru/handle/2 99011/2073.
17. Харчук И. А. Оценка жизнеспособности трех видов микроводорослей после воздействия низких температур с криопротекторами // Вопросы современной альгологии. - 2017. - № 1. - Ст. 29. - http://algology.ru/1133.
18. Чернышёв Д. Н., Клочкова В. С., Лелеков А. С. Модель декомпозиции нативного спектра поглощения культуры Porphyridium purpureum // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. - 2024. - Т. 30, № 1. - С. 122-131. -. DOI: 10.18287/2541-7525-2024-30-1-122-131
19. Шибзухова К. А., Чивкунова О. Б., Лобакова Е. С. Влияние низкой температуры и азотного голодания на морфо-физиологические характеристики двух штаммов зелёных микроводорослей рода Lobosphaera sp. (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) // Физиология растений. - 2023. - T. 70, № 3. - C. 301-310. -. DOI: 10.31857/S0015330322600772
20. Шоман Н. Ю., Акимов А. И. Особенности температурной адаптации Phaeodactylum tricornutum, Nitzschia sp. и Skeletonema costatum (Bacillariophyceae) при разной освещённости // Ботанический журнал. - 2022. - T. 107, № 3. - С. 237-246. -. DOI: 10.31857/S0006813622030048
21. Béchet Q., Laviale M., Arsapin N., Bonnefond H., Bernard O. Modeling the impact of high temperatures on microalgal viability and photosynthetic activity // Biotechnology for Biofuels. - 2017. - Vol. 10. - Art. 136. - 10.1186/s1 3068-017-0823-z. DOI: 10.1186/s13068-017-0823-z
22. Bitaubé Pérez E., Caro Pina I., Pérez Rodríguez L. Kinetic model for growth of Phaeodactylum tricornutum in intensive culture photobioreactor // Biochemical Engineering Journal. - 2008. - Vol. 40, iss. 3. - P. 520-525. - 10.1016/j.bej.200 8.02.007. DOI: 10.1016/j.bej.2008.02.007
23. Castro-Varela P., Sáez K., Gómez P. I. Effect of urea on growth and biochemical composition of Porphyridium purpureum (Rhodophyta) and scaling-up under non-optimal outdoor conditions // Phycologia. - 2021. - Vol. 60, iss. 6. - P. 572-581. - 10.1080/00318884.2021.19533 05. DOI: 10.1080/00318884.2021.1953305
24. Chang J., Le K., Song X., Jiao K., Zeng X., Ling X., Shi T., Tang X., Sun Y., Lin L. Scale-up cultivation enhanced arachidonic acid accumulation by red microalgae Porphyridium purpureum // Bioprocess and Biosystems Engineering. - 2017. - Vol. 40. - P. 1763-1773. -. DOI: 10.1007/s00449-017-1831-x
25. Droop M. R. 25 years of algal growth kinetics a personal view // Botanica Marina. - 1983. - Vol. 26, iss. 3. - P. 99-112. -. DOI: 10.1515/botm.1983.26.3.99
26. Flynn K. J. A mechanistic model for describing dynamic multi-nutrient, light, temperature interaction in phytoplankton // Journal of Plankton Research. - 2001. - Vol. 23, iss. 9. - P. 977- 997. -. DOI: 10.1093/plankt/23.9.977
27. Goldman J. C., Carpenter E. J. A kinetic approach to the effect of temperature on algal growth // Limnology and Oceanography. - 1974. - Vol. 19, iss. 5. - P. 756-766. -. DOI: 10.4319/lo.1974.19.5.0756
28. Guihéneuf F., Stengel D. B. Towards the biorefinery concept: interaction of light, temperature and nitrogen for optimizing the co-production of high-value compounds in Porphyridium purpureum // Algal Research. - 2015. - Vol. 10. - P. 152-163. -. DOI: 10.1016/j.algal.2015.04.025
29. Huesemann M., Edmundson S., Gao S., Negi S., Dale T., Gutknecht A., Daligault H. E., Carr C. K., Freeman J., Kern T., Starkenburg S. R., Gleasner C. D., Louie W., Kruk R., McGuire S. DISCOVR strain pipeline screening. Pt. I. Maximum specific growth rate as a function of temperature and salinity for 38 candidate microalgae for biofuels production // Algal Research. - 2023. - Vol. 71. - Art. 102996. -. DOI: 10.1016/j.algal.2023.102996
30. Krichen E., Rapaport A., Floc’h E., Fouilland E. A new kinetics model to predict the growth of microalgae subjected to fluctuating availability of light // Algal Research. - 2021. - Vol. 58. - Art. 102362. -. DOI: 10.1016/j.algal.2021.102362
31. Loganathan G., Valérie O., Lefsrud M. Factors affecting growth of various microalgal species // Environmental Engineering Science. - 2018. - Vol. 35, iss. 10. - P. 1037-1048. -. DOI: 10.1089/EES.2017.0521
32. Ma C., Zhang Y. Bo, Ho S. H., Xing D. F., Ren N. Qi, Liu B. F. Cell growth and lipid accumulation of a microalgal mutant Scenedesmus sp. Z-4 by combining light/dark cycle with temperature variation // Biotechnology for Biofuels. - 2017. - Vol. 10. - Art. 260. -. DOI: 10.1186/s13068-017-0948-0 EDN: PRRDAV
33. Padmanabhan Yu., Padmanabhan P. Improvements in conventional modeling practices for effective simulation and understanding of microalgal growth in photobioreactors: an experimental study // Biotechnology and Bioprocess Engineering. - 2021. - Vol. 26, iss. 3. - P. 483-500. -. DOI: 10.1007/s12257-020-0293-1
34. Schoeters F., Spit J., Swinnen E., De Cuyper A., Vleugels R., Noyens I., Van Miert S. Pilot-scale cultivation of the red alga Porphyridium purpureum over a two-year period in a greenhouse // Journal of Applied Phycology. - 2023. - Vol. 35, iss. 5. - P. 2095-2109. -. DOI: 10.1007/s10811-023-03045-5
35. Singh S. P., Singh P. Effect of temperature and light on the growth of algae species: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2015. - Vol. 50. - P. 431-444. -. DOI: 10.1016/j.rser.2015.05.024
36. Xu Y., Jiao K., Zhong H., Wu S., Ho S. H., Zeng X., Li J., Tang X., Sun Y., Lin L. Induced cultivation pattern enhanced the phycoerythrin production in red alga Porphyridium purpureum // Bioprocess and Biosystems Engineering. - 2020. - Vol. 43, iss. 2. - P. 347-355. -. DOI: 10.1007/s00449-019-02230-6 EDN: JRDFIT
37. Yin H. C., Sui J. K., Han T. L., Liu T. Z., Wang H. Integration bioprocess of B-phycoerythrin and exopolysaccharides production from photosynthetic microalga Porphyridium cruentum // Frontiers in Marine Science. - 2022. - Vol. 8. - Art. 836370. -. DOI: 10.3389/fmars.2021.836370
38. Yustinadiar N., Manurung R., Suantika G. Enhanced biomass productivity of microalgae Nannochloropsis sp. in an airlift photobioreactor using low-frequency flashing light with blue LED // Bioresources and Bioprocessing. - 2020. - Vol. 7. - Art. 43. - 10.11 86/s40643-020-00331-9. DOI: 10.1186/s40643-020-00331-9
39. Zheng Y., Xue C., Chen H., He C., Wang Q. Low-temperature adaptation of the snow alga Chlamydomonas nivalis is associated with the photosynthetic system regulatory process // Frontiers in Microbiology. - 2020. - Vol. 11. - Art. 1233. -. DOI: 10.3389/fmicb.2020.01233
40. Zhou H., Wang J., Zhang Z., Lan C. Q. High cell density culture of microalgae in horizontal thin-layer algal reactor: Modeling of light attenuation and cell growth kinetics // Chemical Engineering Journal. - 2024. - Vol. 496. - Art. 154175. -.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В статье представлен комплексный анализ пространственно-временной изменчивости температурного режима и режима осадков на территории Вьетнама за период 1991–2024 гг. с использованием ряда климатических индексов. Установлено, что среднегодовые температуры демонстрируют статистически значимый рост с максимальной интенсивностью потепления до 0,6 °C/10 лет в центральных регионах. Выявлен рост минимальных температур (до 0,4 °C/10 лет) и значительное увеличение количества тропических ночей (индекс TR), особенно в горных районах (до +30 дней/10 лет). Индекс абсолютных годовых максимумов (TXx) показывает резкое повышение (до +1,5 °C/10 лет) в центральных и северных регионах. Наибольший рост количества жарких дней (SU35, Tmax > 35 °C) обнаружен в северной и центральной частях Вьетнама (до +25 дней/10 лет). Анализ осадков выявил положительные и статистически значимые тренды годовых сумм осадков, особенно на наветренных склонах хребта Чыонгшон (до 70 мм/год). Наблюдаются увеличение числа дней с сильными (R10mm) и очень сильными (R20mm) осадками, а также рост индекса интенсивности осадков (SDII) в центральной части страны. Это указывает на интенсификацию экстремальных ливневых явлений. Результаты свидетельствуют о значительной трансформации климата Вьетнама, характеризующейся усилением гидрологического цикла и потеплением, что создает новые риски, связанные с тепловым стрессом и экстремальными осадками.
На основании данных проведённых комплексных исследований и анализа литературных источников о ый заказник регионального значения «Ласпи». Показано, что заказник реализует пять природоохранных функций, его текущая природоохранная эффек- тивность составляет 88 %, что определено низкими значениями для эталонной (71 %), рефугиумной (86 %) и «монументальной» (83 %) составляющих. Заказник «Ласпи» не является ключевым объектом для со- хранения редких охраняемых видов и биотопов в мировом масштабе, но в России играет существенную роль для сохранения популяций девяти видов и подвидов сосудистых растений, пяти видов животных (категории II) и трёх биотопов. Выявлены причины неполноты природоохранной эффективности заказ- ника в отношении следующих объектов: чужеродных и синантропных видов, антропогенно нарушенных и трансформированных сообществ, биотопов и экосистем, можжевеловых лесов союза Jasmino-Juniperion excelsae, охраняемых видов сосудистых растений (Juniperus excelsa, J. deltoides и Trachomitum venetum subsp. sarmatiense), биотопов средиземноморских можжевеловых лесов и старовозрастных деревьев. Для всех проанализированных объектов отмечено сильное влияние недостатков управления и незаконного природопользования. При реализации полного комплекса действий по сохранению и оптимизации природного заказника «Ласпи» значения всех составляющих перспективной эффективности возрастут. К потенциальным угрозам для заказника относятся пять категорий природных воздействий и шесть антропогенных, самыми актуальными из которых являются группы угроз, связанных с нарушениями природоохранного режима и разрешёнными видами деятельности. Общий показатель устойчивости ООПТ к долговременным изменениям среды составляет 85 %, в случае ухудшения условий он снизится до 72 %. В целом заказник «Ласпи» является репрезентативным эталоном как для г. Севастополя, так и для Крымского полуострова оответствует природоохранному профилю ландшафтного объекта.
Дана биотопическая, фитоценотическая и флористическая характеристика природного комплекса пицундскососново-высокоможжевеловых лесов и сопутствующих им биотопов Горного Крыма. В составе комплекса выявлены сообщества 14 классов растительности и 26 биотопов, относящихся к пяти типам высшего иерархического уровня EUNIS habitat classification. Флора включает 647 видов из 310 родов 69 семейств сосудистых растений. Выделено пять подкомплексов: 1 — массивы плотных бескарбонатных пород; 2 — эрозионные ландшафты на среднеюрских тяжёлых глинах; 3 — известняковые массивы Юго-Восточного Крыма; 4 — известняковые массивы Юго-Западного Крыма; 5 — эрозионные ландшафты на флише таврической серии и средней юры. Для каждого подкомплекса приведены картосхема распространения в Крыму, перечни местообитаний, классов растительности, специфические и дифференцирующие виды флоры, оценено флористическое богатство. Установлено, что наибольшим биотопическим и фитоценотическим разнообразием и флористическим богатством характеризуется подкомплекс известняковых массивов Юго-Западного Крыма, а самым своеобразным по составу и структуре компонентов является подкомплекс эрозионных ландшафтов на тяжёлых глинах.
По данным, полученным в 126-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» в марте — апреле 2023 г., выполнена оценка современного состояния фитопланктона Чёрного моря у берегов Крымского полуострова. Необходимость подобной оценки была продиктована климатическими изменениями, оказывающими влияние на черноморскую экосистему. Получены данные по содержанию биогенных веществ в воде, хлорофиллу а, величине первичной продукции, биомассе и видовому составу фитопланктона. Концентрация хлорофилла а в поверхностном слое варьировала от 0,6 до 1,5 мг/м³, величина первичной продукции здесь находилась в диапазоне 1–72 мг С‧м⁻³‧сут⁻¹, а её интегральные значения в фотосинтетической зоне преимущественно составляли 200–300 мг С‧м⁻²‧сут⁻¹. Биомасса фитопланктона на поверхности изменялась от 5 до 84 мг С‧м-³, но, как правило, редко превышала 30 мг С‧м-³. По биомассе доминировала крупноклеточная диатомовая водоросль Pseudosolenia calcar-avis, а по численности — представители рода Pseudo-nitzschia, однако их развитие не достигало уровня цветения. Было выявлено, что азот и фосфор в исследованный период ограничивали развитие фитопланктона. Сопоставление полученных результатов с литературными данными позволило оценить изменения структурных и функциональных характеристик фитопланктона, наблюдаемые в настоящее время в прибрежных районах Чёрного моря.
Приводятся новые данные по распространению и некоторым морфологическим особенностям двух эндемичных видов ракообразных — краба Dalatomon loxophrys (Kemp, 1923) и креветки Macrobrachium dalatense Nguyên, 2003, обнаруженных в горных ручьях провинции Ламдонг (Вьетнам). Представлена морфометрическая характеристика D. loxophrys на основе выборки из 21 особи, показавшая выраженную вариабельность длины и ширины карапакса, а также массы животных. M. dalatense зарегистрирован в единственной локации — у водопада Hòa Bình. Обсуждается уязвимость популяций в связи с небольшим ареалом обитания, который подвергается антропогенному воздействию, а также предлагаются меры охраны.
Инфузория-перитриха Cyclodonta bipartita (Stokes, 1885) обнаружена как эпибионт гарпактикоиды из зоны заплеска на Фолклендских островах (Южная Атлантика). Гарпактикоидабазибионт отмечена в интерстициальной пресной воде на границе галечного пляжа, куда проникает морская вода. Это первая находка данного вида инфузорий на Фолклендских островах. Особенности местообитания свидетельствуют о том, что данный вид может обитать в солоноватой воде. Также обсуждаются таксономия и распространение вида.
По материалам исследований амфипод, собранных в акваториях Центрального и Южного Вьетнама в 2011, 2012, 2025 гг., составлен чек-лист, включающий 138 видов амфипод, относящихся к 77 родам и 36 семействам. Наибольшее число видов включают семейства Maeridae Krapp-Schickel, 2008 и Photidae Boeck, 1871 (20 и 14 соответственно). Количество видов других семейств колеблется от 1 до 10.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2026 год.
Издательство
- Издательство
- ИНБЮМ
- Регион
- Россия, Севастополь
- Почтовый адрес
- 299011, Россия, г. Севастополь, проспект Нахимова, д. 2.
- Юр. адрес
- 299011, Россия, г. Севастополь, проспект Нахимова, д. 2.
- ФИО
- Горбунов Роман Вячеславович (Директор)
- E-mail адрес
- ibss@ibss-ras.ru
- Контактный телефон
- +7 (869) 2544110
- Сайт
- http://imbr-ras.ru/