Динаміка пігментів і росту морських мікроводоростей у хемостаті на прикладі Dunaliella Salina Teod

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ ПІВДЕННИХ МОРІВ ІМ. О.О. КОВАЛЕВСЬКОГО

УДК 579:582.26/.27:591.176:573.7:574.6

Динаміка пігментів і росту морських мікроводоростей у хемостаті на прикладі Dunaliella Salina Teod

03.00.17 - гідробіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеню

кандидата біологічних наук

Боровков Андрій Борисович

Севастополь 2008

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Інституті біології південних морів ім. О.О. Ковалевського НАН України, г. Севастополь

Науковий керівник: кандидат біологічних наук

старший науковий співробітник

Тренкеншу Рудольф Павлович

Інститут біології південних морів НАН України,

завідувач відділом біотехнологій та фіторесурсів

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Паршикова Тетяна Вікторівна

Київський національний університет ім. Т. Шевченко,

завідувач кафедрою фізіології та екології рослин

доктор біологічних наук, професор, член-кор. НАНУ

Єгоров Віктор Миколайович

Інститут біології південних морів НАН України,

завідувач відділом радіаційної та хімічної біології

Захист дисертації відбудеться 19.11.2008 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 50.214.01 при Інституті біології південних морів НАН України за адресою: 99011, м. Севастополь, пр. Нахімова, 2.

С дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту біології південних морів НАН України за адресою: 99011, м. Севастополь, пр. Нахімова, 2.

Автореферат розісланий 10.10. 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради Д 50.214.01 доктор біологічних наук, професор А.В. Гаєвська

АНОТАЦІЯ

Боровков А. Б. Динаміка пігментів і росту мікроводоростей у хемостаті на прикладі Dunaliella salina Teod. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.17 - гідробіологія. - Інститут біології південних морів НАН України, Севастополь, 2008.

Запропоновано механізм, що пояснює зміну вмісту пігментів у клітинах морських мікроводоростей. Розроблено математичну модель, що описує залежність вмісту пігментів у клітинах морських мікроводоростей від освітленості та питомої швидкості росту культури. Зроблено оцінку кількості енергії, необхідної для деструкції однієї молекули хлорофілу. Експериментально показано, що вміст каротиноїдів у клітинах D. salina при постійній швидкості росту описується гіперболічною залежністю від освітленості.

Розроблено математичні моделі для прогнозування динаміки щільності культури та врожаю для умов хемостата. Установлено, що непропорційно-проточний метод культивування дозволяє за інших рівних умов забезпечити більш високу продуктивність, чим накопичувальний і квазибезперервний методи. Штам D. salina IBSS-2 запропоновано як перспективний для промислового культивування.

Ключові слова: механізм, математична модель, відносний вміст пігментів, прогноз, ріст, щільність культури, хлорофіл, каротиноїді, Dunaliella salina.

АННОТАЦИЯ

Боровков А.Б. Динамика пигментов и роста микроводорослей в хемостате на примере Dunaliella salina Teod. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.17 - гидробиология. - Институт биологии южных морей НАН Украины, Севастополь, 2008.

Предложен механизм, объясняющий изменение содержания пигментов в клетках морских микроводорослей. Разработана математическая модель, которая описывает зависимость содержания пигментов в клетках морских микроводорослей от освещенности и удельной скорости роста культуры. Сделана оценка количества энергии, необходимой для деструкции одной молекулы хлорофилла. Экспериментально показано, что содержание каротиноидов в клетках D. salina при постоянной скорости роста описывается гиперболической зависимостью от освещенности.

Разработаны математические модели для прогнозирования динамики плотности культуры и урожая для условий хемостата. Установлено, что непропорционально-проточный метод культивирования позволяет при прочих равных условиях обеспечить более высокую продуктивность, чем накопительный и квазинепрерывный методы. Штамм D. salina IBSS-2 предложен как перспективный для промышленного культивирования.

Ключевые слова: механизм, математическая модель, относительное содержание пигментов, прогноз, рост, плотность культуры, хлорофилл, каротиноиды, Dunaliella salina.

SUMMARY

Borovkov A.B. Dynamics of pigments and growth of microalgae in chemostat on example Dunaliella salina Teod. - Manuscript.

The dissertation on of scientific degree of a Cand.Biol.Sci. competition at a speciality 03.00.17 - hydrobiology. - Institute of Biology of the Southern Seas, National Academy of Science of Ukraine, Sevastopol, 2008.

The mechanism explaining change of pigments maintenance in cells of sea microalgae is offered. The mathematical model which describes dependence of the pigments maintenance in cells of sea microalgae from light exposure and specific growth rate of culture has been developed. The assessment of energy quantity necessary for destruction of one molecule of chlorophyll has been made. It is shown, experimentally, that the carotenes maintenance in cells of D. salina at constant growth rate is described by hyperbolic dependence on light exposure.

Mathematical models have been developed for forecasting of density dynamics of culture and crop for chemostat conditions. It has been established, that the disproportionate-flow method of cultivation allows to provide higher efficiency with other equal things, than batch and semicontinuous methods. Shtam D. salina IBSS-2 is offered as perspective for industrial cultivation.

Keywords: the mechanism, mathematical model, the relative maintenance of pigments, the forecast, growth, culture density, chlorophyll, carotenes, Dunaliella salina.

пігмент мікроводорость хемостат

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Визначається двома аспектами:

теоретичним - на цей час відсутні загальноприйняті уявлення про механізми, що обумовлюють вміст пігментів у клітинах мікроводоростей при впливі факторів зовнішнього середовища. Існують лише окремі роботи, що дозволяють кількісно описати вміст пігментів для безперервних культур мікроводоростей. Тому побудова математичної моделі на основі нового механізму світлозалежного вмісту пігментів вкрай актуальна для більш якісного та обґрунтованого опису літературних і оригінальних даних;

практичним - мікроводорості являються джерелом унікальних біологічно цінних речовин, більшість із яких є пігментами (фікобіліни, каротиноїди і т.д.). Визначення оптимальних умов для синтезу тих або інших пігментів є основою біотехнології їхнього масового виробництва, у тому числі одержання природного в-каротину і ряду інших біологічно активних речовин з D. salina.

Зв'язок роботи із програмами, темами, планами. Дисертаційна робота виконана у відділі біотехнологій та фіторесурсів ІнБПМ НАНУ в рамках досліджень по наступним темам: «Розробка наукових основ біотехнологій відтворення та використання морських ресурсів» (№ 0101U001448, 2003-2005 р.), «Розробка промислової технології інтенсивного вирощування морських галобних мікроводоростей» (№ 0105U007493, 2005р.), господарському договору «Розробка промислової технології виробництва галобних мікроводоростей» (№ 0105U007493, 2004-2005 р.). У зазначених темах дисертант був відповідальним виконавцем.

Мета та завдання дослідження. Мета роботи - теоретично та експериментально дослідити динаміку пігментів і росту морських мікроводоростей у хемостаті. Відповідно до поставленої мети вирішували наступні завдання:

запропонувати механізм, що пояснює зміни вмісту пігментів у клітинах морських мікроводоростей;

дослідити вплив інтенсивності світла на вміст пігментів у клітинах морських мікроводоростей різних систематичних груп у хемостаті;

розробити модель світлозалежного вмісту пігментів у мікроводоростях, що адекватно описує експериментальні дані для хемостатних культур;

дослідити динаміку росту мікроводоростей в умовах інтенсивної культури на прикладі D. salina.

Об'єкт дослідження - альгологічно чиста культура Dunaliella salina Teod. (штами IBSS-1, IBSS-2, IBSS-3) з колекції відділу біотехнологій та фіторесурсів ІнБПМ НАН України.

Предмет дослідження - ростові та біохімічні показники D. salina залежно від умов вирощування.

Методи дослідження. У роботі застосовували фотоколориметричні та спектрофотометричні методи визначення оптичної щільності культур мікроводоростей, вмісту хлорофілів і сумарних каротиноїдів у біомасі, об'ємно-ваговий метод визначення щільності культури, загальноприйняті розрахункові методи визначення швидкостей росту культур мікроводоростей, методи математичної статистики та математичного моделювання, експериментального культивування.

Наукова новизна отриманих результатів. Запропоновано механізм, що пояснює зміну вмісту пігментів у клітинах морських мікроводоростей. Розроблено модель світлозалежного вмісту пігментів у клітинах морських мікроводоростей. Зроблено оцінку кількості енергії, необхідної для деструкції однієї молекули хлорофілу.

Вперше встановлені закономірності росту D. salina в періодичної, квазібезперервній та непропорційно-проточній культурах при вирощуванні у відкритих культиваторах в лабораторних і промислових умовах. Розроблено математичні моделі прогностичного типу для визначення динаміки біомаси та величини врожаю для безперервних культур.

Практичне значення отриманих результатів. За результатами експериментів розроблена модель рекомендується як складовий елемент математичних моделей, які прогнозують первинну продукцію океану залежно від умов середовища. Також отримані експериментальні дані важливі для оптимізації умов росту мікроводоростей і максимізації виходу пігментів у виробничих умовах їхнього масового вирощування.

Результати досліджень стали основою для розробки промислової технології інтенсивного культивування морських галобних мікроводоростей. Дана технологія впроваджена в практику ТОВ «Кайлас».

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним науковим дослідженням. Розробка завдань і вибір методів досліджень, основний комплекс експериментальних робіт (постановка експериментів, визначення ростових характеристик культур, динаміки вмісту хлорофілів і каротиноїдів у біомасі D. salina, змін рН і температури, статистична обробка даних), узагальнення, аналіз та інтерпретація отриманих даних виконані автором самостійно. В роботах, опублікованих у співавторстві, внесок здобувача складався з постановки наукових завдань, обґрунтування актуальності досліджень, обґрунтування методичних аспектів досліджень, обробки, аналізу та інтерпретації матеріалу. Зі статей, опублікованих у співавторстві, в дисертації використані дані, отримані автором самостійно. Права співавторів публікацій не порушені.

Апробація роботи. Матеріали дисертації доповідались на семінарах відділу біотехнології та фіторесурсів ІнБПМ НАНУ (2004 - 2007 рр.), III Міжнародній конференції з актуальних проблем сучасної альгології (м. Харків, 2005 р.), Науковій конференції «Ломоносовские чтения» 2005р. і Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих учених «Ломоносов - 2005» (м. Севастополь, 2005 р.), IV Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих учених із проблем Чорного та Азовського морів «Понт Эвксинский - IV» (м. Севастополь, 2005 р.), XII з'їзді українського ботанічного товариства (м. Одеса, 2006 р.), Міжнародній науковій конференції, присвяченої 135-річчю Інституту біології південних морів: Проблеми біологічної океанографії ХХ століття (м. Севастополь, 2006 р.), Міжнародній конференції молодих учених-ботаніків: Актуальні проблеми ботаніки та екології (м. Київ, 2007 р.), V Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих учених із проблем водних екосистем «Понт Эвксинский - V» (м. Севастополь, 2007 р.), Міжнародній конференції молодих учених: Біологія: від молекули до біосфери (м. Харків, 2007 р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 19 наукових праць (дві без співавторів), з яких: статті в спеціалізованих наукових виданнях, рекомендованих ВАК України - 10, роботи в збірках статей, матеріалах і тезах національних і міжнародних конференцій - 9.

Структура та обсяг роботи. Дисертація викладена на 160 сторінках машинописного тексту, складається із вступу, шести розділів, висновків, списку літератури (216 найменувань), ілюстрована 17 таблицями та 36 малюнками.

2. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

У розділі представлено аналіз опублікованих даних про види та функції пігментів мікроводоростей, обговорюється вплив різних факторів середовища (освітленість, забезпеченість елементами мінерального живлення, температура, рН та ін.) на вміст пігментів у клітинах мікроводоростей. Відображені різні адаптації пігментного апарата до умов середовища, що варіюють. Приводяться найбільш відомі математичні моделі, що описують залежність відносного вмісту хлорофілу в клітинах мікроводоростей від факторів середовища та дається їхній аналіз.

Більша частина розроблених на сьогоднішній день моделей має емпіричний характер, а для кращого розуміння шляхів адаптації пігментної системи потрібна побудова моделей на основі фізіологічних механізмів, що враховують вплив різних факторів навколишнього середовища та їхніх комбінацій.

Першим кроком у створенні комплексної теорії, що враховує взаємодії факторів зовнішнього середовища, які впливають на вміст пігментів у клітинах мікроводоростей, є побудова математичної моделі, що розглядає як провідний фактор світлове забезпечення клітин.

3. МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ

Методи та умови вирощування. Експериментальні роботи виконували на базі відділу біотехнологій та фіторесурсів ІнБПМ НАНУ і підприємства «Кайлас» (Крим). У роботі використовували модифіковані живильні середовища Тренкеншу та Ben-Amotz. Залежно від поставлених завдань вирощування D. salina здійснювали методами накопичувальної, квазібезперервної і непропорційно-проточної культури. В якості інокулята використовували штами D. salina IBSS-1, IBSS-2 і IBSS-3 з колекції ІнБПМ НАНУ. Інокулят вносили в культиватори з таким розрахунком, щоб початкова щільність у всіх варіантах досліду була однаковою (? 0,2 г АСР/л).

В процесі вирощування культура D. salina безупинно забезпечувалася газоповітряною сумішшю з концентрацією вуглекислоти, що забезпечує оптимальне рН середовища (8 - 9 од.). Експеримент проводився на люміностатах з лампами ЛБ-40, ЛБ-80, ДРЛ-700 які дозволяли встановлювати освітленість робочої поверхні культиваторів від 4 до 31 кЛк (від 12 до 95 Вт/м2). Температура стабілізувалася на заданому рівні швидкістю протоки охолоджувача у водяній оболонці фотобіореакторів.

В умовах виробництва культиваторами служили прямокутні басейни 2 Ч 2,5 м з харчової поліетиленової плівки товщиною 150 мкм, яку клали на вирівняну поверхню ґрунту та закріпляли на обгороджених конструкціях за допомогою дерев'яних планок. Водорості вирощували при природному освітленні. Максимальна освітленість в географічний полудень (12:30) досягала 110 кЛк. Добова температура коливалася в межах 24 - 36 єС і 16 - 28 єС. Об'єм культури в кожному культиваторі становив 250 л, при висоті шару розчину 5 см. Культури постійно перемішували за допомогою електронасоса «Струмок». Суспензії мікроводоростей барботували газоповітряною сумішшю за допомогою компресора «Maxima».

Методи вимірювань і аналізів. Ріст культур реєстрували фотометричним методом по оптичній щільності суспензії мікроводоростей в області 750 нм, вимірюваної на фотоелектроколориметрі КФК-2. Число клітин визначали в камері Горяєва. Освітленість на поверхні культури реєстрували за допомогою люксметра Ю-116. рН середовища контролювали за допомогою иономера pH-150. Визначення вмісту в середовищі нітратів, нітритів і фосфатів здійснювали у відповідності зі стандартними гідрохімічними методиками. Вміст абсолютно сухої речовини (АСР) визначали об'ємно-ваговим методом. Вміст пігментів визначали спектрофотометричним методом. Пігменти екстрагували із клітин 100 % ацетоном. Спектри екстрактів пігментів проміряли на реєстраційному спектрофотометрі СФ-2000 в діапазоні довжин хвиль 400 - 800 нм із кроком 0,1 нм. Отримані дані усереднювали із кроком 1 нм і згладжували по методу Савицького-Галлея. Розрахунок концентрацій пігментів здійснювали за формулами, запропонованими Holm і Wettstein по значенням оптичної щільності на довжинах хвиль, що відповідають максимумам поглинання відповідними пігментами.

4. МОДЕЛЬ СВІТЛОЗАЛЕЖНОГО ВМІСТУ ПІГМЕНТІВ

Модель заснована на такому положенні. Фотосинтетичний пігмент здатен поглинути певну кількість квантів світла - летальну дозу (або Дж енергії, тому що кванти можуть нести різну кількість енергії) після чого руйнується. Паралельно в клітинах іде постійний синтез нових пігментів. Частка зруйнованих пігментів до пігментів, які спостерігаються, буде визначатися відношенням часу знаходження в культиваторі до часу, необхідному для одержання летальної дози одним пігментом. Час знаходження в культиваторі зворотно пропорційний швидкості протоку, а доза поглиненої енергії визначається поверхневою освітленістю культури та часом знаходження в культиваторі.

Таким чином, летальну дозу можна представити, як добуток інтенсивності світла, яка поглинається однією молекулою пігменту, на час, протягом якого відбувалося поглинання. Інтенсивність світла, що доводиться на одну молекулу пігменту, буде визначатися концентрацією пігменту.

Через лімітування росту культури тільки одним фактором і відносною простотою математичного опису процесів, що відбуваються, застосуємо теорію хемостату. Хемостат - система культивування організмів з постійним об'ємом робочої області та швидкістю протоки живильного середовища. Ріст водоростей детерміновано тільки одним фактором, що перебуває в ліміті. У нашій моделі таким фактором є світло.

Швидкість протоки в такій системі визначається відношенням об'єму протоки до часу. Відповідно, середній час витиснення, протягом якого клітини перебувають під дією світла в культиваторі, зворотно пропорційний швидкості протоки. Відповідно, чим менше швидкість росту (протоки), тобто чим довше пігменти перебувають під впливом світла, тим більша їхня кількість зруйнується.

При стаціонарному процесі (безперервна культура) величина відносного вмісту пігменту в біомасі водорості визначається відношенням встановлених концентрацій пігменту та біомаси. Відношення вмісту пігменту до максимально можливого (без процесу деструкції) визначається відношенням концентрацій пігментів: спостережливих і максимальних. Спостережувана концентрація визначається балансом синтезованих і зруйнованих пігментів. Зведення математичних форм запису процесів, що відбуваються, у єдине ціле приводить до наступної математичної моделі світлозалежного вмісту пігментів у клітинах мікроводоростей з урахуванням швидкості росту:

,

де - відносний вміст пігменту в біомасі (%), max - коефіцієнт, максимальний вміст пігменту в біомасі (%), µ - питома швидкість росту (доба-1), Fd - коефіцієнт, летальна (деструктивна) доза світлової енергії для пігменту (Дж·м-2), Ia - інтенсивність освітлення (Вт/м2).

Застосування даної моделі обмежується щільністю безперервної культури мікроводоростей, при якій хемостат стабільний: B (Bb; BB), з відповідним обмеженням по питомій швидкості росту м (мB; мb), і освітленнями, які перевищують компенсаційний пункт фотосинтезу: Ia (Imin; Imax), де Bb - щільність культури мікроводоростей на початку лінійної фази накопичувальної культури, BB - щільність культури мікроводоростей наприкінці лінійної фази накопичувальної культури, мB - питома швидкість росту культури наприкінці лінійної фази, мb - питома швидкість росту на початку лінійної фази накопичувальної культури, Imin - освітленість, що відповідає компенсаційному пункту фотосинтезу, Imax - освітленість, що відповідає межі життєдіяльності клітин мікроводоростей.

Такім чином, розроблена математична модель світлозалежного вмісту пігментів у клітинах мікроводоростей описує всю безліч стаціонарних станів системи у вищевідзначених межах, що становить 100 % випадків для хемостатної культури.

5. СВІТЛОЗАЛЕЖНИЙ ВМІСТ ПІГМЕНТІВ

Опис експериментальних даних (застосування моделі). Використовуючи літературні дані по вмісту хлорофілу в мікроводоростях при різних інтенсивностях освітлення та питомих швидкостях росту за допомогою методу найменших квадратів, можна розрахувати коефіцієнт Fd і max для різних видів водоростей (табл. 1).

Таблиця 1 Коефіцієнти максимального вмісту та летальної дози енергії для хлорофіла-а культур мікроводоростей різних відділів

Вид	max, % АСР	Fd, Дж·86400-1·м-2	Fd, Дж·м-2	R2
Platymonas viridis	1,35	198,10	17115840	0,50
Synechococcus elongatus	2,18	1600,10	138248640	0,86
Chlorella vulgaris	3,82	578,67	49997088	0,91
Skeletonema costatum	0,06	7,43	641952	0,90

* 86400-1 - коефіцієнт, які нормує, що дозволяє використовувати в розрахунках питому швидкість росту мікроводоростей, виражену в одиницях доба-1

Підставив розрахункові коефіцієнти в рівняння математичної моделі, одержимо в графічному виді деяку поверхню, що демонструє залежність в від інтенсивності освітленості та питомої швидкості росту (мал. 1). Графіки демонструють, що з ростом освітленості вміст хлорофілу в клітинах падає. Зменшення питомої швидкості росту водоростей (питомої швидкості протоки в хемостаті) викликає такий же ефект, тому що час дії світла на пігменти при цьому збільшується. З наведених даних видно, що за допомогою моделі можна прогнозувати вміст пігментів не тільки в морських мікроводоростях (P. viridis, S. elongatus, Sk. costatum), але і у прісноводних (Ch. vulgaris).



А

Б

В



Г

Мал. 1 Залежність вмісту хлорофіла-а від інтенсивності освітлення та питомої швидкості росту в хемостатній культурі мікроводоростей різних відділів: А - Platymonas viridis, Б - Synechococcus elongatus, В - Chlorella vulgaris, Г - Skeletonema costatum. Поверхня - розрахунок, крапки - емпіричні дані

Світлозалежний вміст пігментів у клітинах Dunaliella salina в хемостаті. Природне середовище характеризується не однотипністю та світловими умовами, що постійно змінюються, як інтенсивності світла, так і спектрального складу. Проте, рослини живуть в різних світлових умовах завдяки їхньої здатності адаптуватися. В результаті адаптації до світла відбувається структурно-функціональна перебудова фотосинтетичного апарата, спрямована на більш ефективне використання енергії світлового потоку. Концентрація пігментів у клітинах є найважливішим показником, що характеризує здатність рослинних клітин поглинати світлову енергію.

Літературні дані по вмісту пігментів в D. salina отримані при різних умовах різними дослідниками та не піддаються порівнянню між собою. Дослідження, які б проводилися із щільними («світлопоглинаючими») культурами D. salina при освітлюваності близькою до компенсаційного пункту фотосинтезу, в літературі не представлені. Такого роду роботи становлять практичний інтерес для прогнозування первинної продукції водоймищ, для одержання максимальних кількостей пігментів хлорофільної природи та підвищення коефіцієнта корисної дії утилізації світлової енергії мікроводоростями. Для одержання підвищеної кількості каротиноїдів, навпроти, потрібні умови високої освітленості. Градієнт освітленості і був створений у досліді для оцінки потенційних можливостей нагромадження пігментів клітинами D. salina. Отриманий мінімальний і максимальний відносний вміст пігментів (1,74 і 5,06 % ОР хлорофіла-а; 2,07 і 5,47 % ОР сумарних каротиноїдів) свідчить про можливості одержання в промислових умовах наступних кількостей пігментів: 0,15 - 0,16 г·м-2·доба-1 хлорофіла-а и 0,05 - 0,25 г·м-2· доба-1 сумарних каротиноїдів (табл. 2).

Роботи по світлозалежному вмісту пігментів проводяться звичайно дослідниками при питомих швидкостях росту мікроводоростей, які перевищують 1 доба-1, коли вплив фактора швидкості росту незначний і може маскуватися помилками вимірів. В природних популяціях такі високі швидкості росту представлені вкрай рідко і протягом коротких тимчасових відрізків внаслідок лімітування росту водоростей недостачею біогенних елементів або світлової енергії.

Використання безперервних культур з низькими (µ < 1 доба-1) питомими швидкостями росту, дозволяє визначити точні закономірності спільного впливу освітленості та швидкості росту на вміст пігментів в клітинах водоростей.

Визначення вмісту пігментів у біомасі водоростей проводили при сталій стаціонарній динамічній рівновазі, коли всі питомі швидкості рівні, у тому числі питомі швидкості росту та протоки, на рівні 0,1; 0,2; 0,3 доба-1. Використовуючи метод найменших квадратів, визначили коефіцієнти Fd і max для хлорофілів a, b і їхньої суми. По цих коефіцієнтах склали прогноз концентрації пігментів для стаціонарного стану хемостатної культури при питомій швидкості росту 0,4 доба-1. Змінили швидкість протоки середовища на відповідну величину та по досягненню стаціонару визначили концентрації пігментів. Провели порівняння з розрахунковими значеннями.

Таблиця 2 Динаміка вмісту пігментів у клітинах Dunaliella salina залежно від освітленості та питомої швидкості росту

№ культ.	ФАР0, Вт/м2	µ, доба-1	chl a, % ОР	chl b, % ОР	chl a+b, % ОР	sum karot, % ОР	B, г/л
1	94,53	0,4	3,73 ± 0,13	1,02 ± 0,07	4,75 ± 0,14	2,67 ± 0,72	0,26
2	75,62		4,08 ± 0,08	1,12 ± 0,09	5,20 ± 0,15	2,23 ± 0,44	0,27
3	56,72		4,00 ± 0,13	1,14 ± 0,10	5,14 ± 0,22	2,20 ± 0,29	0,29
4	37,81		4,72 ± 0,05	1,26 ± 0,06	5,98 ± 0,07	2,30 ± 0,03	0,26
5	18,91		4,22 ± 0,31	1,19 ± 0,17	5,41 ± 0,47	2,07 ± 0,17	0,25
1	94,53	0,3	2,73 ± 0,34	0,87 ± 0,10	3,60 ± 0,42	5,09 ± 0,28	0,43
2	75,62		3,52 ± 0,44	1,21 ± 0,18	4,73 ± 0,59	5,47 ± 0,18	0,45
3	56,72		3,62 ± 0,44	1,29 ± 0,10	4,91 ± 0,51	5,14 ± 0,16	0,49
4	37,81		3,88 ± 0,22	1,33 ± 0,11	5,21 ± 0,32	3,54 ± 0,05	0,44
5	18,91		5,06 ± 0,36	2,17 ± 0,29	7,23 ± 0,57	3,01 ± 0,36	0,39
1	94,53	0,2	2,19 ± 0,10	0,58 ± 0,07	2,76 ± 0,16	5,43 ± 0,36	0,52
2	75,62		2,30 ± 0,32	0,62 ± 0,10	2,93 ± 0,42	3,98 ± 0,46	0,53
3	56,72		3,10 ± 0,47	0,75 ± 0,09	3,84 ± 0,55	4,24 ± 0,61	0,53
4	37,81		3,73 ± 0,16	1,24 ± 0,12	4,96 ± 0,23	3,57 ± 0,23	0,50
5	18,91		3,77 ± 0,24	1,33 ± 0,11	5,10 ± 0,29	2,52 ± 0,24	0,45
1	94,53	0,1	1,87 ± 0,26	0,43 ± 0,16	2,30 ± 0,29	4,19 ± 0,66	0,71
2	75,62		1,74 ± 0,37	0,47 ± 0,19	2,21 ± 0,67	3,49 ± 0,56	0,68
3	56,72		2,07 ± 0,28	0,53 ± 0,15	2,60 ± 0,39	3,75 ± 0,53	0,54
4	37,81		2,62 ± 0,22	0,48 ± 0,15	3,10 ± 0,36	3,90 ± 0,35	0,38
5	18,91		2,42 ± 0,20	0,49 ± 0,17	2,91 ± 0,36	2,74 ± 0,13	0,24

Аналіз наведених графіків свідчить про те, що зі збільшенням інтенсивності освітлення вміст пігментів у біомасі зменшується. Зниження питомої швидкості росту робить такий же ефект. Підвищення швидкості росту викликає підвищення частки пігментів у біомасі, тому що вони менший час знаходяться під впливом світла і, відповідно, менше число молекул пігментів одержують летальну дозу ФАР і руйнуються. Наведені емпіричні залежності вмісту пігментів від поглиненої дози енергії світла та швидкості росту збігаються з результатами математичного аналізу розробленої моделі.



Мал. 2 Залежність відносного вмісту хлорофіла-а від інтенсивності освітлення та питомої швидкості росту в біомасі Dunaliella salina в хемостатній культурі. Поверхня - розрахунок, крапки - емпіричні дані

Таблиця 3 Коефіцієнти максимального вмісту пігментів і летальної дози енергії для хлорофілів Dunaliella salina

Коефіцієнт	chl a	chl b	chl a+b
max, % ОР	5,95 ± 0,12	2,27 ± 0,05	8,33 ± 0,16
Fd, Дж·86400-1·м-2	101,6 ± 1,12	24,03 ± 0,27	120,75 ± 1,33
Fd, Дж·м-2	8570110	3733697	12303808
fd, Дж (на 1 молекулу)	10·10-14	18·10-14	12·10-14

Математично описати світлозалежний вміст каротиноїдів у біомасі досить важко, тому що дані пігменти беруть участь у неспецифічній клітинній відповіді на вплив стресових факторів. Але в керованих умовах з підтримкою фізико-хімічних факторів середовища стабільними оцінити вплив світла на акумуляцію клітинами каротиноїдів представляється більш імовірним.



Мал. 3 Залежність відносного вмісту сумарних каротиноїдів у клітинах Dunaliella salina від освітленості при різних значеннях питомої швидкості росту. Лінії - розрахунок, крапки - експеримент

Мал. 3 підтверджує це, тому що емпіричні дані явно описуються гіперболічною залежністю з інтенсивністю світла як фактор насичення, що визначає максимально можливий вміст каротиноїдів в даних умовах. Розрахунки свідчать, що зелена (активно зростаюча) культура D. salina здатна накопичувати до 6 % сумарних каротиноїдів.

Розроблена модель дозволяє розрахувати ряд параметрів процесу фотосинтезу: кількість енергії, необхідну для руйнування однієї молекули пігменту; час обороту пігменту - що підтверджує коректність теоретичних припущень.

Коефіцієнт летальної дози, якій встановлюють при апроксимації експериментальних даних, є показником енергії, необхідної для руйнування однієї молекули пігменту хлорофілу. З огляду на молекулярну масу молекули пігменту та число Авогадро, даний коефіцієнт, обчислений для певної кількості пігменту, можна легко перерахувати на число молекул і потім привести до енергії, необхідної для руйнування однієї молекули пігменту. Для культури D. salina кількість енергії, необхідної для деструкції однієї молекули хлорофіла-а, виявилося рівним 10·10-14 Дж. Для перевірки істинності розрахунків визначили летальну дозу енергії для хлорофіла-а культури Platymonas viridis за літературними даними. Коефіцієнт також дорівнювався 10·10-14 Дж.

Оцінити розподіл між молекулами пігментів поглиненої енергії світла досить проблематично у зв'язку із процесами її перерозподілу між цими молекулами і розсіювання у вигляді тепла та флуоресценції.

Установлено, що інтегральний питомий показник поглинання світла для суспензії мікроводоростей при поверхневих концентраціях хлорофілу, які не перевищують 0,2 г/м2, мало залежить від виду джерела світла і приблизно дорівнює 2,8 м2/г. Тому що в експерименті інтегральний питомий показник поглинання світла не перевищує 0,2 г/м2, а імовірність перебування окремих клітин на різних глибинах плоскопаралельного шару суспензії D. salina однакова внаслідок барботування культури, то можна знайти середню просторову освітленість хлорофілу. Застосування даного методу розрахунку поглиненої енергії світла дає при розрахунках значення Fd для хлорофілів a і b D. salina 292 Дж·86400-1·м-2 (3,74 Дж на 1 усереднену молекулу хлорофілів a и b або 1,31 Дж на 1 молекулу хлорофіла-a та 3,4 Дж на 1 молекулу хлорофіла-b) і R2=0,92 при P=0,95 з більш точним описом теоретичними кривими експериментальних крапок.

Модель, яка застосовується, дозволяє розрахувати також час обороту пігменту - час розпаду та синтезу заново з низькомолекулярних сполук. З літературних даних, отриманих для вищих рослин, відомо, що час обороту хлорофілу становить 5-10 діб. Для безперервної культури D. salina в межах умов експерименту отримано діапазон часу обороту хлорофілу від 5 до 20 діб залежно від питомої швидкості росту.

Отриманий графік демонструє відповідність розрахункових (лінії) і емпіричних (крапки) значень відносного вмісту пігментів в клітинах D. salina при різних значеннях величин інтенсивності освітлення та питомої швидкості росту. Пошук коефіцієнтів математичної моделі показав високі значення коефіцієнтів детермінації (R2=0,92 при P=0,95) знайдених коефіцієнтів Fd і max (табл. 3) емпіричними даними. Певна висока відповідність розрахункових і експериментальних значень дозволяє стверджувати про працездатність запропонованої математичної моделі та вірність уявлень, закладених в її основу.

6. ЗАКОНОМІРНОСТІ РОСТУ DUNALIELLA SALINA В УМОВАХ КУЛЬТУРИ

Ріст у змішаній культурі. Умови стерильності при промисловому відкритому способі культивування звичайно не дотримуються, що приводить до постійного внесення в культиватори інших мікроводоростей. Ця обставина змушує досліджувати ріст змішаної культури та управління їм для приведення культури до альгологічно чистої. Ціль експерименту складалася з вивчення можливості культивування зеленої галобної мікроводорості D. salina у змішаній культурі. Підвищення солоності середовища до 120 г/л, зниження добової температури від оптимальних 25-35 єС до 18-28 єС, застосування непропорційно-проточного методу культивування забезпечують підтримку культури D. salina альгологічно чистою. Зниження стресового впливу якого-небудь із факторів до оптимального значення дозволить отримати стабільне співтовариство з культур D. salina, ціанобактерій і діатомей.

Споживання азоту та фосфору мікроводорістю Dunaliella salina при різних режимах культивування. Важливим показником використання поживних субстратів є економічний коефіцієнт, який дозволяє оцінити потреби біологічного об'єкта в субстраті.

У всіх дослідних зразках ріст культури D. salina на накопичувальному етапі мав типову S-образну форму. Величина максимальної продуктивності в середньому становила 0,5 г ОР•л-1•доба-1, а стаціонарна щільність - 4-4,3 г ОР•л-1. На квазібезперервному етапі щільність культури падала, і досягала стаціонарної динамічної рівноваги залежно від заданих швидкостей протоки.

Протягом експоненціальної фази росту відбувалося незначне зменшення концентрації азоту, а на лінійній фазі концентрація азоту інтенсивно знижувалася до нульового значення. Ріст культури тривав ще чотири дні, що свідчить про використання внутрішньоклітинних запасів азоту. З початком квазібезперервного режиму відбувалося систематичне внесення біогенів у культуру, і, залежно від швидкості протоки, концентрація азоту в середовищі збільшувалася і досягала стаціонарного рівня.

У першу добу концентрація фосфору в суспензії різко впала, далі спостерігалося лінійне зниження до нульового значення. На квазібезперервному етапі концентрація фосфору збільшувалася і фактично досягла первісного рівня.

Величини економічного коефіцієнта для культури D. salina по азоту і фосфору на лінійній фазі росту та відповідному їй по щільності квазібезперервному режимі склали 16,6 г ОР / г N і 166,6 г ОР / г Р, відповідно. Таким чином, величина відношення поглинання N:P рівняється 10 на лінійній фазі росту та квазібезперервному режимі і 5 - в цілому, при накопичувальному культивуванні.

Розрахований економічний коефіцієнт для азоту та фосфору свідчить про можливість одержання 4,3 г органічної речовини D. salina з 1 л поживного середовища Тренкеншу.

Dunaliella salina Teod. IBSS-2 - перспективний штам для промислового культивування. Для здійснення біологічного синтезу цінних хімічних сполук на основі промислового культивування одноклітинних водоростей найважливішу роль грає параметричне управління процесами життєдіяльності продуцентів.

Принцип управління біохімічним складом базується не тільки на створенні оптимальних умов культивування, але і на різних способах роз'єднання (в основному, хімічного) клітинних функцій ділення та фотосинтезу. Фізіологічною основою цього методу є різна чутливість (стійкість) до екстремальних впливів функції хлоропласта та процесів, пов'язаних із проходженням мітотичного циклу клітин. Завдяки цьому при певних сполученнях напруженості фізико-хімічних факторів зовнішнього середовища (температура, світло, мінеральне живлення та ін.) має місце блокування ділення клітин при збереженні фотосинтезу. Це приводить до перемикання альтернативних шляхів перетворення продуктів відновлення вуглецю у бік нагромадження запасних речовин (тригліцеридів, полісахаридів, каротинів), природа яких обумовлена генетичними властивостями штаму. Від останніх також залежить максимально можлива кількість речовини, яка запаслася, наприклад, -каротин.

Таблиця 4 Вміст пігментів у клітинах та в об'ємі культури Dunaliella salina Teod

	«Зелена форма»	«Жовтогаряча форма»
Штам	Хлорофіл-а	Загальні каротиноїді	Хлорофіл-а	Загальні каротиноїді
	% АСР	% АСР
IBSS-1	1,40	0,30	-	0,60
IBSS-2	1,48	1,80	-	2,03
IBSS-3	0,10	0,50	-	1,40
	г·л-1	г·л-1
IBSS-1	0. 018	0,004	-	0,008
IBSS-2	0. 015	0,018	-	0,021
IBSS-3	0. 001	0,003	-	0,010

Умови індукування гіперсинтезу -каротину спричинили підвищення частки каротиноїдів в IBSS-2 на 11 %, в IBSS-1 - в 2 рази і в IBSS-3 - майже в 3 рази в порівнянні з вихідними. Це свідчить про генетичну детермінацію високого вмісту каротиноїдів в IBSS-2 і IBSS-3, у порівнянні з IBSS-1, і вузької норми реакції на впливи навколишнього середовища в IBSS-2. Із 3 досліджених штамів як зелена, так і жовтогаряча форма штаму IBSS-2 відрізняються найбільшим вмістом каротиноїдів, як у біомасі, так і у перерахуванні на об'єм розчину.

Таблиця 5 Вихід каротиноїдів при двотижневому накопичувальному культивуванні Dunaliella salina Teod. в одно- і двохстадійній системі культивування

Штам	Одностадійний процес	Двохстадійний процес
	Вміст каротиноїдів, г·л-1
IBSS-1	0,008	0,008
IBSS-2	0,036	0,021
IBSS-3	0,006	0,010
	Вихід каротиноїдів, г·м-2· доба-1
IBSS-1	0,08	0,08
IBSS-2	0,36	0,21
IBSS-3	0,06	0,10

Згідно літературним даним, вихід каротину значно більший із зеленої біомаси при її активному рості, чим з жовтогарячої - за рахунок швидкого приросту клітин. Але штам IBSS-1, виявивши найкращі ростові характеристики, по вмісту каротиноїдів продемонстрував найменші показники. По завершенні ростової стадії культурам мікроводорості D. salina потрібен тиждень для другої стадії - нагромадження каротиноїдів.

При одно- і двохстадійній системі культивування для штаму IBSS-1 вихід каротиноїдів однаковий. При двохстадійній системі кількість каротиноїдів у штамі IBSS-3 на 40 % вище, ніж при одностадійному процесі. Для штаму IBSS-2 одностадійний процес більше вигідний у зв'язку з високими продукційними характеристиками росту при високому вмісті каротиноїдів в зеленій біомасі. Із трьох досліджених штамів вихід каротиноїдів в абсолютних значеннях найбільший в IBSS-2: 0,36 або 0,21 г·м-2· доба-1.

Продуктивність мікроводоростей Spirulina platensis і Tetraselmis viridis при використанні різних методів культивування. У цей час на практиці застосовуються наступні методи культивування: накопичувальний, безперервний, непропорційно-проточний, квазібезперервний. З теоретичної точки зору, перераховані методи можна розглядати як окремі випадки квазібезперервного. Це дає можливість використовувати в математичних розрахунках теорію росту мікроводоростей. Із практичної точки зору важливі кількість і якість одержуваної біомаси, а також рентабельність застосованого методу.

Дані, які отримані дослідним шляхом на прикладі двох видів водоростей при припустимому рівні погрішності вимірів (10%), збігаються зі значеннями, прогнозованими математичною моделлю. Отримані цифри наочно свідчать про вірогідність опису запропонованої моделлю рівня динамічної стаціонарної рівноваги культури при безперервному режимі культивування мікроводоростей.

В промислових умовах велике значення має продуктивність застосовуваного методу культивування.

Таблиця 6 Продуктивність культур мікроводоростей при застосуванні різних методів культивування

Метод	Продуктивність культури, г·л-1·доба-1
	S. platensis	T. viridis
Розрахунковий	2,27	0,90
Накопичувальний	2,36	0,98
Квазібезперервний	2,40	0,98
Непропорційно-проточний	3,82	1,24

Застосування періодичного та квазібезперервного методів (табл. 6) дає близьку продуктивність культур, тому що культивування було організовано в межах лінійного росту, коли цей показник однаковий і максимальний. Перевищення теоретичних значень продуктивності емпіричними можна пояснити адаптаційним і автоселекційними процесами, які не враховуються моделлю. Непропорційно-проточний режим був організований так, щоб при такій же протоці середовища, як і при квазібезперервному режимі, винос біомаси був у два рази більшим. Такий підхід виправдовує себе при використанні щільних культур, коли фактором, що лімітує ріст, є забезпеченість світловою енергією, а не субстратом. Щільні культури застосовуються в умовах виробництва для більшої стійкості культури до несприятливих впливів і максимізації врожаю, а також в умовах лабораторії - для більш точного визначення ростових залежностей. Для даних умов можна рекомендувати непропорційно-проточний режим культивування, здатний забезпечити в 1,5 рази більше високу продуктивність системи культивування, чим пропорційний квазібезперервний режим.

7. ДОПОМІЖНІ МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ

Динаміка біомаси Dunaliella salina в умовах безперервного культивування. Прогностична оцінка - невід'ємна частина організації інтенсивного культивування мікроводоростей в лабораторних і промислових умовах. На виробництві особливо важливим є прогноз кількості біомаси мікроводоростей, яке можна одержати при тих або інших режимах культивування.

Найбільш інформативними характеристиками культури, вирощеної в конкретних умовах, є продуктивність і питома швидкість росту, визначення яких є ключовим моментом у побудові будь-яких прогностичних оцінок. Загальновизнаним є положення про існування декількох фаз росту, хоча формальних визначень чітких границь фаз росту за експериментальними даними дотепер не існує. Найбільш прийнятне застосування найпростіших моделей, що описують динаміку росту мікроводоростей на різних ділянках накопичувальної кривої. Найбільш простішою моделлю, яка описує лінійну фазу росту, є рівняння прямої. В умовах безперервного культивування для різної величини питомої швидкості протоки, динаміка біомаси визначається різницею відношення максимальної продуктивності до питомої швидкості протоки і експонентної залежності максимальної продуктивності та початкової біомаси:

де B -- щільність культури, г·л-1; Pm -- продуктивність, г·л-1· доба-1; щ - питома швидкість протоки, сут-1; t -- час, доба; Bp -- щільність культури на момент включення протоки tp.

В останньому вираженні саме відношення величин максимальної продуктивності та питомої швидкості протоки визначає концентрацію біомаси в межі. Інакше кажучи, змінюючи питому швидкість протоки, можна управляти динамікою біомаси в проточній культурі (мал. 4).

Таким чином, використовуючи основні характеристики культури та різні величини протоки і часу його включення можна прогнозувати час досягнення і рівень стаціонарного динамічного стану культури. Хоча проведені розрахунки не враховують деякі фактори, що впливають на ріст мікроводоростей, наприклад, ступінь адаптації, вони все-таки виправдують себе, особливо коли мова йде про

експрес-прогнози в умовах виробництва. Застосування даної моделі також виправдано при описі процесу росту мікроводоростей в природних водоймищах при забезпеченості мінеральним живленням і при відомій динаміці виїдання фітопланктону.

Модель оптимізації режиму культивування мікроводоростей в хемостаті. Для вирощування мікроводоростей розроблена величезна кількість установок і рекомендацій що до способів культивування. Такі рекомендації розраховані на конкретне виробництво і при організації нового аналогічного виробництва завжди потрібні доробки і уточнення. При розробці технологій культивування доводиться вирішувати завдання оптимізації за багатьма критеріями, найбільш важливим з яких є продуктивність майбутньої системи культивування.

Продуктивність визначається швидкістю росту мікроводоростей. У свою чергу, швидкість росту залежить від біологічних особливостей виду водорості та фізико-хімічних умов середовища культивування. Для визначення основних характеристик росту мікроводоростей у конкретних умовах необхідно простежити динаміку росту водоростей в накопичувальній культурі. По отриманим характеристикам і заданій питомій швидкості протоки середовища можна визначити швидкість виносу біомаси в безперервній культурі, тобто врожай за певний проміжок часу.

Для теоретичного визначення величини врожаю нами виведене загальне рівняння.

З даного рівняння можна знайти оптимальні значення часу включення протоки середовища та величину питомої швидкості протоки середовища для одержання максимального врожаю. Рішення рівняння свідчить, що оптимальний час включення протоки середовища перебуває за межами лінійної фази росту і у межах цієї фази функція врожай від часу убуває. Отже, момент включення протоки середовища, що відповідає максимальному врожаю, збігається з початком лінійного росту водоростей. Необхідно також відзначити, що величина врожаю прямопропорційно залежить від питомої швидкості протоки середовища.

Розрахунки проведені за даними, отриманим у виробничих умовах, при інтенсивному культивуванні D. salina. Установлено, що величина врожаю при необмеженому часі культивування не залежить від щільності культури та питомої швидкості протоки. Розроблено найпростішу математичну модель, що дозволяє прогнозувати величину врожаю мікроводоростей. Запропонована модель дозволила розробити рекомендації для одержання максимального врожаю D. salina в умовах виробництва. Для одержання максимального врожаю при обмеженому часі культивування необхідно організувати хемостат: 1) з максимальною величиною питомої швидкості протоки (у рамках лінійного росту), 2) із включенням протоки на початку лінійної фази росту.

ВИСНОВКИ

Запропоновано механізм, що пояснює зміни вмісту пігментів у клітинах морських мікроводоростей. Механізм заснований на припущенні, що фотосинтетичний пігмент здатен поглинути певну кількість світлової енергії, після чого руйнується; частка зруйнованих пігментів до спостережувальних визначається відношенням часу знаходження в культиваторі до часу, необхідному для одержання летальної дози одним пігментом.

Розроблено математичну модель, що описує залежність вмісту пігментів в клітинах морських мікроводоростей від освітленості та питомої швидкості росту культури. Отримано високу відповідність (R2=0,92 при P=0,95) розрахункових і експериментальних даних по вмісту пігментів в клітинах D. salina.

Зроблено оцінку кількості енергії, необхідної для деструкції однієї молекули хлорофілу. Показано, що для руйнування однієї молекули хлорофілу-а, потрібно близько 1-10·10-14 Дж, для молекули хлорофілу-b приблизно 3-18·10-14 Дж.

На підставі експерименту та математичної моделі встановлена максимальна величина відносного вмісту хлорофілу-а й хлорофілу-b у клітинах D. salina, що становить 5,95 % ОР і 2,27 % ОР, відповідно.

Експериментально встановлена можливість одержання 0,15-0,16 г/м2·сут хлорофілу-а и 0,05-0,25 г/м2·сут сумарних каротиноїдів в умовах промислового виробництва із зеленої (активно зростаючої) культури D. salina.

Експериментально показано, що вміст каротиноїдів у клітинах D. salina при постійній швидкості росту описується гіперболічною залежністю від освітленості.

Управління ростом D. salina в полікультурі мікроводоростей рекомендується здійснювати зміною концентрації NaCl, температури, рН, питомої швидкості протоки середовища.

Монокультуру D. salina в культиваторах відкритого типу (при систематичному внесенні ціанобактерій і діатомей) можна підтримувати, використовуючи наступний комплекс факторів: рівень солоності - 120 г/л хлориду натрію; непропорційно-проточний режим культивування; стабілізацію добової температури на рівні 18-28 єС.

При організації промислового виробництва необхідно враховувати генетичні особливості використаних штамів мікроводоростей. Штам D. salina IBSS-2 запропонований як перспективний для промислового культивування.

Для досліджених видів мікроводоростей непропорційно-проточний метод культивування дозволяє за інших рівних умов забезпечити більш високу продуктивність, чим накопичувальний і квазібезперервний методи.

Для одержання максимального врожаю при обмеженому часі культивування необхідно організувати хемостат: 1) з максимальною величиною питомої швидкості протоки (у межах лінійного росту), 2) із включенням протоки на початку лінійної фази росту.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Боровков А. Б. Зеленая микроводоросль Dunaliella salina Teod. (обзор) / А. Б. Боровков // Экология моря. - 2005. - Вып. 67. - С. 5-17.

2. Боровков А. Б. Рост Dunaliella salina в смешанной культуре / А. Б. Боровков, З. Т. Сафиуллин, Н. В. Панченко // Экология моря. - 2005. - Вып. 67. - С. 18-22.

3. Бородина А. В. Потребление азота и фосфора микроводорослью Dunaliella salina при различных режимах культивирования / А. В. Бородина, А. Б. Боровков // Экология моря. - 2005. - Вып. 67. - С. 23-26.

4. Геворгиз Р. Г. Динамика биомассы Dunaliella salina в условиях непрерывного культивирования / Р. Г. Геворгиз, А. Б. Боровков // Экология моря. - 2005. - Вып. 67. - С. 35-37.

5. Гудвилович И. Н. Динамика суммарных каротиноидов и хлорофилла-а в клетках Dunaliella salina в квазинепрерывной культуре / И. Н. Гудвилович, Н. М. Береговая, А. Б. Боровков // Экология моря. - 2005. - Вып. 67. - С. 52-55.

6. Тренкеншу Р. П. Математическая модель светозависимого содержания пигментов в клетках морских микроводорослей в хемостате / Р. П. Тренкеншу, А. Б. Боровков, А. В. Ширяев // Экология моря. - 2005. - Вып. 69. - С. 58-63.

7. Боровков А. Б. Продуктивность микроводорослей Spirulina platensis и Tetraselmis viridis при использовании различных методов культивирования / А. Б. Боровков, Р. Г. Геворгиз // Экология моря. - 2005. - Вып. 70. - С. 9-13.

8. Горбунова С. Ю. Динамика азота и фосфора в среде при интенсивном культивировании микроводоросли Dunaliella salina / С. Ю. Горбунова, А. С. Лелеков, А. Б. Боровков // Экология моря. - 2007. - Вып. 74. - С. 21-24.

9. Геворгиз Р. Г. Модель оптимизации режима культивирования микроводорослей в хемостате на примере Dunaliella salina Teod. / Р. Г. Геворгиз, А. Б. Боровков, А. В. Ширяев // Альгология. - 2007. - Т. 17, № 4. - С. 458-466.

10. Gevorgiz R. G. Optimization model of the regime for cultivation of microalgae in chemostat of Dunaliella salina Teod. / R. G. Gevorgiz, A. B. Borovkov, A. V. Shiryaev // Inter Jour on Algae. - 2007. - Vol. 9, № 3. - P. 294-302.

11. Боровков А. Б. Dunaliella salina Teod. IBSS-2 - перспективний штам для промислового культивування / А. Б. Боровков, И. Н. Гудвилович, Р. П. Тренкеншу // Актуальні проблеми ботаніки та екології [зб. наук. праць / гол. ред. Я. П. Дідух]. - 2008. - Вип. 2. - С. 25-27.

12. Ширяев А. В. Динамика содержания пигментов в микроводорослях (математическая модель) / А. В. Ширяев, А. Б. Боровков, Р. П. Тренкеншу // Науч. конф. «Ломоносовские чтения» 2005г. и междунар. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2005» : тезисы докл. - Севастополь, 2005. - С. 177.

13. Боровков А. Б. Светозависимое содержание пигментов в клетках микроводорослей (математическая модель) / А. Б. Боровков, А. В. Ширяев, Р. П. Тренкеншу // Понт Эвксинский - IV : IV Всеукр. науч.-практ. конф. молодых ученых по проблемам Чёрного и Азовского морей, 24-27 мая 2005 г. : тезисы докл. - Севастополь, 2005. - С. 17-18.

14. Боровков А. Б. Прогнозирование поведения биомассы Dunaliella salina (Dunal) Teod. в условиях непрерывного культивирования / А. Б. Боровков // Актуальные проблемы современной альгологии : Материалы III Международной конф., 20-23 апр. 2005 г., Харьков / отв. ред. Т. В. Догадина - Х., 2005. - С. 22-23.

15. Боровков А. Б. Оптимизация роста микроводорослей в хемостате / А. Б. Боровков, Р. Г. Геворгиз, А. В. Ширяев // Матеріали XII з'їзду укр. бот. тов., 15-18 трав. 2006 р., Одеса / відп. ред. К. М. Ситник - Одеса, 2006. - С. 196.