Аннотация

В настоящее время применение ряски рассматривается как дешевый и эффективный способ очистки сточных вод, полученных из биореакторов сельскохозяйственных ферм. В дополнение к экологическим преимуществам продуктивная биомасса ряски, произведенная во время очистки сточных вод, содержит высокое содержание питательных веществ, особенно протеина, что позиционирует ее как дополнительный ингредиент рациона сельскохозяйственных животных, птицы и рыб. В работе изучено влияние условий культивирования ряски Lemna minor на синтез белка с учетом варьирования концентрации питательных веществ в сточных водах. Для исследований применялась системакультивирования, объединяющая анаэробный биореактор и собственно систему выращивания ряски. Определена удельная скорость роста ряски, которая составила 2,68; 3,85 и 4,61 г/(м2∙сут) соответственно концентрации субстрата 20, 40 и 60 %. Максимальная плотность роста была достигнута (в г/м2): 67,4 - для 20 % субстрата на 30-е сутки; 63,0 - для 40 % субстрата и 66,0 - для 60 % субстрата на 27-е сутки культивирования. Изучена динамика содержания общего азота по Кьельдалю в ряске. Наибольшее содержание общего азота в ряске, выращенной на питательной среде с 20 % концентрацией субстрата, наблюдалось на 15-е сутки с максимальной скоростью накопления 0,16 г/м²/сутки. На 21-е сутки культивирования в субстрате с 40%-ой концентрацией был зафиксирован максимум общего азота при скорости накопления 0,20 г/м²/сутки; с 60%-ным содержанием сточных вод - при скорости 0,24 г/м²/сутки. Изучена динамика синтеза белка в ряске. В ходе эксперимента установлено, что на 16-е сутки культивирования был отмечен максимальный процент содержания белка в ряске для 20%-ного субстрата - 27,62 %, в то время как в 40%-ном - 28,13 % и в 60%-ном - 29,14 % - на 19-е сутки выращивания. По итогам исследований рассчитана математическая модель, которая может считаться адекватной и быть использована для прогнозирования содержания белка в ряске вида Lemna minor в зависимости от концентрациипитательных веществ в субстрате и продолжительности культивирования.

Ключевые слова

Ряска, Lemnaceae, Lemna minor, культивирование, общий азот, белок, моделирование

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Landolt, E. Biosystematic investigations in the family of duckweeds (Lemnacea), Vol. 4: the family of Lemnacea - a monographic study, Vol. 2 (phytochemistry, physiology, application, bibliography) / E. Landolt, R. Kandeler // Veroeffentlichungen des Geobotanischen Instituts der ETH, Stiftung Ruebel (Switzerland). - 1987. - Р. 211-234.
2. Hassan, M.S. Evaluation of duckweed (Lemna perpusilla and Spirodela polyrrhiza) as feed for Nile tilapia (Oreochromis niloticus) / M.S. Hassan, P. Edwards // Aquaculture. - 1992. - Vol. 104. - no. 3-4. - P. 315-326.
3. Performance of broiler chickens fed diets containing duckweed (Lemna gibba) / A.T. Haustein et al. // The Journal of Agricultural Science. - 1994. - Vol. 122. - no. 2. - P. 285-289.
4. Hillman, W.S. The uses of duckweed: The rapid growth, nutritional value, and high biomass productivity of these floating plants suggest their use in water treatment, as feed crops, and in energy-efficient farming / W.S. Hillman, D.D. Culley //American Scientist. - 1978. - Vol. 66. - no. 4. - P. 442-451.
5. Skillicorn, P. A New Aquatic Farming System for Developing Countries / P. Skillicorn, W. Spira, W. Journey // The World Bank Group. - 1993. - 76 р.
6. Stomp, A.M. The duckweeds: a valuable plant for biomanufacturing / A.M. Stomp // Biotechnology Annual Review. - 2005. - Vol. 11. - P. 69-99.
7. Genetic transformation of duckweed Lemna gibba and Lemna minor / Yamamoto Y. T. et al. // In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant. - 2001. - Vol. 37. - no. 3. - P. 349-353.
8. Leng, R.A. Duckweed-a potential high-protein feed resource for domestic animals and fish / R.A. Leng, J.H. Stambolie, R. Bell // Livestock Research for Rural Development. - 1995. - Vol. 7. - no. 1. - P. 36.
9. Modification of plant N-glycans processing: The future of producing therapeutic protein by transgenic plants / M. Chenget al. // Medicinal research reviews. - 2005. - Vol. 25. - no. 3. - P. 343-360.
10. Bhanthumnavin, K. Wolffia arrhiza as a possible source of inexpensive protein / K. Bhanthumnavin, M.G. MCGARRY// Nature. - 1971. - Vol. 232. - no. 5311. - P. 495.
11. Nutritional value of duckweeds (Lemnaceae) as human food / K.J. Appenroth et al. // Food chemistry. - 2017. - Vol. 217. - P. 266-273.
12. Survey of duckweed diversity in Lake Chao and total fatty acid, triacylglycerol, profiles of representative strains / J. Tanget al. // Plant Biology. - 2015. - Vol. 17. - no. 5. - P. 1066-1072.
13. Paul, M. Plant-made pharmaceuticals: Leading products and production platforms / M. Paul, J.K.C. Ma // Biotechnology and applied biochemistry. - 2011. - Vol. 58. - no. 1. - P. 58-67.
14. Spirodela (duckweed) as an alternative production system for pharmaceuticals: a case study, aprotinin / S. Rival et al. // Transgenic research. - 2008. - Vol. 17. - no. 4. - P. 503-513.
15. Horn, M.E. Plant molecular farming: systems and products / M.E. Horn, S.L. Woodard, J.A. Howard // Plant cell reports. - 2004. - Vol. 22. - no. 10. - P. 711-720.
16. Green factory: plants as bioproduction platforms for recombinant proteins / J. Xu et al. // Biotechnology advances. - 2012. - Vol. 30. - no. 5. - Р. 1171-1184.
17. Characterisation of the oral adjuvant effect of lemnan, a pectic polysaccharide of Lemna minor / S.V. Popov et al. // Vaccine. 2006. - Vol. 24. - no. 26. - P. 5413-5419.
18. Kim, Y. Secondary metabolism of hairy root cultures in bioreactors / Y. Kim, B.E. Wyslouzil, P.J. Weathers // In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant. - 2002. - Vol. 38. - no. 1. - P. 1-10.
19. Casal, J.A. A test of two methods for plant protein determination using duckweed / J.A. Casal, J.E. Vermaat, F. Wiegman// Aquatic Botany. - 2000. - Vol. 67. - no. 1. - P. 61-67.
20. Xu, J. Growing duckweed in swine wastewater for nutrient recovery and biomass production / J. Xu, G. Shen // Bioresource Technology. - 2011. - Vol. 102. - no. 2. - P. 848-853.
21. Production of high-starch duckweed and its conversion to bioethanol / J. Xu et al. // Biosystems engineering. - 2011. -Vol. 110. - no. 2. - P. 67-72.