WO2023022628A1 - Planktonic eurybiontic microalgal strain chlorella sorokiniana agt - Google Patents

Planktonic eurybiontic microalgal strain chlorella sorokiniana agt Download PDF

Info

Publication number
WO2023022628A1
WO2023022628A1 PCT/RU2022/050249 RU2022050249W WO2023022628A1 WO 2023022628 A1 WO2023022628 A1 WO 2023022628A1 RU 2022050249 W RU2022050249 W RU 2022050249W WO 2023022628 A1 WO2023022628 A1 WO 2023022628A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
strain
water
agt
chlorella sorokiniana
chlorella
Prior art date
Application number
PCT/RU2022/050249
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Николай Викторович КАРЕЛИН
Владимир Ефимович ГРАБАРНИК
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Альготек Грин Технолоджи"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2021124531A external-priority patent/RU2774294C1/en
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Альготек Грин Технолоджи" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Альготек Грин Технолоджи"
Publication of WO2023022628A1 publication Critical patent/WO2023022628A1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/89—Algae ; Processes using algae

Definitions

  • the invention relates to biotechnology, is an integral part of the nature-like technology "bioremediation of water bodies” for any purpose, and is a new planktonic eurybiont strain of Chlorella sorokiniana AGT, designed to improve the ecological state of water bodies.
  • An innovative approach that can significantly reduce the level of pollution of water bodies and improve the organoleptic properties of water is biotechnology based on the bioremediation of water bodies by planktonic strains of green microalgae of the genus Chlorella. It differs from other representatives of phytoplankton in the possibility of vital activity in a wide temperature range (from 6 to 32°C), resistance to shock reactions (freezing) and the ability to develop in extreme conditions.
  • chlorella releases a large amount of oxygen into the water (up to 14 mg / dm 3 ).
  • Oxygen being in the molecular state during the release period (/l statu nascendi), has an increased ability to oxidize.
  • the utilization of various compounds containing nitrogen and phosphorus by chlorella is so efficient that chlorella leaves no chance for the development of cyanobacteria, which (given the toxicity and, accordingly, unpleasant odors of substances released by blue-green algae), has a positive effect on water quality in artificial and natural reservoirs, used for recreational purposes.
  • algolization of water bodies is carried out by a representative of green microalgae - a planktonic strain of Chlorella, to increase the role of green algae and solve environmental problems and improve the quality of water.
  • a typical culture is known - strain K.A. Sorokin No. 7-11-05 - stored in the collection of Maryland, USA (Andreeva V.M. The genus Chlorella. Morphology, systematics, principles of classification / Publishing house “Nauka”, Leningrad. otd., 1975. - 110 p., p. .69).
  • the strain belongs to the category of thermophilic microorganisms, the optimum temperature of which is 37-39 °C.
  • a known method of biological treatment of wastewater from fish processing enterprises using the strain Chlorella kessleri IPPA C-112 (patent RU 2064454).
  • the essence of the method lies in the treatment of wastewater with microalgae Chlorella kessleri IPPA C-112 in order to form algocenosis.
  • the limitation of the use of this method is a narrow range of purification - only wastewater from fish processing enterprises - and incomplete purification from microorganisms.
  • Known strain of unicellular green algae Chlorella vulgaris IFR N C- 1 1 1 intended for biomass and meets the requirements of industrial cultivation (patent RU 1751981 ).
  • the cell membrane of these microorganisms consists of inner and outer layers, and the outer layer contains myofibrillar material (Skaloud R., Nemcova Y., Pytela J., Bogdanov N.I., Bock C, Pickinpaugn S.H. Planktochlorella nurekis gen. et sp. nov.
  • Chlorella vulgaris strain IGF N C-111 is a persistent asynchronous cell development cycle, a strong and relatively thick cell wall, and a long cultivation period, which is four days.
  • strain of unicellular green algae Parachlorella nurekis 1904 KIEG (patent RU 2527895), intended for the production of biomass and the destruction of cyanobacteria (blue-green algae), characterized by viability in the temperature range from 0 to 16°C, seasonal reproduction in natural pools and having the ability to adapt to natural conditions.
  • the limitation of the use of the strain Parachlorella nurekis 1904 KIEG is the lack of the ability to prevent "blooming" of water bodies by blue-green algae. To suppress blue-green algae, an equivalent amount of chlorella suspension is needed, which is easily achievable in the laboratory, but is problematic in water bodies.
  • Chlorella vulgaris BIN also known strain of microalgae Chlorella vulgaris BIN, which is the closest analogue of the proposed strain.
  • the Chlorella vulgaris BIN strain is intended for biomass production and wastewater treatment (patent RU 2192459), not demanding on the nutrient medium and capable of a high degree of purification of various categories of wastewater.
  • the Chlorella vulgaris BIN strain exhibits pronounced antagonistic properties to algoflora, bacteria, fungi, yeasts and ciliates, and is immune to phages.
  • the limiting characteristic of the Chlorella vulgaris BIN strain is the lack of seasonality of reproduction in natural reservoirs, which makes it difficult to use it in reservoirs of different climatic zones.
  • Chlorella vulgaris BIN A prerequisite for the use of the strain Chlorella vulgaris BIN is the presence in the reservoir of herbivorous fish (white and bighead carp) in the amount of 1-3 ind./ha. Another limitation of the use of the Chlorella vulgaris BIN strain is the narrow spectrum of adaptability - only to wastewater.
  • the objective of the present invention is to obtain a planktonic eurybiont strain of microalgae that is highly adaptable to productive reproduction in wide temperature conditions and exhibits the properties of a natural catalyst for biotic processes, a natural antioxidant and a consumer of water pollutants (including phosphorus, nitrogen, metals, oil-containing compounds, anionic surfactants). substances (ASS) and CO2) not only in the bioreactor, when collecting biomass, but also in the natural environment of the hydrobiocenosis of water bodies.
  • AVS phosphorus, nitrogen, metals, oil-containing compounds, anionic surfactants
  • the problem is solved by obtaining a new planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT, designed to improve the ecological state of water bodies.
  • Chlorella sorokiniana AGT strain was deposited at the National Bioresource Center of the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms of the National Research Center "Kurchatov Institute” - State Research Institute of Genetics under registration number VKPM AI-29, deposit date - 03/19/2021.
  • Another aspect of the invention is the use of a new strain in the fight against the "bloom" of water in reservoirs, as well as for the treatment of wastewater of various origins, providing for the algolization of a reservoir using a new strain of microalgae, due to its ability to effectively remove excess nutrients and increase the level of oxygen concentration .
  • Suspension of a planktonic eurybiont strain of unicellular green microalgae Chlorella sorokiniana AGT capable of photosynthesis at a temperature of 6°C, can be used to improve the ecological state of water bodies of any category and purpose, helping to accelerate the processes of biotic self-purification of water bodies due to an increase in the concentration of dissolved oxygen, a decrease in the level nutrients and contamination with colimorphic bacteria in water.
  • Another aspect of the invention is a method for treating water bodies (both natural and artificial, for various purposes, including wastewater), which involves bioremediation of a reservoir by introducing suspensions of a new planktonic eurybiont strain of microalgae.
  • the use of the strain effectively reduces the productivity of blue-green algae (cyanobacteria) due to a decrease in the content of biogenic elements and minerals in the treated water body, used by the strain for its own vegetation;
  • the strain exhibits pronounced antagonistic properties to algoflora, bacteria, fungi and yeast, is immune to phages, as a result of which its use can effectively reduce the bacterial contamination of water by colimorphic bacteria;
  • Planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT VKPM AI-29 was obtained as a result of selection of the original strain of microalgae Chlorella sorokiniana. Selection was carried out on nutrient media under specified conditions by performing selection cycles that are repeated under conditions of changing cultivation modes and selection of new colonies after a series of cycles to continue selection. In the process of obtaining a new strain, more than 37 cultivation cycles were performed to obtain a strain with specified parameters, more than 40 manipulations with the composition of the nutrient medium and its concentration, more than 12 different laboratory experiments with temperature changes and the interaction of a new strain with endemic species of cyanobacteria and algae common in freshwater reservoirs.
  • the lighting regime at some stages consisted of a phase day - 20 hours / night - 4 hours at a temperature of 12 to 28°C and pH 7.0; at other stages, the temperature regimes systematically decreased from 21 to 6°C.
  • the optimal composition of the nutrient medium for the cultivation of the strain was selected, which allowed the development of the planktonic strain at low temperatures from 6°C.
  • the resulting strain is divided twice a day synchronously.
  • the conducted laboratory studies confirmed the presence of eurybiont properties of the strain in relation to temperature fluctuations, the composition of the nutrient medium, its high resistance to other algoflora, including bacteria, the presence of an antibacterial plant effect, the dominance of the strain at a certain cell density, and the ability to significantly increase the concentration of dissolved oxygen in water.
  • the created new strain was adapted for cultivation at temperatures from 6°C to 30°C, demonstrating increased resistance to temperature limits, as well as pH fluctuations during cultivation from 6.5 to 11.5.
  • Cultural and morphological features of the obtained strain of Chlorella sorokiniana AGT are given below.
  • Young cells are spherical or slightly ellipsoidal, 2.0-3.0 ⁇ m in size.
  • Adult cells are spherical, 6.0-9.0 ⁇ m in diameter. Cells with already formed autospores, but still in the maternal membrane, 8.0-10.0 ⁇ m in diameter.
  • the size of cells ready for division depends on the number of autospores.
  • the chloroplast of an adult cell is wide-girdle-shaped, open, and lines % of the cell surface.
  • the pyrenoid is surrounded by a starch wrapper consisting of two hemispheres. Spores are the same size.
  • the number of disputes is 4-8. Most often the dispute is 8, rarely 2. The number of disputes is only even.
  • Cell division is synchronous. Cells, both young and adults, are dark green in color.
  • the strain is autotrophic. Both in laboratory and in production conditions, it grows on a nutrient medium consisting of solutions: ammonium nitrate (34% solution) - 0.14 ml; ammophos (15% solution) - 0.10 ml; potassium sulfate (12% solution) - 0.33 ml; iron chloride (1% solution) - 0.15 ml; cobalt nitrate (0.1% solution) - 0.10 ml; copper sulfate (0.1% solution) - 0.10 ml; carbon dioxide solution, organic (pH 3.5-4.5) - 10-20 ml per liter of purified tap water.
  • the temperature of the chlorella suspension should not exceed 31 °C.
  • the optimum cultivation temperature during the day is 28-30°C, at night 10-15°C.
  • the minimum cultivation temperature is 10°C.
  • the lighting mode both in sunlight and lamps, is 8-10 hours. The strain develops steadily under both natural and artificial lighting and does not depend on the season.
  • the antagonistic properties of the strain are manifested when the culture reaches an optical density of 0.85 D (at a wavelength of 440 nm), while lysis of other algal flora occurs, the death of bacteria, fungi and yeast.
  • the strain is not affected by phages.
  • the strain strictly observes the conditions of monoculture. cultural properties.
  • a suspension of the strain live cells of the Chlorella sorokiniana AGT strain in a culture medium
  • an optical density of at least 1.4 D which corresponds to 50 million live cells per 1 ml
  • - at least 1 ,8 D i.e., about 65 million living cells per 1 ml of suspension.
  • the normative optical density of the suspension in the range of 1.4-1.8 D (440) is achieved in less than two days.
  • the cells of the strain are evenly distributed in the culture medium, since the strain has planktonic properties, i.e., it is in suspension and floats freely in the water column.
  • the period of preservation of cell viability in culture is at least 3 years, provided that it is stored in diffused light at room temperature.
  • the suspension of the Chlorella sorokiniana AGT strain should be added to the treated water bodies in an amount of 20 to 80 liters per 1 ha of the surface area of the water body three times during the vegetative season.
  • Algolization of the reservoir using the strain Chlorella sorokiniana AGT is desirable to be carried out annually during the first 3 years from the start of application, then, depending on the state of the reservoir.
  • Example 1 The ability of the strain to grow at a cultivation temperature of 10°C and at optimal temperatures.
  • Table 1.1. Comparative indicators characterizing the ability of the analyzed strains to reproduce at a cultivation temperature of 10°C (averaged values over five repetitions).
  • Table 1.2. Comparative indicators characterizing the ability of the analyzed strains to reproduce at optimal cultivation temperatures (28-30°C) (averaged values over five repetitions).
  • the proposed strain has a higher biomass growth rate at a temperature of 10°C compared to other known strains, while the standard optical density of the suspension of the Chlorella sorokiniana AGT strain within 1.4 D (440) was achieved in five days, which is more than 4 times faster than the analogue strain (Chlorella vulgaris BIN) at a given temperature.
  • the Chlorella sorokiniana AGT strain has a high degree of division of the maternal nucleus (predominantly into 8 cells), while the state of the standard optical density of the culture of 1.4 D (440) is achieved in one day, in while for strains of comparison, this indicator is achieved only in 2-4 days (see table 1.2.).
  • the period of cultivation of the Chlorella sorokiniana AGT strain to the state of the standard optical density of 1.4 D (440) is much shorter compared to other strains. So, in comparison with even the closest analogue (the Chlorella vulgaris BIN strain), the state of the standard optical density is reached more than 4 times faster at a temperature of 10°C and 3 times faster at temperatures of 28-30°C.
  • Example 2 Efficiency of a strain as a consumer of water pollutants.
  • the planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT significantly more effectively reduces the concentration of the main biogenic elements compared to the comparison strains, including 3.8 times more efficiently than the analogue strain (Chlorella vulgaris BIN), which contributes to the active suppression of Chlorella sorokiniana AGT growth of the cyanobacterium Oscillatoria princeps, while other known strains had no effect on its growth.
  • Example 3 Increasing the concentration of dissolved oxygen in water.
  • the new strain of Chlorella sorokiniana AGT is highly productive and capable of active growth already at 10°C.
  • a feature of this strain is its high adaptive ability to reproduce in a wide temperature range, which distinguishes it from other known strains.
  • the new strain has the ability to restore disturbed balance in water bodies, which is inevitably lost in the process of eutrophication.
  • the main cause of eutrophication of water bodies is the excessive use of fertilizers in agriculture: excess nutrients, especially nitrate and phosphorus, are washed out, run off the surface or are washed away by groundwater and thus enter lakes and water bodies.
  • Nutrients can cause abundant growth of phytoplankton, which prevents the passage of sunlight into the water column, as a result of which the processes of photosynthesis of benthic plants are disrupted and thereby the concentration of oxygen decreases. Moreover, there is an accumulation of a large mass of dead phytoplankton - detritus; bacteria, consuming detritus, reduce the oxygen content, thus benthic plants are displaced by phytoplankton, and fish die.
  • the proposed strain introduced into water bodies as part of a suspension, is able to effectively absorb biogenic elements, such as excess nitrogen and phosphorus, thereby completely eliminating the intensive reproduction of blue-green algae, which are the initial link in the development of eutrophication.
  • Chlorella sorokiniana AGT strain is a natural antioxidant, slowing down the decay processes that begin due to lack of oxygen.
  • the process of decay is accompanied by the release of carbon dioxide, so the inhibition of the processes of decay by a new strain helps to prevent the formation of carbon dioxide, and the released CO2 is utilized by the strain in the process of photosynthesis.
  • the eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT is able to effectively remove biogenic elements, as well as restore the oxygen regime in eutrophicated water bodies, as a result of which the proposed strain can be used to stabilize and restore the dynamic balance of water bodies of any economic purpose (from water bodies intended for drinking use, to heavily polluted).
  • the new strain due to its functional activity, is able to accelerate the processes of biotic self-purification of water bodies.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of biotechnology. Claimed is a planktonic eurybiontic strain of unicellular green microalgae Chlorella sorokiniana AGT, capable of photosynthesis at temperatures of from 6°С, deposited in the Russian National Collection of Industrial Microorganisms under number VKPM AI-29. The strain Chlorella sorokiniana AGT VKPM AI-29 can be used for improving the ecological condition of bodies of water of any type or purpose, helping to accelerate the processes of biotic self-purification in bodies of water by increasing the concentration of dissolved oxygen and reducing the level of biogenic elements in the water.

Description

ПЛАНКТОННЫЙ ЭВРИБИОНТНЫЙ ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ CHLORELLA SOROKINIANA AGT Planktonic Eurybiontic Strain of Microalgae CHLORELLA SOROKINIANA AGT
ПЛАНКТОННЫЙ ЭВРИБИОНТНЫЙ ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ CHLORELLA SOROKINIANA AGT Planktonic Eurybiontic Strain of Microalgae CHLORELLA SOROKINIANA AGT
Область техники Technical field
Изобретение относится к биотехнологии, является составной частью природоподобной технологии «биоремедиация водных объектов» любого назначения, и представляет собой новый планктонный эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT, предназначенный для улучшения экологического состояния водных объектов. The invention relates to biotechnology, is an integral part of the nature-like technology "bioremediation of water bodies" for any purpose, and is a new planktonic eurybiont strain of Chlorella sorokiniana AGT, designed to improve the ecological state of water bodies.
Уровень техники State of the art
Инновационным подходом, позволяющим значительно снизить уровень загрязнения водоёмов и улучшить органолептические свойства воды, является биотехнология, основанная на биоремедиации водоёмов планктонными штаммами зелёной микроводоросли рода Chlorella. От других представителей фитопланктона она отличается возможностью жизнедеятельности в широком температурном интервале (от 6 до 32°С), устойчивостью к шоковым реакциям (замораживание) и способностью развития в экстремальных условиях. An innovative approach that can significantly reduce the level of pollution of water bodies and improve the organoleptic properties of water is biotechnology based on the bioremediation of water bodies by planktonic strains of green microalgae of the genus Chlorella. It differs from other representatives of phytoplankton in the possibility of vital activity in a wide temperature range (from 6 to 32°C), resistance to shock reactions (freezing) and the ability to develop in extreme conditions.
В процессе фотосинтеза хлорелла выделяет в воду большое количество кислорода (до 14 мг/дм3). Кислород, находясь в период выделения в молекулярном состоянии (/л statu nascendi), обладает повышенной способностью к окислению. Утилизация хлореллой различных соединений, содержащих азот и фосфор, происходит настолько эффективно, что хлорелла не оставляет шансов для развития цианобактерий, что (учитывая токсичность и, соответственно, неприятные запахи выделяемых синезелёными водорослями веществ), позитивно сказывается на качестве воды в искусственных и природных водоёмах, используемых в рекреационных целях. In the process of photosynthesis, chlorella releases a large amount of oxygen into the water (up to 14 mg / dm 3 ). Oxygen, being in the molecular state during the release period (/l statu nascendi), has an increased ability to oxidize. The utilization of various compounds containing nitrogen and phosphorus by chlorella is so efficient that chlorella leaves no chance for the development of cyanobacteria, which (given the toxicity and, accordingly, unpleasant odors of substances released by blue-green algae), has a positive effect on water quality in artificial and natural reservoirs, used for recreational purposes.
С целью структурной перестройки фитопланктонного сообщества и решения экологических проблем проводится альголизация водоемов представителем зеленых микроводорослей — планктонным штаммом Chlorella, для увеличения роли зеленых водорослей и решения экологических проблем и улучшения качественного состава воды. In order to restructure the phytoplankton community and solve environmental problems, algolization of water bodies is carried out by a representative of green microalgae - a planktonic strain of Chlorella, to increase the role of green algae and solve environmental problems and improve the quality of water.
Известна типовая культура - штамм К.А. Сорокина № 7-11-05 - хранится в коллекции Мэриленда, США (Андреева В.М. Род Chlorella. Морфология, систематика, принципы классификации / Изд-во «Наука», Ленингр. отд., 1975. - 110 с., стр. 69). Штамм относится к категории термофильных микроорганизмов, оптимальной температурой которого является 37-39 °C. A typical culture is known - strain K.A. Sorokin No. 7-11-05 - stored in the collection of Maryland, USA (Andreeva V.M. The genus Chlorella. Morphology, systematics, principles of classification / Publishing house "Nauka", Leningrad. otd., 1975. - 110 p., p. .69). The strain belongs to the category of thermophilic microorganisms, the optimum temperature of which is 37-39 °C.
Известен способ биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий с использованием штамма Chlorella kessleri IPPA С-112 (патент RU 2064454). Сущность способа заключается в обработке сточных вод микроводорослями Chlorella kessleri IPPA С-112 с целью формирования альгоценоза. Ограничением использования этого способа является узкий спектр очистки - только сточных вод рыбообрабатывающих предприятий - и неполная очистка от микроорганизмов. A known method of biological treatment of wastewater from fish processing enterprises using the strain Chlorella kessleri IPPA C-112 (patent RU 2064454). The essence of the method lies in the treatment of wastewater with microalgae Chlorella kessleri IPPA C-112 in order to form algocenosis. The limitation of the use of this method is a narrow range of purification - only wastewater from fish processing enterprises - and incomplete purification from microorganisms.
Известен штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella kessleri ВКПМ AI-11 ARW (патент RU 2585523), предназначенный для предотвращения «цветения» водоемов синезелеными водорослями (цианобактериями). Ограничивающей характеристикой этого штамма является способность роста при температуре не ниже 17°С. Known strain of unicellular green algae Chlorella kessleri VKPM AI-11 ARW (patent RU 2585523), designed to prevent the "bloom" of water bodies with blue-green algae (cyanobacteria). The limiting characteristic of this strain is the ability to grow at a temperature not lower than 17°C.
Известен штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella vulgaris ИФР N С- 1 1 1 , предназначенный для получения биомассы и отвечающий требованиям промышленного культивирования (патент RU 1751981 ). Клеточная оболочка этих микроорганизмов состоит из внутреннего и внешнего слоев, причем внешний слой содержит миофибриллярный материал (Skaloud Р., Nemcova Y., Pytela J., Bogdanov N.I., Bock C, Pickinpaugn S.H. Planktochlorella nurekis gen. et sp. nov. (Trebouxiophyceae, Chlorophyta), a novel coccoid green alga carrying significant biotechnological potential. Fottea, Olomouc, 14 (1 ): 53-62, 2014). Ограничением использования штамма Chlorella vulgaris ИФР N С-111 является стойкий асинхронный цикл развития клеток, прочная и сравнительно толстая клеточная оболочка, а также длительный срок культивирования, который составляет четверо суток. Known strain of unicellular green algae Chlorella vulgaris IFR N C- 1 1 1 intended for biomass and meets the requirements of industrial cultivation (patent RU 1751981 ). The cell membrane of these microorganisms consists of inner and outer layers, and the outer layer contains myofibrillar material (Skaloud R., Nemcova Y., Pytela J., Bogdanov N.I., Bock C, Pickinpaugn S.H. Planktochlorella nurekis gen. et sp. nov. (Trebouxiophyceae, Chlorophyta), a novel coccoid green alga carrying significant biotechnological potential Fottea, Olomouc, 14 (1): 53-62, 2014). The limitation of the use of the Chlorella vulgaris strain IGF N C-111 is a persistent asynchronous cell development cycle, a strong and relatively thick cell wall, and a long cultivation period, which is four days.
Известен штамм микроводоросли Chlorella vulgaris 711-54 (патент RU 2555519), характеризующийся способностью расти на средах, близких по составу к сточным водам птицефабрик и спиртовых производств, высокой способностью к извлечению биогенных элементов из сточных вод, а также к деструкции содержащихся в сточных водах органических загрязнителей. Ограничивающей характеристикой этого штамма является узкий спектр очищаемых вод. Known strain of microalgae Chlorella vulgaris 711-54 (patent RU 2555519), characterized by the ability to grow on media similar in composition to the wastewater of poultry farms and alcohol production, high ability to extract biogenic elements from wastewater, as well as to the destruction contained in wastewater organic pollutants. The limiting characteristic of this strain is the narrow range of treated waters.
Известен штамм одноклеточных зеленых водорослей Parachlorella nurekis 1904 KIEG (патент RU 2527895), предназначенный для продуцирования биомассы и уничтожения цианобактерий (синезеленых водорослей), отличающийся жизнеспособностью в температурных интервалах от 0 до 16°С, сезонным размножением в естественных бассейнах и обладающий способностью адаптироваться к естественным условиям. Однако ограничением использования штамма Parachlorella nurekis 1904 KIEG является отсутствие способности предотвращения "цветения" водоемов синезелеными водорослями. Для подавления синезеленых водорослей необходимо эквивалентное количество суспензии хлореллы, что легко достижимо в лабораторных условиях, но осуществление проблематично для водоемов. Known strain of unicellular green algae Parachlorella nurekis 1904 KIEG (patent RU 2527895), intended for the production of biomass and the destruction of cyanobacteria (blue-green algae), characterized by viability in the temperature range from 0 to 16°C, seasonal reproduction in natural pools and having the ability to adapt to natural conditions. However, the limitation of the use of the strain Parachlorella nurekis 1904 KIEG is the lack of the ability to prevent "blooming" of water bodies by blue-green algae. To suppress blue-green algae, an equivalent amount of chlorella suspension is needed, which is easily achievable in the laboratory, but is problematic in water bodies.
Также известен штамм микроводоросли Chlorella vulgaris BIN, являющийся наиболее близким аналогом предлагаемого штамма. Штамм Chlorella vulgaris BIN предназначен для получения биомассы и очистки сточных вод (патент RU 2192459), не требователен к питательной среде и способен к высокой степени очистки различных категорий сточных вод. Штамм Chlorella vulgaris BIN проявляет выраженные антагонистические свойства к альгофлоре, бактериям, грибам, дрожжам и инфузориям, обладает невосприимчивостью к фагам. Ограничивающей характеристикой штамма Chlorella vulgaris BIN является отсутствие сезонности размножения в условиях естественных водоемов, что затрудняет его использование на водоемах различных климатических зон. Слабовыраженное сохранение жизнеспособности в водоемах при температуре воды от 0 до 16°С требует проведения, кроме основной, многократных дополнительных альголизаций. Недостаточная приспособляемость к естественным условиям водоема требует дополнительной его адаптации. Необходимым условием для использования штамма Chlorella vulgaris BIN является наличие в водоеме растительноядных рыб (белый и пестрый толстолобики) в количестве 1 -3 экз./га. Другим ограничением использования штамма Chlorella vulgaris BIN является узкий спектр приспособленности - только к сточным водам. Also known strain of microalgae Chlorella vulgaris BIN, which is the closest analogue of the proposed strain. The Chlorella vulgaris BIN strain is intended for biomass production and wastewater treatment (patent RU 2192459), not demanding on the nutrient medium and capable of a high degree of purification of various categories of wastewater. The Chlorella vulgaris BIN strain exhibits pronounced antagonistic properties to algoflora, bacteria, fungi, yeasts and ciliates, and is immune to phages. The limiting characteristic of the Chlorella vulgaris BIN strain is the lack of seasonality of reproduction in natural reservoirs, which makes it difficult to use it in reservoirs of different climatic zones. Weak preservation of viability in water bodies at water temperatures from 0 to 16°C requires, in addition to the main one, multiple additional algolizations. Insufficient adaptability to the natural conditions of the reservoir requires additional adaptation. A prerequisite for the use of the strain Chlorella vulgaris BIN is the presence in the reservoir of herbivorous fish (white and bighead carp) in the amount of 1-3 ind./ha. Another limitation of the use of the Chlorella vulgaris BIN strain is the narrow spectrum of adaptability - only to wastewater.
Одним из основных факторов и дефицита, и избыточности на территории России и всего земного шара за исключением северных широт для биологических систем является температурный режим, поэтому одним из наиболее значимых условий для процесса биоремедиации является адаптация технологии альгоремедиации водных объектов для наиболее широкого температурного спектра. Так, например, в настоящее время в пресноводных водоемах все чаще встречаются вспышки массового цветения Oscillatoria (род гормогониевых водорослей), которые хорошо адаптировались к холодному времени года и способны к фотосинтезу при низких температурах. One of the main factors of both deficit and redundancy in Russia and the entire globe, with the exception of the northern latitudes for biological systems, is the temperature regime, therefore one of the most significant conditions for the bioremediation process is the adaptation of the technology of algoremediation of water bodies for the widest temperature spectrum. For example, outbreaks of mass flowering of Oscillatoria (a genus of hormogonian algae), which are well adapted to the cold season and are capable of photosynthesis at low temperatures, are increasingly common in freshwater reservoirs.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является получение планктонного эврибионтного штамма микроводоросли, обладающего высокой адаптивностью к продуктивному размножению в широких температурных режимах и проявляющего свойства природного катализатора биотических процессов, натурального антиоксиданта и потребителя загрязняющих водоема веществ (включая фосфор, азот, металлы, нефтесодержащие соединения, анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ) и СОг) не только в биореакторе, при наборе биомассы, но и в естественной среде гидробиоценоза водоёмов. The objective of the present invention is to obtain a planktonic eurybiont strain of microalgae that is highly adaptable to productive reproduction in wide temperature conditions and exhibits the properties of a natural catalyst for biotic processes, a natural antioxidant and a consumer of water pollutants (including phosphorus, nitrogen, metals, oil-containing compounds, anionic surfactants). substances (ASS) and CO2) not only in the bioreactor, when collecting biomass, but also in the natural environment of the hydrobiocenosis of water bodies.
Поставленная задача решается путем получения нового планктонного эврибионтного штамма Chlorella sorokiniana AGT, предназначенного для улучшения экологического состояния водных объектов. The problem is solved by obtaining a new planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT, designed to improve the ecological state of water bodies.
Штамм Chlorella sorokiniana AGT депонирован в Национальном биоресурсном центре Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов НИЦ «Курчатовский институт» - ГосН И И генетика под регистрационным номером ВКПМ AI-29, дата депонирования - 19.03.2021 . Ещё одним аспектом изобретения является применение нового штамма в борьбе с «цветением» воды в водоемах, а также для очистки сточных вод различного происхождения, предусматривающее альголизацию водоема с использованием нового штамма микроводоросли, благодаря его способности к эффективному удалению избыточных биогенных элементов и повышению уровня концентрации кислорода. The Chlorella sorokiniana AGT strain was deposited at the National Bioresource Center of the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms of the National Research Center "Kurchatov Institute" - State Research Institute of Genetics under registration number VKPM AI-29, deposit date - 03/19/2021. Another aspect of the invention is the use of a new strain in the fight against the "bloom" of water in reservoirs, as well as for the treatment of wastewater of various origins, providing for the algolization of a reservoir using a new strain of microalgae, due to its ability to effectively remove excess nutrients and increase the level of oxygen concentration .
Суспензия планктонного эврибионтного штамма одноклеточных зеленых микроводорослей Chlorella sorokiniana AGT, способных к фотосинтезу при температуре от 6°С, может быть использована для улучшения экологического состояния водных объектов любой категории и назначения, способствуя ускорению процессов биотического самоочищения водоемов вследствие повышения уровня концентрации растворенного кислорода, снижения уровня биогенных элементов и обсемененности колиморфными бактериями в воде. Suspension of a planktonic eurybiont strain of unicellular green microalgae Chlorella sorokiniana AGT, capable of photosynthesis at a temperature of 6°C, can be used to improve the ecological state of water bodies of any category and purpose, helping to accelerate the processes of biotic self-purification of water bodies due to an increase in the concentration of dissolved oxygen, a decrease in the level nutrients and contamination with colimorphic bacteria in water.
Также аспектом изобретения является способ очистки водных объектов (как естественных, так и искусственных, различного назначения, в том числе сточных вод), предусматривающий биоремедиацию водоема путем внесения суспензий нового планктонного эврибионтного штамма микроводоросли. Another aspect of the invention is a method for treating water bodies (both natural and artificial, for various purposes, including wastewater), which involves bioremediation of a reservoir by introducing suspensions of a new planktonic eurybiont strain of microalgae.
Применение предлагаемого штамма Chlorella sorokiniana AGT ВКПМ AI-29 для улучшения экологического состояния водных объектов имеет ряд преимуществ, которые обеспечивают технический результат настоящего изобретения, заключающийся в следующем: The use of the proposed strain Chlorella sorokiniana AGT VKPM AI-29 to improve the ecological state of water bodies has a number of advantages that provide the technical result of the present invention, which is as follows:
- проведение процедуры экологического оздоровления водных объектов возможно в широком диапазоне температур, поскольку штамм способен сохранять активность при широких колебаниях температуры - от 6° до 32°С: при 6°С начинается единичное деление, которое проявляется более активно при более высоких температурах; зоной температурного оптимума, в пределах которого наблюдается наибольшая продуктивность (массовое размножение), является температура 28-30°С; - carrying out the procedure of ecological improvement of water bodies is possible in a wide temperature range, since the strain is able to remain active at wide temperature fluctuations - from 6 ° to 32 ° C: at 6 ° C, a single division begins, which manifests itself more actively at higher temperatures; the temperature optimum zone, within which the highest productivity (mass reproduction) is observed, is a temperature of 28-30 ° C;
- применение штамма эффективно понижает продуктивность синезеленых водорослей (цианобактерий) вследствие снижения содержания биогенных элементов и минералов в очищаемом водном объекте, используемых штаммом для собственной вегетации; - the use of the strain effectively reduces the productivity of blue-green algae (cyanobacteria) due to a decrease in the content of biogenic elements and minerals in the treated water body, used by the strain for its own vegetation;
- применение штамма приводит к повышению уровня концентрации растворенного кислорода в воде; - the use of the strain leads to an increase in the concentration of dissolved oxygen in the water;
- штамм проявляет выраженные антагонистические свойства к альгофлоре, бактериям, грибам и дрожжам, обладает невосприимчивостью к фагам, вследствие чего его применение позволяет эффективно снижать бактериальную обсемененность воды колиморфными бактериями; - the strain exhibits pronounced antagonistic properties to algoflora, bacteria, fungi and yeast, is immune to phages, as a result of which its use can effectively reduce the bacterial contamination of water by colimorphic bacteria;
- применение штамма, благодаря его функциональной активности, позволяет ускорять процессы самоочищения водоемов. Подробное описание изобретения - the use of the strain, due to its functional activity, allows you to accelerate the processes of self-purification of water bodies. Detailed description of the invention
Планктонный эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT ВКПМ AI-29 был получен в результате селекции исходного штамма микроводоросли Chlorella sorokiniana. Селекцию проводили на питательных средах при заданных условиях посредством осуществления селекционных циклов, повторяющихся в условиях изменения режимов культивирования и отбора новых колоний после серии циклов для продолжения селекции. В процессе получения нового штамма было проделано более 37 циклов культивирования для получения штамма с заданными параметрами, более 40 манипуляций с составом питательной среды и её концентрации, более 12 различных лабораторных опытов с изменением температур и взаимодействием нового штамма с эндемическими видами цианобактерий и водорослей, распространенных в пресноводных водоёмах. Поскольку целью селекции было получение эврибионтного штамма планктонной хлореллы, сохраняющего активность при широких колебаниях температуры, устойчивого к воздействиям широкого диапазона природных условий гидробиоценоза, таким как изменения pH, повышенная концентрация растворенного в воде СОг, повышенное содержание фосфатов, аммония и других шоковых воздействий, в процессе циклов селекции эти условия менялись искусственным образом в широких пределах. Перед каждым этапом селекционного цикла отобранные штаммы тщательно анализировались на устойчивость к вышеперечисленным воздействиям, и по результатам анализа подбирались определенные условия культивирования в следующем цикле, с целью получения в конечном итоге штамма, соответствующего заданным требованиям. Необходимо отметить, что условия, в которых проводилось культивирование хлореллы в процессе селекции, существенно отличались от природных. Так, режим освещения на некоторых этапах состоял из фазы день - 20 часов/ ночь - 4 часа при температуре от 12 до 28°С и pH 7,0; на других этапах температурные режимы планомерно понижались с 21 до 6°С. Был подобран оптимальный состав питательной среды для культивации штамма, который позволил развиваться планктонному штамму при низких температурах от 6°С. Полученный штамм делится дважды в сутки синхронно. Planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT VKPM AI-29 was obtained as a result of selection of the original strain of microalgae Chlorella sorokiniana. Selection was carried out on nutrient media under specified conditions by performing selection cycles that are repeated under conditions of changing cultivation modes and selection of new colonies after a series of cycles to continue selection. In the process of obtaining a new strain, more than 37 cultivation cycles were performed to obtain a strain with specified parameters, more than 40 manipulations with the composition of the nutrient medium and its concentration, more than 12 different laboratory experiments with temperature changes and the interaction of a new strain with endemic species of cyanobacteria and algae common in freshwater reservoirs. Since the goal of breeding was to obtain a eurybiont strain of planktonic chlorella that remains active under wide temperature fluctuations, resistant to a wide range of natural conditions of hydrobiocenosis, such as pH changes, an increased concentration of CO2 dissolved in water, an increased content of phosphates, ammonium and other shock effects, in the process selection cycles, these conditions changed artificially over a wide range. Before each stage of the breeding cycle, the selected strains were carefully analyzed for resistance to the above effects, and based on the results of the analysis, certain cultivation conditions were selected in the next cycle, in order to ultimately obtain a strain that meets the specified requirements. It should be noted that the conditions under which the cultivation of chlorella was carried out during the selection process differed significantly from natural ones. Thus, the lighting regime at some stages consisted of a phase day - 20 hours / night - 4 hours at a temperature of 12 to 28°C and pH 7.0; at other stages, the temperature regimes systematically decreased from 21 to 6°C. The optimal composition of the nutrient medium for the cultivation of the strain was selected, which allowed the development of the planktonic strain at low temperatures from 6°C. The resulting strain is divided twice a day synchronously.
Проведённые лабораторные исследования подтвердили наличие эврибионтных свойств штамма по отношению к температурным колебаниям, составу питательной среды, его высокую резистентность к прочей альгофлоре, включая бактерии, наличие антибактериального растительного эффекта, доминирование штамма при определенной плотности клеток, способность значительно повышать концентрацию растворенного кислорода в воде. The conducted laboratory studies confirmed the presence of eurybiont properties of the strain in relation to temperature fluctuations, the composition of the nutrient medium, its high resistance to other algoflora, including bacteria, the presence of an antibacterial plant effect, the dominance of the strain at a certain cell density, and the ability to significantly increase the concentration of dissolved oxygen in water.
В результате проведенной работы созданный новый штамм был адаптирован для культивирования при температурах от 6°С до 30°С, демонстрируя повышенную резистентность к температурным границам, а также колебаниям уровня pH при культивировании от 6,5 до 11,5. Культурально-морфологические особенности полученного штамма Chlorella sorokiniana AGT приведены ниже. As a result of the work, the created new strain was adapted for cultivation at temperatures from 6°C to 30°C, demonstrating increased resistance to temperature limits, as well as pH fluctuations during cultivation from 6.5 to 11.5. Cultural and morphological features of the obtained strain of Chlorella sorokiniana AGT are given below.
Морфологические признаки. Morphological features.
Молодые клетки шаровидной или слабоэллипсоидной формы, размером 2, 0-3,0 мкм. Взрослые клетки шаровидные 6, 0-9,0 мкм в диаметре. Клетки с уже сформированными автоспорами, но ещё находящиеся в материнской оболочке, 8,0-10,0 мкм в диаметре. Размер клеток, готовых к делению, зависит от количества автоспор. Хлоропласт взрослой клетки по форме широкопоясковидный незамкнутый и выстилает % поверхности клетки. Пиреноид окружен крахмальной оберткой, состоящей из двух полусфер. Споры одинакового размера. Число спор 4-8. Чаще всего спор 8, редко 2. Число спор бывает только четное. Деление клеток - синхронное. Клетки, как молодые, так и взрослые, темно-зеленого цвета. Young cells are spherical or slightly ellipsoidal, 2.0-3.0 µm in size. Adult cells are spherical, 6.0-9.0 µm in diameter. Cells with already formed autospores, but still in the maternal membrane, 8.0-10.0 µm in diameter. The size of cells ready for division depends on the number of autospores. The chloroplast of an adult cell is wide-girdle-shaped, open, and lines % of the cell surface. The pyrenoid is surrounded by a starch wrapper consisting of two hemispheres. Spores are the same size. The number of disputes is 4-8. Most often the dispute is 8, rarely 2. The number of disputes is only even. Cell division is synchronous. Cells, both young and adults, are dark green in color.
Физиологические признаки. Physiological signs.
Штамм автотрофный. Как в лабораторных, так и в производственных условиях растет на питательной среде, состоящей из растворов: аммиачная селитра (34% раствор) - 0,14 мл; аммофос (15% раствор) - 0,10 мл; калий сернокислый (12% раствор) - 0,33 мл; хлорид железа (1% раствор) - 0,15 мл; кобальт азотнокислый (0,1 % раствор) - 0,10 мл; медь сернокислая (0,1% раствор) - 0,10 мл; раствор углекислого газа, органический (pH 3,5-4, 5) - 10-20 мл на один литр очищенной водопроводной воды. The strain is autotrophic. Both in laboratory and in production conditions, it grows on a nutrient medium consisting of solutions: ammonium nitrate (34% solution) - 0.14 ml; ammophos (15% solution) - 0.10 ml; potassium sulfate (12% solution) - 0.33 ml; iron chloride (1% solution) - 0.15 ml; cobalt nitrate (0.1% solution) - 0.10 ml; copper sulfate (0.1% solution) - 0.10 ml; carbon dioxide solution, organic (pH 3.5-4.5) - 10-20 ml per liter of purified tap water.
Для приготовления раствора углекислого газа используется настой голозерного овса. To prepare a solution of carbon dioxide, an infusion of naked oats is used.
При солнечном освещении или освещении диодными лампами со световой температурой 5000 кельвинов, или лампами (ДРИ-450 или ДНаТ-450) температура суспензии хлореллы не должна превышать 31 °C. Оптимальная температура культивирования в дневное время 28-30°С, в ночное 10-15°С. Минимальная температура культивирования 10°С. Under sunlight or lighting with diode lamps with a light temperature of 5000 Kelvin, or lamps (DRI-450 or DNAT-450), the temperature of the chlorella suspension should not exceed 31 °C. The optimum cultivation temperature during the day is 28-30°C, at night 10-15°C. The minimum cultivation temperature is 10°C.
Режим освещения, как при солнечном свете, так и лампами, составляет 8-10 часов. Штамм устойчиво развивается как при естественном, так и при искусственном освещении и не зависит от сезона года. The lighting mode, both in sunlight and lamps, is 8-10 hours. The strain develops steadily under both natural and artificial lighting and does not depend on the season.
Антагонистические свойства штамма проявляются при наборе культурой оптической плотности 0,85 D (при длине волны 440 нм), при этом наступает лизис прочей альгофлоры, гибель бактерий, грибов и дрожжей. Штамм не поражается фагами. The antagonistic properties of the strain are manifested when the culture reaches an optical density of 0.85 D (at a wavelength of 440 nm), while lysis of other algal flora occurs, the death of bacteria, fungi and yeast. The strain is not affected by phages.
Штамм строго соблюдает условия монокультуры. Культуральные свойства. The strain strictly observes the conditions of monoculture. cultural properties.
Для культивирования штамма могут использоваться установки различных типов, емкости которых выполнены из стекла или органических материалов. Для получения синхронной культуры необходимо использовать автоматические установки. For the cultivation of the strain, various types of installations can be used, the containers of which are made of glass or organic materials. To obtain a synchronous culture, automatic settings must be used.
Для восстановления природного потенциала водоёмов целесообразно применение суспензии штамма (живые клетки штамма Chlorella sorokiniana AGT в культуральной среде), имеющей оптическую плотность не менее 1 ,4 D (что соответствует 50 млн. живых клеток в 1 мл), в некоторых вариантах - не менее 1 ,8 D (т.е. порядка 65 млн. живых клеток на 1 мл суспензии). Нормативная оптическая плотность суспензии в пределах 1 ,4-1 ,8 D (440) достигается менее, чем за двое суток. To restore the natural potential of water bodies, it is advisable to use a suspension of the strain (live cells of the Chlorella sorokiniana AGT strain in a culture medium) with an optical density of at least 1.4 D (which corresponds to 50 million live cells per 1 ml), in some cases - at least 1 ,8 D (i.e., about 65 million living cells per 1 ml of suspension). The normative optical density of the suspension in the range of 1.4-1.8 D (440) is achieved in less than two days.
Клетки штамма равномерно распределяются в культуральной среде, так как штамм обладает планктонными свойствами, т. е. находится во взвешенном состоянии и свободно парит в водной толще. The cells of the strain are evenly distributed in the culture medium, since the strain has planktonic properties, i.e., it is in suspension and floats freely in the water column.
Для культивирования штамма не требуется создания условий стерильности. Культивирование ведется как в помещении, так и под открытым небом. For the cultivation of the strain does not require the creation of conditions of sterility. Cultivation is carried out both indoors and outdoors.
Срок сохранения жизнеспособности клеток в культуре - не менее 3-х лет, при условии хранения на рассеянном свету при комнатной температуре. The period of preservation of cell viability in culture is at least 3 years, provided that it is stored in diffused light at room temperature.
В результате проведённых экспериментов установлено, что суспензию штамма Chlorella sorokiniana AGT в очищаемые водоёмы нужно добавлять в количестве от 20 до 80 литров на 1 га поверхностной площади водоёма трижды за вегетативный сезон. As a result of the experiments, it was found that the suspension of the Chlorella sorokiniana AGT strain should be added to the treated water bodies in an amount of 20 to 80 liters per 1 ha of the surface area of the water body three times during the vegetative season.
Однако, учитывая разное первичное состояние водных объектов (гидрохимические, таксономические, географические и климатические данные водных объектов), разные антропологические факторы, оказывающие существенное влияние на экологическое состояние водного объекта, авторы изобретения утверждают о необходимости проведения следующих мероприятий для эффективного применения планктонного штамма для восстановления природного биоценоза водоёма. Основными этапами для любого объекта являются: However, given the different primary state of water bodies (hydrochemical, taxonomic, geographical and climatic data of water bodies), various anthropological factors that have a significant impact on the ecological state of the water body, the inventors argue that the following measures are necessary for the effective use of a plankton strain to restore natural reservoir biocenosis. The main stages for any object are:
1 . Комплексное обследование водоема с целью определения первичного состояния проблемы. Отбор проб воды, определение физических параметров водоема, существующих проблем, наличие стоков и пр. Оцениваются факторы антропогенного воздействия на водный объект; 1 . Comprehensive survey of the reservoir in order to determine the primary state of the problem. Water sampling, determination of the physical parameters of the reservoir, existing problems, the presence of runoff, etc. Factors of anthropogenic impact on the water body are assessed;
2. Индивидуальная методика комплексной реабилитации водоема. На основании полученных данных 1-го этапа разрабатывается методология реабилитации конкретного объекта, планируются объемы, сроки и точки внесения суспензии, периодичность повторов альголизации. Проектируется набор дополнительных мероприятий для создания устойчивых предпосылок функционирования здорового биоценоза объекта, кроме непосредственного внесения суспензии штамма Chlorella sorokiniana AGT (альголизации), предлагается ряд мер (зарыбление водоема соответствующими видами зоофауны, механические методы очистки, превентивные меры природоохранного порядка и т.п.)2. Individual method of complex rehabilitation of the reservoir. Based on the obtained data of the 1st stage, a methodology for the rehabilitation of a particular object is developed, the volumes, terms and points of suspension application, the frequency of algolization repetitions are planned. A set of additional measures is being designed to create stable prerequisites for the functioning of a healthy biocenosis of the object, in addition to the direct introduction of a suspension of the Chlorella sorokiniana AGT strain (algolization), a number of measures are proposed (stocking of the reservoir with appropriate species of zoofauna, mechanical cleaning methods, preventive environmental measures, etc.)
3. Альголизация объекта. Производство и внесение в водоём необходимого количества суспензии штамма Chlorella sorokiniana AGT в соответствии с разработанной программой и с необходимой периодичностью. 3. Algolization of the object. Production and introduction of the required amount of a suspension of the Chlorella sorokiniana AGT strain into the reservoir in accordance with the developed program and at the required frequency.
4. Дополнительные реабилитационные мероприятия. Реализация мер, утвержденных на 2-м этапе программы. 4. Additional rehabilitation measures. Implementation of measures approved at the 2nd stage of the program.
5. Мониторинг и оперативное реагирование. Периодический контроль состояния объекта (визуальные наблюдения, заборы проб воды на объекте, химический анализ воды, биологические пробы). Оперативное реагирование на изменения ситуации (например, в особо жаркие периоды практикуется дополнительное внесение суспензии хлореллы, сверх предусмотренного первоначальной методикой). Данный этап может быть реализован с использованием методов фрактального анализа. 5. Monitoring and prompt response. Periodic monitoring of the facility condition (visual observations, water sampling at the facility, chemical analysis of water, biological samples). Prompt response to changes in the situation (for example, in especially hot periods, additional application of a suspension of chlorella is practiced, in excess of that provided for by the original method). This stage can be implemented using fractal analysis methods.
6. Анализ, отчет и рекомендации. По завершению вегетативного сезона проводится финальный отбор проб воды на химический и таксономический анализы. Проводится сравнение первоначальных параметров водоема с результатами, полученными по завершению комплекса мероприятий. В отчете о проведении работ формируются предложения по дальнейшему поддержанию объекта в стабильном состоянии. 6. Analysis, report and recommendations. At the end of the growing season, final water sampling is carried out for chemical and taxonomic analysis. The initial parameters of the reservoir are compared with the results obtained upon completion of the complex of measures. Proposals for further maintenance of the facility in a stable condition are formed in the work progress report.
7. Альголизацию водоема с использованием штамма Chlorella sorokiniana AGT желательно проводить ежегодно в течение первых 3-х лет с начала применения, далее, в зависимости от достигнутого состояния водоема. 7. Algolization of the reservoir using the strain Chlorella sorokiniana AGT is desirable to be carried out annually during the first 3 years from the start of application, then, depending on the state of the reservoir.
Возможность объективного проявления технического результата при использовании изобретения подтверждена достоверными данными, приведенными в примерах, содержащих сведения экспериментального характера, полученные в процессе проведения исследований по методикам, принятым в данной области. The possibility of an objective manifestation of the technical result when using the invention is confirmed by reliable data given in the examples containing experimental information obtained in the process of conducting research according to the methods adopted in this field.
Следует понимать, что приведенные в материалах заявки примеры не являются ограничивающими и приведены только для иллюстрации настоящего изобретения. It should be understood that the examples given in the application materials are not limiting and are provided only to illustrate the present invention.
Пример 1. Способность штамма к росту при температуре культивирования 10°С и при оптимальных температурах. Example 1. The ability of the strain to grow at a cultivation temperature of 10°C and at optimal temperatures.
С целью анализа способности штамма Chlorella sorokiniana AGT к росту при низких температурах были проведены сравнительные исследования скорости набора биомассы анализируемых штаммов при одинаковых условиях культивирования (концентрация питательный среды, интенсивность освещения, температурный режим). In order to analyze the ability of the Chlorella sorokiniana AGT strain to grow at low temperatures, comparative studies of the rate of biomass gain of the analyzed strains under the same cultivation conditions (nutrient medium concentration, light intensity, temperature regime) were carried out.
Результаты эксперимента приведены в таблицах 1.1. и 1.2. ниже. Таблица 1.1. - Сравнительные показатели, характеризующие способность анализируемых штаммов к размножению при температуре культивирования 10°С (усредненные значения по пяти повторам).
Figure imgf000010_0001
Таблица 1 .2. - Сравнительные показатели, характеризующие способность анализируемых штаммов к размножению при оптимальных температурах культивирования (28-30°С) (усредненные значения по пяти повторам).
Figure imgf000010_0002
The results of the experiment are shown in tables 1.1. and 1.2. below. Table 1.1. - Comparative indicators characterizing the ability of the analyzed strains to reproduce at a cultivation temperature of 10°C (averaged values over five repetitions).
Figure imgf000010_0001
Table 1.2. - Comparative indicators characterizing the ability of the analyzed strains to reproduce at optimal cultivation temperatures (28-30°C) (averaged values over five repetitions).
Figure imgf000010_0002
Из приведенных данных следует, что предлагаемый штамм обладает более высокой скоростью прироста биомассы при температуре 10°С по сравнению с другими известными штаммами, при этом нормативная оптическая плотность суспензии штамма Chlorella sorokiniana AGT в пределах 1 ,4 D (440) достигалась за пять дней, что более чем в 4 раза быстрее штамма-аналога (Chlorella vulgaris BIN) при данной температуре. From the above data it follows that the proposed strain has a higher biomass growth rate at a temperature of 10°C compared to other known strains, while the standard optical density of the suspension of the Chlorella sorokiniana AGT strain within 1.4 D (440) was achieved in five days, which is more than 4 times faster than the analogue strain (Chlorella vulgaris BIN) at a given temperature.
При оптимальных температурах 28-30°С было установлено, что штамм Chlorella sorokiniana AGT обладает высокой степенью деления материнского ядра (на 8 клеток преимущественно), при этом состояние нормативной оптической плотности культуры в 1 ,4 D (440) достигается за одни сутки, в то время как для штаммов сравнения этот показатель достигается лишь за 2-4 суток (см. таблицу 1.2.). Таким образом, срок культивирования штамма Chlorella sorokiniana AGT до состояния нормативной оптической плотности 1 ,4 D (440) значительно меньше по сравнению с другими штаммами. Так, по сравнению даже с ближайшим аналогом (штаммом Chlorella vulgaris BIN) состояние нормативной оптической плотности достигается более чем в 4 раза быстрее при температуре 10°С и в 3 раза быстрее при температурах 28-30°С. At optimal temperatures of 28-30°C, it was found that the Chlorella sorokiniana AGT strain has a high degree of division of the maternal nucleus (predominantly into 8 cells), while the state of the standard optical density of the culture of 1.4 D (440) is achieved in one day, in while for strains of comparison, this indicator is achieved only in 2-4 days (see table 1.2.). Thus, the period of cultivation of the Chlorella sorokiniana AGT strain to the state of the standard optical density of 1.4 D (440) is much shorter compared to other strains. So, in comparison with even the closest analogue (the Chlorella vulgaris BIN strain), the state of the standard optical density is reached more than 4 times faster at a temperature of 10°C and 3 times faster at temperatures of 28-30°C.
Пример 2. Эффективность штамма в качестве потребителя загрязняющих водоемы веществ. Example 2 Efficiency of a strain as a consumer of water pollutants.
Для изучения способности нового штамма восстанавливать равновесие в водных системах посредством снижения уровня загрязняющих веществ, а также повышения уровня концентрации растворенного кислорода в воде, были проведены следующие эксперименты. Было взято по 10 л воды из загрязненного водоема (эвтрофированный водоём с ярко выраженными абиотическими и биотическими признаками, включая устойчивое «цветение» воды, наличие неприятного запаха и т.д.) для каждого тестируемого штамма, после чего в пробы добавлены суспензии штаммов с одинаковой нормативной оптической плотностью 1 ,4-1 , 8 D (440). Суспензии штаммов представляли собой культуральную среду одинаковой оптической плотности, т.е. с примерно одинаковым количеством живых клеток хлореллы в равном объёме. Кроме того, в пробы был введен раствор углекислого газа на основе содержащего клетчатку материала - голозёрного овса. Через 48 часов был замерен остаточный осадок органических веществ, содержащийся в 10-литровых емкостях анализируемой среды. После этого была рассчитана относительная величина эффективности поглощения биогенных элементов для каждого анализируемого штамма, отражающая степень эффективности изъятия биогенов. Для ее расчета, значение осадка, полученное для штамма Chlorella vulgaris ИФР С-1 11 , было принято за единицу. To study the ability of the new strain to restore balance in water systems by reducing the level of pollutants, as well as increasing the level of dissolved oxygen concentration in water, the following experiments were carried out. 10 liters of water were taken from a polluted water body (a eutrophic water body with pronounced abiotic and biotic features, including persistent "blooming" of water, the presence of an unpleasant odor, etc.) for each tested strain, after which suspensions of strains with the same standard optical density 1.4-1.8 D (440). Suspensions of strains were culture medium of the same optical density, i.e. with approximately the same number of living chlorella cells in an equal volume. In addition, a carbon dioxide solution based on a fiber-containing material - naked oats was introduced into the samples. After 48 hours, the residual sediment of organic substances contained in 10-liter containers of the analyzed medium was measured. After that, the relative value of the nutrient uptake efficiency for each analyzed strain was calculated, reflecting the degree of nutrient uptake efficiency. For its calculation, the sediment value obtained for the Chlorella vulgaris strain IGF C-1 11 was taken as one.
Таблица 2.1. - Сравнительные показатели эффективности штамма Chlorella sorokiniana Table 2.1. - Comparative performance indicators of the Chlorella sorokiniana strain
AGT.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000012_0001
AGT.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000012_0001
Обозначения: «г асв» - грамм абсолютно сухого вещества; «н.п.» - не подавляет Designations: "g asv" - grams of absolutely dry matter; "n.p." - does not suppress
Как видно из таблицы 2.1., планктонный эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT значительно эффективнее снижает концентрацию основных биогенных элементов по сравнению со штаммами сравнения, в том числе в 3,8 раза эффективнее штамма-аналога (Chlorella vulgaris BIN), что способствует активному подавлению новым штаммом Chlorella sorokiniana AGT роста цианобактерии Oscillatoria princeps, тогда как другие известные штаммы не оказывали никакого влияния на ее рост. As can be seen from Table 2.1, the planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT significantly more effectively reduces the concentration of the main biogenic elements compared to the comparison strains, including 3.8 times more efficiently than the analogue strain (Chlorella vulgaris BIN), which contributes to the active suppression of Chlorella sorokiniana AGT growth of the cyanobacterium Oscillatoria princeps, while other known strains had no effect on its growth.
Пример 3. Повышение уровня концентрации растворенного кислорода в воде. Example 3. Increasing the concentration of dissolved oxygen in water.
Для проведения эксперимента было взято 20 литров воды из естественного водоёма, с начальной концентрацией растворенного кислорода 5,5 мг/л и значением водородного показателя pH 8,0 и разделено на два образца (опытный и контрольный). В опытный образец было добавлено 100 мл суспензии планктонного эврибионтного штамма Chlorella sorokiniana AGT. Через 24 и 48 часов были проведены замеры концентраций растворенного кислорода и значений pH. В результате эксперимента концентрация растворенного кислорода в опытном образце через 24 часа после добавления суспензии нового штамма составила 9,7 мг/л, pH - 8,4, через 48 часов - 10,3 мг/л, pH - 8,0. В контрольном образце не было зафиксировано наблюдаемых изменений. Оба образца содержались на свету в лабораторных условиях при температуре около 24°С. For the experiment, 20 liters of water were taken from a natural reservoir, with an initial concentration of dissolved oxygen of 5.5 mg/l and a pH value of 8.0, and divided into two samples (experimental and control). 100 ml of a suspension of planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT was added to the test sample. Dissolved oxygen concentrations and pH values were measured after 24 and 48 hours. As a result of the experiment, the concentration of dissolved oxygen in the test sample 24 hours after adding the suspension of the new strain was 9.7 mg/l, pH - 8.4, after 48 hours - 10.3 mg/l, pH - 8.0. No observed changes were recorded in the control sample. Both samples were kept in the light under laboratory conditions at a temperature of about 24°C.
Как показали проведенные эксперименты, новый штамм Chlorella sorokiniana AGT является высокопродуктивным и способным к активному росту уже при 10°С. Особенностью этого штамма является его высокая адаптивная способность к размножению в широких температурных пределах, что выгодно отличает его от других известных штаммов. Кроме того, новый штамм обладает способностью восстанавливать нарушенное равновесие в водоемах, которое неизбежно теряется в процессе эвтрофикации. Основной причиной эвтрофикации водоемов является чрезмерное использование удобрений в сельском хозяйстве: избыток биогенных элементов, в особенности нитрата и фосфора, вымывается, стекает по поверхности или вымывается грунтовыми водами и таким образом попадает в озера и водоемы. Биогены могут вызывать обильный рост фитопланктона, который препятствует прохождению солнечного света в толщу воды, вследствие чего нарушаются процессы фотосинтеза бентосных растений и тем самым уменьшается концентрация кислорода. Более того, происходит накопление большой массы отмершего фитопланктона - детрита; бактерии, потребляя детрит, уменьшают содержание кислорода, таким образом фитопланктоном вытесняются бентосные растения, наступает гибель рыбы. Предлагаемый штамм, вселяемый в водоемы в составе суспензии, способен эффективно поглощать биогенные элементы, например, избыточной азот и фосфор, за счет чего полностью устраняется интенсивное размножение синезеленых водорослей, которые являются начальным звеном развития эвтрофикации. Кроме того, штамм Chlorella sorokiniana AGT является природным антиоксидантом, замедляя процессы гниения, которые начинаются из-за недостатка кислорода. Процесс гниения сопровождается выделением углекислого газа, поэтому торможение процессов гниения новым штаммом способствует предотвращению образования углекислого газа, а выделяемый СОг утилизируется штаммом в процессе фотосинтеза. As shown by the experiments, the new strain of Chlorella sorokiniana AGT is highly productive and capable of active growth already at 10°C. A feature of this strain is its high adaptive ability to reproduce in a wide temperature range, which distinguishes it from other known strains. In addition, the new strain has the ability to restore disturbed balance in water bodies, which is inevitably lost in the process of eutrophication. The main cause of eutrophication of water bodies is the excessive use of fertilizers in agriculture: excess nutrients, especially nitrate and phosphorus, are washed out, run off the surface or are washed away by groundwater and thus enter lakes and water bodies. Nutrients can cause abundant growth of phytoplankton, which prevents the passage of sunlight into the water column, as a result of which the processes of photosynthesis of benthic plants are disrupted and thereby the concentration of oxygen decreases. Moreover, there is an accumulation of a large mass of dead phytoplankton - detritus; bacteria, consuming detritus, reduce the oxygen content, thus benthic plants are displaced by phytoplankton, and fish die. The proposed strain, introduced into water bodies as part of a suspension, is able to effectively absorb biogenic elements, such as excess nitrogen and phosphorus, thereby completely eliminating the intensive reproduction of blue-green algae, which are the initial link in the development of eutrophication. In addition, the Chlorella sorokiniana AGT strain is a natural antioxidant, slowing down the decay processes that begin due to lack of oxygen. The process of decay is accompanied by the release of carbon dioxide, so the inhibition of the processes of decay by a new strain helps to prevent the formation of carbon dioxide, and the released CO2 is utilized by the strain in the process of photosynthesis.
В результате изучения ремедиационного потенциала нового штамма было установлено, что эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT способен эффективно удалять биогенные элементы, а также восстанавливать кислородный режим в эвтрофированных водоемах, вследствие чего предлагаемый штамм может быть использован для стабилизации и восстановления динамического равновесия водоёмов любого хозяйственного назначения (от водоёмов, предназначенных для питьевого использования, до сильнозагрязненных). Учитывая комплексный полифункциональный биологический механизм и различные группы организмов, которые задействованы при ремедиации, следует также отметить, что новый штамм, благодаря своей функциональной активности, способен ускорять процессы биотического самоочищения водоемов. As a result of studying the remediation potential of the new strain, it was found that the eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT is able to effectively remove biogenic elements, as well as restore the oxygen regime in eutrophicated water bodies, as a result of which the proposed strain can be used to stabilize and restore the dynamic balance of water bodies of any economic purpose (from water bodies intended for drinking use, to heavily polluted). Considering the complex polyfunctional biological mechanism and various groups of organisms involved in remediation, it should also be noted that the new strain, due to its functional activity, is able to accelerate the processes of biotic self-purification of water bodies.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения. While the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it should be apparent to those skilled in the art that the specific experiments described in detail are for the purpose of illustrating the present invention only and should not be construed as limiting the scope of the invention in any way. It should be clear that various modifications are possible without departing from the essence of the present invention.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Планктонный эврибионтный штамм Chlorella sorokiniana AGT ВКПМ AI-29, предназначенный для улучшения экологического состояния водных объектов. 1. Planktonic eurybiont strain Chlorella sorokiniana AGT VKPM AI-29, designed to improve the ecological state of water bodies.
2. Способ биологического восстановления экологии водных объектов, включающий внесение в восстанавливаемый водный объект суспензии, представляющей собой живые клетки штамма Chlorella sorokiniana AGT ВКПМ AI-29 в культуральной среде. 2. A method for biological restoration of the ecology of water bodies, including the introduction of a suspension into the restored water body, which is living cells of the strain Chlorella sorokiniana AGT VKPM AI-29 in a culture medium.
3. Способ по п.2, в котором водный объект представляет собой естественный или искусственный водоём или сточные воды. 3. The method of claim 2, wherein the water body is a natural or artificial body of water or wastewater.
PCT/RU2022/050249 2021-08-18 2022-08-16 Planktonic eurybiontic microalgal strain chlorella sorokiniana agt WO2023022628A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021124531 2021-08-18
RU2021124531A RU2774294C1 (en) 2021-08-18 Plankton eurybiontic strain of microalgae chlorella sorokiniana agt intended to improve the ecological state of water bodies

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023022628A1 true WO2023022628A1 (en) 2023-02-23

Family

ID=85240912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2022/050249 WO2023022628A1 (en) 2021-08-18 2022-08-16 Planktonic eurybiontic microalgal strain chlorella sorokiniana agt

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023022628A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2064454C1 (en) * 1992-08-10 1996-07-27 Дзержинская Ирина Станиславовна Method of biological treatment of fish-processing plant sewage
RU2192459C1 (en) * 2001-04-18 2002-11-10 Богданов Николай Иванович Strain of microalga chlorella vulgaris bin for biomass preparing and waste treatment
RU2585523C1 (en) * 2015-03-31 2016-05-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Альгобиотехнология" PLANKTON STRAIN Chlorella kessleri TO PREVENT "BLOOM" OF BLUE-GREEN ALGAE IN PONDS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2064454C1 (en) * 1992-08-10 1996-07-27 Дзержинская Ирина Станиславовна Method of biological treatment of fish-processing plant sewage
RU2192459C1 (en) * 2001-04-18 2002-11-10 Богданов Николай Иванович Strain of microalga chlorella vulgaris bin for biomass preparing and waste treatment
RU2585523C1 (en) * 2015-03-31 2016-05-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Альгобиотехнология" PLANKTON STRAIN Chlorella kessleri TO PREVENT "BLOOM" OF BLUE-GREEN ALGAE IN PONDS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOSÉ DE ANDRADE CRISTIANO, MARIA DE ANDRADE LIDIANE: "An overview on the application of genus Chlorella in biotechnological processes", JOURNAL OF ADVANCED RESEARCH IN BIOTECHNOLOGY, vol. 2, no. 1, 18 April 2017 (2017-04-18), pages 1 - 9, XP093037790, DOI: 10.15226/2475-4714/2/1/00117 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Panwichian et al. Isolation of purple nonsulfur bacteria for the removal of heavy metals and sodium from contaminated shrimp ponds
US9102552B2 (en) Production of cyanobacterial or algal biomass using chitin as a nitrogen source
CN108587915B (en) Chlorella W5 capable of removing heavy metals in water with high heavy metal content and application thereof
Arriada et al. Nannochloropsis oculata growth in produced water: an alternative for massive microalgae biomass production
Rai et al. Potential of cyanobacterial biofilms in phosphate removal and biomass production
Rai et al. Services of algae to the environment
CN103937726A (en) Alga-lysing pseudomonas aeruginosa and application thereof
CN105331552B (en) One plant of efficient denitrification acinetobacter calcoaceticus novel species and its application
El Nadi et al. Desalination using algae ponds under nature Egyptian conditions
CN101139140A (en) Aerugo microcapsule algae degradation method using animalcule
Dolapsakis et al. Abundance and growth response of microalgae at Megalon Embolon solar saltworks in northern Greece: an aquaculture prospect
Bhuyar et al. Salinity reduction from poly-chem-industrial wastewater by using microalgae (Chlorella sp.) collected from coastal region of peninsular Malaysia
US10173913B2 (en) Process of treating buchu mercaptan production wastewater using microalgae and chitin as a nitrogen source
CN110484472B (en) Klebsiella and application thereof
Doma et al. Potential of using high rate algal pond for algal biofuel production and wastewater treatment
CN102604868B (en) Alteromonas and application thereof in inhibiting growth of red-tide algae
CN110283740A (en) A kind of degradation high-ammonia-nitrogen sewage composite bacteria agent and its application in processing sewage
RU2774294C1 (en) Plankton eurybiontic strain of microalgae chlorella sorokiniana agt intended to improve the ecological state of water bodies
WO2023022628A1 (en) Planktonic eurybiontic microalgal strain chlorella sorokiniana agt
CN108102943A (en) A kind of efficient denitrification microorganism and its application
CN104556398A (en) Microbial water activating agent
Pećić et al. Efficiency of phosphorus accumulation by plankton, periphyton developed on submerged artificial substrata and metaphyton: in-situ observation in two shallow ponds
Govindaraj et al. Treatment of Dairy Wastewater and Sludge Production Using Algae Bio Reactor
CN113493744B (en) Aspergillus fumigatus and application thereof in sewage treatment
CN113583906B (en) Application of pseudomonas B5 in algae removal

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22858838

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE