1 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені В. Н. КАРАЗІНА БІОТЕХНОЛОГІЯ МІКРОВОДОРОСТЕЙ Методичні вказівки до практичних робіт спеціальності 162 «Біотехнології та біоінженерія» Харків – 2024 2 УДК 60:582.261/.279](072)Г 61 Б 63 Рецензенти: О. В. Звягінцева – доцент кафедри біотехнології, біофізики та аналітичної хімії НТУ «ХПІ», к. б. н.; О. В. Наглов – доцент ЗВО кафедри фізіології людини та тварин біологічного факультету ХНУ імені В. Н. Каразіна, к. б. н. Затверджено до друку рішенням Науково-методичної ради Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна (протокол № 7 від 16 квітня 2024 року) Б 63 Біотехнологія мікроводоростей : методичні вказівки до практичних робіт спеціальності 162 «Біотехнології та біоінженерія» / уклад. А. В. Голтвянський, М. К Ковальова. – Харків : ХНУ імені В. Н. Каразіна, 2024. – 56 с. Методичні вказівки для студентів біологічного факультету спеціальності 162 «Біотехнології та біоінженерія» містять рекомендації щодо виконання практичних робіт. Рекомендації складено відповідно до програми дисципліни «Біотехнологія мікроводоростей», яка викладається студентам 3 курсу спеціальності 162 «Біотехнології та біоінженерія» біологічного факультету ХНУ імені В. Н. Каразіна. Методичні вказівки допоможуть здобувачам вищої освіти засвоїти теоретичний курс і набути практичних навичок. УДК 60:582.261/.279](072)Г 61 © Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 2024 © Голтвянський А. В., Ковальова М. К., уклад., 2024 © Дончик І. М., макет обкладинки, 2024 Навчальне видання Голтвянський Анатолій Володимирович Ковальова Марина Костянтинівна БІОТЕХНОЛОГІЯ МІКРОВОДОРОСТЕЙ Методичні вказівки до практичних робіт спеціальності 162 «Біотехнології та біоінженерія» Коректор О. В. Анцибора Компʼютерне верстання В. В. Савінкова Макет обкладинки І. М. Дончик Формат 60×84/16. Ум. друк. арк. 2,28. Наклад 100 пр. Зам. № 87/24. Видавець і виготовлювач Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 61022, м. Харків, майдан Свободи, 4. Свідоцтво субʼєкта видавничої справи ДК № 3367 від 13.01.2009 Видавництво ХНУ імені В. Н. Каразіна 3 ЗМІСТ Практична № 1. Приготування штучних поживних середовищ для культивування клітин мікроводоростей ................................................ 4 Практична робота № 2. Характеристика розвитку мікроводоростей в умовах культури. Ріст мікроводоростей у періодичній культурі ............................................ 13 Практична робота № 3. Морфометричний аналіз клітин ................................................................... 27 Практична робота № 4. Отримання субкультур водоростей на різних фазах росту ....................... 29 Практична робота № 5. Визначення біохімічного складу біомаси водоростей ............................... 32 Практична робота № 6. Визначення вмісту загальних ліпідів з клітин мікроводоростей .............. 45 Практична № 7. Використання мікроводоростей в біотестуванні препаратів та харчових домішок ..................................................................................... 49 Рекомендована література ............................................................................ 54 4 Практична робота № 1 Приготування штучних поживних середовищ для культивування клітин мікроводоростей Мета роботи: Знайомство з основними поживними середовищами та їх компонентами для культивування мікроводоростей. Визначити основні компоненти поживних середовищ в залежності від виду водоростей і мети дослідження. Знання, вміння та практичні навики, які повинні одержувати студенти: приготування штучних поживних середовищ для культивування клітин мікроводоростей на прикладі середовища Артарі; набути навичок з мето- дики приготування живильних середовищ. Основні теоретичні відомості Мінеральне живлення водоростей – це сукупність процесів поглинання та засвоєння необхідних для росту і функціонування клітин хімічних елементів у формі іонів неорганічних солей. Водорості отримують необхідні мінеральні речовини з води, в якій вони зростають, а також з ґрунту. Основні елементи і сполуки, які водорості використовують у своєму живленні, включають такі: 1. Діоксид вуглецю (СО2) використовується водоростями в процесі фотосинтезу для вироблення органічних сполук. Неорганічний вуглець надходить до живильного розчину внаслідок барботування середовища повітрям з додаванням СО2, а також солей вугільної кислоти. 2. Нітроген (N) надходить у вигляді аніона NO3 - або катіона NH4 +. Цей елемент потрібен для синтезу білків та інших органічних сполук. Нестача нітрогену суттєво впливає на формування пігментних систем структур хлоропласта та його загальну активність. Концентрація нітрогену визначає кількість і активність рибулозодифосфаткарбоксилази. 3. Фосфор (Р) надходить у вигляді аніонів PO4 3-. Водорості викорис- товують фосфор для синтезу нуклеїнових кислот та фосфоліпідів, які складають клітинні мембрани. За умов нестачі фосфору порушуються фото- хімічні та темнові реакції фотосинтезу. Особливо різко дефіцит фосфору проявляється при високій інтенсивності світла, при цьому більш чутливими виявляються темнові реакції. Однак при зменшенні вмісту фосфору в два рази інтенсивність фотосинтезу знижується в меншому ступені, ніж ростові процеси і загальна продуктивність рослин. Надлишок фосфору також галь- мує швидкість фотосинтезу, імовірно, унаслідок зміни проникності мембран. 4. Калій (К+) важливий для регулювання осмотичного тиску та активації ферментів. Зменшення вмісту калію в тканинах супроводжується значним зниження інтенсивності фотосинтезу і порушеннями інших про- цесів у рослині. У хлоропластах вищих рослин спостерігаються зміни 5 структури гран, крім того, продихи слабо відкриваються на світлі і недо- статньо замикаються в темряві, погіршується водний режим листка, порушуються всі процеси фотосинтезу. 5. Кальцій (Са2+) необхідний для зміцнення клітинних стінок та інших функцій. 6. Магній (Mg2+) використовується для синтезу хлорофіла, бере участь у діяльності спряжених білків при синтезі АТФ, впливає на активність реакцій карбоксилювання і відновлення НАДФ, унаслідок чого його нестача порушує процес фотосинтезу. 7. Залізо (Fe3+) у відновленій формі необхідне для процесів біотинтезу хлорофілу і залізовмісних сполук хлоропластів (цитохромів і фередоксину). Дефіцит заліза різко порушує функціонування циклічного і нециклічного фотофосфорилювання, синтез пігментів і змінює структуру хлоропластів. 8. Мідь (Cu 2+) входить до складу пластоціаніну, тому в рослин дефіцит міді викликає зниження інтенсивності фотосинтезу. Основні елементи. Карбон (С), гідроген (Н) і оксиген (О), що скла- дають більше 90 % вмісту сухої біомаси, часто не відносять до мінераль- них елементів і виділяють в окрему групу основних елементів. Макроелементи. У цю групу входять елементи, вміст яких у сухій масі рослини коливається від кількох відсотків до десятих часток відсотка. Сюди відносяться нітроген, калій, кальцій, фосфор, сульфур у складі (SO4 2-), магній, кремній (Si), натрій (Na), залізо. Мікроелементи. Відносяться елементи, вміст яких у сухій масі рослини складає від тисячних до стотисячних часток відсотка. До цієї групи входять марганець (Mn), бор (B), мідь (Cu), літій (Li), йод (I), бром (Br), нікель (Ni), молібден (Мо), кобальт (Со), хлор (Cl), селен (Se). Мікроводорості вирощують у водних розчинах, які містять необхідні для росту компоненти. Живильне (або базове) середовище містить воду, набір мінеральних солей, фактори росту (наприклад, вітаміни). Існує кілька типів культуральних середовищ, які класифікують за різними ознаками. Мінімальне середовище – це культуральне середовище, яке містить лише основні складові, необхідні для зростання мікроводоростей. Включає тільки неорганічні солі та воду. Селективне середовище використовується для росту конкретних організмів, відібраних за певними властивостями. Наприклад, якщо мікро- водорості виявляють резистентність до певного антибіотика, цей антибіотик може додаватися до середовища, щоб пригнічувати ріст інших клітин, які не є резистентними. Такі селективні ростові середовища також використо- вуються для забезпечення виживання та розмноження клітин з певними характеристиками, наприклад здатністю синтезувати певні метаболіти. Транспортне середовище призначене для тимчасового зберігання та перевезення мікроводоростей з метою подальшого їх культивування. Це 6 середовище забезпечує ефективне підтримання життєздатності мікроводо- ростей без зміни їх концентрацій. У такому середовищі присутні лише буферні розчини та неорганічні солі. Відсутність азоту, фосфору та орга- нічних факторів росту пригнічує розвиток мікроводоростей. Збагачене середовище містить поживні компоненти, необхідні для росту широкого спектра мікроводоростей, включаючи ті, що потребують специфічних умов для свого розвитку. Запропоновано різноманітні живильні середовища для культивування мікроводоростей у лабораторних умовах. Більшість з них є модифікаціями раніше використовуваних середовищ, проте деякі складені на основі аналізу води з природних місць існування конкретних видів, а також з ура- хуванням екологічних особливостей походження штаму. Розробляючи або модифікуючи живильне середовище, необхідно враховувати наступне: 1) концентрацію і склад іонів макроелементів; 2) джерела азоту. Зазвичай для живлення мікроводоростей викорис- товуються нітрати, амонійний азот та сечовина, з урахуванням виду водо- ростей та оптимального значення рН середовища. Зріст значно залежить від доступності азоту, оскільки більшість видів мікроводоростей містять 6–9 % азоту в перерахунку на суху біомасу. Враховуючи це, можна оцінити потребу водоростей у азоті. Так, для утворення 1 г біомаси в 1 л куль- туральної суспензії потрібно 0,5-0,6 г KNO3 л -1; 3) джерела вуглецю; 4) мікроелементи. Зазвичай мікроелементи вводять у вигляді сумішей, де концентрація кожного елементу вже передбачена заздалегідь і встанов- лена експериментально з урахуванням потреб активного росту водоростей. Для забезпечення стабільності такої суміші мікроелементів часто викорис- товують комплексоутворюючі сполуки, наприклад, ЕДТА; 5) вітаміни, фактори росту. Так, для росту багатьох видів водоростей необхідні вітаміни, зокрема вітамін В12. Цей вітамін має важливе значення для біосинтезу нуклеїнових кислот та метаболізму амінокислот. Він може бути введений у живильні середовища водоростей для забезпечення їхнього нормального росту та функціонування. Склад мінеральних середовищ IBASU-A – Колекція культур мікроводоростей Інституту ботаніки імені М. Г. Холодного НАН України (відділ альгології / фікології, ліхено- логії та бріології) (Microalgae Culture Collection of M.G. Kholodny Institute of Botany NAS of Ukraine, Dept. of Phycology, Lichenology a. Bryology): Артарі (Масюк, Терещук,1983): NaCl – 116 г/л, MgSO4 ×7 H2O – 50 г/л, KNO3 – 2,5 г/л, K2HPO4 – 0,2 г/л, FeSO4 ×7 H2O – 2,5 мг/л, розчин мікро- елементів – 15 мл. Dunaliella viridis Teodor., автотроф, мезофіл, галофіл. Болда та Болда-3N (Андреєва, 1998): NaNO3 – 250 та 750 мг/л, MgSO4 ×7 H2O – 75 мг/л, NaCl – 25 мг/л, CaCl2 ×2 H2О – 25 мг/л, KH2PO4 – 7 175 мг/л, K2HPO4 – 75 мг/л, FeSO4 ×7 H2O – 2,5 мг/л, розчин мікро- елементів – 15 мл. Chlamydomonas reinhardtii P.A. Dang, факультативний міксотроф, мезофіл, галофоб. Бурреллі (Soeder, Hegewald, 1988): KNO3 – 200 мг/л, MgSO4 ×7 H2O – 30 мг/л, Ca (NO3)2 – 30 мг/л, K2HPO4 – 40 мг/л, FeSO4 ×7 H2O – 3,3 мг/л, розчин мікроелементів – 15 мл. Desmodesmus armatus (Chodat) E. Hegew – (=Scenedesmus armatus (Chodat) Chodat), факультативний міксотроф, мезофіл, галофоб. Тамія модифікована (Упитис,1983): KNO3 – 500 мг/л, MgSO4 ×7 H2O – 100 мг/л, KH2 PO4 – 100 мг/л, ЕДТА (трилон Б) – 16 мг/л, FeSO4 ×7 H2O – 10 мг/л, розчин мікроелементів – 15 мл. Chlorella vulgaris Beij., факуль- тативний міксотроф, мезофіл, відомий продуцент біомаси. Чу № 13 (Largeau, et al., 1980): KNO3 – 200 мг/л, MgSO4 ×7 H2O – 100 мг/л, KH2 PO4 – 100 мг/л, CaCl2 ×2 H2О – 80 мг/л, залізо-цитрат – 20 мг/л, лимонна кислота – 200 мг/л, розчин мікроелементів – 15 мл, вітамін B1 – 0,4 мг/л, вітамін B12 – 0,5 мкг/л. Botryococcus braunii Kütz. Громова № 6 (Громов, Титова, 1983): KNO3 – 1000 /0 мг/л, MgSO4 ×7 H2O – 200 мг/л, CaCl2 ×2 H2О – 150 мг/л, NaHCO3 – 200 мг/л, K2HPO4– 200 мг/л, мікроелементи – 15 мл. Anabaena sp. автотроф, мезофіл. Розчин мікроелементів: H3BO3 – 2,86 мг/л, MnCl2 × 4 H2O – 1,81 мг/л, ZnSO4 × 7 H2O – 0,22 мг/л, Co(NO3)2 × 4 H2O – 0,15 мг/л, NH4VO3 – 2,3 мг/л, CuSO4 × 5 H2O – 0,01 мг/л. Приготування живильних середовищ Так, головними факторами, що впливають на стабільність живильного середовища, є природа його компонентів, їх здатність до взаємодії, темпера- тура, рівень pH, освітленість та наявність кисню. Давайте розглянемо вплив деяких з цих факторів на неорганічні компоненти живильного середовища. Для запобігання випадінню осаду в живильному середовищі важливо враховувати деякі особливості обробки різних солей: 1. Солі амонію: їх рекомендується автоклавувати при рН нижче 7, оскільки при високому pH може виникати аміак, що може призвести до втрати частини азоту. 2. Іони магнію, калію, амонію, натрію та фосфату: ці іони можуть випадати у вигляді осаду, особливо якщо їх солі важко розчиняються. Наприклад, погано розчиняються змішані фосфорнокислі солі, такі як солі магнію та амонію, магнію та калію, магнію та натрію. Запобігання випадінню осаду є важливою умовою для підтримання стабільності та ефективності живильного середовища для культивування мікроводоростей. Так, враховуючи ці особливості, сіль магнію краще автоклавувати окремо від фосфатів, оскільки змішані фосфорнокислі солі магнію та амонію, що погано розчиняються, можуть випадати у вигляді осаду. Щодо сульфату кальцію та фосфорних солей, їх розчинність дійсно 8 досить низька, тому може виникнути осад при певних умовах. У середо- вищі, що не містить агентів, які утворюють комплекси, практично всі іони заліза можуть випасти у вигляді осаду, якщо не проводити значне підкис- лення середовища. Природні середовища, як правило, містять амінокис- лоти та інші сполуки, що хелатують мікроелементи. Для підготовки живильного середовища кожний компонент зважують у необхідній кількості на технічних терезах і окремо розчиняють у воді в спеціальних ємностях, постійно перемішуючи за допомогою мішалок. Після цього приготовані розчини мінеральних солей по черзі вносять у фер- ментер і ретельно перемішують. При безперервному культивуванні розчини солей вводять у ферментер роздільно по індивідуальних лініях. Цей процес забезпечує рівномірне розподілення компонентів у середовищі та під- тримує стабільність і однорідність живильного середовища, що важливо для успішного культивування мікроводоростей. Для забезпечення необхідного рівня вуглецевого живлення суспензію мікроводоростей постійно барботують повітрям з додаванням вуглекислоти крізь спеціальні пристрої. При періодичній ферментації на початку процесу інокулят мікроводоростей вноситься вже до готового живильного середо- вища, яке містить усі компоненти. Джерела вуглецю вводять безпосередньо перед засівом або окремі компоненти середовища вводять по мірі спожи- вання їх культурою, підтримуючи у ферментері деяку оптимальну їх концентрацію, яка на різних етапах ферментації може змінюватись за певним законом. Цей підхід дозволяє забезпечити мікроводоростям необхідні умови для активного росту та розвитку в процесі культивування. Приготування маточних розчинів для штучних живильних середо- вищ включає наступні кроки: 1. Підготовка розчинів макро- і мікросолей: розчини макро- і мікро- солей готують заздалегідь у концентрованих формах для подальшого використання. Маточні розчини макросолей готуються у концентраціях, які перевищують концентрації робочих розчинів у 10–40 разів, а розчини мікросолей та вітамінів – у 100–1000 разів. 2. Зберігання маточних розчинів: після приготування маточні розчини зберігають у холодильнику, щоб забезпечити їх стабільність та тривалий термін зберігання. 3. Організація зберігання: розчини хлористого або нітратного кальцію, а також хелати заліза можуть бути готові та зберігатися окремо від інших солей, щоб уникнути можливої реакції з іншими компонентами. Цей підхід дозволяє зручно та ефективно використовувати розчини для підготовки робочих живильних середовищ, зокрема розчинів мікро- елементів, у процесі культивування мікроводоростей. Дотримання вимог асептики є ключовим елементом приготування живильних середовищ для культивування мікроводоростей. Це зазвичай 9 включає повну стерилізацію всіх потоків, що подаються, а також самого біореактора. Додатково може застосовуватися регулювання рН середо- вища, щоб запобігти росту сторонніх мікроорганізмів. Для стерилізації газових потоків, зокрема повітря, часто використову- ється процес фільтрації через спеціальні волокнисті фільтри з послідовно розташованими фільтруючими елементами. Цей процес забезпечує видален- ня мікроорганізмів з повітря, що входить у біореактор, зберігаючи тим самим асептичні умови у середовищі культивування. Фільтруючий матеріал періодично стерилізується, надаючи пару у відключений фільтр через задані проміжки часу, що забезпечує ефективне усунення можливих забруднень. Рідинні потоки можуть бути стерилізовані різними методами, і кожен з них має свої переваги та застосування: 1. Термічний метод: цей метод є найпоширенішим і полягає у підда- ванні рідинних потоків впливу температури, зазвичай близько 120-150 °C. Висока температура руйнує мікроорганізми та інактивує їх, забезпечуючи ефективну стерилізацію. 2. Радіаційний метод: стерилізація рідинних потоків може також відбуватися за допомогою гамма-випромінювання (g-випромінювання). Однак цей метод застосовується рідко через складнощі у створенні та експлуатації потужних джерел цього випромінення. 3. Фільтрація: іншим ефективним методом є фільтрація, коли рідинний потік пропускається через спеціальні фільтри, які усувають мікроорганізми з розчину. Справді, цей метод є ідеальним для стерилізації рідких та газових речовин, які нестійкі до впливу високих температур, оскільки він може здійснюватися за низьких температур і потребує лише градієнта тиску з різних боків мембрани. Основною складністю цього методу є наявність термостійких мембран, які можуть витримувати багаторазову стерилізацію. Проте на сьогоднішній день ця проблема успішно вирішується шляхом використання термостійких полімерів при виробництві мембран. Застосу- вання термостійких полімерів дозволяє створювати мембрани, які здатні зберігати свою структуру та ефективність після повторних циклів стери- лізації. Це важливо для забезпечення безпеки та ефективності процесу стерилізації рідких і газових засобів. 4. Хімічний метод: частково хімічний метод також може викорис- товуватися, наприклад, застосування хімічних речовин, які мають влас- тивості знищувати мікроорганізми. Усунення стерилізуючого агента з живильного середовища після загибелі мікрофлори перед внесенням інокуляту є ключовою проблемою. Хімічні антисептики, які застосову- ються в цьому процесі, повинні мати високу ефективність у знищенні мікроорганізмів, а також легко руйнуватись при зміні умов після стери- лізації. Пропіолактон є одним з найкращих антисептиків для цих цілей. Він відомий своєю сильною бактерицидною дією, тобто здатністю ефектив руйнуєт забезпеч заверше Ко кретного лізації. С 1. М соди або 2. К обробля стерильн 3. нані УФ лізації в ламінарн стериліз Ст жаром у стериліз ваною в 30 хвили шафі ст Важливо спричин Пе папір. С твердих іншому і може в вно знищ ться в при чує безпе ення проц ожен з ци о методу Стериліз Миття пі о фенолу. Кварцув яють УФ них умов Стериліз Ф лампам внутрішн ного бок зації. терилізац у сушиль зації нео водою. Р ин при т ерилізац о уникат нити бурі еред авто Стериліз (агариз скляном варіювати щувати ба исутност ечне та цесу стер их метод у залежи ація прим ідлоги: п . Це допо ання УФ Ф лампам в. зація лам ми, які мо ньої пове кса прот ція посуд ьній шафі обхідно р Режими с температу ція може ти підвищ іння посу оклавуван зація по зованих) му посуді ися (табл актерії. О ті води, у ефективн рилізації. дів має с ить від ко міщення ідлогу кі омагає ус Ф ламп и для зн мінарних ожуть за ерхні. Та тирають ду може і або за д ретельно стериліза урі 105 ° тривати щення тем уду. нням пос живних і рідки . Час сте л. 1). 10 Одночасн утворюю не усуне . свої пере онкретни я проводи імнати ми сунути бр пами: пе нищення х боксів: алишатис акож пер 96 % ет е провод допомого вимити ації в авт °C і тиск 1–2 годи мператур суд зазви середов их серед ерилізації но він ле ючи моло ення зали еваги та их умов иться нас иють за д руд та мік еред поч мікроор ламінарн ся увімкн ред робот тиловим дитися д ою автокл и і обпол токлаві з ку 1,5–2 ини при ри вище ичай обг вищ зазв довищ у ї залежит гко гідро чну кисл ишків ан обмежен та вимог ступним ч допомого крооргані чатком рганізмів ні бокси неними н тою пове спиртом двома сп лаву. Пер лоснути зазвичай атмосфер темпера 180 °C, о гортають вичай п пробірк ть від об олізуєтьс лоту. Цей нтисепти ння, і ви г процес чином: ою 2–3 % ізми з пов роботи та забез зазвича на ніч дл ерхню в м для до пособами ред пров посуд ди й включа ри. У су атурі 160 оскільки ь у перга проводит ках, кол бʼєму сер Та ся, тобто й процес ика після ибір кон- су стери- % розчину верхні. кімнату зпечення й облад- ля стери- середині даткової и: сухим веденням истильо- ають 20– ушильній –180 °C. це може аментний ться для лбах або едовища аблиця 1 о с я - - у у я - - і ї м м - – й . е й я о а Ма мікроеле 1. для вир розчину нижче. колбу і і визнача Ск      2. З вирощув platensis продуце Дл мінераль няють, п розчин ф середови атеріали, ементів, За пропи рощуванн у викорис Кожну с доводим аємо рН п клад сере NaCl – MgSO KNO3 K2HPO рН – 6 За проп вання мі s (Gomo ент біома ля приго ьні солі, перелива фільтрую ища. , реакти шпателі, исом готу ня мікро стовують сіль зваж о обсяг д приготов едовища – 116 г/л 4×7H2O – – 2,5 г/л O4 – 0,2 г 6,3 -7 исом го ікроводо ont) Geitl аси. тування які вказ ають у мі ють через Х ви й ус , мірний уємо сере оводорост дистиль жуємо ок до 1 літр вленого с (г/л): – 50 г/л г/л туємо с оростей A ler)., авт розчину зані ниж рну колб з скляний 11 Хід робот статкуван посуд, п едовище тей Dun ьовану во кремо, р ра. Після середовищ ередовищ Arthrosp тотроф, у викори жче. Кожн бу і довод й фільтр ти ння: мін піпетки, в Артарі м aliella vi оду та мі розчиняєм фільтрує ща. ще Зарр pira plate нейтроф истовуют ну сіль з дять обся і визнач неральні ваги, скля модифіка iridis. Дл інеральні мо, перел ємо через ука (Zar ensis Gom іл, алкал ть дистил зважують яг до 1 л чають рН солі ма яний філ ації Масю ля приго і солі, що ливаємо ез скляни rrouk, 19 mont (=S аліфіл, те льовану ь окремо літра. Піс Н пригото акро- та льтр. юк (1973) отування о вказані в мірну ий фільтр 966) для Spirulina ермофіл, воду та о, розчи- сля цього овленого а ) я і у р я a , а - о о 12 Мікроелементи – по 1 мл кожного розчину на 1 л. Розчин мікро- елементів 1 (г/л): H3BO3 – 2,86; MnCl2×4H2O – 1,81; ZnSO4×7H2O – 0,22; CuSO4×5H2O – 0,08; MoO3 – 0,015. Розчин мікроелементів 2 (мг/л): NH4 VO3 – 23,00; K2 Cr2 (SO4)4 ×24H2O – 96,00; NiSO4 ×7H2O – 47,85; Na2WO4 ×2H2O – 17,94; Ti2(SO4)3 – 40,00; Co(NO3)2 ×6H2O – 44,00. Завдання для навчально-дослідної роботи. Відповідно до виданих викладачем завдань порівняти склад різних (модифікованих) середовищ Тамія для культивування Chlorella vulgaris. Користуючись спеціальною літературою, запропонувати можливі пояснення впливу складу середови- ща на кількісний і якісний вміст біомаси у вирішенні різних біотехно- логічних завдань. Контрольні питання 1. Які існують типи живильних середовищ? 2. Що необхідно враховувати, модифікуючи живильне середовище? 3. Які фактори впливають на стабільність живильного середовища? 4. Алгоритм приготування живильного середовища. Література: [1-4]. 13 Практична робота № 2 Характеристика розвитку мікроводоростей в умовах культури. Ріст мікроводоростей у періодичній культурі Мета роботи. Встановити характер росту досліджуваних культур мікроводоростей для періодичної культури фотометричним, мікроскопіч- ним та методом зважування біомаси. Основні теоретичні відомості Зазвичай ріст мікроводоростей оцінюють за збільшенням їх маси або зростанням кількості клітин. Важливо зазначити, що збільшення маси не завжди відбувається разом із збільшенням кількості клітин, але також може бути повʼязане з їхніми розмірами. У процесі росту популяції мікро- водоростей клітини розмножуються (діляться), тобто їх число зростає. Шляхом штучного культивування мікроводоростей зазвичай розрізняють поняття «відкритої» і «закритої» систем. З самого змісту цих термінів зрозуміло, що відкрита система – це та, в яку компоненти надходять і видаляються, тоді як закрита система – це та, в якій компоненти залиша- ються в системі. Якщо під час культивування постійно додаються поживні речовини і видаляється біомаса та продукти обміну речовин, система вважається відкритою, а культура – неперервною. Ріст мікроорганізмів у хемостаті і турбідостаті є прикладом неперервного культивування. Куль- туру мікроводоростей або мікроорганізмів називають періодичною або накопичувальною, якщо після початку її росту не додаються поживні речовини і не видаляється біомаса або кінцеві продукти обміну. Періодична культура, що містить обмежену початкову кількість поживних компонентів, є закритою системою. Гомогенну періодичну куль- туру, яка добре перемішується і в середовищі відсутні градієнти концент- рацій, називають простою гомогенною періодичною культурою. Культура клітин – це сукупність генетично однорідних клітин, які здійснюють свою функцію та розмножуються у штучних умовах, зазвичай в лабораторії. Культури клітин, які були отримані шляхом управлених або випадкових мутацій, відомі як клітинні лінії. Вивчення кінетичних особливостей розвитку клітинних популяцій є неможливим без розуміння закономірностей розвитку окремої клітини. Такі закономірності описуються клітинним циклом, який являє собою період від одного поділу клітини до наступного. У клітинному циклі еукаріотичних клітин виділяються чотири основні фази: 1) мітоз (М-фаза), в якій відбувається поділ материнської клітини на дві дочірні; 2) G1-фаза – проміжок часу від кінця М-фази до початку синтезу ДНК; 3) 4) Су Тр типу клі до кільк клітинно лістю G Пр товують утворенн збільшен За обмежен правило тичної в пиняєтьс характер Періоди простої г форма к у певній 1) збільшує культиву доростей живильн кулят уз клітинам Рис S-фаза – G2-фаза укупність ривалість ітин. Від кох десят ого цикл 1-фази. ри аналіз ься термін ня кліти ння чисел умов пе ну вихіду , доки в величини ся. Розви рні як д ична куль гомогенн кривої рос й послідов Лаг-фаз ється (ри ування. Т й, віку кл ного сере зятий зі с м необхід с. 1. Кінет клітин – період а – промі ь Gl-, S- i ь клітинн д 0,5 до 2 тків років лу для р зі законо ни «швид ин або б льності к еріодичн у кількіст вміст яко и, після ч иток в т ля однок ьтура ве ної період сту. Ця к вності і м за – це п ис. 1, I). Ц Триваліст літин, кіл едовища, старої ку дно споч тична кри ної культ синтезу Д іжок часу i G2-фаз ного цикл 2,0 годин в (для геп різних ти мірносте дкість» т біомаси. клітин, а п ого куль ть пожив огось нео чого ріст такій сис клітинни еде себе дичної ку крива доз можуть бу період, п Цей періо ть лаг-фа лькості в фізико-х ультури, я чатку ад ива росту тури 14 ДНК; у від кінц називаєт лу може н (для мі патоцитів ипів кліт ей розмн та «ріст к Про роз про ріст – ьтивуванн вних реч обхідного т сповіль стемі від их, так і подібно з ц з т є г в п б л н ч н ультури х зволяє ви ути вираж під час я од відвед ази залеж використа хімічних яка знахо даптувати у ця S-фази ться інтер значно в ікробних в, нейрон тин зумо оження т клітин», в змножен – вимірю ня живил овин і м о їм ком ьнюється буваєтьс для баг о до баг з обмежен ціалом дл за ростом те, що шв ється з ч генній к в рідкому перемішу бражає за ла клітин ни біома часу для називаєть характерн ділити 6 жені у різ кого кіль дений на жить від аного по параметр одиться в ися до но и до поча рфазою. варіюват х і ембріо нів). Різн овлена в та росту враховую ня дізна юючи їх ро льне сер ікроводо мпонента я і в под я згідно гатокліти гатокліти ним ген ля росту м такої ку видкість з часом, ос культурі, у середов уванням. алежність , живих к аси мікр я період ься крив ною є так фаз рост зному сту ькість кл адаптаці характер сівного м рів. Напр в стаціон ових умо атку М-ф тися, зале ональних ниця у тр ідмінною клітин в ючи інтен аються в озміри. редовище орості рос не дося дальшому з закон инних ор инного о нетичним у. Спосте ультури в зростанн собливо що п вищі з х Крива, щ ь логариф клітин аб роводорос дичної к вою рос к звана S ту, які пр упені (ри літин пом ію до нов ристики матеріалу риклад, я нарній фа ов. Ця а фази. ежно від х клітин) ривалості ю трива- викорис- нсивність внаслідок е містить стуть, як ягне кри- у призу- нами, що рганізмів. організму м потен- ереження вказує на ня зміню- у гомо- перебуває хорошим що відо- фма чис- бо густи- стей від культури, сту. Для S-подібна отікають ис. 1). мітно не вих умов мікрово- у, складу якщо іно- азі росту, адаптація д ) і - - ь к ь к - - о . у - я а - - є м - - - д , я а ь е в - у - , я 15 відбувається за допомогою синтезу РНК, ферментів та формування рибосом. Важливо відзначити, що при використанні великої кількості клітин у іноку- ляті тривалість лаг-фази скорочується і може навіть взагалі не спостерігатися; 2) фаза прискореного росту (рис. 1, II) характеризується збільшен- ням кількості мітозів. У цій фазі спостерігається лінійне збільшення кількості клітин залежно від часу культивування; 3) фаза експоненціального росту (рис. 1, ІІІ), протягом якої відбува- ється максимальний приріст біомаси та спостерігається використання субстрату з максимальною швидкістю. У цій фазі найбільш часто зустріча- ються мітози порівняно з іншими фазами росту клітинної культури. Біль- шість клітин у цій фазі фізіологічно молоді та біологічно активні. У реаль- них умовах такий процес триває недовго, до відчутних змін хімічного складу середовища. Величина питомої швидкості під час експоненційної фази залежить від виду водоростей та збалансованості середовища. Розмір клітин і вміст білка в багатьох водоростей у цій фазі залишаються сталими, тому іноді говорять, що культура мікроводоростей у цьому випадку складається зі «стандартних клітин». Якщо точно встановлено, що число клітин, вміст у них білка та суха маса збільшуються з однаковою швидкістю, то за ростом культури можна спостерігати, використовуючи один із цих показників. Не- рідко в експоненційній фазі росту клітини періодичної культури зміню- ються, оскільки середовище поступово трансформується. Концентрація субстрату зменшується, густина клітинної суспензії зростає, а також накопи- чуються продукти обміну речовин. Оскільки швидкість поділу клітин залишається відносно сталою в експоненційній фазі, цей період є найбільш зручним для визначення швидкості росту. Дослідження впливу різних факторів середовища, таких як рН, температура, аерація і т.п., та порівняння різних середовищ зазвичай проводяться, спостерігаючи за характером росту під час експоненційної фази; 4) фаза уповільнення росту, позначена як (рис. 1, IV), відзначається тим, що швидкість росту культури знижується до нуля. У цей період ріст клітинної культури сповільнюється через зменшення кількості мітозів. Це пояснюється тим, що кілька годин після початку логарифмічної фази росту у живильному середовищі створюються несприятливі умови для розмноження мікроорганізмів: зменшується концентрація поживних речовин, змінюється рН, деякі клітини переходять у стан спокою і вмирають внаслідок різних причин. Інтенсивність поділу клітин зменшується, і кількість живих клітин зростає все повільніше; загибель клітин стає більш поширеною. У деяких випадках лінійний ріст може спостерігатися безпосередньо після лаг- періоду, а ріст клітин з експоненційною швидкістю відсутній зовсім. Така ситуація спостерігається, коли в клітинах у силу різних причин (інгібування продуктом, затемнення водоростей і т.п) сповільнюється швидкість біосинтетичних процесів; 16 5) стаціонарна фаза, позначена як (рис. 1, V), характеризується настан- ням рівноваги, коли кількість відмерлих клітин дорівнює кількості ново- утворених внаслідок розмноження. Ця фаза настає після уповільненої фази росту. Абсолютна кількість клітин у популяції перестає зростати, хоча багато з них перебувають у стадії активного ділення. Кількість клітин в одиниці обʼєму досягає максимального значення в стаціонарній фазі, а їх розміри наближаються до розмірів клітин у вихідному матеріалі. Це максимальне значення кількості клітин є важливою характеристикою кож- ного виду мікроводоростей і залежить від зовнішніх умов. Загальна картина залежить від фактора, який найбільше обмежує ріст. Дуже чутливі клітини швидко гинуть, тоді як інші можуть довго зберігати свою життєдіяльність. Кількість біомаси, яка продукується в стаціонарній фазі, називається врожаєм або виходом. Зрозуміло, що врожай залежить від багатьох факто- рів, включаючи сезон; 6) фаза відмирання культури, позначена як (рис. 1, VI), настає, коли система повністю вичерпується за субстратом або накопичення продуктів обміну є значним. У цей період переважають процеси загибелі клітин, і міто- тичний поділ практично не спостерігається. Через початок автолізу зменшу- ється і сумарна біомаса культури. Відзначаються морфологічні і фізіологічні зміни, зʼявляються інволюційні (незвичайні) форми клітин. Фаза відмирання є протилежною експоненційній фазі. Цілком зрозуміло, що комбінація кількох лімітуючих факторів прискорює цей процес. Саме у звʼязку з цим фаза відмирання і причина загибелі клітин вивчені недостатньо. Параметри кривої росту. Найбільший інтерес викликають у першу чергу три параметри росту: врожай (концентрація біомаси), швидкість росту (питома швидкість) та тривалість експоненціальної фази (у разі, якщо ріст періодичної культури аналізують за збільшенням біомаси, а не за кількістю клітин). Врожай прийнято визначати як різницю між максимальною та вихід- ною біомасою мікроводоростей X=Xmax – X0. Цю величину виражають у грамах сухої маси (рис. 2, А). Найчастіше його відносять до одиниці обʼєму, одиниці освітлюваної площі або площі культиватора, а іноді і до одиниці часу – [суха маса]/ [л] або [суха маса]/ [л доба]. Швидкість експоненціального росту (питома швидкість) – це міра швидкості росту клітин в експоненціальній фазі. Її визначають за форму- лою, виходячи з початкової та кінцевої біомаси Х0 та Хt у моменти часу t0 та t (рис. 2, Б). Тривалість експоненціальної фази. Цей параметр є важливим для висновків про стан водоростей або придатність середовища. (Ті) – визна- чають як проміжок часу між моментом tr, в який культура досягла певної біомаси Хr, і моментом tі, в який вона могла б досягти такої самої біомаси, якби відразу ж після інокуляції починався експоненційний ріст (рис. 2, В). Оскільки порівнян росту, р а у фізіо g=t/n – g=ln2/ Рис. В – тр Ча парамет ваність подвоєн кох год культиву диться в Різ числом, чина L п від ідеал зазвичай різних ж и параме ння двох рекоменд ологічних – визнача /µ=0,693/ 2. Парам ривалість фазу, інд ас подвоє трів культ живильн ння біома дин до к ування, н в межах 1 зниця мі яке крат показує, льної, як й викори живильни етр Т1 (ч х культу дується в х одиниц ає середн 3/µ, коли метри рос експонен декс «r» – єння кліт тивуванн ного сер аси для р кількох наприкла 10–30 год іж реальн тне часу на скіль ка з само истовуют их середо час у екс ур з одн вимірюва цях (часу ній час ге оперуют сту: А – в нціальної – реальний тин або ня, таких едовища різних ви десятків ад для C дин. ним рост генерац ьки подво ого почат ь при пор овищ або 17 споненціа наковими ати трива у генерац енерації а ть кількіс врожай ( фази (інд й ріст, а і біомаси х як освіт а, концен идів мож в годин, Chlorella, том і ро ції і дорів оєнь (ген тку росл рівнянні о їх комп альній ф и швидк алість ла ії g). або час по стю кліти (біомаса); декс «1» п індекс «i» значно тлення, п нтрація C же колива залежн за даним озрахован внює L= нерацій) а б експо даних, щ понентів, азі) прид остями аг-фази н одвоєння ин в один ; Б – швид позначає е » – ідеальн залежить перемішу CO2 і та атися в м но від к ми різних ним ідеа T1X. Так реальна оненційн що характ інгібітор датний л експонен не в абсо я густини ниці обʼє дкість ро експоненц ний ріст) ь від опт ування, з ак далі. межах від конкретни их авторів альним в ким чино культура но. Цю в ктеризую рів росту лише для нційного олютних, клітин. єму. осту; ціальну ) тимізації балансо- Так, час д декіль- их умов в, знахо- виражена ом, вели- а відстає величину ть вплив у і т.д. я о , ї - с - в - а - є у в Хід культур Ма (рис. 1) ера в е лампи цілодобо ціанобак 2. тури і п водорос ням. Ча (в даном потрібно Найчаст раємо ре осадову середови чистого експери ного сер мікроеле чити оп зменшит 3. щільнос щільнос відбором Рис. 1. A (Фотогр Pa д робот р фотоме атеріали, ; середов експерим денного ового о ктерій Ar Для отр перенести стей від с с центри му випад о обертів тіше цент ежим 10 рідину ища Зар поживн ментальн редовищ ементів, птичну щ ть вихідн Визначе сті суспе сті культу м проби Arthrospira рафія: фо asteur Cul of Cyan ти 1. В етрични , реактив вище За менті ста світла освітленн rthrospira римання и в пласт середови ифугуван дку нитк в і тим трифугую хв. при обережн ррука. Вн ного сер них варі ща, налит внести п щільність ну варіаб ення дина нзії (фот ури пров колбу з a platensis онд колекц lture Colle nobacteria становл им метод ви й уст ррука; р ановив 5 FD-36-E ня. Конт a platensi інокулят тикову ц ища мож ння й чис коподібна триваліш ють 15–2 3 тис. об но зливає носимо п редовищ антів (ко и в одну підсумко ь, розли бельність аміки рос тометрич водити н з ціаноба s РСС 922 ції культу ection a) 18 лення ха дом таткуванн розчини посу ванн метр куль Зарр Ерл куль 26 0 верх світ пері обʼє 50 мл. Д E-G13 тролюват is у дні в ту взяти центрифу жливо цен сло обер а форма шим пови 20 хв пр бертів за ємо, осад по 50 м ща. Реком олб), виз у колбу овий обʼє ити по к ь експери сту Arthr чний мет а 0 (вихі актеріям 23 ур арактеру ня: культ мікроеле уд, піпет ня ціан р UV-260 Умови ьтури: рука, пл ленмейер ьтури 10 С, освітл хні колби тла FD-3 іодичне р 1. Умо єм культ Для осві 36W/230 ти темп ідбору п 10 мл 1 ужну про нтрифугу ртів зале ). Чим в инен бут ри 5–10 т а хв. Післ д суспенд мкл матк мендації значити більшог єм інокул колбах ( именталь rospira pl тод). Від ідна), 1, и ретель у росту тура Arth ементів, тки, кол обактерій 00 («Shim и культив живильн оскодонн а обʼємо 00 мл, т леність ц и від дво 6-E-G13 ручне пер ови пров тури у ко тлення в 00 лм. пературу роб. 2-добово обірку. В уванням жать від вони мен ти час ц тис. обер ля центр дуємо в ової сус : підрах загальни о обʼєму ляту, пер (для чог них варіа latensis п бір проб 3, 5, 7, 9 ьно пере дослідж hrospira шпателі лби для й, спект madzu», Я вування м не сер ні конічн ом 250 м температ цілодобов ох ламп 36W/2 ремішув ведення олбах Ер використ Вибрати у культи ої матков Відділенн або філ д розмірі нші, тим центрифу ртів за х рифугува 1 мл по спензії н хувати к ий обʼєм у, додати ремішати го – це антів). по зміні о б для виз 9, 12 добу емішати, жуваних platensis , мірний вирощу- трофото- Японія). маткової едовище ні колби мл, обʼєм тура 24- во на по- денного 300 лм., ання. досліду: рленмей- товувати и режим ивування вої куль- ня мікро- ьтруван- в клітин м більше угування. в. Виби- ння над- живного на 50 мл кількість м пожив- и розчин и, визна- суттєво оптичної значення у. Перед набрати х s й - - ї е и м - - о , - и м я - - - н е - - о л ь - н - о ї я д и дозаторо вимірюв вимірюв UV-2600 ниць опт розрахов (г · л-1 · За Група, в дос Час від дослід 4. Arthrosp культиву кривої р Рис. 3 росту Arthrosp 5. _______ Хід культур ом зразо вання і п вати по 0 («Shim тичної щ вувати з од.опт.гу результа варіанти сліду початку ду, доба За резул pira plate ування, росту нав 3. Динамік у культур pira platen Висново ________ д робот р. Визнач ок обʼємо повернути зміні оп madzu», Я щільності за допом уст.-1), A атами ви Табл. Вихідні Оптич густи льтатами ensis за доба; по ведено на ка ри nsis ок______ _________ ти. 2. Вс чення бі ом 3 мл и культу птичної щ Японія) н (D750) д огою ем CМ = k конання . 1. Показ і показник чна ина експери накопич о осі х а рисунку ________ ________ тановле іомаси зв 19 л і перен уральну р щільност на довжин до величи мпіричног · D750. завдань зники ро за ки інокуля Абсолютн суха маса мг/л именту п ченням б АСМ (а у 3. ________ ________ ення хар важуван нести в с рідину в ті суспен ні хвилі ини абсо го коефіц заповнит осту куль періодич яту По но а, О г побудуват біомаси в абсолютн _________ ________ рактеру нням скляну к колбу. нзії на сп 750 нм. олютно су цієнта k ти таблиц ьтури Arth чних умо точні пока Оптична густина ти криву в культу но суха ________ ________ росту кювету, п Приріст пектрофо Перехід ухої маси = 0,624 цю: throspira ов культи азники ку Абсо суха м у росту к урі, по о маса). П ________ ________ дослідж провести біомаси отометрі від оди- и (АСМ) ± 0,049 platensis ивування льтури олютно а маса, мг/л культури осі у час Приклад _______ _______ жуваних и и і - ) 9 s я и с д х Ма (рис. 2) посуд, п Для осв 36W/230 темпера відбору 2. тури і п 10 хв. пр обережн Тамія. В середови 3. Відбір п 12 добу доба, да культури (культур середови працьов ефектив що розм Отриман Рис. 2. (Фот атеріали, ); середо піпетки, к вітлення 00 лм. В атуру ку проб. Для отр перенести ри 3 тис но злива Вносимо ища. Рек Визначе проб для . Із колб алі доста и. Варіан ральна р ища, кул ваних газ вність фі мір кліти ні резуль . Chlorella тографія культ , реакти овище Т колби Ер викори Вибрати ультивува римання и в пласт . обертів аємо, оса по 50 мк комендац ення дин визначен би в зваж атньо від нт А. Пр рідина – льтури м ів) через ільтруван ин Ch.vu ьтати зан a vulgaris я: фонд ко тур SAG) ви й ус Тамія; ро рленмейе истовуват режим ання мік інокулят тикову ц в за хв. П ад суспе кл матков ції: (див. A аміки ро ння біом жену цент дібрати 5 ровести с – складн мікроорга з поперед ння і мо ulgaris с нести в та s 211-11b олекції 20 статкуван озчини м ера, фільт Петр суши куль 100 Ерле рату бово го св періо обʼє ера ти ламп цілодобо кроводор ту взяти центрифу Після цен ендуємо вої суспе Arthrospi осту Chlo маси пров трифужн 5 мл) рет спробу ф на колоїд анізмів, п дньо зваж ожливість становить аблицю. ння: кул мікроелем три, цент рі, центр ильна ша Умови ьтури: жи мл, пло енмейера ура 24-26 о на пове вітла FD одичне р 1. Умо м культу в експер пи денно ового ос ростей C 10 мл 12 ужну про нтрифугу в 1 мл ензії на 5 ira platen orella vul водити на ну пробір тельно п ільтруван дна сист продуктів жений па ь відділе ь від 2 льтура C ментів, ш трифужні рифуга, афа (терм культив ивильне с оскодонн а обʼємом 6 0С, осв ерхні кол -36-E-G1 учне пер ови пров ури у ко рименті ого світл світлення Chlorella 2-добово бірку. В ування на поживн 50 мл чис nsis). lgaris по а 0 (вихід рку нали переміша ння куль тема, сум в життєд аперовий ення біом до 10 м Chlorella шпателі, і пробірк аналітич мостат), е вування середовищ ні конічн м 250 мл вітленість лби, ламп 13 36W/2 ремішуван ведення олбах Ер становив ла FD-3 я. Контр vulgari ої матков ибираєм адосадов ного сер стого по виходу дна), 1, 3 ити 10 мл аної сусп ьтурально міш жив діяльност й фільтр. маси (вр мкм у д vulgaris мірний и, чашки чні ваги, ксикато маткової ще Тамія ні колби л, темпе- ь цілодо- пи денно- 2300 лм., ння. досліду: рленмей- в 50 мл. 36-E-G13 олювати is у дні вої куль- о режим у рідину едовища живного біомаси. 3, 5, 7, 9, л (1, 3, 5 пензійної ої рідини вильного ті та від- Оцінити рахувати, діаметрі). s й и , ї я и - - - , - . и і - м у а о , 5 ї и о - и , доба 0 ….12 Пр 4. _______ Ва центриф рідка ча злити. О фугуват Ма де М з осадом V – обся От Та періодич доба 0 …..12 Ви _______ Ва повідно Петрі (р термоста Табл п М М Б М М Б ровести р Виснов ________ аріант Б фугуванн астина ку Осад про ти протяг асу культ – суха б м у г; В яг культу тримані р абл. 3. П чних умо п М М Б М М Б исновок_ ________ аріант В до доби рис. 3). С ат. Після л. 2. Пок параметри Маса само Маса філь Біомаса х= Маса само Маса філь Біомаса х= розрахун ок______ _________ Б. Зважит ня при 30 ультурал омити д гом 10 хв тури визн біомаса в – маса уральної результат Показники ов культи параметри Маса пробі Маса пробі Біомаса х= Маса пробі Маса пробі Біомаса х= _________ _________ В. Набрат культив Ставимо я висушув азники в и ого фільтр ьтра із біом =х2 – х1 ого фільтр ьтра із біом =х2 – х1 ок кілько ________ ________ ти пробір 000 об/хв льної рід дистильов в при 300 начити за в г/л; А центриф рідини, у ти занест и виходу ивування ірки х1 ірки з осад =х2 – х1 ірки х1 ірки з осад =х2 – х1 ________ ________ ти дозато вування) зразки вання пер 21 виходу бі за ра х1 масою х2 ра х1 масою х2 ості отри ________ ________ рку з ку в. протяг дини, отр ваною в 00 об/хв. а формул – маса ц фужної п узятий дл ти в табл у біомас я дом х2 дом х2 ________ ________ ором зра і перенес для вису реносимо іомаси ку періодич иманої бі ________ ________ ультураль гом 15 х римана п водою і лою: центрифу пробірки ля центр ицю. си культу п ________ ________ азок обʼє сти на зв ушуванн о їх у екс , ультури C чних умо показник омаси. _________ ________ ьною рід хв. Надос після відд пробірки ужної пр (фільтра ифугуван ури Chlo показник ________ ________ ємом від важену пл я в суш сикатор ( Chlorella ов культи _________ ________ диною. П садову ( ділення и знову робірки ( а) без ос ння. orella vu ________ ________ 3 до 1 ластиков шильну ш (посудин a vulgaris ивування _______ ________ Провести фугат – біомаси) центри- (фільтра) саду в г; lgaris за ________ ________ мл (від- ву чашку шафу або а, в якій s я и – ) - ) ; а - у о доба 0 …..12 Ви _______ Хід культур Ма var. virid фікація М рифужні Ри ста Рис. 3. П Табл п М М Б М М Б исновок_ ________ д робот р. Визнач атеріали, dis f. euch Масюк); і пробірк ис. 4. Схем аттю [8] Пластико і ексика л. 4. Пок параметри Маса чашк Маса чашк Біомаса х= Маса чашк Маса чашк Біомаса х= _________ _________ ти. 3. В чення кі реактив hlora, шта шпателі ки, центри матична у ]) ліворуч ова чашка атор (пра азники в ки х1 ки з біомас =х2 – х1 ки х1 ки з біомас =х2 – х1 ________ ________ Встановл ількості и й устат ам IBASU , мірний ифуга, ан ультраст ч і фото D а Петрі (л аворуч) 22 виходу бі за сою х2 сою х2 ________ ________ лення ха клітин ткування U-A N29 посуд, п налітичні труктура Dunaliella ліворуч) підтрим повітря нуля, скла аб щина з досягне щуєтьс іомаси ку періодич п ________ ________ арактеру мікроск я: культу (рис. 4); с піпетки, к ваги, кам а Dunaliel a viridis IB мується я, зазвич виготовл бо пласти зʼєднання ення гер ся спеціал ультури C чних умо показник ________ ________ у росту опічним ра Dunal середови колби Ер мера Горя lla spp. (по BASU-A N певна в чай бли лена з ику (рис. я з криш рметично льним ма Chlorella ов культи ________ ________ дослідж м методом liella viri ище Артар рленмейер яєва, мік Х600 осилання N29 правор вологість изька до товстого 3)). Пло- шкою для ості зма- астилом. a vulgaris ивування ________ ________ жуваних м dis Teod. рі (моди- ра, цент- кроскоп. 0 на оруч ь о о - я - s я х - - Ум Артарі 1 температ ного світ 1. експерим денного освітлен Dunaliel 2. культур режим 1 рідину о вища А аліквоту димо в 2 Пр 6) для р вихідної загально культури предмет поділяю данчик р поперечн однакові «райдуж мови кул 100 мл, тура 24-2 тла FD-36 Умови п менті ст світла F ння. Кон lla viridis Для от и і пере 10 хв. пр обережно Артарі. С у 50 мкл 20 - 40 р роводимо розрахунк ї концент оприйнят и для п тне скло ють три п розташов ним жол і сітки. П жних» кіл льтивува плоскод 26 0С, осв 6-E-G13 проведен тановив FD-36-E- нтролюва s у дні від тримання енести в и 3 тис. о зливає успендує л (мініма азів. Схе Рис. 5 о підраху ку алікво трації 1,3 та в наш проходже о з нане поперечн ваний ниж лобком н Покривне лець (як ання мат донні кон вітленість 36W/230 ння дослід 20 мл. G13 36W ати темп дбору пр я інокул пластик обертів з мо, осад ємо кліт альний о ема розве 5. Схема п суспензії унок кліти оти, яку 3 млн клі шій лаб ення лаг есеними о розташ жче бічни на дві п скло при кщо накр 23 ткової к нічні кол ь цілодоб 00 лм., пе ду: обʼєм Для осв W/2300 л пературу роб. ляту взя кову цен за хв. Пі д суспенд тини в св обʼєм) дл едення на приготува ї мікровод ин мікро потрібн ітин в мл бораторії г фази). на них шовані пл их на 0,1 половини итираєтьс риваємо культури лби Ерлен бово на по еріодичне м культур вітлення лм. Вибр культив яти 10 м нтрифужн ісля цент дуємо в віжому с ля підрах аведена н ання розв доростей водорост о внести л (експери оптима Розраху х попер лоскі ма 1 мм в ка , на пов ся до бічн звичайни : живил нмейера оверхні к е ручне п ри у колба викорис рати реж вування м мл 21-д ну пробі трифугув 1 мл пож середови хунку кл нижче (р веденої й тей в кам и в колби именталь альна ви ункова к ечними йданчики амері Гор верхні як них майд им покри льне сер обʼємом колби, ла перемішу ах Ерлен стовувати жим цілод мікровод обової м ірку. Ви вання над живного ищі і від літин, як рис. 5). мері Горя и для от ьно встан ихідна щ камера – жолобка и. Серед ряєва і ро ких нане данчиків ивним ск редовище м 250 мл, ампи ден- ування. нмейера в и лампи добового доростей маткової ибираємо досадову о середо- дбираємо у розво- яєва (рис. тримання новлена і щільність – товсте ами, які ній май- озділений есені дві до появи клом, то е , - в и о й ї о у - о - . я і ь е і - й і и о також р Важливо підрахун на кінці Краплю майданч покрива осіли і препарат зручност Кіл де а – се h – S – Рис клітин в розр рухом вго о: клітин нку їх зн і скляної дослідж чика, в ає відпові під час т на пред ті зору ко Рис. 6. Р і виб лькість к ереднє чи – глибина – площа к с. 7. Куль н Dunaliel рахунковій Горяєва ору і вни ни мікр нерухомлю палички жуваної рі силу кап ідну сітку мікроск дметне ск орегуємо Розрахунк биті жоло клітин в 1 исло кліт а камери квадрата тура lla viridis й камері а из прити оводорос юють 0,0 и вносим ідини нан пілярност у. Через 2 копії бул кельце і ф чіткість кова камер обки (в); в з обʼ хову раюч всі кл перет При квадр в інш розво серед експ загал нізмі 1см³ вихі тин у квад и, мм; 0,1 а сітки, м 24 ираємо по стей Dun 05 % спи мо розчин носимо н ті крапл 2-3 хв піс ли видні фіксуємо макро- і ера Горяєв великий (1 3. Підра єктивом ують у 2 чи 3 стов клітини, щ етинають підраху раті не шому ви одять ди довищем ерименту Для отр льне числ ів повинн ідної сус драті сітк мм; мм²; 1/25 окривне naliella иртовим р н йоду у на виступ ля підтік сля вищев в одній за допом мікрогви ва: вид зв (1) і малий ахунок ч 10х або 5 велики впець кам що лежат верхню унку чис повинн падку ви истильова м), в з у. римання ло підрах но бути н пензії: С ки; мм; скло до viridis р розчином у пробірк паючий к кає під п вказаних й площин могою біч интами. верху (а), з й (2) квадр числа кл 20х. Чис их квадра мери (рис ь у квадр і праву с сло кліт но перев ихідну с аною вод залежност достовір хованих к не менше С = 1000а/ бічних к рухомі, т м йоду, д ку з водо кінець сер покривне х дій, щоб ні. Пере чних гвин збоку (б) рати літин пр сло кліти атах сітк с. 7). Вра раті сітки сторони к тин у в вищувати суспензію дою (або ті від рного ре клітин мі е 600 (2–3 а/hSn, комірок). тому до для цього ростями. реднього е скло і б клітини міщуємо нтів. Для роводять ин підра- ки, виби- аховують и, а також квадрата. великому и 20–30, ю клітин о чистим завдань езультату ікроорга- 3 краплі). . о о . о і и о я ь - - ь ж . у , н м ь у - 25 n – розведення вихідної суспензії (якщо є); 1000мм³ = 1см³ = 1 мл, переведення в мл. Отримуємо: С = 1000а/0,1мм*1/25 мм*25 квадратів* розведення або С= а*0,01млн/мл* розведення. 4. Розрахунок посівного інокуляту. Обсяг поживного середовища кол- би 20 мл, в 1 мл повинно міститися 1,3 млн/мл клітин, в 20 мл – 26 млн / мл. В 1 мл маткового концентрату міститься А клітин, необхідно внести Х мкл, щоб вихідна концентрація клітин у 20 мл склала 26 млн / мл. Отримуємо: x = 26 / А. Отриманий в результаті розрахунку обсяг маткової культури вносимо в кожну колбу. Або див. рекомендації: (Arthrospira platensis). Визначення динаміки росту Dunaliella viridis за кількістю клітин (концентрацією). Відбір проб для визначення біомаси проводити на 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 добу. Із колби, після ретельного перемішування суспензійної культури, відібрати дозатором аліквоту для підрахунку обʼємом 150–200 мкл, якщо необхідно (зазвичай після 5 доби) зробити розведення середовищем Артарі або дистильованою водою (в залежності від цілей завдання) і провести підрахунок клітин за методикою, яка описана вище. Отримані результати занести в таблицю. Табл. 5. Показники росту культури D. viridis за періодичних умов культивування № колби Час культивування, доба/ кількість клітин, млн/мл 1 2 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 1 2 3 4 5 5. Зробити висновок щодо росту культури за певних умов культивування. Важливо: для кожного досліду кількість аналітичних (дублювання варіантів, колб, лунок тощо) і біологічних (досліджені у різні дні, місяці) повторів може бути індивідуальною. Зазвичай для експерименту з мікрово- доростями рекомендовано 3–5 аналітичних повторів для варіанта (контроль, дослід) та мінімум 3 біологічні повтори. Для того щоб мінімізувати розбіжності в отриманих даних між біологічними повторами та враховуючи річну ритмічність експериментальних обʼєктів, слід планувати дослідження протягом одного місяця (висаджувати культуру з невеликим інтервалом в декілька днів). Цьому передує планування експерименту і підготовка маткової культури різного терміну пересадки [9]. В короткотермінових експериментах слід брати до уваги добову ритмічність, повʼязану із чергуванням дня і ночі. 26 Контрольні питання 1. Вкажіть основні фази кривої росту біологічних агентів, які застосовуються в біотехнологічних процесах. 2. Чим зумовлена тривалість кожної з фаз кривої росту? 3. Вкажіть лімітуючі фактори для кожної з фаз. 4. Вкажіть відмінності кривої росту при періодичному та безперервному культивуванні продуцентів. 5. Поясніть значення термінів «культуральна рідина», «фугат», «біомаса». 6. Вкажіть можливі підходи до процесу відділення біомаси з культуральної рідини. 7. У яких випадках для відділення біомаси можна застосовувати фільтрування? 8. Що таке альгологічно чиста культура? 9. Дайте визначення вихідна щільність культури. 10. Наведіть алгоритм підрахунку клітин в камері Горяєва. Література: [5-8]. 27 Практична робота № 3 Морфометричний аналіз клітин Мета роботи – визначити морфологію клітин мікроводоростей Dunaliella viridis в умовах періодичного (накопичувального) культивування. Отримати фотографії клітин Dunaliella viridis за допомогою світлового мікроскопа. Отримані фотографії проаналізувати за допомогою програм AxioVisionRel. 4.7 або ImageJ 1.52k. Основні теоретичні відомості Клітини мікроводоростей Dunaliella viridis мають різну морфологію і високу варіабельність інтенсивності росту як результат статевого та нестатевого способів розмноження і як результат їхньої адаптації (високої стійкості) до різних факторів навколишнього середовища [9–11]. Відомо, що клітини мікроводоростей Dunaliella viridis мають грушоподібну, сферичну та еліпсоїдну форму [3]. Для оцінки морфології клітин використовують такий показник, як відношення більшого (d1) та меншого (d2) діаметрів. Якщо значення d1/d2›1, то клітина має еліпсоїдну форму. Це характерно для гаплоїдних клітин, які мають активний метаболізм та синтезують продукти первинного метаболізму (білки, жири, вуглеводи, необхідні для росту та розмножування клітин). Якщо значення d1/d2=1, то клітини мають округлу форму. Це характерно для цист – тимчасова форма клітин, яка має захисну оболонку й утворюється при несприятливих умовах середовища або на певних фазах клітинного циклу. При поліпшенні умов навколишнього середовища цисти проростають і з них виходять гаплоїдні клітини. Морфологія клітин є показником функціонального стану клітин в культурі. Тому проведення морфометричного аналізу є необхідним для характеристики клітинних культур перед використанням їх в експеримен- тах або при використанні їх у виробництві. Матеріали, реактиви й устаткування: культура Dunaliella viridis; середовище Артарі (модифікація Масюк); шпателі, мірний посуд, піпетки, колби Ерленмейера, камера Горяєва, мікроскоп, компʼютер (ноутбук), програма AxioVisionRel. 4.7 або ImageJ1.52k. Хід роботи 1. Культивування клітинних мікроводоростей Dunaliella viridis проводити протягом 21 доби на поживному середовищі Артарі (склад див. практичну роботу №1) в умовах цілодобового освітлення (від 2-х ламп денного світла FD-36-E-G13 36W/2300 лм) та при температурі 24-26°С у плоскодонних конічних колбах Ерленмейера (V = 250 мл). Обʼєм клітинної культури становить 20 мл, а початкова концентрація клітин – 1,3 10 кл/мл. 2. З 100 мкл 3. К постійно спиртов 4. В 5. З світлово 6. ImageJ1. для 100 Визначи кількост По Зро мікровод 1. Я 2. В клітин. 3. С цитометр Лі З маточн клітинно Клітини о рухают вий розчи Внести з Зробити ого мікро Отриман .52k. Про клітин. ити проце ті проанал обудувати Рис. 1 у популяц обити ви доростей Які чинник В чому рі Сучасні м рія (ознайо тератур ної культ ої суспен мікрово ться. Що ин йоду. зразки кл фотогра оскопа. ні фотогра овести ви Знайти в ентний вм лізованих и графік з 1. Відсотк ції клітин на 21 исновки й (субпопу ки впливаю зниця між методи оц омитися і н а: [9-11]. тури мік нзії. доростей об знерух літин в ка афії за до афії заван имірюван відношен міст кліти х клітин. за отрима кове співв н культур добу рост щодо м уляційни Контр ють на мо ж спорами інки морф надати ха 28 кроводор й D. virid хомити к амеру Го опомогою нтажити ння більш ння цих ин з різни аними ре відношенн ри мікрово ту (зразо морфолог ий склад к рольні пи рфологію и і цистам фології кл рактерист ростей Du dis мают клітини, д оряєва. ю цифро в програ шого (d1) величин ими знач езультата ня морфо одоросте ок графіка гічних кл культури итання клітин в к ми? Функц літин: прот тику метод unaliella ь 2 джгу додати д ової каме му AxioV та меншо (d1/d2) ченнями d ами (рис. ологічних й Dunalie а [10]) ласів у п и). культурі? ції цист, с точна та дам). viridis в утики, то до зразк ери через VisionRe ого (d2) д у програ d1/d2 від з 1). класів ella viridis популяці спор і веге лазерна відібрати ому вони а 0,05 % з окуляр el. 4.7 або діаметрів амі Exel. загальної s ії клітин етативних скануюча и и % р о в . ї н х а 29 Практична робота № 4 Отримання субкультур мікроводоростей на різних фазах росту Мета роботи – отримати субкультури мікроводоростей Dunaliella viridis, які пересаджують на різних фазах росту. Провести 1–5 пересадок субкультур Dunaliella viridis при обраних режимах. Надати характерис- тику субкультурам в кінці 1 пасажу та в кінці 5 пасажу за певними показниками клітинної культури. Основні теоретичні відомості Клітинні культури мікроводоростей широко використовуються в різних галузях біотехнології для отримання біомаси, збагаченої різними метаболітами, або для отримання певних продуктів клітинного метаболізму. Кількісний і якісний склад біомаси мікроводоростей залежить від фази росту культури [1, 2]. Фази росту клітинних культур визначають за допомогою графіка динаміки росту мікроводоростей (див. практичну роботу № 2). Для культур мікроводоростей, для яких характерно два способи розмноження (статеве та нестатеве), інтенсивність росту залежить від переважання того чи іншого способу розмноження. Так, швидкість росту культур більше в період вегетативного розмноження, ніж у період статевого розмноження. Це повʼязано з тим, що під час статевого процесу відбувається злиття двох гамет, в результаті чого утворюється зигота, яка перетворюється на зигоспору. У певних видів водоростей зигоспори можуть знаходитися в стані спокою довгий час до декількох місяців, у інших – проростають без періоду спокою. У першому випадку в зигоспорах відбувається утворення гаплоїдних зооспор, які ростуть. Через певний час із зигоспор в залежності від розмірів виходять 4 або 32 зооспори. У найпростішому випадку статевий процес відбувається шляхом голо- гамії – злиття двох рухомих статевих клітин. Статевий процес типу гологамії відбувається у мікроводоростей виду Dunaliella, в результаті чого утворю- ється диплоїдна зигота. При цьому плоїдність ядра збільшується в 2n разів і середній вміст ДНК на клітину збільшується. Після періоду спокою зиготи проростають з утворенням 32 клітин, при цьому відбувається мейоз. Таким чином, швидкість росту мікроводоростей залежить від кіль- кості в культурі вегетативних клітин, спор і цист, що в свою чергу впливає на вміст нуклеїнових кислот і інші функціональні характеристики клітин, а саме на вміст метаболітів у клітинах. Було показано, що для культури мікроводоростей Dunaliella viridis лаг-фаза триває 2–5 днів після пересадки (рис. 1). У цей час не відбувається збільшення кількості клітин, вони адаптуються до нових умов навколиш нього середовища. Під час фази експоненціального росту збільшується кіль- кість клітин (накопичується біомаса мікроводоростей) за рахунок проліфера- вуглевод середови кількост фази рос та поліп склад кл Та кісного і ідтрим Ма середови колби Ер 1. рідкому 20, 30 т світла FD них кон становит 2. шляхом 40 добу 3. з маточн концентр клітинно Рис. 1. К Dunaliel нако дів тощо ища, нак ті клітин сту харак плоїдних літинної п аким чин та якісн мувати кл атеріали, ище Арт рленмей Культив середови та 40 діб D-36-E-G ічних кол ть 20 мл, Отримат відбору росту, щ Схема п ної культ трацію кл ої суспен Концентр llа viridis опичувальн о [4]. Зм копичення в культу ктеризую цист в к популяції ом, щоб ного скл літинну к , реакти тарі (моди ера, каме вування ищі Арта б в умова G13 36W лбах Ерл , а початк ти різні у аліквот що відпов пересадк тури, цен літин в нзії і вне рація кліт в станда ного куль меншення я екзоме урі і нас ються пев культурі, ї та на ск отримат ладу, нео культуру ви й ус ифікація ера Горяє Х мікровод арі (склад ах цілодо W/2300 лм ленмейер кова конц субкуль т клітин відає різн ки культу нтрифугу камері Г сти в кол тин культ артних ум тивуванн 30 ц у с с н б в р д т п т п є д р я кілько етаболітів стає фаза вним спів що впли клад її біо ти біомас обхідно на відпо статкуван я Масюк) єва, мікр Хід робот доростей д див. пр обового м та при ра (V = 2 центрація ьтури мі н з мато ним фазам ури мікр увати 15 х Горяєва. лби на с тури мовах ня ції вегета у культур спосіб ро синтезую ного мет білки, віт вуглеводи росту три діб), конц турі залиш період від тевого ро плоїдніст ється нак дуктів в різних гр ості пожи в клітин а відмира ввідношен иває на ш омаси. су мікров знати х овідній ф ння: кул ); шпател роскоп. ти й Dunalie актичну освітлен температ 250 мл). О я клітин – ікроводо чної кул м росту к роводоро хв. 3 тис. Розраху віже сер ативних к рі перев озмножен ться пр таболізму таміни, ор и [3]. С иває доси центрація шається п дбуваєтьс змножен ь клітин, копиченн вторинног руп ліпід ивних р призводи ання. Так нням вег швидкість водорост характери азі росту льтура D лі, мірний ella virid роботу № ння від 2 турі 24-26 Обʼєм кл –1,3 10 ростей D льтури н культури остей: від . обертів увати, від едовище клітин. У важає не ння. В родукти у: аміно рганічні Стаціонар ить довг я клітин постійно ся актив ння і збіль , що супр ням різн го мета дів, каро речовин у ить до з ким чин гетативни ь росту к тей певно истику к у. Dunaliella й посуд, dis прово № 1) прот 2-х ламп 6°С у пл літинної к 0 кл/мл. Dunaliell на 10, 20 и. дібрати за хв. Ви ідібрати Артарі т У цей час естатевий клітинах первин- окислоти, кислоти, рна фаза о (до 20 в куль- ю. В цей ація ста- ьшується роводжу- них про- аболізму: тиноїдів, у складі ниження ом, різні их клітин культури, ого кіль- культури a viridis; піпетки, одити на тягом 10, денного оскодон- культури la viridis 0, 30 та аліквоти изначити аліквоту так, щоб с й х - , , а 0 - й - я - - : , і я і н , - и ; , а , о - и s а и и у б концентр культур 4. ною схе - - - - 5. 20, 30 та пасажу ву конце культурі морфоло практичн визначит ка, нук і загальн тинах (див. пр № 5, 6). 6. пасажу визначат центрац 7. турі, пр нуклеїно (див. пр 8. По СuS30, щодо ф різних ф для отри 1. Н мікроводо 2. С культури 3. П водоросте Лі трація кл и мікров Проводи емою (рис пересад пересад пересад пересад Надати х а 40 добу визначит ентрацію і, проана огію кліт ну робот ти кільк клеїнових них ліпід мікровод рактичні У кінці (1, 2, 3, ти кінце цію клітин У кінці роаналізу ових ки актичну Отрима орівняти субкульт функціон фазах рос имання б Надайте оростей н Способи р мікроводо Порівняти ей. Як впл тератур літин ста водоросте ити куль с. 1.2): ка культу ка культу ка культу ка культу характер у росту 1 ти кінце- ю клітин в алізувати тин (див. ту № 3), кість біл- х кислот дів у клі- доростей роботи кожного , 4 та 5) еву кон- н в культ 5 пасажу увати м ислот і роботу № ні резуль субкуль туру СuS ального сту. Запр біомаси п характер на різних ф розмножен оростей. накопичув ливає режи а: [12-15] ановила ей (див. п тивуванн ур кожні ур кожні ур кожні ур кожні истику су - в и . , - т - й и о ) - турі. Запи у визнач морфолог загальни № 5). ьтати пре ьтуру С S40 за п стану к опонуват певного с Контр ристику фазах рос ння клітин вальний на им культив . 31 1,3 млн практичн ня субкул і 10 діб (с і 20 діб (с і 30 діб (с і 40 діб (с убкульту исати отр чити кінц гію кліт их ліпід едставити uS10, су певними клітинно ти режим складу. рольні пи функціона сту. н мікровод а проточни вування на культ н/мл. То ну роботу льтур Du субкульт субкульт субкульт субкульт урам у кін римані р цеву конц тин, визн ів у кл и у вигля убкульту показни ої культу м культив итання альному доростей ий режими а отриманн Рис. 1.2. тивування обто про у № 2). unaliella тура СuS тура СuS2 тура СuS4 тура СuS4 нці 1 паса езультат центрацію начити літинах м яді табли уру СuS2 иками. Зр ури мікр вування м стану к та їхній в культивув ня біомаси . Схема р я різних C овести п viridis за 10); 20); 40); 40). ажу. Тоб ти. ю клітин кількість мікровод иць або гр 20, субк робити в роводоро мікровод клітинних плив на вання куль и певного с режимів CuS субкул ересадку а наступ- бто на 10, н в куль- ь білка, доростей рафіків. культуру висновок остей на доростей культур показники ьтур мікро- складу? льтур у - , - , й у к а й р и - 32 Практична робота № 5 Визначення біохімічного складу біомаси водоростей Мета роботи – освоїти методи визначення біохімічного складу біомаси мікроводоростей. Кількісне визначення протеїнів. Кількісне визначення вмісту хлорофілів і каротиноїдів. Визначення вмісту РНК, ДНК в клітинах водоростей. Фенол-сірчанокислотний метод (визначення кількості загального цукру у культуральному середовищі). Основні теоретичні відомості Приблизно 70 % поверхні Землі покрито морями та океанами. Морське середовище має широкий спектр природних ресурсів. З ураху- ванням нестачі їжі для здорового життя людства, актуальним є дослідження альтернативних джерел харчування, включаючи морські біоресурси, зокрема водорості. Збільшення попиту на функціональні продукти вимагає дослі- дження нових натуральних інгредієнтів. Таким чином, використання водоростей для створення нових харчових продуктів стає обʼєктом світового інтересу. З їстівних водоростей можна виділити три головні групи: зелені, бурі і червоні. Їх використання як джерела білка є важливим для харчової промисловості, адже вони містять багато корисних речовин. Мікро- та макроводорості багаті на білок, харчові волокна, полісахариди, ліпіди і поліненасичені жирні кислоти, пігменти, вітаміни і мінерали. Саме тому у харчовій промисловості водорості використовують не лише в якості інгредієнтів, а як високобілкові, вітамінізовані харчові добавки, біобарвники, біостимулятори та регулятори росту. Водорості також відомі своєю низькою калорійністю та багатим складом корисних речовин для здоровʼя. З огляду на зростаючий попит на рослинне харчування, використання водоростей для створення нових продуктів може бути ефективним рішенням. Для визначення кількості протеїнів існують фізичні, хімічні та біоло- гічні методи. Найпростішим з фізичних методів є вимірювання маси чистого протеїну. Проте протеїни дуже здатні до поглинання вологи, і видалити всю воду з них складно, що робить цей метод рідко використовуваним. Серед фізичних методів для визначення кількості протеїнів найпоширенішими стали рефрактометричний (з використанням показника заломлення у роз- чинах протеїнів), спектрофотометричний (вимірювання поглинання ультрафіолетового світла), полярографічний (за кривими, що відображають залежність між струмом і напругою у системі з протеїном) та пікногра- фічний методи (визначення густини білкових розчинів). Хімічні методи для визначення кількості білків є дуже різноманіт- ними. Найпростішим з них є кількісне визначення загального або білко- вого азоту після відокремлення протеїну та інших азотовмісних речовин у результаті їх осадження. 33 Найпоширенішим біологічним методом для визначення кількості протеїнів є колориметричний метод. Він ґрунтується на вимірюванні інтен- сивності забарвлення, що виникає після взаємодії білка зі специфічним реагентом. На практиці найчастіше застосовують колориметричні та спект- рофотометричні методи для визначення кількості білка. До колори- метричних методів відносяться біуретовий метод, метод Лоурі, метод Бредфорда та інші. Матеріали дослідження та реактиви: стандартні розчини білків (100 г/л, 1 мг/мл, 10 мкг/мл), розчин білка водоростей, біуретовий реактив, реактив Фоліна (C10H5NaO5S); реактив А (2 %-й розчин Na2CO3 в 0,1 н NaOH); реактив В (0,5 %-й розчин CuSO4 × 5H2O в 1 %-му розчині Na2C4H4O6); реактив С (1 мл реактиву В змішати з 50 мл реактиву А), розчин Coomassie brilliant blue, 95 %-й етиловий спирт, 95 %-на H3PO4, пробірки, штативи, піпетки, фотоелектроколориметр, спектрофотометр. Кількісне визначенням протеїнів 1. Спектрофотометричний метод Основні теоретичні відомості Спектрофотометричний метод базується на вимірюванні абсорбції розчину при довжині хвилі 280 нм. Здатність поглинати світло в ультра- фіолетовій частині спектра мають лише триптофан, тирозин і фенілаланін. Оскільки білки містять різну кількість цих ароматичних амінокислот, їх поглинання в ультрафіолетовій частині спектра може відрізнятися. Абсорбція розчинів білків, які містять ці амінокислоти, при 280 нм прямо пропорційна їх концентрації в розчині. Умовно припускають, що при середньому вмісті білка в розчині 1 мг/мл величина абсорбції при 280 нм становить 1,0 (при товщині шару рідини в 1 см). Використання цього методу дозволяє швидко визначати концентрацію білка без необхідності використання додаткових реагентів. Однак належна увага має бути приділена впливу на результат присутності нуклеїнових кислот і нуклеотидів, що може ускладнювати процес визн- чення концентрації протеїну за допомогою цього методу. Хід роботи 1.1. У кварцеві кювети № 1 помістіть 3 мл стандартного розчину протеїну, № 2 – зразок розчину білка водоростей, розведеного у спів- відношенні 0,01 : 1000. 1.2. Визначте величину екстинкції на спектрофотометрі при довжині хвилі 260 нм (частина спектра поглинання сполук нуклеотидної природи) і 280 нм. 1.3. Для розрахунку вмісту білка за допомогою номограми Адамса спочатку необхідно знайти експериментально отримані значення екстинк- ції при 260 і 280 нм. Потім, на номограмі, знайдіть ці значення у відпо- 2.2 переміш 2.3 при зел в розчин де Сд Сс Ед Ес Рис. 1. Н ко 2. У кожн шайте й за 3. Після леному нах за фо осл. – ко ст. – конц досл. – ек ст. – ексти Номограм онцентрац ну з проб алишіть закінчен світлофі ормулою Сд онцентрац центрація кстинкція инкція ст ма для виз ції проте бірок нал на 30 хв. ння цьог льтрі (5 : досл. = С ція невід я стандар я дослідн тандартн значення еїну 34 відних лінією шкало рація в досл на та Кальк С форму фіолет дію звʼязк Забарв лише ніж 4 цію конце 540–5 2–10 м розчи станда води ( лийте по . го часу п 540–560 Сст. · Едо домого ро ртного ро ної проби ного розч х стовпц ю. Точка ою, на білка, в ліджуван 1.4. Конц акож роз кара: С = 1,45 2. Біу Основні Біуретов уванні ко тового за іонів к ками білк влений з пептид аміноки розчину, ентрації п 60 нм. мг/мл. Х 2.1. У пр ну білка артного р (контроль 2 мл біур проведіть нм) і осл. / Ест озчину бі озчину б и (невідом чину білк цях і зʼєд перетин якій нав визначат ному розч центрацію зрахувати · А280 – уретовий і теорети ий метод омплексн абарвлен купруму ка в лужн комплек дами, як ислотні за , що є пептиду, Чутливі Хід робот робірки № а водоро розчину ь). ретового ь вимірю розрахуй т. , ілка, ілка (100 мого роз ка. днайте їх ну цієї п ведена к тиме вмі чині (рис ю протеї и за фо – 0,74 · А й метод ичні відо д ґрунту них сполу ння через з пеп ному сер кс утво кі містять алишки. є пропо визнача ість ме оти № 1 нали остей, № білка, № о реактив ювання н йте вміс 0 г/л), зчину біл прямою прямої зі концент- ст білка с. 1). їну мож- ормулою 260 омості ується на ук синьо- з взаємо- птидними едовищі. орюється ь більше Абсорб- орційною ають при етоду – ийте 1 мл № 2–1 мл № 3–1 мл ву, добре на ФЕКу ст білка лка), ю і - а - ю а - - и . я е - ю и – л л л е у а 35 Приклад розрахунку. Якщо екстинкція стандартної проби дорівнює 0,40, а дослідної проби – 0,24, то: С = 100 · 0,24 / 0,40 = 60 (г/л) 3. Метод Лоурі Основні теоретичні відомості Метод Лоурі базується на вимірюванні інтенсивності забарвлення, яке дає білок у якісних реакціях – біуретовій та реакції Фоліна. Забарв- лення розчину зумовлюється утворенням комплексних сполук синього кольору при відновленні вольфрамової та фосфорномолібденової кислот реактиву фолінатирозиновими та цистеїновими радикалами сполук білка, що утворюються при його взаємодії з лужним розчином CuSO4. Поєд- нання двох реакцій (біуретової та реакції Фоліна) значно підвищує чутли- вість методу. Метод Лоурі майже в 100 разів чутливіший, ніж біуретовий, і в 10–20 разів, ніж спектрофотометричний; та специфічніший. Це дає змогу визначати слідові кількості білка (20–50 мкг/мл). Хід роботи Для проведення визначень кількості білка за методом Лоурі приготуйте рективи А, В та С. Реактив А: 20,4 г Na2CO3 розчинити в 1 л дистильованої води. Реактив В: 1 г Na2 C4 H4 O6 +0,5 гCuSO4 × 5 H2 O +розчинити в 98,5 мл H2O. Реактив С: змішайте реактив А + реактив В у співвідношенні 49:1. Розчин 1 моль/л (1N) NaOH: розчинити 40 г в 1 л дистильованої води. 2.1. До осаду, отриманого після екстракції каротиноїдів і хлорофілів, внести по 2 мл NaOH і розчинити білки при температурі 45-60°С. 2.2. Після цього відберіть по 50 мкл розчину, перенесіть в пробірки та додайте по 350 мкл NaOH та по 2 мл реактива С. 2.3. Через 10 хвилин в проби додайте по 200 мкл реактива Фоліна та залишіть на 30 хв у темряві. 2.4. Оптичну щільність виміряйте на двопроменевому спектрофо- тометрі UV-2600 («Shimadzu», Японія) проти фонової проби, яка не містила надосадової рідини з білками, при довжині хвиль 650 нм. 2.5. Кількість білка в пробах знайдіть за калібрувальною кривою. 2.6. Побудова калібрувального графіка. Для побудови калібруваль- ного графіка приготуйте 10 мл стандартного розчину білка, який містить 4 мг сироваткового альбуміну людини у 10 мл розчину NaOH. Для серії пробірок 1, 2, 3 до 1 мл отриманого розчину додайте 1 мл NaOH і відберіть по 50, 100, 150 мкл; з 4 по 12 пробірку відберіть з вихідного розчину 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400 мкл. З кожною пробір- кою проведіть реакцію, як описано вище. Виміряйте інтенсивність забарв- лення кожної проби (три повтори для кожної проби) на спектрофотометрі при довжині хвилі 650 нм. Дані внесіть в таблицю 1. № проб 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ме барвник R-250 і змінюєт визначен протеїни рувальн передба Рис. би О роз м етод ґру ків Coom G-250. П ться, що ння вміс и можут ний графі чається в 2. Калібр к Обʼєм зчину, мкл 50 100 150 100 125 150 175 200 250 300 350 400 4 Основ унтується massie bril При звʼяз дозволя сту прот ть відрізн ік будуєт визначат рувальний концентр Кількіс білка, м 10 20 30 40 50 60 70 80 100 120 140 160 4. Метод вні теор я на зв lliant blu зуванні з яє викори теїну у д нятися з ться з ви ти в майб й графік д рації білка 36 сть мкг д Бредфо етичні в вʼязуванн ue, що ви з протеїн истовува діапазон за здатні икориста бутньому для визнач а Табл Е650 орда відомості ні з біл ипускаєть нами спек ати цей м і від 1 стю звʼя анням біл у. чення лиця 1. Да калібрув Е650 ний гр відкла абсцис викор нів б ордин значен Прикл ного г на рис і лками од ься в дво ктр погли метод дл до 10 м язувати б лка, кон ані для п вального 2.7. Кал рафік по адаючи с конц истаних білка, а нат – відп ння екс лад каліб графіка н сунку 2. дного з ох модиф инання б ля дуже мкг/мл. О барвники нцентраці побудови о графіка Е650 ібруваль будуйте, на осі центрації розчи- на осі повідні їм стинкцій. бруваль- наведено кислих фікаціях: барвника чуткого Оскільки и, каліб- ію якого и а ь , і ї - і м . - о х а о и - о 37 Хід роботи 4.1. Барвник Coomassie brilliant blue G масою 10 мг прогомогенізуйте в 5 мл 95 %-го етилового спирту. Отриманий розчин змішайте з 10 мл 95 %-ї фосфорної кислоти, доведіть водою до кінцевого обʼєму 100 мл. Відфільтрований розчин барвника зберігайте при кімнатній температурі близько двох тижнів. 4.2. Візьміть дві пробірки: у першу (дослідну) внесіть 0,05 мл сироватки крові та 1,45 мл дистиляту, в другу (контрольну) – 1,5 мл дистильоваї води. 4.3. До вмісту обох пробірок додайте 1,5 мл барвника Coomassie brilliant blue G. 4.4. Побудова калібрувального графіка. Для побудови калібруваль- ного приготуйте 20 мл стандартного розчину протеїну, який містить 10 мкг білка у 1 мл розчину. У серію пробірок відберіть по 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 мкг білка. Для отримання відповідних концентрацій у кожну пробірку внесіть необхідну кількість стандартного розчину (як зазначено в таблиці 2). Обʼєм кожної пробірки доведіть дистилятом до 1,5 мл. З кож- ною пробіркою проведіть реакцію, як описано вище. Виміряйте інтен- сивність забарвлення кожної проби через 5 хв на фотоелектроколориметрі при довжині хвилі 595 нм. Таблиця 2. Дані для побудови калібрувального графіка Кількість стандартного розчину, мл Кількість Н2О, мл Концентрація білка, мкг/мл Екстинкція, од. абсорбції 0,15 1,35 1 0,30 1,2 2 0,45 1,05 3 0,6 0,9 4 0,75 0,75 5 0,9 0,6 6 1,05 0,45 7 1,2 0,30 8 1,35 0,15 9 1,5 _ 10 Оформлення роботи. Розрахуйте концентрацію протеїну в дослідних зразках з використанням різних методів. Порівняйте отримані результати. 38 Контрольні запитання 1. Наведіть порівняльну характеристику основних колориметричних методів кількісного визначення білка. 2. Що лежить в основі спектрофотометричного визначення кількісного вмісту білка в біологічному матеріалі? 3. Які підходи обрахунку кількості протеїну в біоматеріалі використовуються при спектрофометричному визначенні? 4. Які амінокислоти білків володіють максимумом поглинання при 280 нм? Як дана властивість використовується у лабораторній практиці? 5. Поясніть принцип реакції, на якій ґрунтується кількісне визначення білка біуретовим методом. 6. Який принцип визначення білка методом Лоурі? 7. Чому метод Лоурі чутливіший порівняно з біуретовим? 8. Яке значення має кількісне визначення вмісту білка? 9. Схарактеризуйте принцип методу Бредфорда. 10. Який барвник використовується для звʼязування протеїнів за методом Бредфорда? Література: [16, 17]. Кількісне визначення вмісту хлорофілів і каротиноїдів Основні теоретичні відомості Найважливішим показником продуктивності клітинної культури є характеристика фотосинтетичного апарату клітин [18]. У мікроводорості Dunaliella viridis, яка є фотоавтотрофом, наприклад, фотосинтез є основ- ним енергетичним процесом, що відображає її функціональний стан. У D. viridis присутні дві форми хлорофілу – а і b. Хлорофіл а забезпечує оксигенний фотосинтез, а хлорофіл b входить до складу фотостабілі- зуючого комплексу фотосинтетичного апарату, тобто виконує допоміжну функцію. Співвідношення хлорофілу а / b є інформативним показником реакції фотосинтетичного апарату на стресові умови. Чим більше цей показник, тим інтенсивніше проходить фотосинтез. Важливу допоміжну роль у процесі фотосинтезу і стабілізації мемб- ран відіграють каротиноїди. Вони беруть участь у захисті фотосинте- тичного апарату від факторів, зокрема від високої температури [19]. Відношення суми хлорофілів (а + b) до загальних каротиноїдів клітини є показником стрес-стійкості. Чим менше це співвідношення (а + b / кар), тим вище стійкість мікроводоростей до екстремальних впливів. Матеріали дослідження та реактиви: культура водоростей D. viridis, 96 %-й розчин етанолу, пробірки, штативи, піпетки, спектрофотометр. Хід роботи 1. Для екстракції каротиноїдів клітин D. viridis 10 мл культури центрифугувати 15 хв. 3 тис. обертів за хв. Осад клітин двічі промити дистильованою водою і суспендувати в 4 мл 96 % спирту. Зразки зали- шити на 12 годин в холодильнику при температурі 4 0С. 39 2. Оптичну щільність розчинів визначати відносно 96 % спирту на спектрофотометрі при довжинах хвиль 440,5 нм (для каротиноїдів); 649 нм (для хлорофілу "b") і 665 нм (для хлорофілу "а"), що відповідають адсорбційному максимуму каротиноїдів та хлорофілу А і В. Вміст пігментів виражати мкг/мг сухої маси. 3. Для розрахунків використовувати формули: Для 96 % розчину етанолу: С хл. а= 13,70D665 – 5,76D649; С хл. b = 25,80D649 – 7,60D665; Схл. a+ Схл.b = 6,11D665 + 20,04D649, де Схл. а, Схл. b, Схл. a+ хл. b та скар. – відповідно концентрації хлорофілів, а і b, їх суми і каротиноїдів, мг/мл; D – експериментально отримані величини оптичної густини за відповідних довжин хвиль. Вміст хлорофілу в масі рослинного матеріалу х (на один грам матеріалу) розрахувати за формулою: х = схл. , де Схл. – концентрація хлорофілу а чи b, їх суми або каротиноїдів, мг/мл; V – обʼєм, мл; m – маса рослинного матеріалу, г. На рисунку 3 як приклад представлено результати дослідження вмісту хлорофілів і каротиноїдів у клітинах контрольної CuS і резис- тентної CuR культури водоростей D.viridis. Рис. 3. Вміст хлорофілів і каротиноїдів у клітинах контрольної CuS і резистентної CuR культури водоростей D.viridis 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 CuS CuR вм іс т, м кг /м лн к лі ти н кар хлА хлВ 2,8 2,2 1,9 2,2 40 Оформлення роботи. Розрахуйте концентрацію хлорофілів і кароти- ноїдів у дослідних зразках і тих, що зазнали дії стрес-факторів (наприклад важких металів). Порівняйте і проаналізуйте отримані результати. Корис- туючись спеціальною літературою, запропонувати можливі пояснення впливу стресорів на вміст хлорофілів і каротиноїдів у клітинах водоростей. Контрольні питання 1. Які фактори впливають на кількісний вміст хлорофілів та загальних каротиноїдів? 2. Яку функцію в клітині виконує хлорофіл A? 3. Де розташовані і яку функцію в клітинах водоростей виконують каротиноїди? 4. Про що свідчить співвідношення хлорофілів a/b? Література: [17-19]. Визначення вмісту РНК, ДНК в клітинах водоростей Основні теоретичні відомості Відомо, що мікроводорості мають численні медичні та промислові застосування. Молекулярні дослідження є важливими у вивченні мікро- водоростей, і для цього потрібні відповідні концентрації ДНК, вільні від домішок. Наразі існує багато протоколів для виділення ДНК з мікрово- доростей. Однак вони або трудомісткі, або дорогі, або працюють лише з кількома видами. У цьому дослідженні [20] було застосовано різні мето- ди екстракції ДНК, щоб отримати високу концентрацію ДНК водоростей з найменшою кількістю домішок. Загалом у дослідженні було використано 30 зразків пʼяти родів водоростей. Результати показали, що з пʼяти мето- дів екстракції використання SDS дало найвищу якість і кількість ДНК, за яким слідує метод CTAB. Виділені ДНК водоростей, отримані методами SDS, CTAB і DTAB, були придатні для ПЛР-ампліфікації ділянки 18S рДНК. Для визначення якості виділеної ДНК водоростей також використовували MseI-розщеплення. Геномна ДНК 24 з 30, 16 з 30 та 5 з 30 зразків водо- ростей, які були виділені методами SDS, CTAB та DTAB, відповідно, піддавалася розщепленню MseI. З іншого боку, використання методів Triton x-100 та Chelex -100 призвело до низької якості ДНК. Набір РНК-молекул, на відміну від ДНК, є різноманітним і представ- лений різними типами (мРНК, рРНК, тРНК). Різноманіття РНК у клітинах про- і еукаріотів, а також їх специфічні функції, є основою для передачі та реалізації генетичної інформації під час синтезу білків за матричною ДНК (генетична експресія). Кількість мононуклеотидних залишків у молекулах РНК має значні значення – від сотень тисяч до десятків мільйонів. Це призводить до високих значень молекулярної маси, що є важливою харак- теристикою цих молекул. Кількість нуклеїнових кислот у клітинах різних тканин одного організму є стабільною в межах гаплоїдного набору 41 хромосом, але може змінюватися відповідно до зміни плоїдності, хоча це відбувається у меншій мірі, ніж зміна вмісту інших компонентів клітини. Варто відзначити, що існують певні винятки з цього правила. Відношення вмісту ДНК/РНК є інтегральним параметром, який певною мірою характе- ризує функціональну активність геному [20]. Для аналізу кількості ДНК в клітинах водоростей використовували метод Спіріна, в основі якого лежить екстракція нуклеїнових кислот з досліджуваного матеріалу гарячою хлорною кислотою і спектрофото- метричне визначення поглинання в ультрафіолетовій області спектра [21]. Перевагою даного методу є висока чутливість. Екстракція нуклеїнових кислот з клітин досліджуваного матеріалу супроводжується їх гідролізом, тому важливо попередньо очистити проби від вільних нуклеотидів. Матеріали дослідження та реактиви: культура водоростей D. viridis, HClO4 (5 % і 60 %), хлороформ, метанол, 0,6 N KOH, пробірки, штативи, піпетки, центрифуга, водяна баня, холодильник, спектрофотометр. Хід роботи 1. Для визначення вмісту РНК, ДНК в клітинах Dunaliella viridis 10мл культури центрифугувати 15 хв. 3 тис. обертів за хв. З вихідної куль- тури мікроводоростей відібрати дозатором аліквоту обʼємом 150–200 мкл для підрахунку клітин в камері Горяєва (див. практичну роботу № 2). 2. Осад клітин двічі промити дистильованою водою, відмити від солей поживного середовища і відповідно двічі центрифугувати 10 хв. 3 тис. обертів за хв. 3. Для видалення пігментів з клітин осад відмити сумішшю хлоро- форм-метанолу (1:2) три рази: протягом 60 хвилин перший раз та по 40 хвилин другий та третій. Після кожної відмивки центрифугувати 10 хв. 3 тис. обертів за хв. 4. Після видалення хлороформ-метанолу до осаду клітин при темпе- ратурі 0°С додати HClO4 (5 %), центрифугувати 10 хв. 3 тис. обертів за хв. та злити надосадову рідину. Процедуру повторити три рази. Проведення даного етапу за низької температури необхідне для запобігання кислотної та ферментативної деструкції нуклеїнових кислот. 5. Для гідролізу РНК до отриманого осаду клітин внести по 1 мл дистильованої води та 1 мл 0,6 N KOH і поставити на водяну баню (37°С) на 1,5 години. 6. Після охолодження до проб додати по 200 мкл HClO4 (60 %) для осадження білків, що розчиняються в KOH. Проби витримати при темпе- ратурі 4°С протягом 12 годин. 7. Після цього центрифугувати 10 хв. 3 тис. обертів за хв. та відібрати по 200 мкл надосадової рідини з РНК, перенести в пробірки, додати по 3 мл дистильованої води, визначити оптичну щільність на 42 двопроменевому спектрофотометрі UV-2600 («Shimadzu», Японія) при довжині хвиль 270 нм і 290 нм та розрахувати вміст РНК за формулою: х Е Е , 10,5/С, де Е270 і Е290 – значення оптичної густини, виміряні при відповідних довжинах хвиль; 0,19 – коефіцієнт питомої екстинкції нуклеїнових кислот (середнє значення різниці показів оптичної густини (D270 – D290), що відповідає вмісту 1 мкг фосфору нуклеїнових кислот в 1 мл випробовуваного розчину); 10,5 – коефіцієнт перерахунку кількості фосфору на нуклеїнові кислоти, мкг/мл; С – кількість клітин млн/мл, або АСМ (абсолютно суха маса) мг, г; метод застосовний при виконанні умови: показання оптичної густини при А270 і А290 не повинні відрізнятися більше, ніж на 15 %. Примітка: підрахувати клітини в камері Горяєва, помножити кількість на 10 мл (загальний обʼєм проби), після отримане значення підставити в формулу. Отримаємо значення мкг РНК на млн клітин. 8. Для визначення кількості ДНК в зразках до осаду клітин внести по 2 мл HClO4 (5 %) і відмити від залишків нуклеотидів РНК, після чого центрифугувати 3000 об/хв протягом 15 хвилин і надосадову злити. Поста- вити на водяну баню при температурі 100°С на 20 хвилин. Потім проби охолодити в холодильнику, центрифугувати та перелити надосадову ріди- ну у чисті пробірки. До надосадової рідини додати по 1 мл дистильованої води та визначити оптичну щільність на спектрофотометрі при довжині хвиль 270 нм та 290 нм, розрахувати вміст ДНК за формулою: х Е Е , 10,1/С, складові формули описані вище. Оформлення роботи. Розрахуйте кількість ДНК і РНК в дослідних зразках. Відповідно до виданих викладачем завдань порівняти вміст ДНК і РНК в CuS і CuR культурах Dunaliella viridis. Контрольні питання 1. Які фактори впливають на кількісний вміст ДНК? 2. Які існують типи РНК? 3. На чому заснований метод Спіріна? 4. Про що свідчить відношення ДНК/РНК? Література: [20, 21]. По тинні та в середо стінки) моносах і типу з і складом Ек вання м стресови та умов та очищ Екзопол що приз показали товувати [24, 25]. мікр Ме нокисло дукти к забарвле у розчин олігосах Фенол- загал олісахари а структу овище, зв [22]. По харидів. З звʼязку у м [23]. кзополіса мікроводо их умов. культив щення; най лісахарид зводить д и (рис. 4 и в нутр Рис. 4. Е роводоро етод засн ому серед конденсац ення в п ні. Під вп хариди пі сірчанок льного ц Ос иди мікр урні (які вʼязані з к олісахари Залежно утворюєт ахариди м оростей в Залежно вування м йчастіше ди можут до валори 4), що ицевтика Етапи от стей і ціа нований н довищі з ції, пофа певних м пливом ки іддаютьс кислотни цукру у к сновні те оводорос включаю клітинам иди – це від моно ться різн мікровод внаслідок о від тип мікровод е викорис ть бути в изації пр полісаха ах, харчо тримання анобакте на взаєм з феноло арбовані межах ко ислого се ся гідролі 43 ий метод культура еоретичн стей мож ють екзо ми поліса е полімер осахарид ний пол доростей к нормал пу поліса доростей, стовують відновле роцесу. Н ариди мі ових про екзополіс ерій та їх модії прод ом, в рез в жовто нцентрац ередовищ ізу з утво д (визна альному ні відомо жна розд ополісаха ахариди т ри, утвор дів, прису лісахарид синтезу льних фі ахариду, необхід ь центриф ні з куль Нещодавн ікроводор одуктах і сахаридів х потенцій дуктів ро зультаті о-оранже цій проп ща при на оренням чення кі у середов ості ділити на ариди, щ та полісах рені довг утніх по д з певн уються п зіологічн який пот дні певні фугуванн ьтуральн но провед ростей м в якост в (ЕПС) з йне засто озкладанн якого ут вий колі порційна агріванні моносах ількості вищі) а внутріш що вивіль хариди к гими лан всьому л ною стр під час ку них проц трібно ви етапи ек ня та філ ного сере дені досл можна в ті біофло культур осування [ ня цукрів творюют ір. Інтен кількост і сахароз харидів, я шньоклі- ьняються клітинної нцюгами ланцюгу, руктурою ультиву- цесів або илучити, кстракції льтрацію. едовища, лідження викорис- окулянтів [25] в у силь- ься про- нсивність ті цукрів а та інші які потім - я ї и , ю - о , ї . , я - в - - ь в і м 44 в результаті дегідратації (відщеплення молекул води) перетворюються в фурфурол або оксиметил-фурфурол. Фурфурол і оксиметилфурфурол далі вступають у реакції конденсації з фенолом, утворюючи продукти конденсації, пофарбовані в жовто-оранжевий колір. Оптичну щільність отриманого забарвленого розчину визначають на фотоелектроколориметрі або спектрофотометрі [26]. Матеріали дослідження та реактиви: культура водоростей D. viridis, фенольний реактив (5 г фенолу та 100 мл дистильованої води), сірчана кислота конц., пробірки, штативи, піпетки, спектрофотометр. Хід роботи 1. До 0,5 мл досліджуваного розчину внести по 0,5 мл фенольного реактиву. Проби швидко перемішати та додати по 2,5 мл конц. сірчаної кислоти, знову ретельно перемішати. 2. Через 30 хвилин на спектрофотометрі визначити оптичну щіль- ність розчинів при 488 нм проти контрольної проби, яка не містить дослі- джуваного розчину, та розрахувати за формулою: мкг глюкози = (45,9•Е488 + 1,62) •коеф.розведення Оформлення роботи. Розрахувати концентрацію глюкози в дослід- них зразках з різних культуральних середовищ мікроводоростей. Зробити висновок щодо отриманих результатів. Контрольні питання 1. На чому заснований фенольно-кислотний метод визначення кількості загального цукру? 2. Дайте характеристику реакції конденсації. 3. Сфери використання екзополісахаридів водоростей. Література: [22-26]. 45 Практична робота № 6 Визначення вмісту загальних ліпідів з клітин мікроводоростей Мета роботи – визначити вміст триацилглицеридів (ТГ) з клі- тин мікроводоростей Dunaliella viridis в умовах накопичувального культивування. Основні теоретичні відомості Середній вміст ліпідів у клітинах водоростей варіює від 1 до 70 %, а за певних умов може досягати навіть до 90 % маси сухої речовини. Велика кількість ліпідів живих організмів входить до складу клітинних мембран. Як і в усіх живих істот, мембранними ліпідами більшості орга- нел водоростей є переважно фосфоліпіди (фосфогліцериди). Однак ліпідна складова мембран хлоропластів здатних до фотосинтезу еукаріот, а також синьозелених водоростей (ціанобактерій) представлена чотирма класами полярних гліцероліпідів, з яких фосфоліпідом є лише один – фосфатидил- гліцерол (ФГ). Основну ж частку складають гліколіпіди (глікозилгліце- риди) – 2 нейтральні галактоліпіди моногалактозилдіацилгліцерол (МГДГ) і дигалактозилдіацилгліцерол (ДГДГ), а також аніонний сульфоногліко- ліпід сульфохіновозилдіацилгліцерол (СХДГ) [27]. Оскільки основна частина внутрішньоклітинних мембран водоростей припадає на тилакоїди хлоропластів, то властиві для них ліпіди переважають в екстракті з цілих клітин. У більшості випадків 4 гліцероліпіди – МГДГ, ДГДГ, СХДГ і ФГ – присутні в значній кількості, також істотні частки належать фосфатидилхоліну і фосфатидилетаноламіну. Деякі водорості здатні запасати досить велику кількість ліпідів у формі триацилгліцеролів (до 57 % сумарних ліпідів), які відкладаються в цитоплазмі у вигляді вели- ких крапель. У здорових клітинах, що активно діляться, частка тригліце- ридів у загальній кількості ліпідів зазвичай є низькою. Однак перехід водоростей у стаціонарну фазу росту чи вплив деяких стресових чинників може стимулювати нагромадження тригліцеридів. Посилений синтез три- ацилгліцеролів та відкладання їх у запас вважається одним з елементів ранньої відповіді на ріст в умовах, коли кількість енергії, що надходить ззовні, перевищує можливості клітини утилізувати цю енергію шляхом росту й поділу клітин. Для прокаріотичних синьозелених водоростей не властиве запасання ліпідів у формі триацилгліцеролів, практично всі їх жирні кислоти входять до складу полярних ліпідів, які утворюють велику систему фотосинтетичних мембран [27]. Культури, що фотосинтезують, містять жирні кислоти від С14 до С22 з переважанням С16 і С18 кислот, а гетеротрофні – переважно 14:0, 16:0 і 18:1 кислоти. До типових жирних кислот діатомових та еустигмато- фітових нова та є низьки кислоти водорос дріжджі насичен На значною коливан азоту в нагрома Р у с ацет дигідрок FAT, т гіцерол KAS, 3 кисло фосф водорос а ейкозап им. Черво и, головн сті здебіл ів жирно них, так і а загальн ю мірою ння темпе середов адження П Рис. 1. Схе интезі ліп тил-КоА ка ксиацетон тіоестера л-3-фосфа 3-кетоаци оти; MCA фатаза фо Ru5P, р ТАГ стей відн пентаєно оні водо им чино льшого окислотни ненасич ну кількіс впливаю ератури ч вищі кул ПНЖК [2 ематични підів у мік арбоксила нфосфат; аза жирни атдегідро ил-АКФ-с AT, малон осфатидн рибулозо- Г, триацил носяться м ова; при рості баг м С20 – мають п ий склад ених [27 сть жирн ють факт чи голод льтивуван 28]. й огляд ме кроводоро аза; DGAT ; E4P, ери их ацил-AC огеназа; G синтаза; L іл-КоА ац ної кислот -5-фосфат лгліцероли 46 міристин и цьому гаті на н ейкозап подібний д – з дом ]. них кисл тори ото