Влияние концентрации макроэлементов на рост, содержание фотосинтетических пигментов и состав жирных кислот микроводоросли Scenedesmus rubescens

Увеличение выбросов парниковых газов и истощение запасов ископаемого топлива ставят под угрозу устойчивое развитие и здоровье населения. В этих условиях возрастает интерес к микроводорослям, которые способны смягчить эти вызовы благодаря высокой продуктивности и широкому спектру применений. Виды рода Scenedesmus представляются перспективным сырьем для производства биодизеля и получения пигментов. В настоящей работе исследовалось влияние состава питательной среды на рост, накопление пигментов и жирнокислотный профиль микроводоросли Scenedesmus rubescens D-292. Культивирование штамма осуществлялось на среде Громова с различным содержанием KNO₃ (0,1, 1,0 и 10 г/л), K₂HPO₄×3H₂O (0 и 0,262 г/л), MgSO₄×7H₂O и NaHCO₃ (0, 0,2 и 2,0 г/л). Максимальный рост штамма, накопление пигментов (10 мг/г сух. биомассы) и полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) (65 % от общего количества жирных кислот (ЖК)) отмечены при избытке в среде источника серы (2,0 г/л MgSO₄×7H₂O) и дефиците азота, фосфора и углерода. Наибольший выход ЖК (229,9 мг/г сух. биомассы) зафиксирован при избытке в среде источника углерода (2,0 г/л NaHCO₃) и ограничении других макроэлементов. В липидном профиле штамма преобладали пальмитиновая (14,4–17,5 %), олеиновая (13,8–29,1 %), линолевая (10,1–13,8 %) и α-линоленовая (19,7–36,7 %) кислоты. Несмотря на ограниченный потенциал штамма для производства биодизеля, он представляет интерес как источник натуральных пигментов и липидов, богатых ПНЖК и α-линоленовой кислотой (до 37 % от общего количества ЖК).

1. Biofuels production: a review on sustainable alternatives to traditional fuels and energy sources / K. Malik, S. C. Capareda, B. R. Kamboj [et al.]. – DOI: 10.3390/fuels5020010 // Fuels. – 2024. – Vol. 5 (2). – P. 157–175.

2. El-Araby, R. Biofuel production: exploring renewable energy solutions for a greener future / R. El-Araby. – DOI: 10.1186/s13068-024-02571-9 // Biotechnology for Biofuels and Bioproducts. – 2024. – Vol. 17, 129.

3. Microalgae biofuels: illuminating the path to a sustainable future amidst challenges and opportunities / M. Wang, X. Ye, H. Bi [et al.]. – DOI: 10.1186/s13068-024-02461-0 // Biotechnology for Biofuels and Bioproducts. – 2024. – Vol. 17, 10.

4. The role of microalgae in the bioeconomy / F. G. A. Fernández, A. Reis, R. H. Wijffels [et al.]. – DOI: 10.1016/j.nbt.2020.11.011 // New Biotechnology. – 2021. – Vol. 61. – P. 99–107.

5. Biofuel production from microalgae: challenges and chances / A. T. Hoang, R. Sirohi, A. Pandey [et al.]. – DOI: 10.1007/s11101-022-09819-y // Phytochemistry Reviews. – 2023. – Vol. 22. – P. 1089–1126.

6. Comparison of monoculture and mixed culture (Scenedesmus obliquus and wild algae) for C, N, and P removal and lipid production / Z. Qu, P. Duan, X. Cao [et al.]. – DOI: 10.1007/s11356-019-05339-z // Environmental Science and Pollution Research. – 2019. – Vol. 26. – P. 20961–20968.

7. Effects of nitrogen forms and supply mode on lipid production of microalga Scenedesmus obliquus / M. An, L. Gao, W. Zhao [et al.]. – DOI: 10.3390/en13030697 // Energies. – 2020. – Vol. 13 (3), 697.

8. Biosynthesis and biotechnological interventions for commercial production of microalgal pigments: A review / A. Srivastava, M. Kalwani, H. Chakdar [et al.] // Bioresource Technology. – 2022. – Vol. 352, 127071.

9. Harnessing microalgae as sustainable cellular factories for biopharmaceutical production / H. Goshtasbi, Y. B. Okolodkov, A. Movafeghi [et al.]. – DOI: 10.1016/j.algal.2023.103237 // Algal Research. – 2023. – Vol. 74, 103237.

10. Influence of nitrogen and phosphorus on microalgal growth, biomass, lipid, and fatty acid production: an overview / M. A. Yaakob, R. M. S. R. Mohamed, A. Al-Gheethi [et al.]. – DOI: 10.3390/cells10020393 // Cells. – 2021. – Vol. 10 (2), 393.

11. Enhanced lipid production in Scenedesmus obliquus via nitrogen starvation in a two-stage cultivation process and evaluation for biodiesel production / J. Trivedi, D. Agrawal, N. Atray [et al.]. – DOI: 10.1016/j.fuel.2022.123418 // Fuel. – 2022. – Vol. 316, 123418.

12. Corrêa, P. S. High-value compounds in three freshwater green micro-algae using nitrogen as an abiotic stressor: A study of the antioxidant potential of ethanolic extracts / P. S. Corrêa, M. M. Freitas, N. S. Caetano. – DOI: 10.1016/j.algal.2025.103964 // Algal Research. – 2025. – Vol. 86, 103964.

13. Unni, A. C. Therapeutic potential of microalga Scenedesmus vacuolatus: In vitro evaluation of antioxidant and anticancer activities / A. C. Unni, K. Karunakaran. – DOI: 10.1007/s41208-025-00809-3 // Thalassas: An International Journal of Marine Sciences. – 2025. – Vol. 41, 53.

14. Громов, Б. В. Коллекция культур водорослей лаборатории микробиологии биологического института Ленинградского Университета / Б. В. Громов // Культивирование коллекционных штаммов водорослей. – 1983. – С. 3–57.

15. Characterization and RNA-seq transcriptomic analysis of a Scenedesmus obliqnus mutant with enhanced photosynthesis efficiency and lipid productivity / Y. Xi, L. Yin, Z. Y. Chi [et al.]. – DOI: 10.1038/s41598-021-88954-6 // Scientific Reports. – 2021. – Vol. 11, 11795.

16. Euonymus maximowiczianus aril-derived long-term suspension-cultured cells: light and methyl jasmonate impact in the anthocyanin and VLCFA accumulation / A. V. Nosov, A. A. Fomenkov, R. A. Sidorov [et al.]. – DOI: 10.1016/j.plaphy.2024.109293 // Plant Physiology and Biochemistry. – 2024. – Vol. 217, 109293.

17. Phosphorus and sulphur affecting the growth, nutrient uptake and amino acids composition in Dunaliella salina / Y. Sui, G. de Souza Celente, L. B. Navarro [et al.]. – DOI: 10.1016/j.procbio.2025.03.026 // Process Biochemistry. – 2025. –Vol. 153. – P. 276–283.

18. Morowvat, M. H. Effects of sulfur starvation on growth rates, biomass and lipid contents in the green microalga Scenedesmus obliquus / M. H. Morowvat, Y. Ghasemi. – DOI: 10.2174/1872208314666200109103059 // Recent Patents on Biotechnology. – 2020. – Vol. 14 (2). – P. 145–153.

19. Faruque, M. O. Photoautotrophic cultivation, lipid enhancement, and dry biomass characterization of microalgae Scenedesmus dimorphus for bioenergy application / M. O. Faruque, M. M. Hossain, S. A. Razzak. – DOI: 10.1007/s13369-023-08187-9 // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2023. – Vol. 48 (12). – P.16263–16280.

20. Lipid accumulation during nitrogen and sulfur starvation in Chlamydomonas reinhardtii overexpressing a transcription factor / C. J. Salas-Montantes, O. González-Ortega, A. E. Ochoa-Alfaro [et al.]. – DOI: 10.1007/s13369-023-08187-9 // Journal of Applied Phycology. – 2018. – Vol. 30 (3). – P. 1721–1733.

21. Aizpuru, A. Traditional and new trend strategies to enhance pigment contents in microalgae / A. Aizpuru, A. González-Sánchez. – DOI: 0.1007/s11274-024-04070-3 // World Journal of Microbiology and Biotechnology. – 2024. – Vol. 40, 272.

22. Nitrogen deficiency-dependent abiotic stress enhances carotenoid production in indigenous green microalga Scenedesmus rubescens KNUA042, for use as a potential resource of high value products / S. W. Jo, J. W. Hong, J. M. Do [et al.]. – DOI: 10.3390/su12135445 // Sustainability. – 2020. – Vol. 12 (13), 5445.

23. Impacts of the harvesting process on microalgae fatty acid profiles and lipid yields: Implications for biodiesel production / Z. Shokravi, H. Shokravi, A. E. Atabani [et al.]. – DOI: 10.1016/j.rser.2022.112410 // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2022. – Vol. 161, 112410.

24. Interactive effect of temperature and nitrogen concentrations on the growth, biochemical composition, and fatty acid profiles in freshwater microalgae, Chlorella sorokiniana and Scenedesmus quadricauda / A. Yuslan, H. Suhaimi, M. A. Ghaffar [et al.]. – DOI: 10.1007/s10811-025-03487-z // Journal of Applied Phycology. – 2025. – Vol. 37. – P. 1–24.

25. Abrha, G. T. Enhanced lipid accumulation in microalgae Scenedesmus sp. under nitrogen limitation / G. T. Abrha, A. Makaranga, P. P. Jutur. – DOI: 10.1016/j.enzmictec.2024.110546 // Enzyme and Microbial Technology. – 2025. – Vol. 182, 110546.

26. Sonkar, S. Development of a single phase nitrate feeding strategy for enhanced lipid productivity from green microalgae for biodiesel production / S. Sonkar, N. Mallick. – DOI: 10.1002/ep.12443 // Environmental Progress & Sustainable Energy. – 2017. – Vol. 36 (1). – P. 222–231.

27. Chen, H. Regulatory mechanisms of lipid biosynthesis in microalgae / H. Chen, Q. Wang. – DOI: 10.1111/brv.12759 // Biological Reviews. – 2021. – Vol. 96 (5). – P. 2373–2391.

28. Integration of wastewater treatment and flocculation for harvesting biomass for lipid production by a newly isolated self-flocculating microalga Scenedesmus rubescens SX / J. Lv, B. Guo, J. Feng [et al.]. – DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.118211 // Journal of Cleaner Production. – 2019. – Vol. 240, 118211.

29. Enhanced lipid production and analysis of properties of biodiesel produced from freshwater microalgae Scenedesmus obtusus ON089666. 1 / V. Vinitha, S. Meignanalakshmi, K. G. Tirumurugaan [et al.]. – DOI: 10.1016/j.biteb.2022.101286 // Bioresource Technology Reports. – 2023. – Vol. 21,101286.