Spectrophotometric method for counting the number of cells and determining dry biomass of the algae Porphyridium purpureum
Keywords:
phycology, cultivation, Porphyridium purpureum, spectrophotometric methodAbstract
In the modern world, algae are widely used in various fields due to their unique biochemical composition and ability to grow quickly under controlled conditions. Red algae, including Porphyridium purpureum, are also one of the objects of algobiotechnology. However, when cultivating it, classical labor-intensive methods are often used to control growth parameters.
This study assesses the possibility of using the spectrophotometric method as an alternative to classical methods for monitoring cell growth in suspension during cultivation. Linear growth graphs were plotted, correlation and determination coefficients, the significance of regression equations and its coefficients at different wavelengths were determined, reflecting the relationship between such parameters as the number of cells and absolutely dry biomass and the optical density of the Porphyridium suspension. It was found that to determine the number of cells, the opticaldensity of the suspension should be measured at a wavelength of 630 nm and use the equation: Number of cells (million cells/ml) = 13.0821 × OD630– 1.3845. To determine the absolutely dry biomass, the optical density of the Porphyridium suspension should be measured at a wavelength of 750 nm, and for the calculation use the equation: ADB (g/l) = 3.9256 × OD750– 0.7230.
References
Биометрия в MS Excel : учебное пособие / Е. Я. Лебедько [и др.]. – СПб. : Лань, 2020. – 172 с.
Владимирова, М. Г. Интенсивная культура одноклеточных водорослей : (инструкция по первичным испытаниям, выделяемых из природы и селекционируемых форм фотоавтотрофных одноклеточных водорослей) / М. Г. Владимирова, В. Е. Семененко ; Акад. наук СССР, Ин-т физиологии растений им. К. А. Тимирязева. – М. : АН СССР, 1962. – 59 с.
Горбунова, С. Ю. Об эффективности использования микроводорослей в промышленной биотехнологии с целью мелиорации водной среды и получения кормов для различных отраслей сельского хозяйства / С. Ю. Горбунова, Я. Д. Жондарева // Современные рыбохозяйственные и экологические проблемы Азово-Черноморского региона : метериалы VII Междунар. конф., Керчь, 20–23 июня 2012 г. : [в 2 т.] / Гос. агентство рыб. хоз-ва Украины [и др. ; гл. ред. О. А. Петренко]. – Керчь, 2012. – Т. 2. – С. 114–119.
Дмитрович, Н. П. Спектрофотометрический контроль численности клеток водоросли Chlorella Vulgaris (Beijerink) / Н. П. Дмитрович // Современные задачи и перспективные направления инновационного развития науки: сб. ст. / редкол.: А. А. Сукиасян (гл.) [и др.]. – Уфа : OMEGA SCIENCE, 2022. – С. 19–22.
Лелеков, А. С. Двухкомпонентная модель роста микроводорослей в плотностате / А. С. Лелеков, Р. П. Тренкеншу // Математическая биология и биоинформатика, 2021. – № 16:1. – С. 101–114.
Лелеков, А. С. Моделирование динамики макромолекулярного состава микроводорослей в накопительной культуре / А. С. Лелеков, Р. П. Тренкеншу // Компьютерные исследования и моделирование, 2023. –№ 15:3. – С. 739–756.
Маркина, Ж. В. Применение спектрофотометрического метода для определения численности клеток микроводорослей рода Tetraselmis (Chlorophyta): калибровочные кривые и уравнения для подсчета / Ж. В. Маркина, С. И. Масленников, Л. А. Боцун // Биология моря, 2022. – T. 48, № 6. – С. 426–429.
Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике / Л. А. Сиренко [и др..]; Акад. наук УССР, Ин-т гидробиологии. – Киев : Наук. Думка, 1975. – 247 с.
Саут, Р. Основы альгологии / Р. Саут, А. Уиттик. – М. : Мир, 1990. – 597 с.
Сохранение и воспроизведение хозяйственно полезных видов водорослей в альгологической коллекции: метод. указ. / Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т биофизики и клеточ. инженерии; [сост.: С. С. Мельников и др.]. – Минск: Право и экономика, 2010. – 40 с.
Способ получения фикоэритрина из красной микроводоросли: пат. 93767 РФ, МПК C12N 1/12, / И. Н. Гудвилович, А. Б. Боровков, Р. П. Тренкеншу; заявитель Институт биологии южных морей им. А. О. Ковалевского; заявл. 29.10.14; опубл. 10.04.15 // Офиц. бюллетень. / Институт биологии южных морей им. А. О. Ковалевского, 2015. – № 10. – С. 7.
Стадничук, И. Н. Фикобилипротеины / И. Н. Стадничук. – М. : ВИНИТИ, Сер. Биолог. хим., 1990. – Т. 40. – 196 с.
Усов, А. И. Исследование полисахаридов красных морских водорослей / А. И. Усов // Труды ВНИРО, 1997. – Т. 124. – С. 65–70.
Чернышев, Д. Н. Модель декомпозиции нативного спектра поглощения культуры Porphyridium purpureum / Д. Н. Чернышев, В. С. Клочкова, А. С. Лелеков // Вестник СамУ, Естественнонаучная серия, 2024. –№ 30:1. –С. 122–131.
Чернышев, Д. Н. Разделение спектра поглощения культуры Porphyridium purpureum (Bory) Ross. в красной области / Д. Н. Чернышев, В. С. Клочкова, А. С. Лелеков // Вопросы современной альгологии, 2022. –№ 1 (28). –С. 25–34.
Advances in the production of bioactive substances from marine unicellular microalgae Porphyridium spp. / Sh. Li [and etc.] // Bioresource Technology, 2019. –Vol. 292. –Р. 1220–1248.
Effect of specific irradiance on productivity and pigment and protein production of Porphyridium purpureum (Rhodophyta) semi-continuous culture / A.B. Borovkov [and etc.] // Bioresource Technology, 2023. –Vol. 374. – Art. no. 128771 (11 p.).
Natural marine products as antiprotozoal agents against amitochondrial parasites / E. A. Estrella-Parra [and etc.] // International Journal for Parasitology: Drugs and Drug Resistance, 2022. –Vol. 19. –P. 40–46.
New horizons in culture and valorization of red microalgae / C. Gaignard [and etc.] // Biotechnology Advances, 2019. –Vol. 37, Iss. 1. –P. 193–222.
Titlyanov, E. A. Useful substances of marine red alge (Rhodophyta): chemical structure and content / E. A. Titlyanov // Izw. TINRO, 2011. – Vol. 165. – P. 305–319.
References
Lebed'ko E.Ya., Hohlov A.M., Baranovskij D.I., Getmanec O.M. Biometriya v MS Excel : uchebnoe posobie [Biometrics in MS Excel: a tutorial]. SPb., Lan', 2020. 172 p. (In Russian)
Vladimirova M.G., Semenenko V.E. Intensivnaya kul'tura odnokletochnyh vodoroslej : (instrukciya po pervichnym ispytaniyam, vydelyaemyh iz prirody i selekcioniruemyh form fotoavtotrofnyh odnokletochnyh vodoroslej) [Intensive culture of unicellular algae: (instructions for primary testing of isolated from nature and selected forms of photoautotrophic unicellular algae)]. Moscow, AN SSSR, 1962. 59 p. (In Russian)
Gorbunova S.Yu., Zhondareva Ya.D. Ob effektivnosti ispol'zovaniya mikrovodoroslej v promyshlennoj biotekhnologii s cel'yu melioracii vodnoj sredy i polucheniya kormov dlya razlichnyh otraslej sel'skogo hozyajstva [On the efficiency of using microalgae in industrial biotechnology for the purpose of melioration of the aquatic environment and obtaining feed for various branches of agriculture]. Sovremennye rybohozyajstvennye i ekologicheskie problemy Azovo-Chernomorskogo regiona : meterialy VII Mezhdunar. konf. [Modern fisheries and environmental problems of the Azov-Black Sea region: materials of the VII Int. Conf.]. Kerch', 2012, vol. 2, pp. 114–119. (In Russian)
Dmitrovich N.P. Spektrofotometricheskij kontrol' chislennosti kletok vodorosli Chlorella Vulgaris (Beijerink) [Spectrophotometric control of the cell number of the alga Chlorella Vulgaris (Beijerink)]. Sovremennye zadachi i perspektivnye napravleniya innovacionnogo razvitiya nauki: sb. st. [Modern tasks and promising directions of innovative development of science: collection of articles]. Ufa, 2022, pp. 19–22. (In Russian)
Lelekov A.S., Trenkenshu R.P. Dvuhkomponentnaya model' rosta mikrovodoroslej v plotnostate [Two-component model of microalgae growth in a density stat]. Matematicheskaya biologiya i bioinformatika [Mathematical biology and bioinformatics], 2021, vol. 16:1, pp. 101–114. (In Russian)
Lelekov A.S., Trenkenshu R.P. Modelirovanie dinamiki makromolekulyarnogo sostava mikrovodoroslej v nakopitel'noj kul'ture [Modeling the dynamics of the macromolecular composition of microalgae in an enrichment culture]. Komp'yuternye issledovaniya i modelirovanie [Computer research and modeling], 2023, vol. 15:3, pp. 739–756. (In Russian)
Markina Zh.V., Maslennikov S.I., Bocun L.A. Primenenie spektrofotometricheskogo metoda dlya opredeleniya chislennosti kletok mikrovodoroslej roda Tetraselmis (Chlorophyta): kalibrovochnye krivye i uravneniya dlya podscheta [Application of the spectrophotometric method for determining the number of cells of microalgae of the genus Tetraselmis (Chlorophyta): calibration curves and equations for counting]. Biologiya morya [Russian Journal of Marine Biology]. Vladivostok, 2022, vol. 48, no. 6, pp. 426–429. (In Russian)
Sirenko L.A., Sakevich A.I., Osipov L.F. Metody fiziologo-biohimicheskogo issledovaniya vodoroslej v gidrobiologicheskoj praktike [Methods of physiological and biochemical study of algae in hydrobiological practice]. Kiev, Nauk. dumka, 1975. 247 p. (In Russian)
Saut R., Uittik A. Osnovy al'gologii [Basics of algology]. Moscow, Mir, 1990. 597 p. (In Russian)
Mel'nikov S.S., Manankina E.V., Shalygo N.V. Sohranenie i vosproizvedenie hozyajstvenno poleznyh vidov vodoroslej v al'gologicheskoj kollekcii: metod. ukaz. [Conservation and reproduction of economically useful algae species in an algological collection: method. guide]. Minsk, Pravo i ekonomika, 2010. 40 p. (In Russian)
Gudvilovich I.N., Borovkov A.B., Trenkenshu R.P. Sposob polucheniya fikoeritrina iz krasnoj mikrovodorosli [Method for obtaining phycoerythrin from red microalgae]. Patent RF no. 93767, MPK C12N 1/12, 2015. (In Russian)
Stadnichuk I.N. Fikobiliproteiny [Phycobiliproteins]. Moscow, VINITI, Ser. Biolog. him., 1990, vol. 40, 196 p. (In Russian)
Usov A. I. Issledovanie polisaharidov krasnyh morskih vodoroslej [Study of polysaccharides of red marine algae]. Trudy VNIRO [Proceedings of VNIRO]. Moscow, 1997, vol. 124, pp. 65–70. (In Russian)
Chernyshev D.N., Klochkova V.S., Lelekov A.S. Model' dekompozicii nativnogo spektra pogloshcheniya kul'tury Porphyridium purpureum [Model of decomposition of the native absorption spectrum of the Porphyridium purpureum culture]. Vestnik SamU, Estestvennonauchnaya seriya [Bulletin of SamU, Natural Science Series], 2024, vol. 30:1, pp. 122–131. (In Russian)
Chernyshev D.N., Klochkova V.S., Lelekov A.S. Razdelenie spektra pogloshcheniya kul'tury Porphyridium purpureum (Bory) Ross. v krasnoj oblasti [Separation of the absorption spectrum of Porphyridium purpureum (Bory) Ross. in the red area]. Voprosy sovremennoj al'gologii [Issues of modern algology]. Moscow, 2022, vol. 1 (28), pp. 25–34. (In Russian)
Sh. Li, L. Ji, Q. Shi, H. Wu, J. Fan Advances in the production of bioactive substances from marine unicellular microalgae Porphyridium spp. Bioresource Technology, 2019, vol. 292, pp. 1220–1248.
Borovkov A.B., Gudvilovich I.N., Lelekov A.S., Avsiyan A.L. Effect of specific irradiance on productivity and pigment and protein production of Porphyridium purpureum (Rhodophyta) semi-continuous culture. Bioresource Technology, 2023, vol. 374, Art. no. 128771 (11 p.).
E. A. Estrella-Parra, R. Arreola, M. E. Аlvarez-Sanchez, J. C. Torres-Romero, O. Rojas-Espinosa, J. A. De la Cruz-Santiago, M. B. Martinez-Benitez, C. Lopez-Camarillo, J. C. Lara-Riegos, V. E. Arana-Argonez, M. A. Ramirez-Camacho Natural marine products as antiprotozoal agents against amitochondrial parasites. International Journal for Parasitology: Drugs and Drug Resistance, 2022, vol. 19, pp. 40–46.
C. Gaignard, N. Gargouch, P. Dubessay, C. Delattre, G. Pierre, C. Laroche, I. Fendri, S. Abdelkafi, Ph. Michaud New horizons in culture and valorization of red microalgae. Biotechnology Advances, 2019, vol. 37, Iss. 1, pp. 193–222.
Titlyanov E.A. Useful substances of marine red alge (Rhodophyta): chemical structure and content. Izw. TINRO. Moscow, 2011, vol. 165, pp. 305–319.
