MIKROAĻĢES: RAKSTURLIELUMI, KLASIFIKĀCIJA UN PIELIETOJUMS - BIOLOĢIJA - 2025

Par mikroaļģes ir eikariotu organismi, photoautotrophs, ti, iegūt enerģiju no gaismas un sintezēt savu pārtiku. Tie satur hlorofilu un citus papild pigmentus, kas tiem piešķir lielu fotosintēzes efektivitāti.

Tie ir vienšūnu, koloniāli, kad tie ir izveidoti kā agregāti, un pavedienveidīgi (vientuļnieki vai koloniāli). Tās ir fitoplanktona daļa, tāpat kā zilaļģes (prokarioti). Fitoplanktons ir fotosintētisku, ūdens mikroorganismu kopums, kas peld pasīvi vai kuriem ir ierobežota pārvietošanās spēja.

1. attēls. Volvox (sfērisks) Avots: Frenks Fokss, izmantojot Wikimedia Commons

Mikroaļģes ir sastopamas no Ekvadoras sauszemes līdz polārajiem reģioniem un tiek atzītas par biomolekulām un metabolītiem, kam ir liela ekonomiskā nozīme. Tie ir tiešs pārtikas, zāļu, lopbarības, mēslošanas līdzekļu un kurināmā avots un ir pat piesārņojuma rādītāji.

raksturojums

Ražotāji, kas saules enerģiju izmanto kā enerģijas avotu

Lielākajai daļai mikroaļģu ir zaļa krāsa, jo tie satur hlorofilu (tetrapirolisko augu pigmentu), gaismas enerģijas fotoreceptoru, kas ļauj veikt fotosintēzi.

Tomēr dažiem mikroaļģiem ir sarkana vai brūna krāsa, jo tie satur ksantofilus (dzeltenus karotinoīdu pigmentus), kas maskē zaļo krāsu.

Biotopi

Viņi apdzīvo dažādu saldu un sāļu, dabisku un mākslīgu ūdens vidi (piemēram, peldbaseinus un zivju tvertnes). Daži no tiem var augt augsnē, skābos biotopos un porainos (endolītiskos) iežos, ļoti sausās un ļoti aukstās vietās.

Klasifikācija

Mikroaļģes pārstāv ļoti neviendabīgu grupu, jo tās ir polifiletiskas, tas ir, tās grupē dažādu senču sugas pēctečus.

Lai klasificētu šos mikroorganismus, ir izmantotas dažādas pazīmes, starp kurām ir: to hlorofilu un enerģijas rezerves vielu raksturs, šūnas sienas struktūra un to mobilitātes veids.

Tā hlorofilu raksturs

Lielākajā daļā aļģu ir A tipa hlorofils, un nedaudzās - vēl viens no tā iegūtais hlorofila tips.

Daudzi ir obligāti fototrofi un neaug tumsā. Tomēr daži aug tumsā un gaismas trūkuma dēļ katabolizē vienkāršos cukurus un organiskās skābes.

Piemēram, daži flagellates un hlorofīti var izmantot acetātu kā oglekļa un enerģijas avotu. Citi asimilē vienkāršus savienojumus gaismas klātbūtnē (fotoheterotrofija), neizmantojot tos kā enerģijas avotu.

Oglekļa polimēri kā enerģijas rezerve

Kā fotosintēzes procesa produkts mikroaļģes ražo ļoti dažādus oglekļa polimērus, kas kalpo kā enerģijas rezerves.

Piemēram, Chlorophyta dalījuma mikroaļģes rada rezerves cieti (α-1,4-D-glikozi), ļoti līdzīgu augstāko augu cietei.

Šūnu sienas struktūra

Mikroaļģu sienām ir ievērojama struktūra un ķīmiskais sastāvs. Sienu var veidot no celulozes šķiedrām, parasti pievienojot ksilānu, pektīnu, mannānu, algīnskābes vai fuksīnskābi.

Dažās kaļķainās vai korallīna aļģēs šūnas sienā ir redzami kalcija karbonāta nogulsnes, bet citās - hitīns.

No otras puses, diatomām šūnu sieniņā ir silīcijs, kuram pievieno polisaharīdus un olbaltumvielas, veidojot divpusējas vai radiālas simetrijas apvalkus (frustules). Šīs čaumalas ilgstoši paliek neskartas, veidojot fosilijas.

Euglenoid mikroaļģēm, atšķirībā no iepriekšējām, trūkst šūnu sienas.

Mobilitātes veids

Mikroaļģēm var būt flagella (piemēram, Euglena un dinoflagellates), bet tām nekad nav cilia. No otras puses, daži mikroaļģes veģetatīvajā fāzē uzrāda nekustīgumu, tomēr viņu gametas var būt mobilas.

Biotehnoloģiskie pielietojumi

Barošana cilvēkiem un dzīvniekiem

Piecdesmitajos gados vācu zinātnieki sāka masveidā audzēt mikroaļģes, lai iegūtu lipīdus un olbaltumvielas, kas aizstātu parastos dzīvnieku un augu proteīnus, ar mērķi segt ganāmpulku un cilvēku patēriņu.

Nesen tika prognozēta mikroaļģu masveida audzēšana kā viena no iespējām cīņā pret badu un nepietiekamu uzturu pasaulē.

Mikroaļģēm ir neparasta barības vielu koncentrācija, kas ir augstāka nekā novērota visās augstākās augu sugās. Dienas mikrograudu aļģu daudzums ir alternatīva deficīta diētas papildināšanai.

Priekšrocības tā lietošanai kā pārtikai

Starp mikroaļģu kā pārtikas priekšrocībām mums ir šādas:

• Mikroaļģu augšanas ātrums (to raža ir 20 reizes augstāka nekā sojas pupas no platības vienības).
• Tas rada ieguvumus, ko mēra "hematoloģiskajā profilā" un patērētāja "intelektuālajā statusā", ja mazas dienas devas patērē kā uztura bagātinātāju.
• Augsts olbaltumvielu saturs, salīdzinot ar citiem dabīgiem pārtikas produktiem.
• Augsta vitamīnu un minerālvielu koncentrācija: 1–3 gramu dienā mikroaļģu blakusproduktu uzņemšana nodrošina ievērojamu daudzumu beta-karotīna (provitamīns A), vitamīnu E un B kompleksu, dzelzi un mikroelementus.
• Barības avots ar lielu enerģijas patēriņu (salīdzinājumā ar žeņšeņu un bišu savāktajiem ziedputekšņiem).
• Tie ir ieteicami augstas intensitātes treniņiem.
• Sakarā ar koncentrāciju, nelielu svaru un vieglu pārvadāšanu, mikroaļģu sausais ekstrakts ir piemērots kā ātri bojājošs ēdiens, ko uzglabāt, paredzot ārkārtas situācijas.

2. attēls. Arthrospira ir plaši izmantots un masveidā kultivēts zilaļģu baktērija. Avots: Džoana Saimona, ar Wikimedia Commons starpniecību nogriezusi Perdita (angļu Wikipedia User)

Akvakultūra

Mikroaļģes izmanto kā pārtiku akvakultūrā, pateicoties to augstajam olbaltumvielu saturam (no 40 līdz 65% sausā svara) un spējai palielināt lašu un vēžveidīgo krāsu ar to pigmentiem.

Piemēram, to izmanto kā pārtiku gliemenēm visās to augšanas stadijās; dažu vēžveidīgo sugu kāpuru stadijās un dažu zivju sugu agrīnā stadijā.

Pigmenti pārtikas rūpniecībā

Daži mikroaļģu pigmenti tiek izmantoti kā piedevas barībā, lai palielinātu vistas gaļas un olu dzeltenumu pigmentāciju, kā arī palielinātu liellopu auglību.

Šie pigmenti tiek izmantoti arī kā krāsvielas tādos produktos kā margarīns, majonēze, apelsīnu sula, saldējums, siers un maizes izstrādājumi.

3. attēls. Cauruļveida fotobioreaktori, ko izmanto, lai no mikroaļģēm iegūtu augstvērtīgus savienojumus. Avots: IGV Biotech, no Wikimedia Commons

Cilvēku un veterinārās zāles

Cilvēku un veterinārmedicīnas jomā tiek atzīts mikroaļģu potenciāls, jo:

• Tie samazina dažādu vēža veidu, sirds un oftalmoloģisko slimību risku (pateicoties to luteīna saturam).
• Tie palīdz novērst un ārstēt koronāro sirds slimību, trombocītu agregāciju, neparastu holesterīna līmeni asinīs, kā arī ir daudzsološi noteiktu garīgo slimību ārstēšanai (to omega-3 satura dēļ).
• Viņiem ir antimutagēna iedarbība, stimulējot imūnsistēmu, samazinot hipertensiju un detoksicējot.
• Viņiem ir antikoagulantu un baktericīdu iedarbība.
• Tie palielina dzelzs bioloģisko pieejamību.
• Zāles, kuru pamatā ir terapeitiskās un profilaktiskās mikroaļģes, ir radītas arī čūlaina kolīta, gastrīta un anēmijas gadījumos.

4. attēls. Plakanais fotoreators: izmanto, lai iegūtu augstas pievienotās vērtības mikroaļģu blakusproduktus un eksperimentētu. Avots: IGV Biotech, no Wikimedia Commons

Mēslošanas līdzekļi

Mikroaļģes izmanto kā bioloģisko mēslojumu un augsnes ielabotājus. Šie fotoautotrofie mikroorganismi ātri pārklāj traucētās vai sadegušās augsnes, samazinot erozijas risku.

Dažas sugas atbalsta slāpekļa fiksāciju un ir ļāvušas, piemēram, gadsimtiem ilgi audzēt rīsus appludinātā zemē, nepievienojot mēslojumu. Citas sugas tiek izmantotas, lai aizstātu kaļķi kompostā.

Kosmētika

Mikroaļģu atvasinājumi ir izmantoti bagātinātu zobu pastu pagatavošanā, kas izvada baktērijas, kas izraisa zobu kariesu.

Krēmi, kas satur šādus atvasinājumus, ir izstrādāti arī to antioksidantu un ultravioleto staru aizsardzības īpašību dēļ.

5. attēls. Mikroaļģu uzturēšana bankās vai celmos. Avots: CSIRO

Notekūdeņu attīrīšana

Mikroaļģes izmanto organisko vielu pārveidošanas procesos no notekūdeņiem, iegūstot biomasu un apstrādātu ūdeni apūdeņošanai. Šajā procesā mikroaļģes nodrošina nepieciešamo skābekli aerobām baktērijām, sadalot organiskos piesārņotājus.

Piesārņojuma rādītāji

Ņemot vērā mikroaļģu kā ūdens vides primāro ražotāju ekoloģisko nozīmi, tie ir vides piesārņojuma indikatori.

Turklāt tiem ir liela tolerance pret tādiem smagajiem metāliem kā varš, kadmijs un svins, kā arī hlorētiem ogļūdeņražiem, tāpēc tie var būt šo metālu klātbūtnes rādītāji.

Biogāze

Dažas sugas (piemēram, Chlorella un Spirulina) ir izmantotas biogāzes attīrīšanai, jo tās vienlaikus ar barotnes pH kontroli vienlaikus patērē oglekļa dioksīdu kā neorganiskas oglekļa avotu.

Biodegvielas

Mikroaļģes biosintēzē plašu komerciāli interesantu bioenerģētisko blakusproduktu klāstu, piemēram, taukus, eļļas, cukurus un funkcionālos bioaktīvos savienojumus.

6. attēls. Karuseļa tipa mikroaļģu kultivatori, kurus izmanto mikroaļģu masveida audzēšanā kosmētikas un pārtikas rūpniecībā. Avots: JanB46, no Wikimedia Commons

Daudzas sugas ir bagātas ar lipīdiem un ogļūdeņražiem, kas ir piemēroti tiešai izmantošanai kā augstas enerģijas šķidrā biodegviela, augstākā līmenī nekā sauszemes augos, un ir arī potenciāls kā fosilo degvielu pārstrādes produktu aizstājēji. Tas nav pārsteidzoši, ņemot vērā, ka tiek uzskatīts, ka lielākā daļa eļļas ir cēlušies no mikroaļģēm.

Īpaši viena suga, īpaši Botryococcus braunii, ir plaši pētīta. Paredzams, ka eļļas daudzums no mikroaļģēm būs līdz 100 reizēm lielāks nekā laukaugiem - no 7500 līdz 24 000 litriem eļļas uz akru gadā, salīdzinot ar rapša sēklām un palmām, attiecīgi ar 738 un 3690 litriem. .

Atsauces

1. Borowitzka, M. (1998). Mikroaļģu komerciāla ražošana: dīķi, cisternas, bumbuļi un raudzētāji. J. no Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, ēdamais mikroorganisms. Mikrobiols. 47, 551-578.
3. Ciferri, O., un Tiboni, O. (1985). Spirulina bioķīmija un rūpniecības potenciāls. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., un Dupeirón, R., et al. (1993). Biogāzes attīrīšanas process, izmantojot intensīvas mikroaļģu kultūras. Biotehnoloģija. Vēstules, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB un Cañizares, RO (2003). Panākumi fotobioreaktoru konceptuālā dizaina izstrādē mikroaļģu audzēšanai. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerrs, EO, Molnārs, A., un Sato, V. (1998). Kultivētās aļģes kā akvakultūras barība. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lī, Y.-K. (2001). Mikroaļģu masu kultūru sistēmas un metodes: to ierobežojums un potenciāls. Lietišķās fizioloģijas žurnāls, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, un Abdo de la Parra, MI (1996). Alternatīvi augu olbaltumvielu avoti kā zivju miltu aizstājējs akvakultūras barībā. Referāts, kas iesniegts Trešā starptautiskā simpozija par akvakultūras uzturu, Monterrejā, Nuevo León, Meksikā.
9. Olaizola, M. (2003). Mikroaļģu biotehnoloģijas komerciāla attīstība: no mēģenes līdz tirgum. Biomolecular Engineering, 20, 459-466.