Latvijas Universitātes Bioloģijas institūts Rūpnieciskās mikrobioloģijas un Pārtikas biotehnoloģijas laboratorija un sadarbības partneri strādāja pie tā, lai uz mikroaļģu ekstraktu bāzēts līdzeklis ar vairāku gadu praktiskiem pētījumiem taptu tepat Latvijā. Projekta gaitā tika apkopota informācija par mikroaļģu audzēšanas nosacījumiem – temperatūru, gaismu, nepieciešamajām minerālvielām, pH u.c., kā arī pētīta mikroaļģu ekstraktu veidošanas metodika, ar nolūku padarīt mikroaļģu preperātu iegūšanu praktiski katrā saimniecībā uz vietas, kas papildus dotu ieguldījumu transporta izdevumu samazināšanai un labvēlīgu ietekmi uz oglekļa emisiju.
Galvenie faktori kas ietekmē aļģu augšanu un aktīvo vielu sintēzi
Gaismas ietekme uz mikroaļģēm
Projekta gaitā tika pārbaudīta dažādu gaismu ietekme uz mikroaļģu augšanu un to metabolītu uzkrāšanos. Eksperimentā tika izmantotas trīs monohromas gaismas – sarkana, zaļa un zila. Eksperimentu gaitā tika secināts, ka katra gaismas krāsa spēj ietekmēt mikroaļģu augšanu un to sastāvu. Piemēram sarkanā gaisma ietekmē mikroaļģu lipīdu palielinātu uzkrāšanos, kur, salīdzinot ar kontroles apstākļiem, lipīdi bija uzkrājušies piecas reizes vairāk. Pie zaļās krāsas gaismas mikroaļģu šūnās bija 20 reizes vairāk pigmentu nekā kontroles apstākļos.
Mikroaļģes, lai arī ir mikroskopiskas, tās ir ļoti līdzīgas mums sauszemes augiem. To šūnās notiek tādi paši procesi kā tomātu, burkānu vai aveņu lapu šūnās. Ar gaismas palīdzību tās spēj veikt fotosisntēzes procesus, tādā veidā nodrošinot visu sev nepieciešamo tālākai attīstībai.
Šādi, optimizējot mikroaļģu augšanai labvēlīgākos gaismas apstākļus, ir iespējams palielināt nepieciešamo metabolītu uzkrāšanos, lai iegūtu biostimulantus ar vēlamajām īpašībām.
Temperatūras ietekme uz mikroaļģēm
Gaisma nav vienīgais faktors, kas ietekmē mikroaļģes. Ļoti liela nozīme ir arī atbilstošai temperatūrai augšanas laikā. Tāpat kā ar tomātiem, burkāniem vai avenēm, ja temperatūra būs par augstu, augs izdegs, temperatūra būs par zemu, augšana būs lēnāka. Mikroaļģēm šīs robežas gan ir lielākas. Atkarībā no mikroaļģes sugas, tās var labi justies karstajos avotos, kur ūdens temperatūra sasniedz pat +60°C vai arktiskajos ūdeņos, kur temperatūra ir ap 0°C.
Projekta gaitā tika veikti vairāki eksperimenti, kur tika noskaidrotas mikroaļģu augšanas temperatūras robežas. Eksperimenti tika veikti temperatūras robežās no +5°C līdz +45°C. Eksperimentos pazeminātā temperatūrā tika novērota mikroaļģu spēja palēnināt tās vielmaiņu un sākt ražot šūnas iekšienē vielas, kas palīdzētu tai pārciest nelabvēlīgos apstākļus. Līdzīga tendence tika novērota arī paaugstinātā temperatūrā, tikai mikroaļģes šūnas vielmaiņa kļuva aktīvāka un šūna sāka ražot vairāk vielu, kas dotu tai enerģiju. Pētījumos tika konstatēts interesants fakts, ka sasniedzot temperatūru +40 grādi, trīs no četrām kultūrām vairs nespēja uzturēt savu augšanu un pie +45 grādu sliekšņa arī ceturtā kultūra vairs nespēja uzturēt savu augšanu un pāris dienu laikā sabruka.
Tāpat kā pielāgojot augšanas gaismas apstākļus ir iespējams iegūt noteiktas mērķa vielas, tāpat to ir iespējams izdarīt arī ar kultivācijas temperatūras izmaiņām, tādējādi iegūstot vairāk proteīnu pazeminātā temperatūrā un vairāk ogļhidrātu un pigmentu paaugstinātā temperatūrā.
Izpētes gaita un rezultāti
1. Mikrobioloģisko preparātu izstrāde un testēšana
Pētnieku komanda izstrādāja mikroaļģu ekstraktu iegūšanas metodoloģiju, testējot vairākas tehnoloģijas – tostarp ultraskaņas homogenizāciju, soksleta ekstrakciju, spirta ekstrakciju ar smilšu dzirnavām u.c. Galarezultātā par efektīvāko atzīta ultraskaņas metode spirta un ūdens maisījumā. Tika izvēlētas vairākas mikroaļģu sugas (piemēram, Tetradesmus obliquus, Chlorella vulgaris, Graesiella emersonii), kuras tika kultivētas dažādos apstākļos, optimizējot to augšanas vidi un noteikto aktīvo vielu koncentrāciju.
2. Izmēģinājumi uz dažādiem kultūraugiem
Lauka un siltumnīcu izmēģinājumi veikti ar tādiem kultūraugiem kā avenes, tomāti, burkāni, vasaras un ziemas rapsis.
Piemēram:
- Tomātiem tika veikti izmēģinājumi gan dēstu stadijā (siltumnīcās), gan ražas ieguvei. Novērtēta ekstraktu ietekme uz augšanas intensitāti un augļu kvalitāti.
(I. Sivickas foto)
- Vasaras rapsim izmēģinājumi veikti podos, analizējot rādītājus kā pāksteņu skaits, sānzaru daudzums, sēklu masa un eļļas saturs. Tika novērota statistiski nozīmīga mikroaļģu ietekme uz pāksteņu un sānzaru skaitu (p < 0.05).
(I. Sivickas foto)
- Avenēs tika analizēti bioķīmiskie rādītāji – C vitamīna saturs, šķīstošā sausna, fenolu un antociānu koncentrācija, skābuma un pH rādītāji, kā arī garšas un brieduma indekss.
3. Bioķīmiskie rezultāti un zinātniskā analīze
Veikta paraugu bioķīmiskā analīze, kurā konstatēti būtiski uzlabojumi attiecībā uz:
- antociānu un polifenolu saturu (avenēs),
- augļu kvalitāti (tomātos),
- eļļas saturu (rapsī),
kas apstiprina mikroaļģu ekstraktu potenciālu kā augu augšanas stimulatoriem.
4. Zinātniskā sadarbība un publicitāte
Projekta rezultāti prezentēti vairākās starptautiskās konferencēs:
- LU 82. starptautiskā zinātniskā konference;
- Rubus and Ribes Symposium 2023 (ASV);
- “5th European Horticulture Congress” (2024, Bukareste)
- Dalība 15. Starptautiskajā Agrokultūras simpozijā “AGROSYM 2024” (2024) Bosnijā un Hercegovinā:
- Ingrīda Augšpole, Irina Sivicka, Kaspars Kampuss, Pāvels Semjonovs (2024), “Effect of treatment with microalgae extracts on growth and development of raspberry”;
- Irina Sivicka, Ingrīda Augšpole, Kaspars Kampuss, Pāvels Semjonovs “Organoleptic and quality properties of tomato fruits under treatment with microalgae extracts”;
- Kaspars Kampuss, Ingrīda Augšpole, Pāvels Semjonovs, Irina Sivicka, Kristīne Afoņina “Treatment with microalgae extracts as potential stimulator of raspberry growth, development, and plant health status”;
- Zinātniskā konference “Līdzsvarota lauksaimniecība 2024”, LBTU;
- Konferences ziņojums konferencē AlgaEurope 2024 Atēnās : Neiberts, K., Apse, J.O., Kampuss, K., Sivicka, I., Semjonovs, P. “Effects of tomato sprouts treatment with microalgae Tetradesmus obliquus and Graesiella emersonii biomass extracts obtained by microalgae cultivation under suboptimal growth temperatures
Pētījumu gaita, veiktie eksperimenti un rezultāti atspoguļoti arī Žaklīnas Ozoliņas bakalaura darbā MIKROAĻĞU EKSTRAKTU IZMANTOŠANAS EFEKTIVITĀTE UN EKONOMISKAIS PAMATOJUMS MIKROZAĻUMU AUDZĒŠANĀ
