مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)(علمی)

تاثیر محیط کشت و شدت نور بر رشد و کاروتنوئیدهای جلبک Dunaliella salina دریاچه ارومیه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

فارغ التحصیل دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

تحقیق فوق اختصاص یافته به تاثیر محیط کشت و شدت نور بر میزان رشد و کاروتنوئیدهای جلبک Dunaliella salina . دریاچه ارومیه است. در این مطالعه ابتدا گونه دونالیلا از دریاچه ارومیه جمع آوری گردید و سپس به روش پلیت آگار خالص سازی شد. جهت مطالعه تاثیر محیط کشت های مختلف بر میزان رشد و کاروتنوئیدهای این گونه، شش تیمار هر کدام با سه تکرار از محیط های کشت با شوری 03/1، 99/2 و 96/4 مولار در شدت نور 40 ، 120 و 200 میکرومول فوتون بر متر مربع در ثانیه ،در اتاقکهای مخصوص کشت قرار داده شدند. شمارش سلولی در سه تکرار با استفاده از لام هموسیتومتر و به صورت روزانه انجام شد و منحنی رشد با استفاده از نرم افزار اکسل ترسیم گردید. منحنی مقدار کاروتنوئیدهای سنتز شده جلبک با استفاده از نرم افزار اکسل ترسیم گردید و توسط آزمون آنالیز واریانس دو طرفه بین تیمار ها مقایسه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of culture mediums and light intensity on growth and carotenoides of Dunaliella salina in Urmia Lake

نویسنده [English]

  • Masoome Salmaninejad

graduation of Tarbiat Modares university

چکیده [English]

In the present research project effect of three culture medium and light intensity on carotenoides of algae, Dunaliella salina.In this study, Dunaliella species were collected from the lake and then was purified agar plate method. To study the effect of culture medium on the carotenoides of this species six treatments in triplicateof each culture medium by salinity 1.03, 2.99, 4.96 M in light intensity of 40, 120 and 200 micromol photon. m-2.s-1special culture module. Algae cells were counted regularly using Hemocitometry counting chamber in 3 replicates on daily basis. The growth curve was plotted out in Microsoft Excel software.
The carotenoides synthesized curve was plotted out in Microsoft Excel software and compared within treatments by means of two ways ANOVA Analysis.
Specific growth rate showed significant differences in various treatments (P<0.05). The maximum growth rate (2.45 d⁻¹) was recorded in light intensity of 40 µmol.photon.m⁻².s⁻¹and salinity 2.99 M and the minimum (0.94 d⁻¹) in 120 µmol.photon.m⁻².s⁻¹ at salinity of 1.03 M.

کلیدواژه‌ها [English]

  • carotenoide
  • Dunaliella salina
  • light intensity
  • salty

تاثیر محیط کشت و شدت نور بر رشد و کاروتنوئیدهای جلبک Dunaliella salina دریاچه ارومیه 

معصومه سلمانی­نژاد 

نور، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده منابع طبیعی، گروه زیست شناسی دریا  

تاریخ دریافت: 11/9/92                تاریخ پذیرش: 25/2/93

چکیده 

تحقیق فوق اختصاص یافته به تاثیر محیط کشت و شدت نور بر میزان رشد و کاروتنوئیدهای جلبک Dunaliella salina . دریاچه ارومیه است. در این مطالعه ابتدا گونه دونالیلا از دریاچه ارومیه جمع آوری گردید و سپس به روش پلیت آگار خالص سازی شد. جهت مطالعه تاثیر  محیط کشت های مختلف بر میزان رشد  و کاروتنوئیدهای این گونه، شش تیمار هر کدام با سه تکرار از محیط های کشت با شوری 03/1، 99/2 و 96/4 مولار در  شدت نور 40 ، 120 و 200 میکرومول فوتون بر متر مربع در ثانیه ،در اتاقکهای مخصوص کشت قرار داده شدند. شمارش سلولی در سه تکرار با استفاده از لام هموسیتومتر و به صورت روزانه انجام شد و منحنی رشد با استفاده از نرم افزار اکسل ترسیم گردید. منحنی مقدار کاروتنوئیدهای سنتز شده جلبک با استفاده از نرم افزار اکسل ترسیم گردید و توسط آزمون آنالیز واریانس دو طرفه بین تیمار ها مقایسه شد. نرخ رشد ویژه اختلاف معنی داری در تیمارهای مختلف داشت (P <0.05). حداکثر نرخ رشد (2/45 d⁻¹) در شدت نور 40 میکرومول و شوری 99/2 مولار و حداقل آن (0/6 d⁻¹) در شوری 96/4 و 120 میکرومول فوتون بر متر مربع در ثانیه ثبت شد. نتایج نشان داد که افزایش شدت نور در محیط کشت با شوری 99/2، سبب کاهش تراکم سلولی و نرخ رشد در D. salina می شود، ولی افزایش شدت نور از 40 به 200 میکرومول فوتون بر متر مربع در ثانیه در محیط کشت 03/1، سبب افزایش تراکم سلولی و نرخ رشد در این جلبک می گردد. آنالیز واریانس نتایج حاصل نشان داد که میزان کاروتنوئیدهای دونالیلا در غلظتهای مختلف نور و شوری و تاثیر متقابل آنها اختلاف معنی­دار دارد (p<0/05). وجود تاثیر متقابل معنی­دار بین سطوح مختلف نور و شوری نشان داد که حداکثر مقدار کاروتنوئید سنتز شده در تیمار با شدت نور 200 میکرومول و شوری 99/2 مولار به مقدار 07/5 میکروگرم بر میلی لیتر و کم­ترین مقدار در شدت نور 120 میکرومول با شوری 03/1 مولار به مقدار 02/1 میکروگرم بر میلی لیتر می­باشد. نتایج نشان داد که افزایش شدت نور از 40 به 200 میکرومول در هر سه شوری مورد آزمایش سبب افزایش سنتز مقدار کاروتنوئیدها در این جلبک D. salina می گردد و مناسبترین شدت شوری جهت سنتز کاروتنوئیدها شوری 2.99 مولار می باشد. 

واژه­های کلیدی: Dunaliella salina ، دریاچه ارومیه، شدت نور،شوری، کاروتنوئید، نرخ رشد.

نویسنده مسئول، تلفن: 3319007-031 ، پست الکترونیکی:  m.salmaninejad@yahoo.com 

مقدمه

 

جنس دونالیلا متعلق به رده Chlorophyceae، راسته Volvocales و شاخه Chlorophyta می­باشد. قبل از این جلبک را در خانواده Polyblepharidaceae و برخی به علت شباهت آن با جلبک Chlamydomonas آن را در خانواده Chlamydomonadaceae قرار داده­اند (18).

ریز­جلبک Dunaliella salina، مقاومترین موجود یوکاریوتی نسبت به شوری است که در بسیاری از محیط­های حاوی نمک نظیر دریاچه­ها و مرداب­های آب شور یافت می­شود. میزان شوری جهت رشد مناسب دونالیلا سالینا بین 3 مولار (174 مولار) است، ولی نقاط بحرانی شوری را 5/0 مولار (29 مولار) و 5 مولار (290 مولار) ذکر نموده اند (29). گونه­های دونالیلا در اکوسیستم­های آبی ایران نیز با توجه به خصوصیات فیزیکوشیمیایی مختلف آن­ها به طور گسترده پراکنده شده­اند (1).

کاروتنوئیدها ترکیباتی هیدروفوب هستند که اساس فعالیت­های متنوعی را در موجودات زنده تشکیل می­دهند. این ترکیبات دارای ساختار تتراترپنوئید (دارای 40 اتم کربن می­باشند، از 4 واحد تتراپن ساخته شده­اند که هر کدام از این واحدها دارای 10 اتم کربن می­باشد) هستند که بطور طبیعی درون کلروپلاست­ها و کروموپلاست­های گیاهان و برخی از ارگان­های فیتوپلانکتونیک مثل جلبک­ها، برخی باکتری­ها و برخی از قارچ­ها ذخیره و جمع­آوری می­شوند.

کاروتنوئیدها نورهای مرئی با طول موج بین 550-400 نانومتر را جذب می­کنند (22). بدون وجود این ترکیبات فتوسنتز و زندگی غیرممکن است. هم اکنون شواهدی وجود دارد که کاروتنوئیدها می­توانند نقش­های مهمی در سلامت انسان داشته باشند. این ترکیبات به عنوان پیش­ساز ویتامین A می­باشند که نقش این ویتامین در رشد و نمو عمومی تمام سیستم­های بدن انسان و از جمله سیستم بینایی واضح و بدیهی است. از سوی دیگر کاروتنوئیدها به علت خاصیت ضد اکسیدانی خود،  انسان را در مقابل بیماری­هایی مانند سرطان و اختلالات قلبی محافظت می­کنند. اثرات این ترکیبات بر روی سیستم ایمنی و در اتصالات باز سلولی جالب توجه است (9).

کاروتنوئیدها شامل دو دسته از ترکیبات هستند:

1-     هیدروکربن های غیر اشباع محلول در چربی که تحت عنوان کاروتن­ها نامیده می­شوند (کاملا" هیدروکربنی و فاقد اتم اکسیژن).

2-     هیدروکربن­های غیر اشباع محلول در چربی که به صورت اکسید شده درآمده­اند و تحت عنوان زانتوفیل­ها نامیده می­شوند (دارای اتم اکسیژن می باشند).

بیشترین اهمیت دونالیلا سالینا به دلیل قابلیت زیاد آن در جمع­آوری سطوح مختلف بتاکاروتن است (14). این ویژگی دونالیلا سالینا به قابلیت رشد این جلبک در محیط­های ایزوله­ای چون دریاچه­های هایپرسالین و دریاچه­های نمک وابسته است (13). برخی از سویه­ها بیش از 14% از وزن خشک خود را بتاکاروتن ذخیره می­کنند (21). علاوه بر اینکه بتاکاروتن تولید شده در دونالیلا سالینا نشان دهنده قابلیت انعطاف­پذیری زیاد این جلبک است و  احتمالا" این ویژگی در اثر جهش­های زیادی حاصل شده است (25). به این دلیل جدا کردن سویه جهش یافته از سویه طبیعی جلبک دونالیلا سالینا روش بهینه­ای است که مقدار بتاکاروتن تولیدی از این جلبک را بهبود می­بخشد (24).

مواد و روشها 

جهت تحقیق فوق از 3 نقطه دریاچه ارومیه در دی ماه 1389 نمونه­برداری صورت گرفت. شوری آب در این سه نقطه بین 310 تا 350 مولار و اسیدیته  نیز بین 9/7-1/7 متغییر بود. خالص­سازی با استفاده از روش پلیت آگار و کشت سریالی صورت گرفت (29). از آنجا که میزان شوری جهت رشد مناسب دونالیلا سالینا را 3 مولار (174 مولار) و نقاط بحرانی شوری را 5/0 مولار (29 مولار) و 5 مولار (290 مولار) ذکر نموده­اند (29). در مطالعه حاضر، غلظت­های نمک به صورت 60 (03/1 مولار)، 175 (99/2 مولار) و 290 (96/4 مولار) مولار انتخاب شد و نمونه­های آماده شده در ژرمیناتور تحت تابش نورهای 40 ،120 و 200 میکرومول فوتون قرار داده شدند و برای جلوگیری از خطا در آزمایش مورد نظر از هر نمونه سه تکرار تهیه شد و هر کدام با سه تکرار مورد آزمایش قرار گرفتند.

جهت اندازه گیری میزان رشد جلبک دونالیلا سالینا شمارش سلول ها، با نمونه برداری از 3 تکرار هر تیمار، به صورت روزانه انجام گرفت و از سه سری داده شمارش شده میانگین گرفته شد. شمارش سلول ها با استفاده از لام هموسیتومتر انجام شد. فاکتور نرخ رشد ویژه (µ) با فرمول lnxn–lnx0(tn-t0)-1 =µ محاسبه شد (15)، که در آن X0: میانگین تعداد سلول ها در زمان t0 ، Xn : میانگین تعداد سلول ها در زمان tn  و µ: نرخ رشد ویژه (d-1) است (8). جهت محاسبات آماری از  نرم­افزارهای  EXCELو SPSS استفاده شد. جهت آنالیز آماری داده­های مربوط به فاکتورهای فیزیکوشیمایی از آنالیز واریانس دو طرفه (ANOVA) و Mann-Whitney استفاده شد. برای پی بردن به این نکته که تفاوت آماری موجود در بین کدام دسته از گروه­های مورد مطالعه می­باشد از آزمون دنباله­ای در هنگام تحلیل واریانس استفاده می­شود از جمله آزمون  Tukey که جهت تخمین معنی دار بودن اختلاف بین تیمارها استفاده شد.

جهت اندازه­گیری میزان رنگیزه­ها پس از رسیدن به نقاط تعادل ظرفیت تیمارهای تعریف شده، از روش زیر استفاده شد:

ابتدا 10 میلی­لیتر از سوسپانسیون جلبکی با دور  g12 سانتریفیوژ شد. پس از سانتریفیوژ  رسوب حاصله از مایع جدا گردید و به رسوب بدست آمده 3 میلی­لیتر استن 100%  اضافه شد سپس به مدت 5 دقیقه ورتکس انجام شد تا رسوب باقیمانده کاملا" بیرنگ گردد. پس از سانتریفیوژ دوباره نمونه­ها و جدا کردن محلول رویی، میزان جذب در طول موج 300-750 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر مدل ShimadzoUV-2600 اندازه­گیری شد. در نهایت با استفاده از فرمول­ زیر میزان کاروتنوئیدها محاسبه شد.

Eijckelhoff and Dekker  (1997)  (10)

Car = - 430/0 (A412) + 251/0 (A431) –376/4(A460) + 216/13(A480)

تجزیه و تحلیل داده­های حاصل از این تحقیق با استفاده از نرم­افزارهای Minitab 15 و spss (17version) و رسم نمودارها با استفاده از Excel 2010   انجام شد. به منظور تعیین نرمالیتی داده­ها و و تجزیه واریانس از نرم افزارMinitab استفاده شد. داده­های حاصله در قالب آزمایش فاکتوریل 2 عاملی با طرح پایه کاملا" تصادفی با 3 تکرار تجزیه واریانس شدند:­ فاکتور A (شوری) در 3 سطح (03/1، 99/2، 96/4 مولار)، فاکتور B (نور) در 3 سطح (40، 120، 200 میکرومول فوتون بر متر مربع در ثانیه) و برای مقایسه میانگین­ها از آزمون دانکن در نرم افزار spss استفاده شد.

نتایج

با شمارش سلول های D. salina، منحنی رشد در شدت نور 40 و 120 و 200 میکرومول و شوری 03/1 و  99/2 مولار ، تحت دوره تاریکی : روشنایی 24:0 ساعت، ترسیم شد. (شکل شماره 1- 3).

طولانی ترین دوره رشد در بین تیمارها مربوط به شدت نور 200 میکرومول در شدت شوری 03/1 مولار بود که در آن حداکثر تعداد سلول ها در روز سی ام  به106 × 67/0± 0/1 سلول در هر میلی لیتر رسید. در شدت شوری 03/1 مولار ، با کاهش شدت نور به 120 میکرومول، دوره رشد کوتاهتر شد. در این تیمار، حداکثر تعداد سلول ها در روز چهاردهم  به 106 × 67/0± 85/0 سلول در هر میلی لیتر رسید که کوتاهترین دوره رشد در بین تیمارها به شمار می رود.

کمترین تعداد سلول ها در شدت نور 40 میکرومول و شوری 03/1 مولار مشاهده شد که در آن، حداکثر تعداد سلول ها در روز بیستم  به 106 × 0/0± 62/0 سلول در هر میلی لیتر رسید. در شدت شوری 99/2 مولار با کاهش شدت نور، تعداد سلول ها افزایش یافت. حداکثر تعداد سلول ها در روز بیست و سوم به 106 × 67/1± 4/2 سلول در هر میلی لیتر رسید که بیشترین تعداد سلول ها در بین تیمارهای مورد مطالعه است.

 

شکل 1- مقایسه رشد میکروجلبک دونالیلا سالینا در شوری 1.03 مولار و شدت نور­های مختلف

شکل 2 - مقایسه رشد میکروجلبک دونالیلا سالینا در شوری 99/2 و نورهای مختلف

شکل 3- مقایسه رشد میکروجلبک دونالیلا سالینا در شوری 4.96 مولار در نورهای مختلف

 

نرخ رشد ویژه اختلاف معنی داری در بین تیمارها داشت. P<0.05) ). بیشترین نرخ رشد ویژه ( d-145/2) در شدت نور 40 میکرومول و شوری 99/2 مولار و کمترین آن (d-194/0) در شوری 03/1 مولار و شدت نور 120 میکرومول مشاهده شد. (شکل 4).

 

 

شکل 4- مقایسه نرخ رشد ویژه میکروجلبک دونالیلا سالینا در محیط کشت­ها و شدت نورهای مختلف

 

 

مقدار کاروتنوئید در شدت نور و شوری­های مورد آزمایش متفاوت بود (شکلهای 5 تا 8). آنالیز واریانس نتایج تحقیق حاضر نشان داد که هر دو فاکتور مورد مطالعه (شوری و نور) و اثرات متقابل آن­ها بر میزان کاروتنوئید در جلبک دونالیلا سالینای کشت داده شده اختلاف معنی­داری دارد (جدول1، p<0/05).

جدول 1 - تجزیه واریانس  فاکتورهای مورد بررسی (شوری و نور)

MS

درجه آزادی 

منبع تغییرات

کارتنوئید 

*6587/0

2

بلوک

*8357/0

2

شوری

***5469/6

2

نور

**3975/1

4

شوری × نور

1763/0

16

خطا

 

27

کل

9/20

 

CV%

:اختلاف معنی­دار در سطح 5 درصد*

: اختلاف معنی­دار در سطح1 درصد**

***: اختلاف معنی­دار در سطح 1/0 درصد

مقایسه میانگین­های مقدار کاروتنوئید در شوری 03/1 مولار، اختلاف معنی­داری را نشان داد(p<0/05). بیشترین مقدار کاروتنوئید در تیمار نوری 200 میکرومول به مقدار µg mlˉ¹ 58/2 و این مقدار در تیمارهای نوری 120 و 40 میکرومول، به ترتیب به مقدار 02/1 و 38/2 مشاهده شد (شکل 5).

بیشترین مقدار کاروتنوئید در شوری 99/2 و نور 200 به مقدار µg mlˉ¹  07/5 و کمترین آن در تیمار نور 40 به مقدار µg mlˉ¹ 82/1 سنتز گردید. در این تیمار شوری با افزایش شدت نور مقدار کاروتنوئید به طور معنی­داری (p<0/05) افزایش یافت (شکل 6).

مقایسه میانگین­های مقدار کاروتنوئید در شوری 96/4 مولار، اختلاف معنی­داری را بین تیمارهای نوری مورد بررسی، نشان داد (p<0/05). حداکثر مقدار کاروتنوئید در تیمار نوری 200 میکرومول به مقدار µg mlˉ¹57/2 و کمترین مقدار کاروتنوئید در تیمار نوری 40 به مقدار µg mlˉ¹72/1 تولید شد (شکل 7).

 

 

شکل 5- مقایسه میانگین مقدار کاروتنوئید درشوری 03/1 مولار

 

شکل 6- مقایسه میانگین مقدار کاروتنوئید درشوری 99/2 مولار

 

تاثیر معنی­دار سه سطح نوری متفاوت (40، 120 و 200 میکرومول) بر میزان کاروتنوئید با استفاده از تفاوت بین میانگین سه سطح نوری نشان می­دهد که بیشترین میزان کاروتنوئید در شدت نور 200 میکرومول و کمترین میزان آن مربوط به شدت نور 40 و 120 میکرومول می­باشد.

مقایسه میانگین­ها جهت سنجش تفاوت بین شوری­های مختلف با استفاده از آزمون دانکن نشان می­دهد که کمترین میزان کاروتنوئید مربوط به شوری 03/1 مولار و بیشترین میزان آن مربوط به 99/2 مولار می­باشد.

وجود تاثیر متقابل معنی­دار بین سطوح مختلف نور و شوری نشان می­دهد که حداکثر مقدار کاروتنوئید سنتز شده در تیمار با شدت نور 200 میکرومول و شوری 99/2 مولار به مقدار µg mlˉ¹07/5 و کم­ترین مقدار در شدت نور 120 میکرومول با شوری 03/1 مولار به مقدار µg mlˉ¹02/1 می­باشد (شکل 8).

 

 

 

 

شکل 7- مقایسه میانگین مقدار کاروتنوئید درشوری 96/4 مولار

 

 

شکل 8- مقدار کاروتنوئید در سه شدت نور و شوری مورد آزمایش ( روش Eijckelhoff and Dekker، 1997).


بحث

فاکتور­های مختلفی از جمله نور، دما، pH و شوری در رشد جلبک­ها تاثیر به سزایی دارند. دقت در تنظیم فاکتورهای فوق می­تواند کمک شایانی به کشت بهتر آن­ها بنماید. نور و شوری از عوامل مهمی هستند که نوسان مقدارشان در میزان کلروفیل، کاروتنوئید و رشد سلول تاثیرگذار است (6). کاروتنوئیدها به عنوان گیرنده­های فرعی نور عمل کرده و نورهای مرئی با طول موج 400 تا 550 نانومتر را جذب می­کنند. این ترکیبات نقش­های حیاتی از جمله حفاظت سلول در برابر تشعشاعات بالا،از بین بردن رادیکال­های آزاد و .... را دارا می­باشند. در تنش­های شیمیایی نظیرفقر مواد غذایی و شوری زیاد و در تنش­های حاصل از افزایش نور، جلبک دونالیالا سالینا قادر به افزایش سنتز و تجمع کاروتنوئیدها تا 42 پیکوگرم در سلول می­باشد (28). که اهمیت متمرکز شدن مطالعات بر روی D. salina جهت بررسی تنش­های فیزیولوژیک کاروتنوئیدها و از جمله بتاکاروتن هنگام تنش­ها را نشان میدهد (26).

نتایج حاصل از منحنی رشد D. salina در دو محیط کشت مورد مطالعه، نشان داد که با افزایش شدت شوری از 03/1 به 99/2، میانگین تعداد سلول ها افزایش یافت. اما در این شرایط سلول­های جلبک در میانگین زمانی طولانی تری به حداکثر تراکم سلولی خود رسیدند.

همچنین نتایج حاصل از این تحقیق نشان می­دهد که با افزایش شدت نور از 40 میکرومول به 200 در هر دو تیمار شوری (03/1 و 99/2 مولار)، زمان رسیدن به حداکثر تعداد سلولی افزایش می­یابد. از نظر تراکم سلولی در تیمار شوری 03/1 مولار، با افزایش شدت نور ، افزایش تراکم سلولی نیز مشاهده می­گردد اما در تیمار شوری 99/2 مولار بیشترین تراکم سلولی در شدت نور 40 میکرومول مشاهده می­گردد و این مقدار در شدت نور 120 و 200 میکرومول کاهش چشمگیری را نشان می­دهد بنابراین شدت نور وشوری، عوامل موثری بر تراکم سلولی در این جلبک هستند.

مطالعات مختلف نشان می دهند شدت نور و شوری مورد نیاز برای گونه های مختلف Dunaliella sp. متفاوت است  (4) و  (27). میزان شوری جهت رشد مناسب برای D.salina تقریبا 3 مولار (174 واحد در هزار) است. ولی نقاط بحرانی شوری را 5/0 مولار (29 واحد در هزار) و 5 مولار (290 واحد در هزار) ذکر نموده­اند (23). Nikokar و همکاران (2004) طی بررسی جلبک دونالیلا سالینای جدا شده از دریاچه مهارلو شیراز، تحت غلظت­های متفاوتی از شوری (5/0. ، 1، 2، 3، 4 مولار) مشاهده نمودند که بیشترین رشد این جلبک در شوری 2 مولار رخ می­دهد  و با افزایش میزان شوری میزان رشد کاهش پیدا می­کند. Rad و همکاران (2011) تاثیر شوری بر روی میزان رشد و مقدار بتاکاروتن Dunaliella.sp جداسازی شده از دریاچه ارومیه را در غلظت­های مختلف شوری (1، 2 و 3 مولار ) بررسی کردند و بیشترین تعداد سلول (بیشترین رشد سلولی) را در شوری 1 مولار و بیشترین مقدار بتاکاروتن را در شوری 3 مولار مشاهده کردند. نتایج حاصل از مطالعه Abu-Rezq و همکاران (2010) جهت بررسی شرایط اپتیمم برای خالص­سازی جلبک D.salina، از دو گونه جداسازی شده از آب­های کویت و استرالیا، تحت شرایط مختلف دمایی، شوری ، نور و pH، حاکی از آن بود که با افزایش میزان شوری و نور، رشد نیز افزایش می­یابد.

لذا در این مطالعه شوری­های 03/1 و 99/2 مولار انتخاب گردید و نتایج بدست آمده حاکی از آن بود که افزایش شوری باعث افزایش تراکم سلولی در جلبک دونالیلا سالینا می­گردد .

همچنین نتایج مطالعات مختلف نشان می دهد در شرایط و گونه­های مختلف محدوده تحمل جلبک نسبت به شدت نور متفاوت است (22) و (23). در مطالعه Ak و همکاران ( 2008) روی میزان رشد D. viridis در شدت نور 50  و 70 میکرومول، حداکثر نرخ رشد و غلظت سلولی در شدت نور 50 بدست آمد. افزایش شدت نور باعث کاهش در تعداد سلول ها شد (4). مطالعهTang  و همکاران (2010) روی میزان رشد D. tertiolecta با سه منبع نور مختلف (لامپ دو قطبی سفید، لامپ دو قطبی قرمز، لامپ فلوئورسنت) در شدت نور 100 میکرومول، دوره تاریکی: روشنایی 9: 15 ساعت، غلظت 4٪ دی اکسید کربن و دمای 25 درجه سانتی گرادتفاوتی در میزان رشد مشاهده نشد. در این مطالعه، با تعیین سه سطح از شدت نور (100، 300 و 200 میکرومول)  با منبع فلوئورسنت بیشترین میزان رشد بین شدت نور100 و 200 ثبت شد (27). در مطالعه Trenkenshu و همکاران ( 2005) نقاط بحرانی شدت نور  برای رشد  D.salina را 10 و 250 میکرومول و اپتیمم شدت نور برای رشد این گونه 120 میکرومول بیان شده است  بنابراین، سه شدت نور 40، 120 و 200 لوکس انتخاب شد و نتایج بدست آمده نشان داد که در صورتیکه شوری محیط کشت پایین باشد (03/1 مولار) با افزایش شدت نور افزایش تراکم سلولی را خواهیم داشت اما در شوری بالاتر (99/2 مولار) شدت نور پایین تراکم سلولی بالاتری خواهد داشت.

نرخ رشد مهم ترین راه برای بیان موفقیت اکولوژیک یا توانایی سازگاری یک گونه نسبت به تغییر شرایط محیط طبیعی یا آزمایشگاهی است (14). بیشترین نرخ رشد ویژه ( d-145/2) در شدت نور 40 میکرومول و شوری 99/2 مولار و کمترین آن (d-194/0) در شوری 03/1 مولار و شدت نور 120  میکرومول مشاهده شد. (شکل شماره 4).

لذا در این مطالعه به منظور تعیین بهترین شدت نور و شوری، به مقایسه نرخ رشد ویژه بین تیمارهای مختلف پرداخته شد. در شوری 03/1 مولار، کندترین رشد مربوط به شدت نور 120 میکرومول، با آهنگ رشد d-1 94/0 بود که کندترین نرخ رشد ویژه در این تیمار شوری، با افزایش شدت نور به 200 میکرومول، نرخ رشد ویژه به d-1 86/1 افزایش یافت، برعکس در تیمار شوری 99/2، با افزایش شدت نور، شاهد کاهش نرخ رشد بودیم بطوریکه بیشترین نرخ رشد ویژه در بین دو تیمار شوری، در شوری 99/2 با شدت نور 40 میکرومول مشاهده شد.

درمطالعه صورت گرفته توسط Trenkenshu و همکاران (2005) بر روی گونه دونالیلا سالینا مبنی بر تاثیر شدت نور 200 میکرومول بر رشد این نتایج مشابهی را بیان نموده اند (8). در بررسی انجام شده بر این گونه توسط Abd El-Baky و همکاران نیز تاثیر نور 120 میکرومول بر تراکم سلولی نشان داد که تقریباً چنین نتایجی بدست آمده است (2). در گزارش تیم Ben-Amotz و همکاران نیز نتایج تاثیر شدت نور 40 میکرومول مشابهت یافت را انجام شده در این مطالعه را تائید می نماید.

در تحقیق حاضرجدول تجزیه واریانس نتایج حاصل ازتاثیر فاکتورهای شوری و نور بر میزان کاروتنوئید نشان داد که هردو فاکتور مورد مطالعه و همچنین اثر متقابل آن­ها بر میزان کاروتنوئید سنتز شده تاثیر معنی­داری داشته (جدول 1، p<0/05). بطوریکه با افزایش شدت نور بر مقدار کاروتنوئید سنتز شده افزوده شد علت این افزایش شاید وجود شرایط استرس­زا در این شدت نور باشد. همچنین طبق نتایج کلی حاصل از شکل 4 برخلاف افزایش شدت نور، افزایش شوری موجب افزایش مقدار کاروتنوئید نمی­گردد شاید به دلیل کاهش فتوسنتز و کاهش رشد سلولی باشد. مطالعات مختلف نشان می دهند شدت نور و شوری مورد نیاز  برای گونه های مختلف Dunaliella sp. متفاوت است (4) و (27). در مطالعه Nikokar و همکاران (2004) که تاثیرتنش شوری را بر روند رشد، رنگیزه­ها و آسکوربات پراکسیداز مورد بررسی قراردادند. در این تحقیق، شوری­های 5/0، 1، 2، 3 و 4 مولار بکار گرفته شد بیشترین مقدار کلروفیل a و بتاکاروتن در روز بیست و هشتم رشد و در شوری 2 مولار مشاهده شد. این محققین پیشنهاد کردند که افزایش بتاکاروتن با افزایش شوری رابطه مستقیم دارد اما کاروتنوئید کل به دلیل کاهش فتوسنتز و رشد سلولی که هر دو عامل باعث کاهش بیومس جلبکی می­شود، افزایش چشمگیری ندارند. Rad و همکاران (2011) با ارزیابی تاثیر شوری بر روی میزان رشد و مقدار بتاکاروتن Dunaliella .sp جداسازی شده از دریاچه ارومیه، در غلظت­های مختلف شوری (1، 2 و 3 مولار ) بیشترین میزان رشد سلولی را در شوری 1 مولار مشاهده کردند. همچنین نتایج بدست آمده نشان دهنده­ی بیشترین مقدار بتاکاروتن در شوری 3 مولار و حداکثر مقدار کاروتنوئید در شوری 2 مولار بود.  Gomez و همکاران (2003) طی بررسی تاثیر شوری بر کمیت و کیفیت کاروتنوئید تولید شده در دو گونه از جلبک دونالیلا (D. salina سویه CONC-007 و D. bardawil سویه ATCC 30861 از دو محیط کشت (ART و PES) و شوری (1، 2 و 3 مولار) مشاهده کردند که افزایش یا کاهش شوری بر روند تولید کاروتنوئید تاثیر خاصی ندارد و پیشنهاد نمودند که تاثیر تغییرات شوری درمقدار کاروتنوئید از رابطه خاصی پیروی نمی­کند. Araujo و همکاران (2008) طی ارزیابی تاثیر شوری و تابش در حضور مصرف دی­اکسید کربن و تولید کاروتنوئید در دونالیلا سالینا، مشاهده کردند که این جلبک در شوری­های بالا و تابش شدید نور میزان سنتز کاروتنوئید را افزایش می­دهد و رشد سلولی را کند می­نماید. در حالیکه نتایج بدست آمده در تحقیق حاضر در شوری 99/2 مولار، افزایش شدت نور باعث افزایش میزان کاروتنوئید گردید.  Fazeli و همکاران (2006) توانایی ذخیره کاروتنوئیدها را در جلبک D. tertiolecta جداسازی شده از دریاچه ارومیه و دو سویه از جلبک D.salina  را تحت غلظت­های متفاوت شوری (3/0-2 مولار) و شدت­های نوری 50 تا 150 میکرومول بررسی کردند. در هر دو سویه از جلبک دونالیلا سالینا، با افزایش شوری مقدارکاروتنوئیدها افزایش یافت و در شوری دو مولار به بیش­ترین مقدار خود رسید.  Hadi و همکاران (2008) تولید گلیسرول و بتاکاروتن را در جلبک سبز Dunaliella salina وD.viridis جدا شده از تالاب گاوخونی ارزیابی کردند. آن­ها در این آزمایش از پنج غلظت شوری (17/0، 1، 2، 3، 4 مولار) استفاده نمودند. نتایج بدست آمده نشان دهنده این بود که افزایش شوری سبب افزایش میزان کاروتنوئید جلبک دونالیلا سالینا شده است. نتایج این مطالعات نشان می دهد در شرایط و گونه های مختلف محدوده تحمل جلبک نسبت به شدت نور و شوری متفاوت است (22) و (23). بنابراین، جهت فراهم نمودن شرایط بهینه کشت لازم است گونه های مختلف جلبک مورد مطالعه قرار گیرند.

نتیجه­گیری

نتایج حاصل از شمارش سلولی نشان داد که افزایش شدت نور در محیط کشت Artaria، سبب کاهش تراکم سلولی و نرخ رشد در D. salina می شود، اما افزایش شدت نور از 40 به 200 میکرومول در محیط کشت Trenkenshu، سبب افزایش تراکم سلولی و نرخ رشد در این جلبک می گردد همچنین نتایج حاصل از سنجش کاروتنوئید نشان داد که افزایش شدت نور از 40 به 200 میکرومول در هر سه شوری مورد آزمایش سبب افزایش سنتز مقدار کاروتنوئیدها در این جلبک Dunaliella salina می گردد به طور کلی نتایج بدست آمده از این تحقیق نشانگر آن است که تاثیر شدت نور و محیط کشت های مختلف موجب به وجود آمدن اختلال در شاخص های رشد و رنگیزه­ها می گردد. لذا با توجه به کاربرد گونه دونالیلا سالینا در بخش های مختلف اقتصادی نظیر شیلات، دارو سازی، محیط زیست و غیره  مطالات گسترده در این راستا از اهمیت خاصی بر خوردار است.

تشکر و قدردانی 

از مسئولین آزمایشگاه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد فلاورجان و آزمایشگاه دانشکده علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس که در انجام این پروژه همکاری صمیمانه داشته اند کمال تشکر را داریم.

1-      زارعی دارکی، ب. 1390: جلبک­های اکوسیستم­های آبی ایران. انتشارات پیام علوی. 323ص.
 
2-       Abd El-Baky, H. H., El-Baz, F. K. and El-Baroty, G. S. 2004. Production of antioxidant by the green alga Dunaliella salina, International Journal of Agriculture and Biology, 1:49-57.
3-       Abu-Rezq, T. S., Al-Hooti, S. and Jacob, A.,2010: Optimum culture conditions required for the locally isolated Dunaliella salina. Journal of Algal Biomass Utilization. 1(2): 12-19.
4-    AK  I., Cirik S. and Goksan T., 2008.  Effect of light intensity, salinity and temperature on growth in Camalti starin of Dunaliella viridis  Teodoresco from Turkey. J. Biological Sciences. 8: 1356-1359.
5-       Arau´jo, O. Q. F., Gobbi, C. N., Chaloub, R. M., Coelho, M. A. Z., 2008: Assessment of the impact of salinity and irradiance on the combined carbon dioxide sequestration and carotenoids production by Dunaliella salina: Amathematical model, Biotechnology and Bioengineering. 102(2): 425-435.
6-       Ben-Amotz, A., Katz, A. and Avron, M. 1982. Accumulation of β-carotene in halotolerant algae: Purification and characterization of β-carotene-rich globules from Dunaliella bardawil (Chlorophyceae). Journal of Phycology, 18: 529-537.
7-       Ben-Amotz, A, Shaish A, Avron M., 1989: Mode of action of the massively accumulated beta-carotene of Dunaliellabardawil in protecting the alga against damage by excess irradiation. Journal of the Plant Physiology . 91(3): 1040–1043.
8-       - Bouck, J., Miller, W., Gorrell, J.H., Muzny, D. and Gibbs, R.A. 1998. Analysis of the quality and utility of random shotgun sequencing at low redundancies. Genome Research, 8: 1074-1084.
9-       Britton, G., 1995:Structure and properties of carotenoids in relation to function. The Journal of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 9: 1551-1558.
10-   Eijckelhoff, C., Dekker, J. P., 1997: A routine method to determine the chlorophyll a, pheophytin a and carotene contents of isolated photosystem II reaction center complexes, Photosynthesis Reasearch. 52: 69-73.
11-   Fazeli, M.R., Tofighi, H., Samadi, N., Jamalifar, H., Fazeli, A., 2006: Carotenoids accumulation by Dunaliellatrtiolecta (Lake urmia isolate) and Dunaliellasalina(CCAP19/18&WT) under stress condition. Journal of Pharmaceutical Sciences. 14(3): 146-150.
12-   Gomez, P. I. Barriga, A. Cifuentes, A. S. Gonzalez, N. A., 2003:Effect of salinity of the quantity and quality of carotenoids accumulated by Dunaliella salina (strain CONC-007) and Dunaliella bardawil (strain ATCC 30861). Chlorophyta.Biology Reaserch. 36(2): 185-192.
13-   González, M. A.,Coleman, A. W.,Gómez, P. I. and Montoya, R., 2001: Phylogenetic relationship among various strains of Dunaliella (Chlorophyceae) based on nuclear ITC rDNA sequences. Journal of Phycology. 37(4): 604-611.
14-   Guevara, M., Lodeiros, C., Gómez, O., Lemus, N., Núñez, P., Romero, L., Vásquez, A and Rosales, N. 2005: Carotenogénesis de cinco cepas del alga Dunaliella sp. (Chlorophyceae) aisladas de lagunas hipersalinas de Venezuela. Revista de Biología Tropical. 53(5-4): 331-337.
15-   Guillard R.L., 1973. Division rates. In: Stein (ed) Handbook of phycological methods. Cambridge University Press, Cambridge, pp. 289-312.
16-   Hadi, M., Shariati, M., Afsharzadeh, S., 2008: Microalgal biotechnology: Carotenoid and glycerol production by the green algae Dunaliella isolated from the Gave-khooni salt marsh, Iran. Journal of Biotechnology and Bioprocess Engineering. 13: 540-544.
17-   Nikokar, K., Moradshahi, A. and Kharati, M., 2004: Infuence of salinity on the growth, pigmentation and ascorbate peroxidase activity Dunaliella salina isolated from Maharlu salt lake in Shiraz. Iranian Journal of Science & Technology, Transaction, A. 28: 117-125.
18-  Oren, A., 2005:A hundred years of Dunaliella research: 1905-2005. Salina system.1-2.
19-  Phadwal, K. and Singh, P. K., 2003: Isolation and characterization of an indigenous isolate of Dunaliella sp for β-carotene and glycerol production from hypersaline lake in India. Journal of Basic Microbiology. 43(5): 423-429.
20-   Rad, F R., Aksoz, N. and Hejazi, M A., 2011:Effect of salinity on cell growth and β-carotene production in Dunaliella sp. isolates from Urmia Lake in northwest of Iran. African Journal of Biotechnology.10 (12): 2282-2289.
21-   Raja, R. Heimaiswarya, R. and Rengasamy, R., 2007: Exploitation of Dunaliella for β-carotene production. Applied Microbiology and Biotechnology. 74(3): 517-523.
22-   Richmond A., 2004: Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology.Blackwell Publishing Company, pp 566.
23-   Rivkin R.B., 1989. Influence of irradiance and specteral quality on the carbon metabolism of phytoplankton. I. Photosynthesis, chemical composition and growth. J. Marine Ecology Progress Series. 5:291- 304
24-   Phadwal, K. and Singh, P. K., 2003: Isolation and characterization of an indigenous isolate of Dunaliella sp for β-carotene and glycerol production from hypersaline lake in India. Journal of Basic Microbiology. 43(5): 423-429.
25-  Shaish, A., Ben-Amotz, A. and Avron, M., 1991: Production and selection of high β-carotene mutants of Dunaliella bardawil (Chlorophyta). Journal of Phycology. 27(5): 652-656.
26-   Shariati, M. and Yahyaabadi, S., 2001: Study of beta-carotene synthesis in response to different concentration of heavy metal copper in unicellular green alga Dunaliella salina. Proceeding of 2nd Iranian National Conference of Biotechnology, Karaj, Iran. 2: 1610-1617.
27-   Tang H., Abunasser N., Garcia M.E.D., Chen M., Simon Ng K.Y. and Salley S. O., 2010. Potential of microalgae oil from Dunaliella tertiolecta as a feedstock for biodiesel. J. Applied Energy.1-7.
28-   Trenkenshu, R.P., 2005: Simpliest models of microalgae growth.2 Queasycontinuous culture. Ekologia moray. 67: 98-110.
29- Trenkenshu, R.P., Gevorgiz, R.G. and Borovkov, A.B., 2005:The experience of industrial cultivation Dunaliella salina. Sevastopol. 90-97.
مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)(علمی)
دوره 28، شماره 4 - شماره پیاپی 4
اسفند 1394
صفحه 771-783
  • تاریخ دریافت: 11 آذر 1392
  • تاریخ بازنگری: 26 اسفند 1392
  • تاریخ پذیرش: 25 اردیبهشت 1393