Physiologische Untersuchungen parameterinduzierter Adaptionsantworten von Nannochloropsis salina in turbidostatischen Prozessen und deren biotechnologischer Potentiale

Hoffmann, Maren

Alle Ergebnisse dieser Arbeit stammen aus Kultivierungen der Mikroalge Nannochloropsis salina (SAG 40.85) und wurden durch den Einsatz eines turbidostatisch geregelten Photobioreaktors generiert. Diese Art der Kulturführung ermöglicht es, spezifische Effekte einzelner Umweltparameter unter Konstanthaltung anderer beeinflussender Faktoren aufzuklären und stellt einen entscheidenden Vorteil einer kontinuierlichen gegenüber einer diskontinuierlichen Prozessführung dar. Im Wesentlichen wurde der Einfluss der Parameter Nährstoffverfügbarkeit (Nitrat, Phosphat) und Temperatur sowie eine Kombination aus beiden Parametern mit dem Schwerpunkt auf Fettsäuren sowie auf Wachstumsraten, Pigmente, Fluoreszenzen und -Tocopherol experimentell ermittelt. Dabei wurden zum einen die zeitlichen Verläufe und zum anderen die Endergebnisse gegenübergestellt. Hierbei zeigte sich, dass maximale Wachstumsraten und Pigmentkonzentrationen bei N. salina im Vollmedium bei einer Temperatur von 26 °C erzielt werden. Ausgehend von diesen optimierten Wachstumsbedingungen übt eine Nitratlimitierung einen stärkeren Einfluss auf die Wachstumsrate und die Pigmentkonzentrationen aus als eine Phosphatlimitierung oder eine Temperaturänderung oberhalb oder unterhalb dieser optimalen Wachstumstemperatur. Die photochemische Effizienz wird dagegen kaum beeinträchtigt, wenn nur ein Umweltparameter (Nitratmangel oder Temperatur) als Stressor wirkt. Erst eine Kombination beider Stressoren wirkt sich negativ auf die photochemische Effizienz aus. Die in einem turbidostatischen Prozess mit einem relativ hohen Licht/Zelle-Verhältnis generierten a-Tocopherolkonzentrationen zeigen relativ niedrige Werte mit nur marginalen Unterschieden zwischen den Nitrat-, Phosphat- sowie Temperaturexperimenten. Geeignete Voraussetzungen für eine hohe Tocopherolkonzentration in der Zelle wären z.B. ein geringes Licht/Zelle-Verhältnis und stationäre Wachstumsraten bzw. alternde Kulturen. Für die Fettsäureexperimente mit N. salina unter turbidostatischen Bedingungen gilt, dass eine Nitratlimitierung den zellulären TFA-Gehalt und eine volle Nitratversorgung den zellulären EPA-Gehalt begünstigt. Darüber hinaus können diese schon relativ hohen EPA- und TFA-Konzentrationen durch den zusätzlichen Einsatz niedriger Temperaturen gesteigert werden. Die Untersuchungen bei Phosphatmangel jedoch ergeben, dass dieser weder einen negativen noch positiven Einfluss auf die TFA- oder EPA-Konzentration in N. salina hat. Die höchsten Produktivitäten von TFA und EPA werden maßgeblich durch eine ausgewogene Nährstoffversorgung und Temperaturen unterhalb von 21 °C (TFA) bzw. Temperaturen zwischen 21 °C und 26 °C (EPA) erzielt. Aufgrund dieser Produktivitätspotentiale und ihrer physiologischen Eigenschaft, hohe TFA- und EPA-Konzentrationen in der Zelle zu akkumulieren, ist die Mikroalge N. salina ein ausgesprochen empfehlenswerter Kandidat für eine Produktion im Großmaßstab.

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Hoffmann, Maren: Physiologische Untersuchungen parameterinduzierter Adaptionsantworten von Nannochloropsis salina in turbidostatischen Prozessen und deren biotechnologischer Potentiale.

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