Хлорелла как зелёная микроводоросль¶

Хлорелла (лат. Chlorella) — род одноклеточных зелёных водорослей класса Требуксиевые (Trebouxiophyceae), распространённых в пресных водоёмах и почвах по всему миру. Клетки имеют сферическую форму диаметром от 2 до 10 мкм, лишены жгутиков и обладают плотной целлюлозной оболочкой. Хлорелла способна к фотосинтезу с высокой эффективностью, быстро размножается делением и накапливает значительные количества белка, липидов и витаминов, что делает её объектом биотехнологии, аквакультуры и пищевой промышленности.

¶История изучения

Род Chlorella описал голландский микробиолог Мартин Бейеринк в 1890 году, выделив культуру из образца прудовой воды. Название образовано от греческих слов χλωρός («зелёный») и латинского уменьшительного суффикса, указывающего на малый размер. В 1919 году немецкий учёный Отто Варбург исследовал фотосинтез у хлореллы и впоследствии получил Нобелевскую премию по физиологии за работы в этой области. В 1940–1950-х годах, в период поиска альтернативных источников белка, хлореллу начали массово культивировать в Японии, США и СССР. В 1961 году советский биолог впервые предложил использовать её в замкнутых системах жизнеобеспечения для космических полётов.

¶Биологические особенности

¶Строение клетки

Клетка хлореллы содержит один хлоропласт чашевидной формы с пиреноидом — белковым включением, вокруг которого откладывается крахмал. Оболочка состоит из целлюлозы и гемицеллюлозы, устойчива к механическим и ферментативным воздействиям. Ядро одно, митохондрии немногочисленны. Запасные питательные вещества — крахмал и липиды.

¶Размножение

Хлорелла размножается бесполым путём: материнская клетка делится на 4–8 (иногда до 16) автоспор, которые высвобождаются при разрыве оболочки. Половой процесс отсутствует. При благоприятных условиях (температура 25–35 °C, освещённость, наличие минеральных солей) удвоение биомассы происходит за 6–12 часов.

¶Питание

Автотрофный фотосинтез — основной способ питания, но хлорелла способна переходить на миксотрофный и гетеротрофный режим, усваивая органические вещества (глюкозу, ацетат) в темноте. Это свойство используют в промышленных биореакторах.

¶Химический состав и питательная ценность

Сухая биомасса хлореллы содержит:

Белок хлореллы включает все незаменимые аминокислоты и по составу близок к животному. Водоросль богата витаминами группы B, витамином C, каротиноидами, хлорофиллом, а также железом, цинком и йодом. Содержит хлореллан — полисахарид, изучаемый как иммуномодулятор.

¶Применение

¶Пищевая промышленность и БАД

Хлореллу выпускают в виде таблеток, порошка и экстракта как источник белка и витаминов. В Японии она входит в состав продуктов питания с 1960-х годов. В России и других странах хлорелла используется как биологически активная добавка, а не как лекарство: клинические доказательства её лечебного действия ограничены.

¶Аквакультура

В рыбоводстве и разведении беспозвоночных хлореллу применяют как корм для личинок рыб, моллюсков и ракообразных, а также для поддержания качества воды: водоросль поглощает азот и фосфор, снижая эвтрофикацию.

¶Биотехнология и экология

Хлореллу культивируют для получения липидов (сырьё для биодизеля), pigments, а также в системах очистки сточных вод и улавливания углекислого газа. В замкнутых биорегенеративных системах жизнеобеспечения она рассматривается как звено регенерации кислорода и утилизации отходов.

¶Космические исследования

С 1960-х годов хлореллу изучают как кандидата для систем жизнеобеспечения космических экипажей: она производит кислород, поглощает углекислый газ и может служить источником пищи. Эксперименты проводились на станциях «Салют» и в институте медико-биологических проблем.

¶Культивирование

Промышленное выращивание ведут в открытых прудах-реакторах или закрытых фотобиореакторах. Основные параметры: освещённость 10–30 тыс. люкс, температура 25–35 °C, pH 6,5–7,5, подача CO₂ и минеральных солей. Урожайность достигает 20–30 г сухой массы с 1 м² в сутки в закрытых системах. Основные производители — Китай, Япония, Тайвань, Германия.

¶Ограничения и риски

При культивировании в открытых водоёмах возможен перенос загрязнителей (тяжёлые металлы, пестициды) в биомассу. Оболочка хлореллы плохо переваривается человеком, поэтому для повышения усвояемости применяют разрушение клеточных стенок. Неконтролируемое цветение хлореллы и близких видов в водоёмах может вызывать ухудшение качества воды. Приём добавок лицами с аутоиммунными заболеваниями требует консультации врача.

¶Близкие роды и систематика

Хлореллу иногда путают с другими одноклеточными зелёными водорослями: Chlamydomonas (имеет жгутики), Scenedesmus (образует колонии), Nannochloropsis (относится к страменопилам). Род Chlorella включает более 20 видов, среди которых наиболее изучены C. vulgaris, C. pyrenoidosa и C. sorokiniana. Систематика рода неоднократно пересматривалась на основе молекулярно-генетических данных.