Biophotonik & Analytik: Mikroalgen

Resonanz Ramanspektroskopie zur Lichtstressbeobachtung

Algenreaktor zur Erzeugung definierter Stresszustände in verschiedenen Mikroalgenkulturen.
Ungestresste Mikroalgen (Porphyridium purpureum) unter dem Mikroskop.

Warum Mikroalgen?

Mikroalgen sind in der Umwelt ubiquitär. Sie wachsen sowohl im Frisch- wie im Salzwasser und verkraften – abhängig von der Spezies – auch vollständiges Austrocknen oder eine gesättigte Salzlösung als Wasserquelle. Mikroalgen produzieren, wie viele andere Pflanzen auch, verschiedene Farbstoffe für die Photosynthese und um mit wechselnden Lichtverhältnissen, dem sogenannten Lichtstress, umgehen zu können, und werden industriell u.a. für die Gewinnung dieser Farbstoffe genutzt.

Violaxanthin und Zeaxanthin

Insbesondere sind spezifische, kurzfristig ineinander umwandelbare Carotinoide – Violaxanthin und Zeaxanthin - den bekannten Chlorophyllen beigeordnet. Während Violaxanthin die Lichtsammelfunktion der Chlorophylle verstärkt und es den Zellen daher ermöglicht, auch unter schwachen Lichtverhältnissen Photosynthese zu betreiben, dissipiert Zeaxanthin überschüssige Energie aus den Chlorophyllen und verhindert so eine Zerstörung der Lichtsammelkomplexe bei hohen Lichtintensitäten.

Nichtinvasive Live-Betrachtung des Violaxanthinzyklus

Mikroalgen werden industriell z. Bsp. für Biotreibstoff und Farbstoffgewinnung genutzt. Dabei ist der Lichtstresszustand der Algen ein wichtiger Parameter für die effiziente Produktion und der Violaxanthinzyklus ein direkter Indikator dafür. Mit Hilfe der Resonanz Ramanspektroskopie kann dieser Indikator erstmals live beobachtet werden, so dass die tatsächlichen Reaktionszeiten der Algen auf Stressfaktoren untersucht und die Produktionsparameter optimiert werden können.    

 

See also:

Koch, M., Zagermann, S., Kniggendorf, A.‐K., Meinhardt‐Wollweber, M., and Roth, B. (2017) Violaxanthin cycle kinetics analysed in vivo with resonance Raman spectroscopy. J. Raman Spectrosc., 48: 686–691. doi:10.1002/jrs.5102

Koch, M., Kniggendorf, A.‐K., Meinhardt‐Wollweber, M., and Roth, B.. In vivo determination of carotenoid resonance excitation profiles of Chlorella vulgarisHaematococcus pluvialis, and Porphyridium purpureumJ Raman Spectrosc. 2018;49:404–411doi: 10.1002/jrs.5292

IHR KONTAKT

Dr. Ann-Kathrin Kniggendorf
Wiss. Mitarbeiterinnen/Mitarbeiter
Adresse
Nienburger Straße 17, Raum 217
30167 Hannover
Dr. Ann-Kathrin Kniggendorf
Wiss. Mitarbeiterinnen/Mitarbeiter
Adresse
Nienburger Straße 17, Raum 217
30167 Hannover