Моделирование содержания хлорофилла $a$ в культурах микроводорослей

Работа посвящена исследованию механизмов влияния света на содержание хлорофилла $a$ в биомассе микроводорослей методом математического моделирования. Показано, что существующие математические модели базируются на представлениях о синтезе и фотодеструктивном окислении хлорофилла $a$. Однако для некоторых видов микроводорослей фотодеструкция данного пигмента поставлена под сомнение. Предложен альтернативный подход к моделированию светозависимого содержания хлорофилла $a$ в биомассе микроводорослей. В основе базовой модели лежит представление о двухстадийности фотоавтотрофного роста микроводорослей. На первой стадии в процессе фотосинтеза образуется резервная часть биомассы, из которой на второй стадии происходит биосинтез клеточных структур. Предполагается, что хлорофилл $a$ относится к структурным формам биомассы. Для различных условий лимитирования рассмотрено три частных решения базовой системы, описывающих зависимость содержания хлорофилла $a$ от внешней интенсивности света. Равенство удельных скоростей образования резервных и структурных форм биомассы накладывает условие применимости полученных уравнений только в стационарном динамическом равновесии плотностатной культуры. Верификация полученных уравнений для Arthrospira platensis позволила оценить величины кинетических коэффициентов, значения которых, в целом, соответствуют теоретически рассчитанным диапазонам. Для приближённых вычислений предложено простое уравнение, которое показало высокое соответствие с экспериментальными данными для Tetraselmis viridis ($R^2$ = 0.98), Dunaliella tertiolecta ($R^2$ = 0.92) и хорошо описывает результаты для Sceletonema costatum и Chlorella vulgaris ($R^2$ = 0.8). Доля хлорофилла $a$ в структурной биомассе составляет около 2.5–3.5 % и является видоспецифичным параметром.