Stable Isotope Composition of Fatty Acids in Organisms of Different Trophic Levels in the Yenisei River

We studied four-link food chain, periphytic microalgae and water moss (producers), trichopteran larvae (consumers I), gammarids (omnivorous – consumers II) and Siberian grayling (consumers III) at a littoral site of the Yenisei River on the basis of three years monthly sampling. Analysis of bulk carbon stable isotopes and compound specific isotope analysis of fatty acids (FA) were done. As found, there was a gradual depletion in 13C contents of fatty acids, including essential FA upward the food chain. In all the trophic levels a parabolic dependence of δ13C values of fatty acids on their degree of unsaturation/chain length occurred, with 18:2n-6 and 18:3n-3 in its lowest point. The pattern in the δ13C differences between individual fatty acids was quite similar to that reported in literature for marine pelagic food webs. Hypotheses on isotope fractionation were suggested to explain the findings

Characterization of Zoobenthos and Export of Biomass and Polyunsaturated Fatty Acids due to Emergence of Midges (Diptera, Chironomidae) from Three Saline Lakes of South Siberia

В течение двух вегетационных сезонов определяли таксономический состав, численность, биомассу зообентоса трех соленых озер: Шира, Шунет и Учум, расположенных в аридных степях Южной Сибири. Мы также оценили продукцию, потенциальный экспорт биомассы и физиологически ценных омега‑3 полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) на сушу при вылете комаров-звонцов (Diptera, Chironomidae). Зообентосные сообщества изученных водоемов характеризовались низким таксономическим разнообразием и были представлены в основном личинками насекомых сем. Chironomidae и Ceratopogonidae, а также рачками Gammarus lacustris в озерах Шира и Шунет. В целом таксономический состав, численность и продуктивность изученных сообществ амфибионтных насекомых существенно различались. В оз. Шира доминантами являлись личинки Polypedilum bicrenatum, Сhironomus nigrifrons и Glyptotendipes salinus. В оз. Шунет основную часть численности сообщества обеспечивали личинки рода Procladius и Chironomus salinarius, наряду с P. bicrenatum. Бентос оз. Учум был представлен личинками рода Procladius, подсем. Orthocladiinae и сем. Ceratopogonidae. Продукция хирономид озер Шира, Шунет и Учум за период 30 дней составила в среднем 16,1 ± 4,1, 45,6 ± 13,6 и 9,6 ± 4,6 г сырой массы / м2, соответственно, увеличиваясь с ростом индекса Е. В. Балушкиной, оценивающего степень загрязненности воды. Потенциальный экспорт биомассы имаго хирономид из озер колебался от 0,6 до 3,1 г сырой массы / м2 акватории в год. Величина продуктивности и экспорта биомассы на сушу, вероятно, определялась количеством пищи (органического вещества) в донных отложениях. Имаго Glyptotendipes, вылетающие из озер Шунет и Шира, и имаго Orthocladiinae, роившиеся близ озера Учум, имели близкие величины содержания ПНЖК на единицу сырой массы. Таким образом, продуктивность, а не таксономический состав хирономидного сообщества, может быть более важным фактором при экспорте ПНЖК из соленых озерDuring two growing seasons, we studied the biomass, the number, and the species composition of zoobenthos in three saline lakes, Shira, Shunet, and Uchum, located in arid steppe of South Siberia, Russia. We also estimated productivity and export of biomass and physiologically significant omega‑3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) associated with the emergence of amphibiotic insects from these lakes. All zoobenthic communities had low taxonomic diversity with insect larvae of Chironomidae and Ceratopogonidae families and amphipod Gammarus lacustris constituting their major portion. Overall taxonomic composition and productivity of the lakes differed considerably. Among amphibiotic insects, larvae of Polypedilum bicrenatum, Сhironomus nigrifrons, and Glyptotendipes salinus were the most abundant in Lake Shira. In Lake Shunet, in addition to the dominant P. bicrenatum, zoobenthos was mainly represented by larvae of Chironomus salinarius and two Procladius species. Benthos of Lake Uchum was distinctly dominated by the Procladius genus, Orthocladiinae subfamily, and Ceratopogonidae family larvae. Production of chironomids in Shira, Shunet, and Uchum was 16.1 ± 4.1, 45.6 ± 13.6, and 9.6±4.6 g wet weight / m2 for 30 days, respectively, increasing with an increase in E. V. Balushkina’s index, which estimates water quality. Potential export of chironomid biomass ranged from 0.6 to 3.1 g wet weight / m2 of aquatic area per year. We suggested that productivity and biomass export were related with the quantity of food (organic matter) in the sediments. Glyptotendipes adults, which emerged from Lakes Shunet and Shira, and Orthocladiinae adults, which emerged from Lake Uchum, had similar contents of omega‑3 PUFAs per unit of wet weight. Thus, productivity rather than taxonomic composition of chironomid communities might be a more important factor for export of PUFAs from saline lake

Fatty Acid Content and Composition of Fly Larvae Lucilia sericata (Family Calliphoridae) Grown on Diets with Different Content of Polyunsaturated Fatty Acids and the Amino Acid Composition of this Species

Аквакультура – быстроразвивающаяся отрасль сельского хозяйства, однако сейчас она столкнулась с недостатком кормов, основу которых составляют уловы дикой рыбы, и, как следствие, повышением их стоимости. Для дальнейшего устойчивого развития аквакультуры необходимо разработать альтернативные корма, производимые не из дикой рыбы. Насекомые рассматриваются как подходящий источник кормового белка для рыб, однако их жирнокислотный (ЖК) состав часто не соответствует требованиям аквакультуры. В рыбьем жире среди ПНЖК доминируют кислоты семейства омега‑3, а в наземных насекомых – семейства омега‑6. Исследование возможности модификации ЖК состава личинок насекомых для увеличения содержания омега‑3 ПНЖК является актуальной задачей. Целью данной работы было изучить состав и содержание жирных кислот в личинках мухи Lucilia sericata, выращенных на стандартном корме и корме с добавлением рыжикового масла, богатом альфа-линоленовой кислотой (АЛК, 18:3n‑3), и проанализировать аминокислотный состав (АК) личинок данного вида мух. ЖК анализ проводили на газовом хроматографе с масс-спектрометрическим детектором. АК анализ выполняли на жидкостном хроматографе. АК состав исследованных личинок мух, как и других насекомых отряда Diptera, был близок к АК составу рыбной муки. Состав и содержание жирных кислот личинок мухи на стандартном корме характеризовались низким соотношением омега‑3 / омега‑6 ПНЖК и доминированием 18:1n‑9 и 18:2n‑6 – жирных кислот, которые суммарно составляли от 40 % до 60 % от суммы ЖК. Добавление рыжикового масла изменило соотношение омега‑3 / омега‑6 ПНЖК с 0,11 до 0,46, главным образом за счёт увеличения содержания АЛК. Таким образом, ЖК состав личинок L. sericata может быть существенно модифицирован пищейAquaculture is a fast-growing branch of agriculture, but it faces fish feed shortages due to a decrease in wild fish catches. As a result, the price of feed increases. For further development it requires alternative feed sources. Insects are considered a suitable protein source for fish, but their fatty acid (FA) composition often does not meet the requirements of aquaculture. In fish oil, PUFAs are dominated by the omega‑3 family, and in terrestrial insects, by the omega‑6 family. A question arises whether insect larvae lipid composition can be modified to increase the content of omega‑3 PUFAs. For this purpose, Lucilia sericata larvae were grown on standard feed and feed with addition of camelina oil rich in alpha-linolenic acid (ALA, 18:3n‑3), and their FA content and composition were compared. To evaluate the quality of these larvae protein, their amino acid (AA) composition was determined. The FA analysis was performed on a gas chromatograph equipped with a mass-spectrometer detector. The AA analysis was performed on a liquid chromatograph. The AA composition of the examined fly larvae, similarly to other insects (Diptera), was close to the AA composition of fish meal. Fatty acid composition and content of fly larvae grown on standard food was characterized by a low ratio of omega‑3/omega‑6 PUFAs and by the dominance of 18:1n‑9 and 18:2n‑6 fatty acids, which together comprised 40–60 % of the total of FAs. The addition of camelina oil changed the ratio of omega‑3/ omega‑6 PUFAs from 0.11 to 0.46, mainly due to the increase in ALA content. Thus, FA content and composition of L. sericata larvae can be significantly modified by a die

Feedstocks, Methods and Perspectives of Biodiesel Production

Изложены предпосылки возникновения и последние достижения биоэнергетики получения и использования биодизеля – транспортного топлива, альтернативного нефтяному дизелю. Рассмотрены сырьевые источники для производства биодизельного топлива, основные технологические этапы и особенности переработки различных видов сырья, их влияние на эксплуатационные характеристики биодизеля. Показано, что в настоящее время сырьем для основной части производимого биодизеля являются масла сельскохозяйственных растений. Данное сырье считается бесперспективным вследствие высокой стоимости и негативных экономических и экологических последствий его использования. Предложено получение биодизеля из непищевого сырья, т.е. различных отходов либо биомассы микроорганизмов. Получение и переработка биомассы микроводорослей в биодизель остаются дорогостоящим и нерентабельным процессом, хотя разрабатываются технологические и экономические способы снижения его стоимости. Производство биодизеля из сырья, являющегося различными видами отходов (например, осадки канализационных очистных предприятий, донные илы, извлекаемые из водоемов при восстановлении качества воды), представляется наиболее экономически выгодным, поскольку затраты на производство такого сырья отсутствуют и происходит частичная утилизация используемых отходовBackgrounds, stages of development and contemporary achievements of bioenergetics are considered in the review. We focus on production of biodiesel which is renewable, ecological safety fuel for transport and an alternative for petrodiesel. Main feedstocks, technological stages of biodiesel production and their effect on fuel properties were concerned. Economical, ecological and energetic problems related with biodiesel production from various bioresources were analysed. As shown, at present the most part of biodiesel in the world is produced from agricultural crop oils. High cost and negative ecological and economical consequences of use of agricultural crops as the feedstock resulted in development of production of “advanced” biofuel, i.e., that based on biomass of microorganisms and various biowastes. However, growth and treatment of microalgae biomass for biodiesel production are still costly and unsustainable. Different ways for improving of such biodiesel cost are supposed, e.g. integrated microbial processes for biofuel and high value-added products or simultaneous wastewater treatment. Production of biodiesel from feedstocks which are various biowastes (for instance, municipal sewage sludges, or bottom sediments dredged from recovered eutrophic water bodies) appeared to be the most economically profitable since such feedstock is cost-free and an important ecological issue of utilization of such wastes is resolve

Fatty Acid Content and Composition of Freshwater Planaria Dendrocoelopsis sp. (Planariidae, Turbellaria, Platyhelminthes) from the Yenisei River

For the first time the fatty acid content and composition of freshwater planarian Dendrocoelopsis sp. has been studied in a station of the large Siberian River, the Yenisei. The dominant fatty acids were palmitic, oleic, eicosapentaenoic and docosapentaenoic acids. The characteristic feature of planarian fatty acid composition was that ω3 docosapentaenoic acid was 2-10 times higher than docosahexaenoic acid. The average content of ω3 PUFA in the planarian was significantly higher than that of ω6 PUFA, 7.20±1.21 and 1.22±0.22 mg/g of wet weight, respectively. The content of sum ω3 PUFAs which are essential for the nutrition of aquatic organisms of the higher trophic levels in the studied planarian was comparatively high

Feedstocks, Methods and Perspectives of Biodiesel Production

Изложены предпосылки возникновения и последние достижения биоэнергетики получения и использования биодизеля – транспортного топлива, альтернативного нефтяному дизелю. Рассмотрены сырьевые источники для производства биодизельного топлива, основные технологические этапы и особенности переработки различных видов сырья, их влияние на эксплуатационные характеристики биодизеля. Показано, что в настоящее время сырьем для основной части производимого биодизеля являются масла сельскохозяйственных растений. Данное сырье считается бесперспективным вследствие высокой стоимости и негативных экономических и экологических последствий его использования. Предложено получение биодизеля из непищевого сырья, т.е. различных отходов либо биомассы микроорганизмов. Получение и переработка биомассы микроводорослей в биодизель остаются дорогостоящим и нерентабельным процессом, хотя разрабатываются технологические и экономические способы снижения его стоимости. Производство биодизеля из сырья, являющегося различными видами отходов (например, осадки канализационных очистных предприятий, донные илы, извлекаемые из водоемов при восстановлении качества воды), представляется наиболее экономически выгодным, поскольку затраты на производство такого сырья отсутствуют и происходит частичная утилизация используемых отходовBackgrounds, stages of development and contemporary achievements of bioenergetics are considered in the review. We focus on production of biodiesel which is renewable, ecological safety fuel for transport and an alternative for petrodiesel. Main feedstocks, technological stages of biodiesel production and their effect on fuel properties were concerned. Economical, ecological and energetic problems related with biodiesel production from various bioresources were analysed. As shown, at present the most part of biodiesel in the world is produced from agricultural crop oils. High cost and negative ecological and economical consequences of use of agricultural crops as the feedstock resulted in development of production of “advanced” biofuel, i.e., that based on biomass of microorganisms and various biowastes. However, growth and treatment of microalgae biomass for biodiesel production are still costly and unsustainable. Different ways for improving of such biodiesel cost are supposed, e.g. integrated microbial processes for biofuel and high value-added products or simultaneous wastewater treatment. Production of biodiesel from feedstocks which are various biowastes (for instance, municipal sewage sludges, or bottom sediments dredged from recovered eutrophic water bodies) appeared to be the most economically profitable since such feedstock is cost-free and an important ecological issue of utilization of such wastes is resolve

Fatty Acid Content and Composition of Freshwater Planaria Dendrocoelopsis sp. (Planariidae, Turbellaria, Platyhelminthes) from the Yenisei River

For the first time the fatty acid content and composition of freshwater planarian Dendrocoelopsis sp. has been studied in a station of the large Siberian River, the Yenisei. The dominant fatty acids were palmitic, oleic, eicosapentaenoic and docosapentaenoic acids. The characteristic feature of planarian fatty acid composition was that ω3 docosapentaenoic acid was 2-10 times higher than docosahexaenoic acid. The average content of ω3 PUFA in the planarian was significantly higher than that of ω6 PUFA, 7.20±1.21 and 1.22±0.22 mg/g of wet weight, respectively. The content of sum ω3 PUFAs which are essential for the nutrition of aquatic organisms of the higher trophic levels in the studied planarian was comparatively high

Dispersal of Midges (Chironomidae, Diptera) on Terrestrial Area after the Emergence from Saline Lake Shira

Исследовано распределение численности имаго комаров-звонцов (Chironomidae, Diptera) на суше, получающей потоки биомассы и незаменимых полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) при вылете амфибионтных насекомых из соленого степного оз. Шира. В результате учетов имаго хирономид, попавших в липкие ловушки, установлено, что в пределах 25 м и 100 м от береговой линии озера концентрируется 50 и 95 % вылетевших особей родов Glyptotendipes и Polypedilum соответственно. Были рассчитаны размеры указанных наземных территорий и, с учетом дополнительных данных, выполнены количественные расчеты потоков биомассы хирономид и незаменимых ПНЖК на единицу их площади. Для 25-метровой прибрежной территории, где концентрировалось 50 % вылетевших особей, потоки составляли 1.5 г сухой массы · м−2 и 15 мг ПНЖК · м−2 в год. В свою очередь, 100-метровая прибрежная полоса, где оставалось 95 % имаго хирономид, получала в год 0.7 г сухой массы · м−2 и 7.2 мг ПНЖК · м−2 соответственно. Полученная расчетная величина поступления ПНЖК на единицу площади наземной территории, окружающей оз. Шира, достигала значений, сопоставимых с весьма продуктивными ландшафтами. В ловушках, установленных вблизи наиболее продуктивной части озера, наблюдалась самая низкая численность хирономид по сравнению с прочими наземными участками. Эта часть побережья, имеющая природоохранный статус, населена значительным количеством насекомоядных птиц, что, вероятно, обусловливает меньшее число роящихся хирономид вследствие их интенсивного потребления наземными консументами для получения необходимых доз незаменимых биохимических веществWe studied the number of midges (Chironomidae, Diptera) on the terrestrial area where flows of organic matter and essential polyunsaturated fatty acids (PUFA) provided by the emergence of the amphibiotic insects from saline steppe Lake Shira were dispersed. Records of midge specimens captured on sticky traps showed that 50 and 95 percent of the emerged adults of the Glyptotendipes and Polypedilum genera occurred within 25-m and 100-m strips surrounding the lakeshore, respectively. The areas of these strips were calculated along with quantification of flows of chironomid biomass and essential PUFA per land area unit based on data of previously measured export. For the 25-m lake-surrounding strip, where 50% of midges swarmed, the annual import of dry biomass and PUFA accounted for 1.5 g · m-2 and 15 mg · m-2, respectively. Further, the 100-m wide strip, where 95% of the midges were registered, got the annual flows of 0.7 g dry weight · m-2 and 7.2 mg PUFA · m-2. The calculated values of PUFA import were similar to measurements in relatively productive landscapes. The number of midges captured on the site located near the most productive lake part was the lowest among all the studied near-lake sites. This site of the lakeshore is part of a national preserve, where a great number of insectivorous birds live or stop. The lower abundance of swarming chironomids on this site was likely related to intensive consumption by terrestrial animals, i.e., birds, for obtaining necessary doses of essential compound

Average (± standard error) δ¹³C values (‰) of fatty acids (FA) of total lipids and triacylglycerols of <i>Eulimnogammarus lacustris</i> from littoral sites of the Yenisei River and significance of their differences according to Student's <i>t</i>-test for dependent pairs and Wilcoxon matched pairs T-test for number of pairs n = 9.

<p>Average (± standard error) δ¹³C values (‰) of fatty acids (FA) of total lipids and triacylglycerols of <i>Eulimnogammarus lacustris</i> from littoral sites of the Yenisei River and significance of their differences according to Student's <i>t</i>-test for dependent pairs and Wilcoxon matched pairs T-test for number of pairs n = 9.</p

Schematic of synthesis of fatty acids from pool of acetate with relative isotope composition values of the pool and the acids, arranged along δ¹³C axe. Transferases/desaturases provide the kinetic isotope effect, resulting in the isotope depletion in the synthesized fatty acid, 18:3n-3, while elognase adds carbon atom from the acetate pool and thereby provides the isotope enrichment in the synthesized fatty acid, 20:5n-3.

<p>A number of intermediate fatty acids are substituted by “…”.</p