Orientador: Lúcia Maria Carareto Alves / Coorientador: Luciana Maria Saran / Banca: Analu Egydio dos Santos / Banca: José Renato Zanini / Resumo: O composto orgânico proveniente do processo de compostagem de carcaças, resíduos animais e vegetais constitui-se em uma alternativa viável para a substituição total ou parcial dos fertilizantes minerais. Entretanto, pouco se conhece sobre o impacto ambiental do uso agrícola desse composto na qualidade da água. O objetivo com este trabalho foi avaliar a qualidade da água de um córrego que irriga uma área agrícola tratada com composto orgânico produzido pela compostagem de carcaças, resíduos animais e vegetais. A amostragem da água foi realizada bianualmente em 2013 e 2014 em seis pontos diferentes: um no local de captação de água para irrigação, dois à montante, dois à jusante desse ponto e um em poço não jorrante. As variáveis analisadas foram pH, temperatura, oxigênio dissolvido, condutividade, turbidez, potencial de oxidação-redução, sólidos totais dissolvidos, cloreto, nitrato, nitrito, nitrogênio amoniacal, fósforo total e reativo, demanda química de oxigênio, coliformes totais, E. coli e consumo de substratos (Ecoplate). Os resultados das análises comparados com padrões de qualidade de água estabelecidos em normas nacionais indicaram que o ambiente não estava impactado negativamente. Não se observou correlação entre uso do composto orgânico e alterações na população microbiana dos diferentes pontos por meio da técnica de consumo de substratos. Este estudo demonstrou que o uso desse tipo de composto não influenciou negativamente a qualidade da água. Portanto, esse adubo é uma alternativa viável para a produção agrícola local / Abstract: Compost from carcasses, as well as animal and vegetable waste, constitutes a viable alternative for the partial or total substitution of mineral fertilizers. However, little is known about the environmental impact of using this agricultural compound on the quality of water. The aim was to evaluate the water quality of a stream that irrigates an agricultural area treated with organic compost produced by carcasses, animal and vegetable waste. We sampled water biannually in 2013 and 2014 from six different locations: one water catchment site for vegetable irrigation, two sites upstream, two downstream from that point and one water well. The variables analyzed were pH, temperature, dissolved oxygen, conductivity, turbidity, redox potential, dissolved solids, chemical oxygen demand, chloride, nitrate, nitrite, ammonia nitrogen, total and reactive phosphorus, total coliforms, E. coli and substrate consumption (Ecoplate). The analytical results compared with national water quality standards indicated that the environment was not negatively impacted by the compost. Using the substrate consumption technique, we observed that there was no correlation between the use of the organic compost and changes in microbial populations of the different points sampled. This study showed that the use of this organic compost does not negatively influence the quality of surface water in area studied. Therefore, the organic compost is a novel and attractive alternative for local agricultural production / Mestre

Este trabalho apresenta um estudo empregando duas técnicas óticas para monitorar o crescimento de culturas de cepas de Escherichia coli em dois meios de cultura líquidos: Espectroscopia de absorção UV-Vis (turbidimetria) e espectroscopia Raman. Na primeira técnica, a turbidez permite avaliar as diferentes fases naturais de crescimento de uma cultura bacteriana (lag, exponencial, estacionária e decaimento) por meio da densidade ótica, medida com um espectrômetro UV-VIS. Na segunda, o espalhamento Raman (medido com um espectrômetro dispersivo), a partir de amostras de água contaminada, fornece não apenas informações sobre as fases de crescimento, mas também abre a possibilidade de identificação bacteriana através da sua impressão digital característica. Mediu-se a dinâmica de duas cepas de E. coli – (nomeadas como H2/11 e H3C2/12) em um caldo líquido nutriente e quatro cepas de E. coli (nomeadas como H2/11, H3C2/12, 109 e 110) em caldo líquido EC, mantidas a 37,0°C ao longo de 24 horas. Alíquotas das amostras foram removidas da cultura em intervalos de tempo regulares para medições espectrais. A análise da turbidez permitiu medir o tempo de geração (isto é, o tempo de duplicação de uma população), que foi maior para cepas crescidas em caldo EC. Os espectros Raman forneceram informações sobre a evolução temporal das bandas a 942 cm-1, 977 cm-1, 1036 cm-1, 1086 cm-1, 1140 cm-1, 1188 cm-1, 1182 cm-1, 1207 cm-1 e 1251 cm-1, associadas com impressões digitais de componentes biológicos específicos. Os dados espectrais foram analisados por Análise de Componentes Principais (PCA). Os resultados obtidos em ambas as técnicas permitiram identificar as fases lag, exponencial e estacionária das cepas estudadas. / This work is a study using two optical techniques to monitor the growth of cultures of Escherichia coli strains in two liquid culture medium: Raman spectroscopy and UV-Vis absorption spectroscopy (turbidimetry). In one hand, turbidity allows evaluating the different phases of growth of a bacterial culture (lag, exponential, stationary and decay) by optical density, measured with an UV-VIS spectrometer. On the other hand, Raman scattering (measured with a dispersive spectrometer) from contaminated water samples not only provides information about the grow phases, but also opens a possible identification of bacterial by its characteristic fingerprint. Two strains of E. coli (named as H2 / 11 and H3C2 / 12) were measured in liquid nutrient broth and four E. coli strains (named H2 / 11, H3C2 / 12, 109 and 110) in EC liquid broth, kept at 37.0 ° C over 24 hours. Aliquots of the samples were removed from the culture at regular time intervals for spectral measurements. The turbidity analysis allowed to measure the generation time, which was higher for strains grown in EC broth. Raman spectra provided information about the time evolution of the bands at 942 cm-1, 977 cm-1, 1036 cm-1, 1086 cm-1, 1140 cm-1, 1188 cm-1, 1182 cm-1, 1207 cm-1 e 1251 cm-1, associated with fingerprints of biological components. Data were analyzed by Principal Component Analysis (PCA). These results of both techniques allowed identifying the phases lag, exponential and stationary of the studied strains.

Este trabalho apresenta um estudo empregando duas técnicas óticas para monitorar o crescimento de culturas de cepas de Escherichia coli em dois meios de cultura líquidos: Espectroscopia de absorção UV-Vis (turbidimetria) e espectroscopia Raman. Na primeira técnica, a turbidez permite avaliar as diferentes fases naturais de crescimento de uma cultura bacteriana (lag, exponencial, estacionária e decaimento) por meio da densidade ótica, medida com um espectrômetro UV-VIS. Na segunda, o espalhamento Raman (medido com um espectrômetro dispersivo), a partir de amostras de água contaminada, fornece não apenas informações sobre as fases de crescimento, mas também abre a possibilidade de identificação bacteriana através da sua impressão digital característica. Mediu-se a dinâmica de duas cepas de E. coli – (nomeadas como H2/11 e H3C2/12) em um caldo líquido nutriente e quatro cepas de E. coli (nomeadas como H2/11, H3C2/12, 109 e 110) em caldo líquido EC, mantidas a 37,0°C ao longo de 24 horas. Alíquotas das amostras foram removidas da cultura em intervalos de tempo regulares para medições espectrais. A análise da turbidez permitiu medir o tempo de geração (isto é, o tempo de duplicação de uma população), que foi maior para cepas crescidas em caldo EC. Os espectros Raman forneceram informações sobre a evolução temporal das bandas a 942 cm-1, 977 cm-1, 1036 cm-1, 1086 cm-1, 1140 cm-1, 1188 cm-1, 1182 cm-1, 1207 cm-1 e 1251 cm-1, associadas com impressões digitais de componentes biológicos específicos. Os dados espectrais foram analisados por Análise de Componentes Principais (PCA). Os resultados obtidos em ambas as técnicas permitiram identificar as fases lag, exponencial e estacionária das cepas estudadas. / This work is a study using two optical techniques to monitor the growth of cultures of Escherichia coli strains in two liquid culture medium: Raman spectroscopy and UV-Vis absorption spectroscopy (turbidimetry). In one hand, turbidity allows evaluating the different phases of growth of a bacterial culture (lag, exponential, stationary and decay) by optical density, measured with an UV-VIS spectrometer. On the other hand, Raman scattering (measured with a dispersive spectrometer) from contaminated water samples not only provides information about the grow phases, but also opens a possible identification of bacterial by its characteristic fingerprint. Two strains of E. coli (named as H2 / 11 and H3C2 / 12) were measured in liquid nutrient broth and four E. coli strains (named H2 / 11, H3C2 / 12, 109 and 110) in EC liquid broth, kept at 37.0 ° C over 24 hours. Aliquots of the samples were removed from the culture at regular time intervals for spectral measurements. The turbidity analysis allowed to measure the generation time, which was higher for strains grown in EC broth. Raman spectra provided information about the time evolution of the bands at 942 cm-1, 977 cm-1, 1036 cm-1, 1086 cm-1, 1140 cm-1, 1188 cm-1, 1182 cm-1, 1207 cm-1 e 1251 cm-1, associated with fingerprints of biological components. Data were analyzed by Principal Component Analysis (PCA). These results of both techniques allowed identifying the phases lag, exponential and stationary of the studied strains.

CAPES; CNPq; Fundação Araucária / A alta demanda por água de qualidade e livre de contaminações, em um contexto de elevado crescimento populacional e econômico, é uma questão que preocupa a sociedade. Porém, a atividade humana, poluindo alterando o equilíbrio e a dinâmica dos recursos naturais produz impacto direto sobre as bacias hidrográficas de onde se capta a maior parte dessa água. A detecção de bactérias do grupo coliforme, em especial a Escherichia coli, é amplamente utilizada como parâmetro microbiológico da qualidade da água, seja na avaliação de sua potabilidade ou na verificação da eficácia do tratamento. Assim, propõem-se uma metodologia que, fazendo uso da bioluminescência ultrafraca, ou emissão de fótons ultrafraca (ultra-weak photon emission – UWPE) proveniente destas bactérias, possibilita detectar a presença destes microrganismos em amostras de água, de forma mais rápida que nos métodos atuais (que podem levar até 48 horas), além de dispensar testes bioquímicos e ser operacionalmente mais simples. O método consiste em detectar padrões de UWPE proveniente de amostras de água previamente incubadas em meio nutritivo EC, com e sem tratamento, utilizando para tal, uma instrumentação especialmente projetada, baseada em dispositivo fotomultiplicador capaz de efetuar a contagem dos fótons emitidos da amostra colocada no interior de uma câmara escura. Assim, por meio dos padrões temporais da UWPE com duração de 24 horas, foi possível discriminar as amostras de água tratada das não-tratadas (contaminadas), comparando-se os padrões obtidos destas amostras, com aqueles obtidos a partir de amostras de controle de uma cepa padrão de Escherichia coli ATCC 8739 incubadas em meio EC. O padrão bem definido da UWPE da amostra de controle serviu, portanto, de referência para avaliar a presença de bactérias do grupo coliforme em amostras sem tratamento. Dos resultados dos ensaios com cepa padrão de Escherichia coli, água tratada e não tratada foi possível concluir que o método proposto utilizando a avaliação dos perfis temporais de UWPE pode ser usado como um método alternativo de avaliação da qualidade sanitária da água com as vantagens supracitadas. / The high demand for quality water, free of contamination, in a high population growth context and economic is an issue that concerns the society. However, human activity polluting is changing the balance and dynamics of natural resources has a direct impact on the watershed, where it is captures most of this water. The detection of coliform group, in especially Escherichia coli, is widely used as microbiological parameter for water quality, as well as a tool to evaluate its potability or verification of the efficacy of treatment. Thus, proposed a methodology that makes use of the ultraweak bioluminescence, or ultra-weak photon emission (UWPE) from these bacteria, it’s possible to detect the presence of these microorganisms in water samples, faster than current methods (which can take up to 48 hours), besides dispensing biochemical tests and being operationally simpler. The method consists in detecting UWPE patterns from water samples previously incubated in EC nutrient broth, with and without treatment, using instrumentation specifically designed with a photomultiplier device capable of counting photons emitted from samples inside a dark chamber. Thus, through UWPE temporal patterns with a duration of 24 hours, it was possible to discriminate the treated water samples from the untreated water samples (contaminated), comparing the patterns obtained from these samples with those obtained from control samples of a standard strain of Escherichia coli ATCC 8739 incubated in EC nutrient broth. The well-defined pattern of the control sample served, therefore, as a reference to evaluate the presence of bacteria in the coliform group in untreated water samples. From the results of the standard strain of Escherichia coli, treated and untreated water, it was possible to conclude that the proposed method using the UWPE temporal profile evaluation can be used as an alternative method of evaluating the sanitary quality of water with the aforementioned advantages.