Apesar dos diversos estudos sobre a presença de cianobactérias e a correlação entre fatores ambientais que influenciam ou desencadeiam florações, é ainda incipiente a informação sobre o controle fisiológico e bioquímico da produção de metabólitos secundários, cianotoxinas e compostos orgânicos voláteis (COVs) nestes organismos. Os COVs mais comumente encontrados em cianobactérias são a geosmina e o 2- metil-isoborneol, compostos que resistem ao tratamento convencional da água, causam mau cheiro e alteram seu gosto, além de bioacumular em peixes e moluscos. Estudos sobre possíveis sistemas de competição (alelopatia) entre linhagens de cianobactérias, ou entre elas e outros organismos, podem contribuir para elucidação do papel da produção de COVs por cianobactérias. Dessa forma, os objetivos deste projeto foram (i) prospectar a produção de COVs e seus efeitos na auto-regulação fisiológica em cianobactérias mantidas em laboratório; e (ii) desenvolver um método analítico, por microextração em fase sólida (SPME) e cromatografia em fase gasosa com detecção por espectrometria de massas (GC-MS), para a determinação destes compostos. Foram realizados ensaios para avaliar os perfis de produção dos COVs em duas linhagens de M. aeruginosa em diferentes fases de crescimento, sob diferentes intensidades luminosas (50, 150 e 250 ?µmol.fótons.m-2.s-1) e também ao longo do ritmo circadiano, avaliando a influência dos períodos claro e escuro. Para avaliar efeitos alelopáticos, exsudatos de uma linhagem de M. aeruginosa produtora de microcistinas foram testados em culturas de outra linhagem de M. aeruginosa não produtora de toxinas por meio de técnicas tradicionais de cultivo com monitoramento do crescimento. Na análise da produção de COVs, por GC-MS, observou-se que se destacam, majoritariamente, os compostos α-ciclocitral, &#946-ciclocitral e β-ionona, sendo o β-ciclocitral o mais abundante, em todas as condições testadas, para as ambas as linhagens estudadas. A linhagem não toxigênica, no entanto, apresentou produção mais elevada de todos os compostos identificados. Dentre as intensidades luminosas testadas, a intensidade de 250 µmol.fótons.m-2s-1 foi a que apresentou a maior taxa de crescimento para a linhagem LTPNA 08 e relação negativa entre o aumento da irradiância e a produção de β-ciclocitral. Foram identificadas, também, variações na produção dos compostos α-ciclocitral, β-ciclocitral e β-ionona nas linhagens ao longo do ritmo circadiano, sendo as maiores concentrações encontradas no período escuro. Observou-se morte celular e redução na produção de COVs 24 horas após adição de exsudatos pertencentes à linhagem de M. aeruginosa toxigênica em cultivos da linhagem não-toxigênica. Sendo assim, pode-se inferir que a produção dos COVs pode sofrer alterações qualitativas e quantitativas dependendo do estímulo ambiental presente, tanto por interações bióticas (com outros organismos e ritmo circadiano), quanto por fatores abióticos (intensidade luminosa). / There are several studies on the presence of cyanobacteria and the correlation between environmental factors that may influence or trigger blooms. However, information concerning the physiological and biochemical control of the production of secondary metabolites, toxins and volatile organic compounds (VOC) by cyanobacteria is poorly understood. Geosmin and 2-methyl-isoborneolare are commonly found VOC in cyanobacteria, they resist to conventional water treatment and can cause bad smell and taste in the final water. In addition, VOC can bioaccumulate in fish and shellfish. Studies on possible competition systems (allelopathy) either among strains of cyanobacteria or among them and other organisms such as green microalgae, may help to elucidate the role of VOC production by cyanobacteria. Thus, the main objectives of this study are: (i) prospect the production of VOCs and their effects on physiological self-regulation in cyanocrobacteria kept in the laboratory; and (ii) to develop an analytical method, by solid phase microextraction (SPME) and gas chromatography with mass spectrometry detection (GC-MS), for the determination of these compounds. The assays were carried out to evaluate the production profiles of VOCs in two strains of M. aeruginosa at different growth stages under different light intensities (50, 150 and 250 µmol.fótons.m-2.s-1) and also along of the circadian rhythm, evaluating the influence of light and dark periods. To assess allelopathic effects, exudates from a microcystin-producing strain of M. aeruginosa were tested on cultures of another non-toxin producing M. aeruginosa strain by traditional growth monitoring culture techniques. In the analysis of VOC production by GC-MS, it was observed that α-cyclocyclal, β-cyclocyclal and β-ionone compounds were the most prominent, with β-cyclocitral being the most abundant in all conditions tested, for both strains studied. The non-toxigenic lineage, however, showed higher production of all the identified compounds. Among the light intensities tested, the intensity of 250 µmol.fótons.m-2s-1 was the one with the highest growth rate and positive relation between the irradiance increase and the β-cyclocitral production. Variations in the production of the α-cyclocyclal, β-cyclocyclal and β-ionone compounds were also identified in the lines along the circadian rhythm, being the highest concentrations found in the dark period. Cell death and reduction in VOC production were observed 24 hours after addition of exudates belonging to the toxigenic M. aeruginosa lineage in cultures of the non-toxigenic lineage. Thus, it can be inferred that the production of VOCs can undergo qualitative and quantitative changes depending on the environmental stimulus present, both by biotic interactions (with other organisms and circadian rhythm) and by abiotic factors (luminous intensity).

A contaminação de corpos d\'água por fármacos é um tema de extrema relevância, tendo em vista problemas como a escassez de água, florações de cianobactérias tóxicas e lançamentos clandestinos de efluentes domésticos. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo determinar a presença de cafeína (CAF), fluoxetina (FLX), levotiroxina (LVX) e bezafibrato (BZF) em mananciais do estado de São Paulo, bem como avaliar a toxicidade desses compostos à cianobactéria Microcystis aeruginosa LTPNA 08. Um método por LC-MS/MS foi desenvolvido e validado, de acordo com a RDC nº 166 da ANVISA, para a detecção de CAF, FLX, LVX e BZF em amostras ambientais. As represas Guarapiranga e Billings, bem como os rios Taiçupeba, Sorocaba, Baixo Cotia, Grande e Paraíba foram monitorados de abril a setembro de 2017. A toxicidade dos fármacos foi avaliada por meio do monitoramento do crescimento, produção de microcistinas e viabilidade celular da cianobactéria M. aeruginosa LTPNA 08. CAF foi detectada em todas as amostras analisadas, com concentrações que variaram de 6,6 ng.L-1 a 16,47 µg.L-1. No Rio Cotia foram verificadas as maiores concentrações de CAF, FLX e BZF (16,47 µg.L-1; 3,5 ng.L-1 e 322 ng.L-1, respectivamente). A LVX, cujos produtos de biotransformação não foram monitorados, não foi detectada em nenhuma amostra analisada. A concentração de 50 µg.L-1 de FLX inibiu o crescimento da cianobactéria em 82,3% (CE50: 31,4 µg.L-1). Em relação à produção de microcistinas totais, os fármacos inibiram a liberação da fração extracelular para a maior concentração testada ao longo do tempo de monitoramento, embora não tenham demonstrado efeito sobre a viabilidade celular. Sendo assim, considerando-se que fármacos estão presentes nos mananciais monitorados no estado de São Paulo e que a FLX pode causar efeito sobre a M. aeruginosa, os efeitos decorrentes da exposição a concentrações ambientais contínuas e cumulativas de fármacos em corpos d\'água devem ser estudados. Além disso, uma vez que a ocorrência destas substâncias e outros contaminantes antropogênicos no ambiente aquático natural é uma questão emergente devido aos efeitos adversos potenciais que estes compostos representam para a vida aquática e os seres humanos, os tipos e níveis destes compostos, que têm um impacto maior na qualidade da água, deve ser constantemente monitorada. Práticas de gestão que investem em saneamento e na redução da descarga de efluentes não tratados, e um plano de proteção de recursos hídricos com o objetivo de garantir a segurança da água seriam medidas essenciais para reduzir o aporte de contaminantes nos corpos d\'água do estado de São Paulo. / Contamination of water bodies by drugs is a subject of extreme relevance considering related problems such as water scarcity, harmful cyanobacterial blooms and discharge of untreated domestic effluents. Therefore, the aim of this work was to determine the presence of caffeine (CAF), fluoxetine (FLX), levothyroxine (LVX) and bezafibrate (BZF) in springs in the State of São Paulo, and to evaluate the toxicity of these compounds in cyanobacteria Microcystis aeruginosa LTPNA 08. A LC-MS/MS method was developed and validated according to RDC nº 166 of ANVISA to assess the concentration of CAF, FLX, LVX and BZF in environmental samples. Guarapiranga and Billings reservoirs, as well as the Taiçupeba, Sorocaba, Baixo Cotia, Grande and Paraíba rivers were monitored from April to September 2017.The drugs toxicity in M. aeruginosa LTPNA 08 was assessed by monitoring their effects on cyanobacterial growth, microcystins production and cell viabilityby flow cytometry. CAF was detected in all analyzed samples at concentrations ranging from 6.6 ng to 16.47 µg.L-1.Among studied sites, Cotia river showed the highest concentrations of CAF, FLX and BZF (16.47 µg.L-1, 3.5 ng.L-1 and 322 ng.L-1, respectively). LVX, which biotransformation products were not monitored, was not detected in any of the analyzed samples. Regarding the drugs toxicity, 50 µg.L-1 of FLX inhibited the cyanobacterial grow thin 82.3% (EC50 of 31.4 µg.L-1). Although no effect on cell viability was seen by flow cytometry, the highest concentrations of all compounds tested were able to inhibit the release of microcystins. Therefore, considering that some of the drugs monitored showed to be present in water sources in São Paulo State and that FLX affects cyanobacteria M. aeruginosa growth, the effects of continuous and cumulative exposure at environmental drug concentrations of in water bodies should be evaluated. Also, since the occurrence of these substances and other anthropogenic contaminants in the natural aquatic environment is an emerging issue due to the potential adverse effects these compounds pose to aquatic life and humans, thet ypes and levels of these compounds, which have a greater impact on water quality, should be constantly monitored. Management practices investing in sanitation and in reducing discharge of untreated effluents, as well as a plan for water resources protection with the goal of ensuring water security would be essential measures in reducing drugs loading into water bodies situated in São Paulo State.

This study aims to investigate the potential effects of environmental variables and the toxicity of nanosilver colloids synthesized by chemical reduction method on growth and development of phytoplankton community (the Microcystis genus dominance) in the eutrophication Tien lake water, Hanoi city, Vietnam. The variables analyzed including: physical (pH and Turbidity), chemical (content of NH4 +, PO4 3- and silver metal), biological (content of Chlorophyll-a, cell density). The characteristic of nanomaterial was confirmed by using UV-visible spectrophotometer, TEM and HR-TEM methods. The obtained silver nanoparticles (AgNPs) showed that their spherical form and uniform size varied from 10 to 15 nm. The experimental results showed that the samples treated with AgNPs inhibition on growth against M. aeruginosa at concentration 1 mg/l after 8 days. The content of silver in aquarium water decreased from 1 mg/l (D0) to 0.8 mg/l (D8). The contents of chlorophyll-a of phytoplankton community, including Microcystis genus in samples exposed with AgNPs were declined from 11.27 ± 0.56μg/L (D0) to 1.98 ± 0.37 μg/L (D8) . The environmental variables such as: pH, temperature, dissolved oxygen, turbidity, ammonium, phosphate...in the experiment were below the limit of the Vietnam Standard 08:2015/MONRE for surface water quality. / Mục đích của nghiên cứu này là khảo sát ảnh hưởng của vật liệu nano bạc tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học đến sinh trưởng và phát triển của quần xã thực vật nổi (chủ yếu là chi Microcystis) trong nước hồ Tiền phú dưỡng, tại Hà Nội, Việt Nam. Các thông số phân tích bao gồm: thủy lý (pH và độ đục), hóa học (hàm lượng amoni, photphat và hàm lượng bạc kim loại), sinh học (hàm lượng chất diệp lục, mật độ tế bào). Đặc trưng của vật liệu được xác định bằng các phương pháp quang phổ UV-VIS, TEM và HR-TEM. Vật liệu nano bạc có dạng hình cầu, kích thước đồng nhất trong khoảng 10-15nm. Kết quả thử nghiệm sau 8 ngày cho thấy các mẫu có bổ sung vật liệu nano bạc ức chế sinh trưởng đối với vi khuẩn lam M. aeruginosa ở nồng độ 1mg/l. Hàm lượng bạc kim loại giảm từ 1 mg/l (ngày đầu tiên) xuống còn 0.8 mg/l (vào ngày cuối cùng). Sinh khối thực vật nổi trong đó có chi Microcystis trong mẫu xử lý với AgNPs đã giảm tương ứng từ 11.27 ± 0.56 μg/L (ngày đầu tiên, D0) xuống 1.98 ± 0.37 μg/L (ngày cuối cùng, D8). Các thông số môi trường của nước hồ đều nằm dưới giới hạn cho phép của QCVN 08:2015/BTNMT đối với chất lượng nước mặt.

This study aims to investigate the toxicity of copper material synthesized by chemical reduction method and effects of environmental variables on growth of phytoplankton community (dominated by Microcystis genus) in the Tien eutrophic lake, Hanoi, Vietnam. The variables analyzed include: physical (pH and Turbidity), chemical (content of NH4+, PO43- and copper metal), biological (content of Chlorophyll-a, cell density). The characteristic of nanomaterial was confirmed by using UVvisible spectrophotometer, XRD, SEM and TEM methods. The CuNPs showed they spherical form and uniform size about 20-40 nm. The experimental results showed that the treated with CuNPs inhibition on growth against phytoplankton after 8 days. The cell density of phytoplankton community and Microcystis genus in samples exposure with CuNPs declined after 8 days from 647.037 and 467.037 down to 381.111 and 202.592, respectively. / Mục đích của nghiên cứu này là khảo sát độc tính của vật liệu nano đồng được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng và phát triển của quần xã thực vật nổi (chủ yếu là chi Microcystis) trong nước hồ Tiền phú dưỡng, tại Hà Nội, Việt Nam. Các thông số phân tích bao gồm: thủy lý (pH và độ đục), hóa học (hàm lượng amoni, photphat và hàm lượng đồng kim loại), sinh học (hàm lượng chất diệp lục, mật độ tế bào). Đặc trưng của vật liệu được xác định bằng các phương pháp quang phổ UV-VIS, XRD, SEM và TEM. Vật liệu nano đồng có dạng hình cầu, kích thước đồng nhất từ 20 đến 40 nm. Kết quả thử nghiệm sau 8 ngày cho thấy các mẫu có bổ sung vật liệu nano đồng ức chế sinh trưởng quần xã thực vật nổi ở nồng độ 1mg/l. Mật độ quần xã thực vật nổi và chi Microcystis trong mẫu xử lý với CuNPs đã giảm tương ứng sau 8 ngày từ 647.037 và 467.037 xuống còn 381.111 và 202.592.

Um grande desafio da atualidade é a crescente ocorrência, em ambientes aquáticos, de cianobactérias potencialmente tóxicas capazes de produzir cianotoxinas como a microcistina. Estratégias de controle de florações incluem a aplicação de algicidas. No entanto, esses produtos podem resultar na liberação de toxinas, que podem não ser removidas da água pelos processos convencionais de tratamento, sendo necessária uma etapa adicional como a adsorção com carvão ativado granular (CAG). A presente pesquisa avaliou com embasamento estatístico o efeito de cinco diferentes algicidas (à base de diuron, carbonato de sódio, polímero catiônico, sulfato de cobre e peróxido de hidrogênio), aplicados em três concentrações distintas, sobre a Microcystis aeruginosa, analisando-se a densidade celular, o biovolume, a concentração de potássio e de microcistina-LR extracelular/intracelular. Além disso, foram investigadas as implicações que esses produtos tiveram sobre a adsorção em dois CAGs, por meio de isotermas e modelos cinéticos. Todos os algicidas afetaram a integridade das células, resultando na liberação de microcistina. O último dia experimental (dia 7) foi o que apresentou maior concentração de microcistina extracelular, em que, em alguns casos, houve aumento de 10 vezes da concentração final de microcistina extracelular em relação à concentração inicial. O potencial de liberação de microcistina extracelular ocorreu na seguinte ordem de algicidas: polímero catiônico > sulfato de cobre > peróxido de hidrogênio > carbonato de sódio > diuron. Os algicidas também alteraram o comportamento de adsorção (de monocamada para multicamada), bem como pioraram os ajustes cinéticos. Além disso, enquanto o polímero catiônico praticamente triplicou a capacidade adsortiva dos carvões, o sulfato de cobre e o peróxido de hidrogênio pioraram o desempenho de ambos. Os algicidas possuem modos diferentes de ação e geraram consequências distintas para os indicadores avaliados, além de alterar a adsorção. Isso pode indicar a necessidade de se considerar a presença desses produtos na elaboração de projetos de estações de tratamento de água (ETAs). / A major challenge nowadays is the increasing occurrence in aquatic environments of potentially toxic cyanobacteria capable of producing cyanotoxins such as microcystin. Bloom control strategies include application of algaecides. However, these products may result in toxins release, which may not be removed from water by conventional treatment processes, requiring an additional step such as adsorption with granular activated carbon (GAC). The present study evaluated, using statistical methods, the effect of five different algaecides (diuron, sodium carbonate, cationic polymer, copper sulfate and hydrogen peroxide), applied on Microcystis aeruginosa in three different concentrations. We analyzed cell density, biovolume, potassium concentration and extracellular/intracellular microcystin-LR concentration. In addition, we investigated the implications these products had on two GACs adsorption, through isotherms and kinetic models. All algaecides affected cell integrity, resulting in microcystin release. The last experimental day (day 7) was the one that presented the highest extracellular microcystin concentration, in which, in some cases, there was a 10 times increase in the final extracellular microcystin concentration in relation to the initial concentration. The extracellular microcystin release potential occurred in the following order of algaecides: cationic polymer > copper sulfate > hydrogen peroxide > sodium carbonate > diuron. Algaecides also modified adsorption behavior (from monolayer to multilayer), as well as worsened kinetic adjustments. Furthermore, while cationic polymer almost tripled carbons adsorptive capacity, copper sulfate and hydrogen peroxide worsened the performance of both. Algaecides present different modes of action and caused distinct consequences for the evaluated indicator, besides modifying adsorption process. This may indicate the need to consider the presence of these products in water treatment plants (WTPs) designs.

A contínua entrada de metais pesados nos ambientes aquáticos constitui uma potencial ameaça aos ecossistemas naturais devido à ação tóxica direta em organismos aquáticos. Nos ambientes aquáticos, os organismos estão expostos a metais tanto dissolvidos na água como aqueles presentes na cadeia trófica. Um maior conhecimento sobre o papel do alimento como rota adicional de exposição a metais ou como um possível retentor de sua toxicidade para invertebrados aquáticos é necessário. Considerando-se a importância dos metais na contaminação ambiental, bem como a necessidade de melhor entendimento das interações desses elementos nos sistemas aquáticos, o presente estudo visou a avaliar a sensibilidade de espécies fitoplanctônicas (Selenastrum capricornutum e Microcystis aeruginosa) e de espécies zooplanctônicas (Daphnia similis e Ceriodaphnia dubia) aos metais cádmio e cromo e os efeitos tóxicos desses elementos em tais organismos. O crescimento celular, a concentração de clorofila, o biovolume e o peso seco das algas foram analisados quando as espécies algais foram expostas aos metais por meio de testes de toxicidade aguda. Testes de toxicidade aguda e crônica com o zooplâncton aos metais também foram realizados e o efeito de diferentes densidades algais (alta, média e baixa) sobre a toxicidade dos metais aos cladóceros foi avaliado. Além disso, algas foram expostas aos metais, oferecidas como alimento a C. dubia e os efeitos tóxicos crônicos foram investigados. Os resultados demonstraram que S. capricornutum foi mais sensível ao cádmio e M. aeruginosa foi mais sensível ao cromo, sendo essa diferença relacionada à capacidade das algas para reter os metais. Com o aumento de ambos os metais, houve uma diminuição na densidade celular, na taxa de crescimento, na clorofila e no peso seco das algas. A presença de diferentes densidades de S. capricornutum não alterou significativamente o valor da CE(I)50; 48h aos metais para D. similis, mas a elevada densidade de M. aeruginosa reduziu a toxicidade do cádmio para o dafinídeo. A alta densidade de alimento (106 céls/mL) influenciou negativamente a reprodução e a sobrevivência de C. dubia quando exposta a concentrações subletais dos metais em solução. Alimento exposto à metais, quando fornecido em alta e em média densidade, também afetou a sobrevivência e a reprodução dos organismos-teste. Apesar de a água ser uma importante rota de exposição aos metais para os organismos aquáticos, o alimento deve ser considerado uma via de contaminação adicional. / The continuous input of heavy metals into aquatic systems constitutes a potential threat to natural ecosystems because of the direct toxic action on aquatic organisms. In aquatic ecosystems, the organisms are exposed to dissolved metals in the water as to metals presents in the food chain. A larger knowledge about paper of food as an additional route of exposure to metals or as possible retainer of its toxicity for aquatic organisms is necessary. Considering the importance of metals in contamination of aquatic ecosystems and the need of better understanding of the interactions of those elements in the aquatic ecosystems as well, the aim of this study was to evaluate the sensibility of phytoplankton species (Selenastrum capricornutum and Microcystis aeruginosa) and zooplankton species (Daphnia similis and Ceriodaphnia dubia) to cadmium and chromium metals and the toxic effects of those elements in such organisms. Analysed of cellular growth, chlorophyll concentration, biovolume and dry weight of the algae were carried out when algal species were exposed to metals. Acute and chronic toxicity tests with the zooplankton were also accomplished and the effect of different algal densities (high, middle and low) on toxicity of metals to cladoceran was evaluated. Alga S. capricornutum was exposed to metals, supplied as food to C. dubia and chronic toxicity effects were investigated. The results demonstrated that S. capricornutum was more sensitive to cadmium and M. aeruginosa was more sensitive to chromium, this difference was related the capacity of the algae to retain metals. Cell density, growth rate, chlorophyll and dry weight of the algae were reduced with increase of both metals. The presence of different density of S. capricornutum does not alter the value of EC50 to metals for D. similis, but high density of M. aeruginosa reduced the toxicity of cadmium for daphnid. High food density (106 cells/mL) influenced negatively on reproduction and survival of C. dubia when this organism was exposed to sublethal concentrations of metals in solution. Food exposed to metals, when it was supplied at high and middle density, also affected survival and reproduction of the test organisms. Although the water to be considered a important route of exposure of metals for aquatic organisms, the food should be considered an additional source of toxicity.

Les proliférations de cyanobactéries présentent en général d'importantes variations spatiales et temporelles de leur abondance cellulaire et de leur potentiel toxique, ce qui rend très difficile la surveillance de ces microorganismes et l'estimation des risques sanitaires associés à ces événements. Dans ce cadre général, le premier objectif de ma thèse a été de tester différentes stratégies d'échantillonnage pour suivre au mieux l'évolution des abondances cellulaires lors des proliférations de cyanobactéries. Par un échantillonnage à haute fréquence (six points tous les deux jours) réalisé sur un étang piscicole du Forez, nous avons montré que les deux espèces qui proliféraient dans cet écosystème (Microcystis aeruginosa et Aphanizomenon flos-aquae) présentaient des dynamiques spatiales et temporelles de leur abondance cellulaire très contrastées, ne permettant pas de définir une stratégie d'échantillonnage optimale commune aux deux espèces. Si pour ces deux espèces, trois points d'échantillonnage sont au minimum nécessaires pour bien prendre en compte l'hétérogénéité dans la distribution spatiale des cellules, les fréquences d'échantillonnage optimales sont en revanche très variables, allant d'un échantillonnage mensuel ou bimensuel pour Microcystis à un échantillonnage au minimum hebdomadaire pour Aphanizomenon. Le second objectif de ma thèse a été de m'appuyer sur cette stratégie d'échantillonnage à haute fréquence, pour mieux comprendre le développement de la prolifération de M. aeruginosa. Pour ce faire, nous avons estimé les changements spatiaux et temporels intervenant dans la composition génotypique de la population de cyanobactéries (par utilisation de la SSCP sur l'ITS 16S-23S) et dans sa toxicité potentielle (par le dosage des microcystines et l'évaluation de la proportion de cellules possédant le gène mcyB, un des gènes de synthèse de la microcystine). La répartition spatiale de la composition génotypique s'est révélée homogène à l'échelle de l'étang. Il est également apparu qu'au cours de la phase de croissance de la population, cette composition génotypique subissait de nombreux changements à courte échelle temporelle puis restait stable pendant plusieurs semaines lorsque le maximum d'abondance était atteint. Au niveau du potentiel toxique, la proportion de cellules possédant le gène mcyB est resté proche de 60 % durant toute la prolifération avec toutefois, des variations plus importantes pendant le développement du bloom. Aucune relation n'a pu être établie entre les variations observées dans la composition génotypique de la population et celles dans les proportions de cellules toxiques. De même, aucun lien n'a pu être établi entre les variations de diverses variables environnementales (nutriments, température, pluie) et celles de l'abondance cellulaire, de la toxicité potentielle et de la composition génotypique de la population de Microcystis. L'ensemble de ces résultats suggère que d'autres facteurs et processus interviennent probablement dans ces variations et qu'il existe sans doute des interactions très complexes entre toutes ces variables. Enfin, le troisième objectif de ma thèse a été de comparer la composition génotypique et le potentiel toxique de plusieurs populations de Microcystis plus ou moins connectées entre elles. Cette comparaison a permis de montrer l'importance fondamentale des facteurs et processus environnementaux locaux, dans la mise en place et le développement de ces évènements. / Generally, cyanobacteria proliferations show great spatial and temporal variations in their cell abundances and potential toxicity, which makes it difficult to control the development of these microorganisms and to predict the health risks associated with these events. Within this scope, the first goal of my PhD thesis was to test different sampling strategies to guarantee the best monitoring of the cell abundances during cyanobacteria proliferations. We made a high frequency sampling (six points every other day) in a shallow lake located in Forez and we evidenced that the two blooming-species (Microcystis aeruginosa and Aphanizomenon flos-aquae) showed strongly contrasted spatial and temporal patterns of their cell abundances precluding having a common optimal sampling strategy for both species. Even if three sampling points were enough to take into account the spatial heterogeneity of Microcystis and Aphanizomenon cells, a monthly or two-monthly sampling was sufficient for Microcystis whereas a weekly sampling was necessary for Aphanizomenon. The second goal was to gain a better understanding of Microcystis proliferation development. To achieve this aim, we estimated spatial and temporal changes in the genotypic composition (using the SSCP method in the 16S-23S ITS) and in the potential toxicity (by measuring the microcystin concentration and proportion of mcyB+ cells). We obtained a homogeneous spatial repartition of the genotypic composition. Moreover, during the growth phase, there were many rapid changes in the genotypic composition whereas this composition remained stable for several weeks where the maximum cell abundance was reached. As for potential toxicity, the proportion of mcyB+ cells remains at around 60 % during the proliferation but we observed higher variations during the growth phase. No relation was found between the variations of the genotypic composition and proportion of toxic cells on the one hand and the variations of several environmental factors (nutrients, temperature, rain) on the other hand, suggesting that other factors may be involved in these variations and that many complex interactions occur between these factors. Finally, the third goal of my PhD thesis was to compare the genotypic composition and the potential toxicity of different Microcystis populations, which were more or less interconnected. This comparison evidenced the great importance of local environmental factors and processes in the beginning and development of these events.

A contínua entrada de metais pesados nos ambientes aquáticos constitui uma potencial ameaça aos ecossistemas naturais devido à ação tóxica direta em organismos aquáticos. Nos ambientes aquáticos, os organismos estão expostos a metais tanto dissolvidos na água como aqueles presentes na cadeia trófica. Um maior conhecimento sobre o papel do alimento como rota adicional de exposição a metais ou como um possível retentor de sua toxicidade para invertebrados aquáticos é necessário. Considerando-se a importância dos metais na contaminação ambiental, bem como a necessidade de melhor entendimento das interações desses elementos nos sistemas aquáticos, o presente estudo visou a avaliar a sensibilidade de espécies fitoplanctônicas (Selenastrum capricornutum e Microcystis aeruginosa) e de espécies zooplanctônicas (Daphnia similis e Ceriodaphnia dubia) aos metais cádmio e cromo e os efeitos tóxicos desses elementos em tais organismos. O crescimento celular, a concentração de clorofila, o biovolume e o peso seco das algas foram analisados quando as espécies algais foram expostas aos metais por meio de testes de toxicidade aguda. Testes de toxicidade aguda e crônica com o zooplâncton aos metais também foram realizados e o efeito de diferentes densidades algais (alta, média e baixa) sobre a toxicidade dos metais aos cladóceros foi avaliado. Além disso, algas foram expostas aos metais, oferecidas como alimento a C. dubia e os efeitos tóxicos crônicos foram investigados. Os resultados demonstraram que S. capricornutum foi mais sensível ao cádmio e M. aeruginosa foi mais sensível ao cromo, sendo essa diferença relacionada à capacidade das algas para reter os metais. Com o aumento de ambos os metais, houve uma diminuição na densidade celular, na taxa de crescimento, na clorofila e no peso seco das algas. A presença de diferentes densidades de S. capricornutum não alterou significativamente o valor da CE(I)50; 48h aos metais para D. similis, mas a elevada densidade de M. aeruginosa reduziu a toxicidade do cádmio para o dafinídeo. A alta densidade de alimento (106 céls/mL) influenciou negativamente a reprodução e a sobrevivência de C. dubia quando exposta a concentrações subletais dos metais em solução. Alimento exposto à metais, quando fornecido em alta e em média densidade, também afetou a sobrevivência e a reprodução dos organismos-teste. Apesar de a água ser uma importante rota de exposição aos metais para os organismos aquáticos, o alimento deve ser considerado uma via de contaminação adicional. / The continuous input of heavy metals into aquatic systems constitutes a potential threat to natural ecosystems because of the direct toxic action on aquatic organisms. In aquatic ecosystems, the organisms are exposed to dissolved metals in the water as to metals presents in the food chain. A larger knowledge about paper of food as an additional route of exposure to metals or as possible retainer of its toxicity for aquatic organisms is necessary. Considering the importance of metals in contamination of aquatic ecosystems and the need of better understanding of the interactions of those elements in the aquatic ecosystems as well, the aim of this study was to evaluate the sensibility of phytoplankton species (Selenastrum capricornutum and Microcystis aeruginosa) and zooplankton species (Daphnia similis and Ceriodaphnia dubia) to cadmium and chromium metals and the toxic effects of those elements in such organisms. Analysed of cellular growth, chlorophyll concentration, biovolume and dry weight of the algae were carried out when algal species were exposed to metals. Acute and chronic toxicity tests with the zooplankton were also accomplished and the effect of different algal densities (high, middle and low) on toxicity of metals to cladoceran was evaluated. Alga S. capricornutum was exposed to metals, supplied as food to C. dubia and chronic toxicity effects were investigated. The results demonstrated that S. capricornutum was more sensitive to cadmium and M. aeruginosa was more sensitive to chromium, this difference was related the capacity of the algae to retain metals. Cell density, growth rate, chlorophyll and dry weight of the algae were reduced with increase of both metals. The presence of different density of S. capricornutum does not alter the value of EC50 to metals for D. similis, but high density of M. aeruginosa reduced the toxicity of cadmium for daphnid. High food density (106 cells/mL) influenced negatively on reproduction and survival of C. dubia when this organism was exposed to sublethal concentrations of metals in solution. Food exposed to metals, when it was supplied at high and middle density, also affected survival and reproduction of the test organisms. Although the water to be considered a important route of exposure of metals for aquatic organisms, the food should be considered an additional source of toxicity.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-15T18:16:10Z No. of bitstreams: 1 marcelaaparecidacamposnevesmiranda.pdf: 2269537 bytes, checksum: 9bf86ff2517e2014e98028114505af4e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-22T14:58:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marcelaaparecidacamposnevesmiranda.pdf: 2269537 bytes, checksum: 9bf86ff2517e2014e98028114505af4e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-22T14:58:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marcelaaparecidacamposnevesmiranda.pdf: 2269537 bytes, checksum: 9bf86ff2517e2014e98028114505af4e (MD5) Previous issue date: 2011-04-12 / Alterações no padrão de distribuição de luz em ambientes aquáticos podem afetar as características fisiológicas das cianobactérias, e com isso, influenciar na ocorrência de suas florações. Microcystis e Cylindrospermopsis estão entre os gêneros mais comuns formadores de florações em sistemas brasileiros. Conhecer e entender os requerimentos por luz e seu efeito no crescimento dessas duas cianobactérias é de fundamental importância para a compreensão e manejo de florações em ambientes aquáticos continentais. Este trabalho buscou avaliar o efeito de diferentes intensidades luminosas (25, 50, 300, 600 μmol de fótons m-2 s-1) na ecofisiologia de M.aeruginosa (cepa MIRF-01) e de C. raciborskii (cepa CYRF-01) e a interação entre uma cepa de M. aeruginosa (MIRF-01) com duas cepas de C. raciborskii (CYRF-01 e T3) em duas intensidades luminosas (50 e 500 μmol de fótons m-2 s-1). Para avaliar a ecofisiologia as células das duas espécies foram previamente aclimatadas por três gerações as intensidades luminosas utilizadas e os parâmetros avaliados foram turbidez, densidade do fluxo de fótons, densidade celular, pigmentos totais, atividade fotossintética e a morfologia das duas espécies. A interação entre as espécies foi verificada através da taxa de crescimento. O aumento na densidade celular ao longo do tempo promoveu aumento da turbidez e reduziu a disponibilidade da intensidade luminosa por volta de 50% em todos os tratamentos, devido ao auto-sombreamento. MIRF apresentou taxa de crescimento maior do que CYRF (0,38 ± 0,015 e 0,29 ± 0,019 respectivamente) em todos os tratamentos. Em ambas as cepas houve um aumento na concentração de pigmentos ao longo do tempo e uma diminuição com o aumento da intensidade luminosa. O aumento na relação carotenóide/clorofila, nas culturas de CYRF cultivadas em alta intensidade luminosa (CYRF-300 e CYRF-600), justifica a mudança na coloração de “verde” viii para “verde-amarelada” das culturas de C. raciborskii. As duas espécies apresentaram taxa de transferência de elétrons semelhantes entre os tratamentos, não sendo verificados mecanismos de dissipação de energia. Em relação a morfologia MIRF apresentou agregação celular em baixas intensidade luminosas (25 e 50 μmol de fótons m-2 s-1) e CYRF apresentaram alterações nos tricomas cultivados as altas intensidade luminosas (300 e 600 μmol de fótons m-2 s-1), levemente curvados com diferenciação nas extremidades e filamentos bifurcados. A interação entre M.aeruginosa e C. raciborskii foi evidente para as cepas coexistentes MIRF e CYRF. Em baixa intensidade luminosa (50 μmol de fótons m-2 s-1), CYRF apresentou menor taxa de crescimento quando na presença de MIRF; em alta intensidade luminosa (500 μmol de fótons m-2 s-1) MIRF apresentou maiores taxas de crescimento quando na presença de CYRF do que quando em monocultura. M.aeruginosa e C. raciborskii quando aclimatadas não apresentaram diferenças em relação à ecofisiologia nas diferentes intensidades luminosas utilizadas. E a interação entre cepas coexistentes pode refletir no crescimento das espécies com a alteração da intensidade luminosa. / Changes in the distribution pattern of light in aquatic environments can affect the physiological characteristics of cyanobacteria and, thus, influence on the occurrence of blooms. Cylindrospermopsis and Microcystis are among the most common bloomforming genera in Brazilian systems. Knowing and understanding the requirements for light and its effect on the growth of these two cyanobacteria are important for the understanding and management of algal blooms in freshwater ecosystems. This study evaluated (1) the effect of different light intensities (25, 50, 300, 600, μmol photons m-2 s-1) on growth, physiology and morphology of the species M. aeruginosa (strain MIRF) and C. raciborskii (strain CYRF) and; (2) the interaction between one strain of M.aeruginosa (MIRF-01) with two strains of C. raciborskii (CYRF-01 and T3) at two light intensities (50 and 500 μmol photons m-2 s-1). Both strains were previously acclimated. Cell density, total pigments, turbidity, density of photon flux, photosynthetic activity and morphology of the two species were analized. The interaction between two species was verified by changes in growth rates. The increase in cell density over time promoted increase in turbidity and reduced the availability of light intensity by about 50% in all treatments, due to self-shading. MIRF showed higher growth rate than CYRF (0.38 ± 0.29 ± 0.015 and 0.019 respectively) in all treatments. There was no difference in the growth rates between treatments for MIRF and CYRF in different light intensities. In both strains, there was an increase in pigment concentration over time and decrease with increasing irradiance. The increase in the ratio carotenoid/chlorophyll-a in cultures grown in high irradiance CYRF (CYRF-300 and CYRF-600) explains the change in color from green to green-yellow of cultures of C. raciborskii. The rapid light curves were similar among treatments, and was not verified x down regulation mechanisms. It was also noted that while MIRF showed cell aggregation at low light intensities (25 and 50 mmol photons.m-2.s-1), CYRF showed morphological changes in the trichomes at high light intensities (300 and 600 μmol photons.m-2.s-1), slightly curved filaments and bifurcate at the ends. The interaction between M.aeruginoa and C.raciborskii was evident for coexisting MIRF and CYRF strains. In low light intensity (50 μmol photons.m-2.s-1), CYRF showed a lower growth rate in the presence of MIRF. In high light-intensity (500 μmol photons.m-2.s-1) MIRF growth rates were higher in the presence of CYRF than in monoculture. When M.aeruginosa and C.raciborskii are acclimated there is no ecophysiology difference in different light intensities. The interaction between coexisting strains may reflect the growth of species in different light intensity.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-20T14:13:23Z No. of bitstreams: 1 marianamendesemello.pdf: 1655122 bytes, checksum: 20f07a833562e4111886f134f6b2d724 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-22T15:20:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marianamendesemello.pdf: 1655122 bytes, checksum: 20f07a833562e4111886f134f6b2d724 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-22T15:20:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marianamendesemello.pdf: 1655122 bytes, checksum: 20f07a833562e4111886f134f6b2d724 (MD5) Previous issue date: 2011-02-15 / Cianobactérias vêm sendo apontadas como um dos maiores problemas ambientais relacionados à água doce. Esses micro-organismos formadores de florações e potencialmente tóxicos estão relacionados à perda da qualidade da água e até a problemas de saúde em seres humanos. Alta afinidade por nitrogênio, estratégias para estocagem de fósforo e a capacidade de ajustarem sua posição na coluna d’água são algumas vantagens competitivas das cianobactérias sobre outros componentes do fitoplâncton. Mais recentemente, a ocorrência de processos de comunicação química, como alelopatia e quorum sensing, vêm sendo apontados como vantagens competitivas alternativas das cianobactérias. Desta forma, os objetivos do presente trabalho foram: (1) verificar se as espécies Cylindrospermopsis raciborskii e Microcystis aeruginosa interagem quimicamente e se situações de estresse por competição e luz influenciam nessa interação; (2) verificar como a competição entre C. raciborskii e M. aeruginosa pode alterar a morfologia de M. aeruginosa, através da formação de colônias, além de avaliar o papel da co-evolução neste processo. Para tal, experimentos em laboratório foram executados adicionando-se exudatos de culturas de C. raciborskii e M. aeruginosa, sob diferentes condições, em ambas as espécies como alvo. Os resultados apontaram que as cepas de C. raciborskii (CYRF) e M. aeruginosa (MIRF) provenientes do Reservatório do Funil (RJ) apresentaram um maior número de respostas às interações químicas do que cepas provenientes de outros locais. CYRF em estresse por competição produziu possíveis aleloquímicos capazes de inibir o crescimento de MIRF, enquanto MIRF quando cultivada sob estresse por luz (25 μmol fótons m-2s-1) produziu aleloquímicos capazes de inibir o crescimento de CYRF. Ambas as cepas também demonstraram a habilidade de se comunicarem por quorum sensing. Essa comunicação em CYRF induziu a inibição do seu próprio crescimento, enquanto que em MIRF induziu a formação de colônias. Quando a formação de colônia em M. aeruginosa foi testada, foi observado uma possível produção de moléculas para a formação de colônias em MIRF engatilhada pela competição com diferentes cepas de C. raciborskii, e não somente com CYRF. Os resultados apontaram também que, dentre dez cepas de M. aeruginosa testadas, somente MIRF foi capaz de formar colônias quando em contato com o exudato da competição entre CYRF e MIRF. Desta forma, o sinal para formação de colônia foi apontado como cepa-dependente, indicando a importância do papel da co-evolução nas interações químicas entre cianobactérias. Os resultados encontrados sugerem que interações químicas intra e interespecíficas podem desempenhar importante papel, ainda que pouco explorado, na dominância e substituição de espécies de cianobactérias. / Cyanobacteria have been pointed as one of the main problems in freshwater systems. These blooming microorganisms are potentially toxic and their occurrence have been directly related to the lost of water quality and human health problems. High nitrogen affinity, strategies to storage phosphorus and the ability to adjust their position in the water column are some competitive advantages of cyanobacteria over other phytoplankton components. Recently, mechanisms of chemical communication, such as allelopathy and quorum sensing, have been indicated as an alternative advantage of cyanobacteria. The aim of this study was: 1. to evaluate if Cylindrospermopsis raciborskii and Microcystis aeruginosa can interact chemically, and if stressed conditions caused by competition and light can interfere in this relationship; 2. to evaluate how the competition between C. raciborskii and M. aeruginosa can induce morphological variation (colony formation) in M. aeruginosa and how the role of coevaluation. Laboratory experiments were performed and exudates from C. raciborskii and M. aeruginosa, cultivated in different conditions, were added to the same species as target. The results revealed that the strains of C. raciborskii (CYRF) and M. aeruginosa (MIRF), isolated from Funil Reservoir (RJ), showed more responses to chemical interactions than the strains from different places. When CYRF was grown in regular light (100 μmol quanta m-2s-1) and stressed by competition, this strain produced allelochemicals that inhibited the growth of MIRF, while MIRF cultivated in light stress (25 μmol quanta m-2s-1) produced allelochemicals that inhibited the growth of CYRF. It was also observed that both strains have the ability to communicate by quorum sensing. This communication induced growth self-inhibition in CYRF, while it induced colony formation in MIRF. When colony formation was evaluated, the production of inducible molecules to colony formation in MIRF was triggered by the competition with different strains of C. raciborskii, and not only by the competition with CYRF. The results also showed that, among ten strains of M. aeruginosa, only MIRF was able to form colonies when in contact with exudates from competition between CYRF and MIRF. The colony formation signal was pointed as strain-dependent, highlighting the importance of the co-evolution in chemical interactions among cyanobacteria. These results suggest that chemical interactions among species can play an important role, still unexplored, in the dominance and successional pattern of species.