Os recifes de coral estão entre os ambientes marinhos mais produtivos e ricos em biodiversidade. Esta biodiversidade está em parte associada a complexas estruturas formadas por corais escleractíneos. Apesar da importância ecológica, social e econômica dos recifes de corais, eles são expostos a várias ameaças relacionadas às atividades humanas. Dentre os impactos antrópicos em recifes, o branqueamento, ou perda de zooxantelas, é o mais notável e é diretamente relacionado à mortalidade dos corais. Por possuírem uma associação simbiótica com essas zooxantelas, alguns corais escleractíneos são considerados mixotróficos, caracterizados por modos de alimentação autotrófico (através de simbiose com o dinoflagelado Symbiodinium) e heterotrófico (predação sobre zooplâncton). Alguns estudos comprovam que corais com maior capacidade de alimentação heterotrófica são mais resistentes ao branqueamento e, consequentemente, às alterações climáticas. A fim de analisar se o coral escleractíneo Mussismilia hispida, é capaz de alternar seu modo nutricional entre predominante autotrófico e predominante heterotróficos, dezoito colônias foram amostradas ao longo de um ano. Marcadores Tróficos de Ácidos Graxos (FATM, na sigla em inglês) foram utilizados para determinar a fonte nutricional de carbono em tecido de corais. A concentração de células de Symbiodinium e a temperatura local também foram avaliadas. Branqueamento foi observado nos meses mais quentes do ano, quando a concentração de Symbiodinium diminuiu, voltando a aumentar nos meses mais frios. O marcador para dieta heterotrófica CGA (C20: 1ω9) foi encontrado em amostras de zooplâncton de toda a área de estudo. Em laboratório, colônias sem acesso a zooplâncton apresentaram perda significativa deste marcador após 10 dias. Amostras de colônias naturalmente branqueadas não apresentaram nenhum vestígio dos marcadores de autotrofia SDA (18: 4ω3) e DPA (22: 5ω3), mas continham tanto CGA e DHA (22: 6ω3). Isso confirmou que SDA e DPA são marcadores autotróficos viáveis e CGA é um marcador de heterotrofia. FATM relacionados com autotrofia apresentaram padrão semelhante ao observado para as concentrações de Symbiodinium e foram positivamente correlacionados com a densidade numérica de simbiontes e negativamente com a temperatura. Para explorar os dados de concentração dos FATM, o Índice Trófico de Corais foi desenvolvido para exibir as alternâncias entre modos nutricionais. Mussismilia hispida de fato alterna entre predominância de modo nutritivo ao longo do ano, sendo mais heterotrófica em períodos mais quentes e em condições climáticas adversas, porem na maior parte do ano é predominantemente autotrófica. A validação dos ácidos graxos marcadores tróficos específicos como referência para autotrofia e heterotrofia em corais abre perspectivas para novos estudos em ecologia trófica bêntica em recifes de coral. Este trabalho também inclui o primeiro monitoramento de um ano do comportamento alimentar em um coral hermatípico no Atlântico Sul e o acompanhamento de um evento de branqueamento. / Coral reefs are among the most productive and biodiverse marine environments. This remarkable biodiversity is partly associated to the complex structures formed by scleractinian corals. Despite the ecological, social and economic importance of coral reefs, they are constantly exposed to several threats mainly related to human activities. Climate changes are one of the most notable impacts of human activity related to coral mortality, mainly due to coral bleaching. Some scleractinian corals are proved to be mixotrophs, displaying both autotrophic (through Symbiodinium) and heterotrophic (predation on zooplankton) nutrition modes. Many studies emphasize that corals with greater capability of heterotrophic feeding are more resilient to bleaching and consequently to climate change. In order to analyze whether the endemic scleractinian coral Mussismilia hispida is capable of shifting from predominant autotrophic and predominant heterotrophic in Ubatuba-SP, 18 colonies were sampled monthly for 12 months. The Fatty Acid Trophic Markers (FATM) approach was used to determine the source of carbon on coral tissues. Symbiodinium cell density and local seawater temperature were also assessed. A mild bleaching was observed showing a decrease in Symbiodinium numerical density during warmer months, but increasing in colder months. Reference samples validated the relation between all selected FATM and its corresponding nutritional mode. The heterotrophic feeding marker CGA (C20:1ω9) was found in zooplankton samples collected throughout the study area. Laboratory starved colonies (no access to zooplankton) lost any trace of this marker after 10. Samples from naturally bleached colonies presented no traces of the autotrophic feeding markers SDA (18:4ω3) and DPA (22:5ω3), but contained both CGA (C20:1ω9) and DHA (22:6ω3). These results confirmed that the FATM analyzed where reliable trophic markers. Autotrophic FATM presented a pattern similar to that observed for Symbiodinium concentration in M. hispida tissues and were positively correlated with the symbiont and negatively with temperature. The Coral Trophic Index showed that M. hispida undergoes shifts in nutritional modes along the year, being more heterotrophic in adverse conditions. The validation of specific FATM as proxies for autotrophic and heterotrophic feeding in corals opens new perspectives for further studies in benthic trophic ecology in coral reefs. This work also presents the first yearlong monitoring of the feeding behavior in a hermatypic coral in the South Atlantic and the monitoring of a mild bleaching event.

O hidrogênio (H2) produzido a partir de microrganismos fotossintetizantes (microalgas e cianobactérias) é considerado um vetor energético sustentável do ponto de vista ambiental. Quando comparado a outras formas de produção são encontradas limitações técnicas e econômicas principalmente pela geração de pequenos volumes de gás e pela inexistência de um ciclo de vida completo que assegure a produção contínua de H2 por esses organismos. Nesse sentido, o presente projeto teve por propósito avaliar a capacidade de produção de H2, sob condições mixotróficas, em três estirpes de cianobactérias: Anabaena sp. UTEX 1448, Anabaena sp. PCC7120 (selvagem) e Anabaena sp. PCC 7120 &Delta;hypF (mutante). O primeiro capítulo tratou da otimização de biomassa da estirpe UTEX 1448, utilizando meio de cultura BG-11 (Rippka, 1979), em condições controladas de pH (10,2), temperatura (32 ºC), radiação (30 &micro;mol.m-2.s-1), com cinco diferentes substratos orgânicos (ácido lático, glicerol, glicose, frutose e sacarose), em três concentrações de carbono (0,20; 0,52 e 0,84 gC.L-1). No segundo capítulo, investigou-se a produção de H2, pelas enzimas hidrogenase bidirecional, de assimilação e nitrogenase, com medições in vivo, a partir do uso do eletrodo de H2 (Hansatech, Ltd) e análises de clorofila a, proteínas (Western Immunoblotting) e géis de poliacrilamida desnaturantes. Os ensaios de H2 foram realizados para as três estirpes, em triplicata, com réplicas biológicas nos dias 0h, 24h, 48h, 72h e 7 dias, após passagem das culturas de condições não fixadoras de nitrogênio para condições fixadoras de H2, considerando a condição otimizada encontrada no Capítulo 1. Utilizou-se BG-11 para aumento da densidade celular em níveis que viabilizassem a realização dos ensaios e BG-110 (sem nitrato) para estímulo à diferenciação celular em heterocistos, estrutura importante por conter a enzima nitrogenase, diretamente relacionada à geração de H2. A fonte de carbono orgânico frutose a 0,84 gC.L-1 foi a condição otimizada encontrada, com produtividade de biomassa de 190 ± 18 mg.L-1.dia-1 (Anova, Tukey, p < 0,05). A estirpe mutante não cresceu nas condições otimizadas do cultivo e consequentemente não foi possível quantificar a geração de H2. Em fase clara, aos 7 dias, a maior produtividade de H2 foi de 0,50 ± 0,38 &micro;molH2.mg clorofila a-1.h-1 para a cepa PCC 7120 (selvagem) e na fase escura obteve-se produtividade média de H2 de 0,147 ± 0,00 &micro;molH2.mg clorofila a-1.h-1, ao dia 0 (0h) para a estirpe UTEX 1448. / Hydrogen (H2) produced from photosynthetic microorganisms (microalgae and cyanobacteria) is considered an environmentally sustainable energy vector. When compared to other production ways, some technical and economic limitations are found mainly because of the small amount of gas generated and also due the lack of a complete life cycle that assures the constant generation of hydrogen by these organisms. Regarding to this, the following study intended to evaluate the capacity of hydrogen production under mixotrophic conditions in three cyanobacteria strains: Anabaena sp. UTEX 1448, Anabaena sp. PCC7120 (wild type) and Anabaena sp. PCC 7120 &Delta;hypF (mutant). The first chapter refers to the optimization of the biomass of the UTEX1448 strain, using BG-11 as a mean of culture (Rippka, 1979) under controlled conditions of pH (10,2), radiation (30 &micro;mol.m-2.s-1), temperature (32ºC), with no photoperiod, five different organic substrates (lactic acid, glycerol, glucose, fructose and sucrose) in three different carbon concentrations (0.20, 0.52 and 0.84 gC.L-1). The second chapter investigated the hydrogen production by the bidirectional hydrogenases enzymes, by uptake and nitrogenase, with in vivo measurements using the hydrogen electrode (Hansatech, Ltd), chlorophyll a and proteins analyses (Western Immunoblotting and SDS-Polyacrylamide gels). The H2 assays were performed for the three strains, in triplicate, with biological replicates on days 0h, 24h, 48h, 72h and 7 days, considering the optimized condition found in Chapter 1. BG-11 medium was used to increase cell density at levels that would be viable to perform the tests and BG-110 (without nitrate) to stimulate cell differentiation in heterocysts, an important structure that contains the nitrogenase enzyme, directly related to H2 generation. The source of organic carbon fructose at 0.84 gC.L-1 was the optimized condition found, with biomass productivity of 190 ± 18 mg.L-1.day-1 (ANOVA, Tukey, p < 0.05). The mutant strain did not grow under optimized culture conditions and consequently it was not possible to quantify H2 generation. In the light phase, at 7 days, the highest yield of hydrogen was 0.50 ± 0.38 &micro;molH2.mg chlorophyll a-1.h-1 for the strain PCC 7120 (wild) and in the dark phase yielded average productivity of hydrogen from 0.147 ± 0 &micro;molH2.mg chlorophyll a-1.h-1, at day 0 (0h) for strain UTEX 1448.

Os recifes de coral estão entre os ambientes marinhos mais produtivos e ricos em biodiversidade. Esta biodiversidade está em parte associada a complexas estruturas formadas por corais escleractíneos. Apesar da importância ecológica, social e econômica dos recifes de corais, eles são expostos a várias ameaças relacionadas às atividades humanas. Dentre os impactos antrópicos em recifes, o branqueamento, ou perda de zooxantelas, é o mais notável e é diretamente relacionado à mortalidade dos corais. Por possuírem uma associação simbiótica com essas zooxantelas, alguns corais escleractíneos são considerados mixotróficos, caracterizados por modos de alimentação autotrófico (através de simbiose com o dinoflagelado Symbiodinium) e heterotrófico (predação sobre zooplâncton). Alguns estudos comprovam que corais com maior capacidade de alimentação heterotrófica são mais resistentes ao branqueamento e, consequentemente, às alterações climáticas. A fim de analisar se o coral escleractíneo Mussismilia hispida, é capaz de alternar seu modo nutricional entre predominante autotrófico e predominante heterotróficos, dezoito colônias foram amostradas ao longo de um ano. Marcadores Tróficos de Ácidos Graxos (FATM, na sigla em inglês) foram utilizados para determinar a fonte nutricional de carbono em tecido de corais. A concentração de células de Symbiodinium e a temperatura local também foram avaliadas. Branqueamento foi observado nos meses mais quentes do ano, quando a concentração de Symbiodinium diminuiu, voltando a aumentar nos meses mais frios. O marcador para dieta heterotrófica CGA (C20: 1&#969;9) foi encontrado em amostras de zooplâncton de toda a área de estudo. Em laboratório, colônias sem acesso a zooplâncton apresentaram perda significativa deste marcador após 10 dias. Amostras de colônias naturalmente branqueadas não apresentaram nenhum vestígio dos marcadores de autotrofia SDA (18: 4&#969;3) e DPA (22: 5&#969;3), mas continham tanto CGA e DHA (22: 6&#969;3). Isso confirmou que SDA e DPA são marcadores autotróficos viáveis e CGA é um marcador de heterotrofia. FATM relacionados com autotrofia apresentaram padrão semelhante ao observado para as concentrações de Symbiodinium e foram positivamente correlacionados com a densidade numérica de simbiontes e negativamente com a temperatura. Para explorar os dados de concentração dos FATM, o Índice Trófico de Corais foi desenvolvido para exibir as alternâncias entre modos nutricionais. Mussismilia hispida de fato alterna entre predominância de modo nutritivo ao longo do ano, sendo mais heterotrófica em períodos mais quentes e em condições climáticas adversas, porem na maior parte do ano é predominantemente autotrófica. A validação dos ácidos graxos marcadores tróficos específicos como referência para autotrofia e heterotrofia em corais abre perspectivas para novos estudos em ecologia trófica bêntica em recifes de coral. Este trabalho também inclui o primeiro monitoramento de um ano do comportamento alimentar em um coral hermatípico no Atlântico Sul e o acompanhamento de um evento de branqueamento. / Coral reefs are among the most productive and biodiverse marine environments. This remarkable biodiversity is partly associated to the complex structures formed by scleractinian corals. Despite the ecological, social and economic importance of coral reefs, they are constantly exposed to several threats mainly related to human activities. Climate changes are one of the most notable impacts of human activity related to coral mortality, mainly due to coral bleaching. Some scleractinian corals are proved to be mixotrophs, displaying both autotrophic (through Symbiodinium) and heterotrophic (predation on zooplankton) nutrition modes. Many studies emphasize that corals with greater capability of heterotrophic feeding are more resilient to bleaching and consequently to climate change. In order to analyze whether the endemic scleractinian coral Mussismilia hispida is capable of shifting from predominant autotrophic and predominant heterotrophic in Ubatuba-SP, 18 colonies were sampled monthly for 12 months. The Fatty Acid Trophic Markers (FATM) approach was used to determine the source of carbon on coral tissues. Symbiodinium cell density and local seawater temperature were also assessed. A mild bleaching was observed showing a decrease in Symbiodinium numerical density during warmer months, but increasing in colder months. Reference samples validated the relation between all selected FATM and its corresponding nutritional mode. The heterotrophic feeding marker CGA (C20:1&#969;9) was found in zooplankton samples collected throughout the study area. Laboratory starved colonies (no access to zooplankton) lost any trace of this marker after 10. Samples from naturally bleached colonies presented no traces of the autotrophic feeding markers SDA (18:4&#969;3) and DPA (22:5&#969;3), but contained both CGA (C20:1&#969;9) and DHA (22:6&#969;3). These results confirmed that the FATM analyzed where reliable trophic markers. Autotrophic FATM presented a pattern similar to that observed for Symbiodinium concentration in M. hispida tissues and were positively correlated with the symbiont and negatively with temperature. The Coral Trophic Index showed that M. hispida undergoes shifts in nutritional modes along the year, being more heterotrophic in adverse conditions. The validation of specific FATM as proxies for autotrophic and heterotrophic feeding in corals opens new perspectives for further studies in benthic trophic ecology in coral reefs. This work also presents the first yearlong monitoring of the feeding behavior in a hermatypic coral in the South Atlantic and the monitoring of a mild bleaching event.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-08-08T16:54:32Z No. of bitstreams: 1 TeseAEM.pdf: 3699711 bytes, checksum: 3b2fdf705faaa9314eeacec123aa76fd (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-08T17:28:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseAEM.pdf: 3699711 bytes, checksum: 3b2fdf705faaa9314eeacec123aa76fd (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-08T17:28:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseAEM.pdf: 3699711 bytes, checksum: 3b2fdf705faaa9314eeacec123aa76fd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-08T17:38:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAEM.pdf: 3699711 bytes, checksum: 3b2fdf705faaa9314eeacec123aa76fd (MD5) Previous issue date: 2017-06-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / In aquatic environments, phytoplankton consists mostly of photosynthetic microorganisms that serve as the basis of food chains. However, besides photoautotrophy, it is widely reported in the literature that many microalgae can take up dissolved organic matter present in the environment concomitantly with the photosynthesis, a metabolic pathway known as mixotrophy. Little is known about the ecophysiology of mixotrophy in microalgae, and almost all studies are focused on the use of this metabolic pathway to increase the production of algal biomass and stimulate the production of specific biomolecules. Another important issue, considering the current anthropic activity, is that most of the contaminants eliminated in aquatic environments, such as metals and nanoparticles, affect the phytoplankton. However, so far, no ecotoxicological study involving mixotrophic metabolism was found in the literature. To better understand mixotrophy in microalgae, this work chose the chlorophycean freshwater Chlorella sorokiniana as test organism. We divided the study into two parts: the first focused on the physiological/biotechnological interest through the study of growth, photosynthetic parameters, changes in cellular volume, and production of biomolecules (proteins, carbohydrates and lipids); the second part focused on the ecotoxicological effects of cadmium (Cd) and titanium dioxide nanoparticles (NPs-TiO2). To stimulate mixotrophy, glucose (1.0 g.L-1 or 5 x 10-3 mol.L-1) was used as the organic carbon source. The results showed that during mixotrophy, the microalga C. sorokiniana presented higher population growth and production of biomolecules, such as chlorophyll a and lipids, when compared to photoautotrophic cultures. It was also observed that the photosynthetic parameters were affected by mixotrophy, although they did not interfere in the growth of the microalga, and that the presence of bacteria in the cultures acted as a stimulant factor in the production of algal biomass. Regarding the ecotoxicological effects of contaminants, microalgae in mixotrophy were more resistant to both Cd and NPs-TiO2 than those in photoautotrophy, but with changes in the biochemical composition what can affected the energy transfer in the environment. In general, we can conclude that mixotrophy should be considered in studies with phytoplankton, since aquatic environments present a myriad of organic carbon that can be used by these microorganisms. As general conclusions, we can mention that organic carbon acted as an extra source of structural carbon and energy for microalgae, not necessarily relying solely on photosynthesis to survive, so stimulating the growth and production of biomolecules of biotechnological interest, and increased cellular viability in environments contaminated with metals and nanoparticles. This study is a contribution to the understanding of mixotrophy and photoautotrophy metabolisms in a freshwater Chlorophyta with biotechnological potential. / Nos ambientes aquáticos, o fitoplâncton é formado basicamente de microrganismos fotossintetizantes que servem como base das cadeias alimentares. Entretanto, além da fotoautotrofia, é vastamente citado na literatura que muitas microalgas alimentam-se de matéria orgânica dissolvida presente no ambiente concomitantemente à realização da fotossíntese, uma via metabólica conhecida como mixotrofia. Sabe-se pouco sobre a ecofisiologia em metabolismo mixotrófico nas microalgas, sendo os estudos, em sua quase totalidade, voltados ao uso dessa via metabólica para aumentar a produção de biomassa algal e estimular a produção de biomoléculas específicas. Outra questão importante, considerando a atividade antrópica atual, é que a maioria dos contaminantes eliminados nos ambientes aquáticos, como metais e nanopartículas, são estudados em fitoplâncton sob metabolismo fotoautotrófico, não sendo encontrados trabalhos ecotoxicológicos envolvendo o metabolismo mixotrófico na literatura. Para entender melhor o metabolismo algal em mixotrofia, este trabalho escolheu a microalga Chlorophyta de água doce Chlorella sorokiniana como organismo-teste. Para melhor organizá-lo, foi dividido em duas partes: a primeira focou no interesse fisiológico/biotecnológico através do estudo do crescimento, parâmetros fotossintéticos, volume celular, e produção de biomoléculas (proteínas, carboidratos e lipídeos); a segunda parte focou nos efeitos ecotoxicológicos de cádmio (Cd) e de nanopartículas de dióxido de titânio (NPs-TiO2). Para estimular a mixotrofia, glicose (1.0 g.L-1 ou 5 x 10-3 mol.L-1) foi utilizada como fonte de carbono orgânico. Os resultados mostraram que durante a mixotrofia, a microalga C. sorokiniana apresentou maiores crescimento populacional e produção de biomoléculas, como clorofila a e lipídeos, quando comparada com as culturas em fotoautotrofia. Também foi observado que os parâmetros fotossintéticos foram afetados em mixotrofia, porém não interferindo no crescimento da microalga, e que a presença de bactérias pode ter atuado como fator estimulante na produção de biomassa algal. Em relação aos efeitos ecotoxicológicos dos contaminantes, as microalgas em mixotrofia foram mais resistentes tanto ao Cd quanto às NPs-TiO2 do que em fotoautotrofia, porém com mudanças na composição bioquímica, podendo afetar a transferência de energia nos ecossistemas aquáticos. De modo geral, podemos concluir que a mixotrofia deve ser considerada em estudos com fitoplâncton, visto que os ambientes aquáticos apresentam uma miríade de fontes de carbono orgânico para esses microrganismos. Na mixotrofia, o carbono orgânico funciona como uma fonte extra de carbono estrutural e de energia para as microalgas, não dependendo obrigatoriamente somente da fotossíntese para sobreviver, estimulando o crescimento e produção de biomoléculas de interesse biotecnológico, além de aumentar a viabilidade celular em ambientes contaminados tanto com Cd quanto com NPs-TiO2. Este estudo é uma contribuição ao entendimento dos metabolismos mixotróficos e fotoautotróficos em uma Chlorophyta de água doce com potencial biotecnológico. / CNPq: 302175/2015-6 / FAPESP: 2014/15894-0

O hidrogênio (H2) produzido a partir de microrganismos fotossintetizantes (microalgas e cianobactérias) é considerado um vetor energético sustentável do ponto de vista ambiental. Quando comparado a outras formas de produção são encontradas limitações técnicas e econômicas principalmente pela geração de pequenos volumes de gás e pela inexistência de um ciclo de vida completo que assegure a produção contínua de H2 por esses organismos. Nesse sentido, o presente projeto teve por propósito avaliar a capacidade de produção de H2, sob condições mixotróficas, em três estirpes de cianobactérias: Anabaena sp. UTEX 1448, Anabaena sp. PCC7120 (selvagem) e Anabaena sp. PCC 7120 &Delta;hypF (mutante). O primeiro capítulo tratou da otimização de biomassa da estirpe UTEX 1448, utilizando meio de cultura BG-11 (Rippka, 1979), em condições controladas de pH (10,2), temperatura (32 ºC), radiação (30 &micro;mol.m-2.s-1), com cinco diferentes substratos orgânicos (ácido lático, glicerol, glicose, frutose e sacarose), em três concentrações de carbono (0,20; 0,52 e 0,84 gC.L-1). No segundo capítulo, investigou-se a produção de H2, pelas enzimas hidrogenase bidirecional, de assimilação e nitrogenase, com medições in vivo, a partir do uso do eletrodo de H2 (Hansatech, Ltd) e análises de clorofila a, proteínas (Western Immunoblotting) e géis de poliacrilamida desnaturantes. Os ensaios de H2 foram realizados para as três estirpes, em triplicata, com réplicas biológicas nos dias 0h, 24h, 48h, 72h e 7 dias, após passagem das culturas de condições não fixadoras de nitrogênio para condições fixadoras de H2, considerando a condição otimizada encontrada no Capítulo 1. Utilizou-se BG-11 para aumento da densidade celular em níveis que viabilizassem a realização dos ensaios e BG-110 (sem nitrato) para estímulo à diferenciação celular em heterocistos, estrutura importante por conter a enzima nitrogenase, diretamente relacionada à geração de H2. A fonte de carbono orgânico frutose a 0,84 gC.L-1 foi a condição otimizada encontrada, com produtividade de biomassa de 190 ± 18 mg.L-1.dia-1 (Anova, Tukey, p < 0,05). A estirpe mutante não cresceu nas condições otimizadas do cultivo e consequentemente não foi possível quantificar a geração de H2. Em fase clara, aos 7 dias, a maior produtividade de H2 foi de 0,50 ± 0,38 &micro;molH2.mg clorofila a-1.h-1 para a cepa PCC 7120 (selvagem) e na fase escura obteve-se produtividade média de H2 de 0,147 ± 0,00 &micro;molH2.mg clorofila a-1.h-1, ao dia 0 (0h) para a estirpe UTEX 1448. / Hydrogen (H2) produced from photosynthetic microorganisms (microalgae and cyanobacteria) is considered an environmentally sustainable energy vector. When compared to other production ways, some technical and economic limitations are found mainly because of the small amount of gas generated and also due the lack of a complete life cycle that assures the constant generation of hydrogen by these organisms. Regarding to this, the following study intended to evaluate the capacity of hydrogen production under mixotrophic conditions in three cyanobacteria strains: Anabaena sp. UTEX 1448, Anabaena sp. PCC7120 (wild type) and Anabaena sp. PCC 7120 &Delta;hypF (mutant). The first chapter refers to the optimization of the biomass of the UTEX1448 strain, using BG-11 as a mean of culture (Rippka, 1979) under controlled conditions of pH (10,2), radiation (30 &micro;mol.m-2.s-1), temperature (32ºC), with no photoperiod, five different organic substrates (lactic acid, glycerol, glucose, fructose and sucrose) in three different carbon concentrations (0.20, 0.52 and 0.84 gC.L-1). The second chapter investigated the hydrogen production by the bidirectional hydrogenases enzymes, by uptake and nitrogenase, with in vivo measurements using the hydrogen electrode (Hansatech, Ltd), chlorophyll a and proteins analyses (Western Immunoblotting and SDS-Polyacrylamide gels). The H2 assays were performed for the three strains, in triplicate, with biological replicates on days 0h, 24h, 48h, 72h and 7 days, considering the optimized condition found in Chapter 1. BG-11 medium was used to increase cell density at levels that would be viable to perform the tests and BG-110 (without nitrate) to stimulate cell differentiation in heterocysts, an important structure that contains the nitrogenase enzyme, directly related to H2 generation. The source of organic carbon fructose at 0.84 gC.L-1 was the optimized condition found, with biomass productivity of 190 ± 18 mg.L-1.day-1 (ANOVA, Tukey, p < 0.05). The mutant strain did not grow under optimized culture conditions and consequently it was not possible to quantify H2 generation. In the light phase, at 7 days, the highest yield of hydrogen was 0.50 ± 0.38 &micro;molH2.mg chlorophyll a-1.h-1 for the strain PCC 7120 (wild) and in the dark phase yielded average productivity of hydrogen from 0.147 ± 0 &micro;molH2.mg chlorophyll a-1.h-1, at day 0 (0h) for strain UTEX 1448.

El comportamiento fagotrófico en especies fitoplanctónicas fue evaluado por medio de técnicas de análisis celular que permiten establecer patrones individuales de cada una de ellas. Primeramente, se calibró el contenido vacuolar como tasas de ingestión comparando la captación de microesferas fluorescentes de látex y el contenido de las vacuolas alimenticias por medio de la hibridación fluorescente in situ (CARD-FISH) en especies fitoplanctónicas bajo condiciones controladas de cultivo. Se obtuvo que el contenido de las vacuolas alimenticias caracterizado por la técnica del CARD-FISH refleja las tasas de ingestión obtenidas por la captura de microesferas al menos a escalas de horas. Así mismo, las tasas de digestión fueron diferentes entres protistas mixotróficos dependiendo de su tamaño celular, los individuos pequeños (<10 μm) digieren a una mayor velocidad que aquellos individuos de mayor tamaño. Posteriormente, se evaluaron los cambios a corta escala de tiempo (horas) de la actividad fagotrófica y los comportamientos selectivos en tres especies fitoplanctónicas (Cryptomonas ovata, Rhodomonas minuta y Dinobryon cylindricum) de un lago de alta montaña. Los resultados muestran diferencias temporales entre las especies, indicando cambios en las tasas de ingestión y digestión a lo largo del dia. Así mismo, se observó una clara preferencia por la ingestión de presas del dominio Archaea, la cual no puede ser explicada ni por la abundancia ni por el tamaño de las presas en el sistema. Finalmente, se comparo la actividad fagotrófica y la selección de presas en comunidades fitoplanctónicas de un conjunto de lagos de alta montaña para identificar generalidades de los patrones de ingestión observados. El patrón selectivo más general entre los diferentes protistas mixotróficos y en los diferentes sistemas estudiados es una preferencia sobre el grupo Actinobacteria, aunque esta preferencia puede ser muy variable. El tamaño celular de las presas es un parámetro importante en determinar las tasas de depredación selectiva que exhiben los mixótrofos sobre ellas. Así mismo, el tamaño celular de los protistas mixotróficos condiciona su actividad fagotrófica. Individuos con tamaños celulares grandes (>10 μm) presentan mayor contenido de presas en sus vacuolas, pero, debido a por su baja abundancia, el impacto sobre el bacterioplancton es bajo. Especies con tamaño pequeños (<10 μm) presentan un menor contenido, pero su alta abundancia y digestión más rápida hace que representen un mayor impacto sobre las comunidades bacterianas. La conclusión global de la tesis es que, incluso en condiciones óptimas de luz, la actividad fagotrófica de algunos grupos fitoplanctónicos típicos de los lagos de alta montaña (Chrysophyta y Cryptophyta) es muy importante, se han observado particularidades en el comportamiento y en la selección de presas y se ha evidenciado que el tamaño celular, tanto de los depredadores como de las presas, es el parámetro determinante para explicar las tasas de ingestión. / The feeding behaviour of phytoplankton species was evaluated through single cell analysis. Firstly, food vacuole content was calibrated as ingestion rate, comparing the intake of fluorescent microspheres and the prey vacuole content measured by Catalized Reported Deposition-Fluorescent in Situ Hybridization (CARD-FISH) on phytoplankton species in culture conditions. It has been observed that the food vacuole content properly reflects the ingestion rates at scales of hours. Likewise, digestion rates varied between species as a function of cell size: small individuals (<10μm) digest faster than bigger ones. Secondly, temporal changes of phagotrophic activity and selective behaviour were assessed in three phytoplanktonic species (Cryptomonas ovata, Rhodomonas minuta and Dinobryon cylindricum) in a high mountain lake. The results have shown that there are temporal differences between species, which indicates that changes in ingestion and digestion rates occurred along the day. A clear preference to ingest Archaea was observed in all three species. This preference could be explained neither by the abundance nor the size of the prey. Finally, the feeding behaviour of phytoplankton communities in a set of mountain lakes was compared, in order to identify general phagotrophic patterns. The most general selective behaviour in mixotrophic protists was a preference for Actinobacteria prey; however, this preference was highly variable and clearly related to the prey cell size. In addition, the cell size of mixotrophic protists determined their phagotrophic activity; small individuals (>10 μm), presented lower content of preys than bigger individuals, although, due to their higher abundance and faster digestion rates, they exerted a high grazing pressure on the bacterial communities. The main conclusion of this work is that, even under optimum light conditions, the phagotrophic activity in some typical phytoplankton groups of high mountain lakes (Chrysophyta and Cryptophyta), is significant; nevertheless, some particularities have been observed in the feeding behaviour of some species. Also, it has become clear that the size of both predator and prey are the most important parameters to explain ingestion rates.