Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e do Desenvolvimento, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329421.pdf: 4339803 bytes, checksum: 994f6e86fd585dbe0f4319d6a52b7510 (MD5) Previous issue date: 2014 / Sargassum cymosum é uma alga parda da ordem Fucales, conspícua da flora marinha bentônica de regiões tropicais e temperadas. É encontrada, principalmente, nos costões rochosos protegidos, onde podem formar extensos bancos, sendo assim as algas mais representativas em biomassa e um importante representante na dinâmica ecológica destes ambientes costeiros. Estudos desenvolvidos ao longo de vários anos demonstram o interesse nas algas pardas da ordem Fucales como um modelo de estudo do processo de embriogênese. No entanto, muitos trabalhos referentes a estes processos são encontrados somente para espécies do gênero Fucus e Silvetia, algas presentes predominantemente em regiões frias. Sendo assim, o trabalho visou desenvolver estudos iniciais para a produção de um modelo de estudo de desenvolvimento de uma alga parda de regiões tropicais. O desenvolvimento inicial de zigotos e embriões de S. cymosum foi caracterizado e comparado com o padrão de desenvolvimento estabelecido para todas as algas fucóides, apresentando algumas características que diferem dos demais gêneros como: o zigoto permanece aderido ao receptáculo no inicio do desenvolvimento; a segunda divisão celular que forma a celula rizoidal; o eixo polar e fixado 2 horas após a fecundação e; núcleo extremamente pequeno. Quando analisado o envolvimento dos componentes do citoesqueleto neste processo, pode-se indicar que os microtúbulos e os filamentos de actina tem papel importante no desenvolvimento, pois, as amostras tratadas com colchicina sofreram polarização mas, as divisões celulares não foram observadas e, as tratadas com citocalasina B, alem de não dividir, também não sofreram polarização. Alem do citoesqueleto, o sistema de endomenbranas também mostrou-se importante para o desenvolvimento de S. cymosum, pois quando tratados os zigotos com BFA, inibidor dos corpos de Golgi, este processo foi afetado. Tal tratamento afetou o correto funcionamento dos corpos de Golgi, assim, comprometendo a formação de parede celular e membrana celular, importantes para a determinação do eixo polar, afetando diretamente o dimensionamento do crescimento celular. Também contribuiu para a alta taxa de fusão de vesículas de compostos fenólicos, os fisóides. Esta fusão dos fisóides ocupou grande parte do citoplasma impedindo os demais processos citoplasmáticos, afetando diretamente o desenvolvimento desta alga. Alem disto tudo, os zigotos e embriões são estruturas com simplicidade celular, sendo assim, são extremamente sensíveis aos fatores ambientais. Para avaliar tal característica, plântulas jovens de S. cysomum foram tratadas com radiações UVB e UVA, e associação destas radiações. Estes tratamentos afetaram de diferentes formas as plântulas, com alterações nas taxas de crescimento, principalmente, no tratamento PAR+UVB que apresentou o menor valor; alterou levemente a concentração dos diferentes tipos de pigmentos; redução significativa na concentração de compostos fenólicos e; alterações na morfologia ultraestrutural especialmente nas células corticais com, espaçamento da parede celular, degradação dos fisóides e, alterações nos cloroplastos. Desta forma, as alterações nas condições naturais observadas, especialmente com as variações e aumentando da incidência da radiação UV, poderia afetar o recrutamento de S. cymosum em leitos naturais, com mudanças na estrutura da comunidade e redução da abundância da espécie no ambiente.<br> / Abstract: Sargassum cymosum is a brown algae of the order Fucales, conspicuous benthic marine flora of tropical and temperate regions. It is found, mainly, in protected rocky shores, where they can form extensive banks, thus being the most representative in algal biomass and a major representative of the ecological dynamics of these coastal environments. Studies conducted over several years show interest in brown algae of the order Fucales as a study model of embryogenesis. However, many papers related to these processes are found only for species of Fucus and Silvetia, algae present predominantly in cold regions. Therefore, the initial development work aimed to produce a model for studying the development of tropical brown alga studies. The initial development of zygotes and embryos of S. cymosum was characterized and compared with the established pattern of development for all fucodes algae, presenting some features that differ from other genres such as: the zygote remains attached to the receptacle at the beginning of development; the second cell division that forms the rhizodalccell; the polar axis and fixed 2 h after fertilization and; extremely small nucleous. When examined the involvement of cytoskeletal components in this process, could indicate that microtubules and actin filaments plays an important role in development, for the samples treated with colchicine undergone polarization but cell divisions were observed, and the treated with cytochalasin B, in addition to no cell divisions, did not suffer polarization. Besides cytoskeletal, the endomembranas system also proved important for the development of S. cymosum because when treated the zygotes with BFA, inhibitor of Golgi bodies, this process is affected. Such treatment affected the correct functioning Golgi bodies, thus jeopardizing the cell wall formation and of membrane cellular, important for determining the polar axis, directly affecting the sizing of cell growth. Also contributed to the high rate of vesicle fusion of phenolic compounds, fisodes. This fusion of fisóides occupied much of the cytoplasm, preventing other cytoplasmic processes, directly affecting the development of this alga. Besides all this, zygotes and embryos are cell structures with simplicity, therefore, are extremely sensitive to environmental factors. To evaluate this characteristic, young plants of S. cysomum were treated with UVB and UVA radiation, and combination of these radiations. These treatments affected differently seedlings with changes in growth rates, especially in the treatment PAR + UVB showed the lowest value; slightly alter the concentration of different types of pigments; significant reduction in the concentration of phenolic compounds and; changes in ultrastructural morphology especially in cortical cells with spacing of cell wall degradation fisodes and changes in chloroplasts. Thus, the observed changes in natural conditions, especially with the variations and increasing the incidence of UV radiation could affect the recruitment of S. cymosum in natural beds with changes in community structure and reduction of species abundance in the environment.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia de Fungos, Algas e Plantas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-13T03:10:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341240.pdf: 6708215 bytes, checksum: 6103eac0dc9a7a8337798ef5b9158919 (MD5) Previous issue date: 2016 / O aumento de CO2 e temperatura dos oceanos, decorrente das atividades antrópicas, causam e causarão enormes impactos para uma grande diversidade de organismos marinhos em todo o planeta. Os produtores primários costeiros são especialmente sensíveis devido ao seu importante papel na assimilação de carbono inorgânico nos ecossistemas marinhos costeiros. No entanto, ainda existem muitas lacunas no conhecimento sobre as respostas dos produtores primários calcários e não calcários às mudanças climáticas globais, bem como o efeito das interações metabólicas entre espécies nessas respostas. No presente trabalho, foram realizados experimentos que manipularam múltiplas variáveis (CO2, temperatura e espécies presentes), usando uma instalação inovadora, o Mesocosmo Marinho, no Brasil, a fim de analisar os efeitos da acidificação e aumento da temperatura dos oceanos (OA & OW) na fisiologia das algas calcárias (Halimeda cuneata, Lithophyllum sp., Lithothamnion sp. e Mesophyllum sp.) e a grama marinha (Halodule wrightii). Primeiramente, foi avaliado o impacto de OA e OW no rendimento fotossintético dos três táxons dominantes e morfologicamente distintos de algas calcárias não articuladas de um banco de rodolitos tropical. A análise de fluorescência revelou respostas específicas para cada espécie de rodolito. Lithophyllum sp. não mostrou nenhuma mudança de Fv/Fm, independente do tratamento, Lithothamnion sp. teve uma redução no Fv/Fm sob elevada temperatura e Mesophyllum sp. sofreu uma queda de Fv/Fm relacionado ao acoplamento de alto CO2 e temperatura. Sugerimos que as diferentes taxas de rendimento fotossintético são indicadores de estratégias fisiológicas diferentes que podem ser enraizadas no nível de complexidade da morfologia de cada espécie de rodolito. Caso essa hipótese seja corroborada por estudos específicos, podemos prever uma redução da complexidade de bancos de rodolitos imposta pela pressão seletiva de valores extremos de CO2 e de temperatura. Em seguida, testou-se as respostas de calcificação e produção primária líquida (NPP) da alga calcária verde, H. cuneata, e grama marinha, H. wrightii, bem como a interação metabólica entre as duas espécies. Sob elevado CO2, H. cuneata teve uma resposta positiva de NPP e negativa de calcificação, enquanto H. wrightii não apresentou variações significativas de NPP. Porém, H. cuneata conseguiu maiores taxas de calcificação na presença de H. wrightii do que na ausência, mostrando a capacidade da grama mitigar os efeitos da OA através da assimilação rápida de carbono inorgânico dissolvido (DIC) do microambiente. A temperatura não causou nenhum efeito observável sobre H. cuneata nem H. wrightii, em virtude da provável plasticidade ou adaptação destes organismos tipicamente tropicais, à magnitude de variação da temperatura observada em ambientes recifais rasos. Concluímos que as populações de H. cuneata que coexistem com populações de H. wrightii podem ter maiores chances de sobrevivência em níveis de CO2 esperados para o ano 2065. Deve-se ressaltar que as previsões acerca do futuro dos ambientes costeiros, considerando as mudanças climáticas observadas e previstas, devem levar em consideração não só a variabilidade inter e intra específica, uma vez que a plasticidade fenotípica, combinada com pressões seletivas determinadas, pode levar à expressão de diferentes morfotipos a partir do mesmo genótipo. Por outro lado, é imprescindível considerar que as interações biológicas têm um papel fundamental nas respostas fisiológicas, as quais proporcionam uma alta resiliência para as populações envolvidas. Assim, para poder melhorar planos de conservação costeira, é essencial fornecer previsões realistas que são baseadas em estudos multivariados, para que ambientes costeiros, contendo espécies chaves, possam ser efetivamente preservadas.<br> / Abstract : Increased anthropogenic CO2 and temperature in the ocean have and will continue to have enormous impacts on a diverse group of marine organisms across the globe. Coastal primary producers are especially sensitive because of their important role in the assimilation of inorganic carbon in coastal marine ecosystems. However, there are still many open questions regarding the responses that calcareous and fleshy photoautotrophs will have, while simultaneously considering metabolic interactions between species. We conducted experiments that manipulated multiple variables (CO2, temperature and species present) in a novel marine mesocosm facility in Brazil in order to test the effects of OA and OW manifested in the physiology of calcareous algae (Halimeda cuneata, Lithophyllum sp., Lithothamnion sp. and Mesophyllum sp.) and seagrass (Halodule wrightii). First, we evaluated the effects of OA and OW on the photosynthetic performance of three dominant and morphologically distinct coralline algae taxa of a tropical rhodolith bed. We observed species-specific physiological responses for the calcareous algae, while the seagrass displayed a neutral physiological response. The fluorescence analysis revealed species-specific Fv/Fm responses for each rhodolith. Lithophyllum sp. showed no changes in Fv/Fm, regardless of the treatment, Lithothamnion sp. experienced reduced Fv/Fm under high temperature and Mesophyllum sp. suffered a drop in Fv/Fm related to the coupling of high CO2 and temperature. We suggest that the varying responses in photosynthetic performance are indicators of different physiological strategies that may be rooted in the level of morphological complexity of each species of rodolith. If this hypothesis is corroborated by specific studies, we can predict a reduction in the morphological complexity of rhodolith beds, imposed by the selective pressure of extreme values of CO2 and temperature. We then tested the calcification and net primary production (NPP) responses of the green calcareous alga, H. cuneata, and seagrass, H. wrightii, as well as the metabolic interaction between the two species. At high CO2, H. cuneata had a positive NPP response and a negative calcification response, while H. wrightii didn?t present any significant variation in NPP. However, H. cuneata attained greater calcification rates in the presence of H. wrightii than in its absence, showing the capacity of the seagrass to ameliorate OA effects via quick assimilation of dissolved inorganic carbon (DIC) from the microenvironment. Temperature had no effect over H. cuneata nor H. wrightii, probably due to phenotypic plasticity or adaptation of these typically tropical organisms to the magnitude of change in temperature observed in shallow reef. We conclude that H. cuneata populations coexisting with H. wrightii populations may be more likely to survive CO2 levels predicted for 2065. It should be noted that predictions about the future of coastal environments, considering observed and projected climate change, shouldn?t only take inter and intraspecific variability into account, since phenotypic plasticity combined with certain selective pressures can lead to the expression of different morphotypes from the same genotype. On the other hand, it is essential to consider that biological interactions play a key role in physiological responses, which provide high resilience for the involved populations. Thus, in order to improve coastal conservation efforts, it?s essential that we provide realistic predictions that are based on multivariate studies, so that coastal environments, including key species, may be effectively preserved.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e do Desenvolvimento, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:16:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345842.pdf: 20355711 bytes, checksum: db706dc03a3229b07a3809663bfa6843 (MD5) Previous issue date: 2017 / Salinidade é um importante componente do meio ambiente que pode influenciar a estrutura e a função das comunidades de gramas marinhas. Especialmente quando expostas a mudanças de salinidade, tais comunidades sofrem estresse osmótico, traduzindo-se em alterações morfológicas e fisiológicas. Halodule wrightii Ascherson é uma grama marinha de grande relevância ecológica e com ampla distribuição na zona costeira tropical e subtropical, sendo encontrada também em ambientes estuarinos. A espécie prefere áreas com salinidades próximas a 35, no entanto, esta consegue suportar condições de salinidade adversas. Dessa forma, H. wrightii constitui um excelente material para identificação de mecanismos celulares e fisiológicos envolvidos com a resistência a esse estresse abiótico. Utilizando a espécie H. wrightii como modelo, a presente pesquisa tem como objetivo principal determinar os efeitos de diferentes salinidades sobre os mecanismos adaptativos e efeitos biológicos na organização celular, parâmetros bioquímicos e morfometria das estruturas vegetativas (raiz, rizoma e lâmina foliar) desta grama marinha. Para isso, as plantas foram cultivadas por 21 dias nas salinidades 25, 35 e 45. A espécie apresentou diversas alterações celulares e bioquímicas sob estresse hipo e hipersalino. Estas alterações ocorreram em todos os órgãos vegetativos da planta, mas principalmente na lâmina foliar. Na raiz, a salinidade 45 levou a um aumento na sua espessura e na quantidade de pelos radiculares, os quais também devem aumentar a barreira ao fluxo radial de íons. Na lâmina foliar observou-se mais hidropótios em amostras expostas à salinidade 45 com aumento das invaginações da membrana plasmática e parede celular, que aumentam a área superficial, facilitando as trocas com o ambiente. Estas invaginações também foram observadas nas outras células epidérmicas da lâmina foliar de todas as amostras, em menores proporções, foram observadas nas amostras da salinidade 25. Em particular, observou-se uma retração significativa da membrana plasmática em amostras expostas à salinidade 45, com possível deposição de compostos entre a membrana e a parede celular. O estresse osmótico em amostras expostas à salinidade 45 diminuiu a quantidade de proteínas totais, bem como o número de cloroplastos epidérmicos, além de afetar a organização interna destas organelas com o aumento de plastoglóbulos e tilacoides por granum. A condição hipersalina levou a um aumento na concentração de açúcares na raiz e no rizoma. Na lâmina foliar, ocorreu aumento na concentração destes açucares nas amostras sob estresse hipo e hipersalino. Compostos fenólicos foram encontrados nas células epidérmicas foliares das amostras das salinidades 25 e 45. Estes compostos foram também detectados nas paredes celulares epidérmicas do rizoma e lâmina foliar, em menor proporção na salinidade de 25. As amostras que apresentaram os valores mais baixos de concentração de compostos fenólicos na raiz (salinidades 25 e 45) alcançaram os valores mais altos na lâmina foliar. Maiores concentrações de flavonólicos foram encontradas na lâmina foliar, na condição hiposalina. As arabinogalactana-proteínas foram visualizadas de forma intensa no citoplasma e na membrana plasmática das células epidérmicas foliares das amostras sob condição hipersalina, servindo, assim, como mecanismo de estabilização de membrana. Este estudo mostrou que a H. wrightii consegue sobreviver à variação de salinidade de 25 a 45, num período de 21 dias, sem alterar sua taxa de crescimento, entretanto na salinidade 35 a planta possui maior viabilidade celular. O estresse salino, tanto hipo quanto hipersalino, diminuiu a viabilidade celular na espécie estudada. Modificações ultraestruturais permitiram à H. wrightii suportar salinidades 45; no entanto, as alterações no aparato fotossintetizante demonstraram que esta espécie tolera melhor salinidades abaixo deste valor.<br> / Abstract : Salinity is an important environmental component that can influence the structure and function of seagrasses communities. In particular, when exposed to salinity changes conditions, seagrasses undergo osmotic stress that are, in turn, reflected in morphological and physiological changes. The ecologically important seagrass Halodule wrightii Ascherson is widely distributed in the coastal tropical and subtropical zone, as well as estuarine environments. This species prefers areas with approximate salinities 35, but it can also tolerate adverse salt conditions, making this species an excellent model for the identification of cellular and physiological mechanisms involved in the resistance to this abiotic stress. Accordingly, we used H. wrightii as a model seagrass to determine the effect of different salinities on adaptive mechanisms and biological effects on cell organization, biochemical parameters and morphometry of its vegetative structures, including root, rhizome and leaf blade. To accomplish this, plants were cultivated for 21 days at salinities 25, 35 and 45. The species presented several cellular and Biochemical alterations under hypo and hypersaline stress. These changes occurred in all vegetative organs of the plant, but mainly in the leaf blade. At the root, the salinity 45 led to an increase of your thickness and quantity of root hairs, which, in turn, results in an increasing barrier to the radial flow of ions. In the leaf blade, more hydropotens were observed in samples exposed to salinity 45 with increased invaginations of the plasma membrane and cell wall. This increases the surface area of the leaf, facilitating exchanges with the environment. These invaginations were also observed in other epidermal cells of the leaf blade in all the samples, albeit in smaller proportions in samples treated in salinity 25. In particular, a significant retraction of the plasma membrane was observed in samples exposed to salinity 45, with possible deposition of compounds between the membrane and the cell wall. Osmotic stress in samples exposed to salinity 45 decreased the amount of total proteins, as well as the number of epidermal chloroplasts, in addition to affecting the internal organization of these organelles with the increase of plastoglobules and thylakoids by granum. Hypersaline condition led to an increase in the concentration of total sugars in the root and rhizome. In the leaf blade, increased concentration of these sugars occurred in the samples under both hypo- and hypersaline stress. Phenolic compounds were found in leaf epidermal cells of samples treated with salinities 25 and 45. They were also detected in the epidermal cell walls of the rhizome and leaf blade, albeit in lower proportion in samples treated with salinity 25. Samples that presented the lowest values of phenolic compounds in the root (salinity 25 and 45) reached the highest values in the leaf blade. Higher concentrations of flavonoids were found in the leaf blade in hyposaline condition. The arabinogalactan-proteins were intensely visualized in the cytoplasm and plasma membrane of the epidermal cells of the samples under hypersaline conditions, serving as membrane stabilization mechanism. These findings led us to conclude that H. wrightii can survive salinity variations from 25 to 45 for a period of 21 days without altering its growth rate. In salinity 35, the plant has greater cellular viability. Nevertheless, salt stress, both hypo and hypersaline, did decrease cell viability in this species. While ultrastructural modifications allowed H. wrightii to withstand salinity 45, changes in the photosynthetic apparatus showed that this species best tolerates salinities below this value.