Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-06-07T13:08:23Z No. of bitstreams: 1 Cihelio Alves Amorim.pdf: 2462272 bytes, checksum: 6d861bdc38c3c251b261d899103ef30a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-07T13:09:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cihelio Alves Amorim.pdf: 2462272 bytes, checksum: 6d861bdc38c3c251b261d899103ef30a (MD5) Previous issue date: 2017-08-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Aquatic macrophytes are important for the maintenance of clear alternative states of aquatic environments, because they can release allelopathic substances capable of inhibiting the growth of planktonic algae. On the other hand, in turbid environments, resulting from cyanobacterial blooms, the presence of cyanotoxins can negatively affect the macrophytes, causing oxidative stress and reducing their growth. In order to elucidate the mutual allelopathic relationships between bloom-forming cyanobacteria and submerged macrophytes, we tested two hypotheses through laboratory studies: (1) the release of allelochemicals by Egeria densa reduces the growth rates of toxic and non-toxic strains of Microcystis; and (2) toxic strains of Microcystis inhibit the growth and biomass of E. densa, and cause oxidative stress on these plants. Based on this, two articles were written: (1) Why do aquatic macrophytes inhibit cyanobacteria? Allelopathic effects of Egeria densa Planch. on toxic and non-toxic strains of Microcystis; and (2) Can submerged macrophytes inhibit toxic and non-toxic strains of cyanobacteria equally? Allelopathic effects of Egeria densa Planch. on Microcystis spp. In the first article, we verified the influence of the coexistence of E. densa and the application of extracts of this plant (with dissolved allelochemicals) on the biomass and growth rates of toxic strain of M. aeruginosa (MC+) and non-toxic strain of M. panniformis (MC-). In the second, we evaluated the physiological and growth responses of E. densa cultivated with the MC+ and MC- strains, verifying the lipid peroxidation, hydrogen peroxide production, changes in photosynthetic pigment content and activity of the antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX). The MC+ strain was significantly inhibited when cultivated with E. densa, while MC- exhibited a contrary response, with stimulating growth. When cultivated under the influence of E. densa extract, MC+ and MC- strains were inhibited, but more significantly in MC-. The macrophyte presented a small increment in the total phenolic compounds production when in coexistence with the cyanobacteria, mainly with the toxic strain. The growth and biomass of E. densa were inhibited when in co-culture with the MC+ strain, showing few changes when cultivated with the MC- strain. In addition, the MC+ strain inhibited the emergence of shoots and roots in plants. Both strains showed a reduction in total chlorophyll levels, chlorophyll a and b, as well as an increase in the total carotenoids content. The plants cultivated with MC+ strain presented high lipid peroxidation rates and enzymatic activity, especially for the APX. Our results support the hypothesis that there are mutual allelopathic interactions between Microcystis and E. densa. However, E. densa needs a stimulant to release the allelochemicals, such as the stress caused by microcystins. The tested plant has enzymatic defense mechanisms that allow them to coexist with microcystins during short-time exposure (about eight days), however, prolonged exposure (five weeks) to toxic strains of Microcystis causes a reduction in plant growth. / As macrófitas aquáticas são importantes para a manutenção dos estados alternativos claros dos ambientes aquáticos, pois podem liberar substâncias alelopáticas capazes de inibir o crescimento das algas planctônicas. Por outro lado, em ambientes túrbidos, resultantes das florações de cianobactérias, a presença de cianotoxinas pode afetar negativamente as macrófitas, causando estresse oxidativo e reduzindo o seu crescimento. Com o objetivo de elucidar as relações alelopáticas mútuas entre cianobactérias formadoras de florações e macrófitas submersas, nós testamos duas hipóteses através de estudos laboratoriais: (1) a liberação de aleloquímicos por Egeria densa reduz as taxas de crescimento de cepas tóxicas e não tóxicas de Microcystis; e (2) cepas tóxicas de Microcystis inibem o crescimento e biomassa de E. densa, além de ocasionar estresse oxidativo a essas plantas. Com base nisso, foram elaborados dois artigos: (1) Macrófitas submersas podem inibir cepas tóxicas e não tóxicas de cianobactérias igualmente? Efeitos alelopáticos de Egeria densa Planch. sobre Microcystis spp.; e (2) Respostas biométricas e fisiológicas de Egeria densa Planch. cultivada com cepas tóxica e não tóxica de Microcystis. No primeiro artigo, verificamos a influência da coexistência de E. densa e a aplicação de extratos desta planta (com os aleloquímicos dissolvidos) sobre a biomassa e taxas de crescimento de cepas tóxica de M. aeruginosa (MC+) e não tóxica de M. panniformis (MC-). No segundo, avaliamos as respostas fisiológicas e de crescimento de E. densa cultivadas com as cepas MC+ e MC-, verificando-se peroxidação lipídica, produção de peróxido de hidrogênio, alteração no conteúdo de pigmentos fotossintéticos e atividade das enzimas antioxidativas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX). A cepa MC+ foi significativamente inibida quando cultivada com E. densa, enquanto que MC- exibiu uma resposta contrária, havendo estímulo do crescimento. Ao serem cultivadas sob influência do extrato de E. densa, as cepas MC+ e MC- foram inibidas, porém mais significativamente em MC-. A macrófita apresentou um pequeno incremento na produção de compostos fenólicos totais quando em coexistência com as cianobactérias, principalmente com a cepa tóxica. O crescimento e biomassa de E. densa foram inibidos quando em cultivo com a cepa MC+, com poucas alterações quando cultivadas com MC-. Além disso, a cepa MC+ inibiu a emergência de brotos e raízes nas plantas. Ambas as cepas mostraram uma redução nos teores de clorofilas totais, clorofila a e b, bem como um incremento dos carotenóides totais. As plantas cultivadas com MC+ apresentaram altas taxas de peroxidação lipídica e atividade enzimática, especialmente da APX. Nossos resultados suportam a hipótese de que existem interações alelopáticas mútuas entre Microcystis e E. densa. No entanto, E. densa necessita de um estímulo para liberar os aleloquímicos, como por exemplo o estresse ocasionado pelas microcistinas. A planta testada possui mecanismos de defesa enzimáticos que lhes permite coexistir com as microcistinas a curto prazo (cerca de oito dias), entretanto, a exposição prolongada (cinco semanas) às cepas tóxicas de Microcystis causa uma redução no crescimento da planta.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-09-13T15:31:49Z No. of bitstreams: 1 Alane Silva de Aquino dos Santos.pdf: 1983474 bytes, checksum: ef4e81faddb52282fe09e23c642aec58 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-13T15:31:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alane Silva de Aquino dos Santos.pdf: 1983474 bytes, checksum: ef4e81faddb52282fe09e23c642aec58 (MD5) Previous issue date: 2017-07-27 / Cyanobacteria can produce various toxic metabolites such as bioactive alkaloids and peptides. Among these, the microcystins are the most reported, and may interfere with the quality of the water body, causing ecological damages such as changes in the food chain, local biodiversity decline, and impacts on public health. Microcystins may be retained within the cell or be released by cell lysis in the senescence phase of flowering in the aquatic environment where the animals are exposed to these two routes of exposure in the environment. Therefore, the toxicity of intact cells and crude aqueous extract of microcystin-LR-producing cells Microcystis aeruginosa NPLJ-4 on cladocerans was estimated. The effects on mortality, age of first reproduction, mean fecundity, total neonates, survival, somatic and population growth of Ceriodaphnia cornuta and Macrothrix spinosa were evaluated. The animals were more sensitive to intact cells. The two routes of exposure affected the population parameters of cladocerans, but the intact cells were more toxic. The somatic growth rate of the animals was not affected by the crude extract, and there were no significant differences between treatments and control. These results show that intake of intact cells is more toxic to cladocerans than exposure to toxins released into the water. With this study, it is hoped to contribute to the knowledge of the interactions between zooplankton and toxic cyanobacteria, especially under blooming events. / As cianobactérias podem produzir vários metabólitos tóxicos como alcaloides e peptídeos bioativos. Dentre estes, as microcistinas são os mais reportados, podendo interferir na qualidade do corpo d’água, causando danos ecológicos tais como alterações na cadeia trófica, declínio da biodiversidade local, bem como impactos na saúde pública. As microcistinas podem estar retidas dentro da célula ou serem liberadas através de lise celular em fase de senescência da floração no ambiente aquático, onde os animais são expostos a essas duas vias de exposição no ambiente. Diante disso, foi estimada a toxicidade de células intactas e extrato bruto aquoso de células da linhagem Microcystis aeruginosa NPLJ-4 produtora de microcistina-LR, sobre cladóceros. Foram avaliados os efeitos sobre a mortalidade, idade da primeira reprodução, fecundidade média, total de neonatos, sobrevivência, crescimento somático e populacional de Ceriodaphnia cornuta e Macrothrix spinosa. Os animais foram mais sensíveis a células intactas. As duas vias de exposição afetaram os parâmetros populacionais dos cladóceros, porém as células intactas foram mais tóxicas. A taxa de crescimento somático dos animais não foi afetada pelo extrato bruto, não havendo diferenças significativas entre os tratamentos e controle. Esses resultados mostram que a ingestão de células intactas é mais tóxica para os cladóceros que a exposição às toxinas liberadas na água. Com este estudo, espera-se contribuir para o conhecimento das interações entre o zooplâncton e as cianobactérias tóxicas, sobretudo sob eventos de florações.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-09-17T12:50:39Z No. of bitstreams: 1 Maiara Tabatha da Silva Brito.pdf: 788712 bytes, checksum: c259717acdca87786d6dd3e12f2224b0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-17T12:50:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maiara Tabatha da Silva Brito.pdf: 788712 bytes, checksum: c259717acdca87786d6dd3e12f2224b0 (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Cyanobacterial bloom in freshwater are mainly associated with the nutritional enrichment of the water, but currently, high concentration of atmospheric carbon dioxide (CO2) is also favoring its dominance. During bloom, the consumption of free CO2 and nutrients increases the pH of the water. Thus, when it diffuses in water, atmospheric CO2 becomes available as bicarbonate (HCO3-) and carbonate (CO32-), promoting changes in the phytoplankton community due to the competitive advantage that some species present in use of HCO3-. Cylindrospermopsis raciborskii and Microcystis aeruginosa are cyanobacteria widely distributed in freshwater aquatic ecosystems, bloom forming and known to make use of HCO3-. This study was carried out in order to investigate the competitive relationship between these species due to changes in pH and availability of inorganic carbon. Were performed cultures with and without aeration, with and without bicarbonate and in three different pH conditions (free, 6.8 and 8.2) with the strains ITEP-A1 of C. raciborskii and NPLJ4 of M. aeruginosa. Cultures started with the same biovolume and had their exponential growth phase extended from reinoculation into new culture medium (returning to the initial biovolume). For the mixed cultures the species with the lowest growth was considered. The growth rates (μ.day -1) and species yield, pH, alkalinity and inorganic carbon of the cultures were evaluated by repeated measures ANOVA. Isolate M. aeruginosa presented higher growth rates at pH 8.2 and free, and reduced growth at pH 6.8 while C. raciborskii was not influenced by pH. Both species promoted significant changes in pH in the non-buffered cultures (free pH). Aeration and bicarbonate were determinant factors for the response of the species in the competition cultures. In non-buffered cultures, with aeration and without addition of bicarbonate C. raciborskii was better competitor than M. aeruginosa, whereas this was best competitor in the cultures without aeration and with addition of bicarbonate. It was possible to observe changes in the competitive responses of the species to changes in pH and alkalinity and, consequently, to the proportions of dissolved inorganic carbon. Thus, with increased eutrophication of aquatic ecosystems associated with increased alkalinity and pH, changes in the competitive relationships of species are likely to occur, since the relief of inorganic carbon limitation may favor the dominance of potentially toxic cyanobacteria such as those of the genus Microcystis. / Florações de cianobactérias em ambientes límnicos são associadas principalmente ao enriquecimento nutricional dos mananciais porém, atualmente, altas concentração de dióxido de carbono (CO2) atmosférico também vem favorecendo sua dominância. Durante a floração, o consumo de CO2 livre e de nutrientes elevam o pH das águas. Assim, ao se difundir na água o CO2 atmosférico torna-se disponível como bicarbonato (HCO3-) e/ou carbonato (CO32-), promovendo mudanças na comunidade fitoplanctônica devido a vantagem competitiva que algumas espécies apresentam no uso do HCO3-. Cylindrospermopsis raciborskii e Microcystis aeruginosa são cianobactérias amplamente distribuídas nos ecossistemas aquáticos dulciaquícolas, formadoras de florações e conhecidas por fazer uso do HCO3-. Este estudo foi realizado a fim de investigar a relação competitiva entre estas espécies diante de mudanças no pH e disponibilidade de carbono inorgânico. Foram realizados cultivos com e sem aeração, com e sem adição de bicarbonato e em três diferentes condições de pH (livre, 6,8 e 8,2) com as cepas ITEP-A1 de C. raciborskii e NPLJ-4 de M. aeruginosa. Os cultivos iniciaram-se com o mesmo biovolume e tiveram a sua fase de crescimento exponencial estendida a partir de reinoculação em novo meio de cultura (retornando ao biovolume inicial). Para os cultivos mistos considerou-se a espécie com o menor crescimento. As taxas de crescimento (μ.dia -1) e rendimento das espécies, o pH, alcalinidade e carbono inorgânico dos cultivos foram avaliados por ANOVA Fatorial de medidas repetidas. Isoladamente, M. aeruginosa apresentou maiores taxas de crescimento em pH 8,2 e livre, e crescimento reduzido em pH 6,8, enquanto C. raciborskii não foi influenciada pelo pH. Ambas as espécies promoveram mudanças significativas no pH nos cultivos não tamponados (pH livre). A aeração e o bicarbonato foram fatores determinantes para a resposta das espécies nos cultivos em competição. Nos cultivos não tamponados, com aeração e sem adição de bicarbonato C. raciborskii foi melhor competidora que M. aeruginosa, enquanto que esta foi melhor competidora nos cultivos sem aeração e com adição de bicarbonato. Foi possível constatar mudanças nas respostas competitivas das espécies diante de alterações no pH e alcalinidade e, consequentemente, das proporções de carbono inorgânico dissolvido. Assim, com o aumento da eutrofização dos ecossistemas aquáticos associado a um aumento da alcalinidade e pH, mudanças nas relações competitivas das espécies estão propensas a ocorrer, visto que o alivio da limitação por carbono inorgânico pode favorecer a dominância de cianobactérias potencialmente tóxicas como as do gênero Microcystis.

Orientadores: Telma Teixeira Franco, Eduardo Jacob-Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:35:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Francisco_ErikaCristina_D.pdf: 1584353 bytes, checksum: 7fa11e2a9de2d170e12cddabf84ac647 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O objetivo do estudo foi avaliar a produção de biomassa e o acúmulo lipídico da cianobactéria Phormidium sp. a partir do cultivo heterotrófico com diferentes fontes de carbono orgânico, estudar diferentes estratégias de cultivo empregando a manipueira (água residual do processo para obtenção da farinha de mandioca) e avaliar o acúmulo lipídico a partir de diferentes fontes de nitrogênio. Primeiramente avaliou-se a capacidade da cianobactéria Phormidium sp. em se desenvolver a partir de 15 diferentes fontes de carbono orgânico exógeno. Os resultados indicaram o amido de mandioca e a maltodextrina como as fontes com maior potencial de exploração para a produção de biomassa e lipídeos. Em um segundo momento, foi realizada a intensificação do processo de produção de biomassa a partir do amido de mandioca empregando-se um planejamento experimental. Os resultados indicaram que relação C/N de 68 e temperatura de 30ºC são as condições operacionais ideais. A extrapolação do cultivo em Erlenmeyers para as operações em batelada e batelada com alimentação descontínua em biorreatores resultou em produtividades de biomassa de 50,72 mg/L.h e 42,13 mg/L.h, respectivamente. A terceira etapa do projeto contemplou o estudo do cultivo heterotrófico da cianobactéria empregando diferentes modos de cultivo utilizando manipueira como substrato, inicialmente através de diferentes concentrações (v/v) de manipueira em água (5, 10, 20, 40, 60, 80 e 100%). Os resultados demonstraram que a melhor concentração da manipueira foi a de 60% (v/v). Em seguida, iniciou-se cultivos em biorreator, nos modos de batelada (Sistema A) e batelada com alimentação descontínua, empregando-se manipueira como meio de cultivo e diferentes soluções de alimentação. No primeiro sistema alimentado (Sistema B), empregou-se uma solução de amido de mandioca concentrado, e no segundo (Sistema C), o biorreator foi alimentado com manipueira não diluída. As alimentações foram efetuadas assim que a concentração de DQO no biorreator atingisse uma concentração de 6000mg/L. A extrapolação para cultivos em biorreator resultou em maiores produtividades em biomassa (53,12mg/L.h) e lipídica (7,45mg/L.h) sob batelada (sistema A). A última etapa do projeto contemplou o estudo de diferentes fontes de nitrogênio (extrato de levedura, nitrato de sódio, nitrito de sódio, molibidato de amônio e ureia) no cultivo heterotrófico da Phormidium sp. empregando amido de mandioca como fonte de carbono orgânico. A partir dos resultados obtidos selecionou-se o nitrato de sódio sob razão C/N de 60 como a fonte com maior potencial na produção de lipídeos, resultando na quantidade de lipídeos, produtividades lipídica e de biomassa de 20,58%, 7,62mg/L.h e 37,02mg/L.h, respectivamente. O processo de depleção do nitrato de sódio resultou em um aumento na quantidade de lipídeos (25,07%) e na produtividade lipídica (10,47mg/L.h) / Abstract: The aim of the study was to evaluate the production of biomass and lipid accumulation of cyanobacteria Phormidium sp. from heterotrophic cultivation with different sources of organic carbon, study diferente strategies of cultures employing cassava wastewater and analyse the lipid accumulation from different nitrogen sources. First we assessed the ability of the cyanobacterium Phormidium sp. to growth in 15 different exogenous sources of organic carbon. Results indicated that the cassava starch and maltodextrin as those with the highest potential for exploitation for the production of biomass and lipids. In a second step, the increase in biomass production process was made from cassava starch employing an experimental design. The results indicated that the C/N of 68 and temperature of 30ºC are the optimal operating conditions. Extrapolation of cultivation in flasks for batch and batch with fed discontinuous operations in bioreactors resulted in biomass productivity of 50.72 mg/L.h and 42.13mg/L.h, respectively. The third stage of the project involved the study of the heterotrophic system of cyanobacteria using different modes of cultivation using cassava wastewater as substrate, initially through different concentrations (v/v) of wastewater in water (5, 10, 20, 40, 60, 80 and 100%). The results showed that the best concentration of cassava was 60%. Then, in a bioreactor cultivation was started in batch mode (System A), and batch with descontinuous feeds, using the culture medium as wastewater and different feed solutions. In the first feed system (System B) used a concentrated solution of cassava starch, and in second (System C), the bioreactor was fed with undiluted wastewater. The feeds were made so that the concentration of COD in the bioreactor to achieve a concentration of 6000mg/L. The extrapolation to cultivations in bioreactor resulted in productivity of biomass (53.12 mg/L.h) and lipid (7.45 mg/L.h) under simple batch (System A). The last stage of the project involved the study of different nitrogen sources (ammonium molybdate, sodium nitrate, sodium nitrite, urea and yeast extract) in heterotrophic cultures of Phormidium sp. using cassava starch as a source of organic carbon. From the results obtained, we selected sodium nitrate under C/N ratio of 60 as the source with the highest potential in the production of lipids, resulting in the amount of lipids, productivity of lipid and biomass of 20.58%, 7.62 mg/L.h and 37.02 mg/L.h, respectively. The process of depletion of sodium nitrate resulted in an increase in the amount of lipids (25.07%) and the lipid productively (10.47mg/L.h) / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutora em Engenharia Quimica

No ambiente aquático a maior fonte de nitrogênio encontra-se na forma de nitrato que necessita sofrer uma redução para formação de compostos biologicamente aproveitáveis, tais como aminoácidos, bases nitrogenadas e compostos nitrogenados. A assimilação de nitrogênio é um processo que ocorre em duas etapas catalisadas seqüencialmente pelas enzimas nitrato redutase (NR) e nitrito redutase (NiR). A NR catalisa a redução do nitrato a nitrito (etapa considerada limitante na assimilação de nitrogênio), sendo este posteriormente reduzido a amônio pela NiR. NR está amplamente distribuída e encontrada em diferentes organismos, incluíndo bactérias, fungos, cianobactérias, plantas terrestres e algas. Neste trabalho estudamos a NR de Microcystis aeruginosa que é uma cianobactéria tóxica de água doce encontrada principalmente em reservatórios de água. A toxina microcistina quando liberada por esta microalga está associada com problemas de saúde em humanos e animais. Foi mostrado que a NR de M. aeruginosa pertence a classe das NRs biespecíficas para NADH e NADPH. Apresenta constante de Michaelis-Menten aparente (Km) de 1,5 e 1,6 mM para NADPH e NADH, respectivamente. Ainda, Km aparente para nitrato foi estimado em 0,6 mM. As condições ótimas de ensaio encontradas foram em pH 10,0 e temperatura em 40ºC. A exposição da M. aeruginosa ao herbicida oxifluorfeno (10 µg/L) promoveu a inibição de NiR, possibilitando a quantificação de •NO formado via NR, enzima que teve sua atividade 6 vezes maior durante a exposição a este agente. O estudo da enzima NR é de fundamental importância para a compreensão da regulação da expressão de enzimas assimiladoras de nitrogênio bem como dos mecanismos de nutrição e crescimento desta microalga. / Nitrate is the major source of nitrogen in the aquatic environment, which must be reduced before incorporation into biological compounds, such as amino acids, nitrogen bases and nitrogen compounds. The nitrogen assimilation process occurs in a two-step reaction catalyzed by 2 enzymes working sequentially, nitrate reductase (NR) and nitrite reductase (NiR). The NR catalyzes the reduction of nitrate to nitrite (is considered the limiting step in the nitrogen assimilation) being this later reduced to ammonium by NiR. NR is widely distributed and found in different organisms, including bacterium, fungus, cyanobacterium, plants and algae. In this work we study the NR of Microcystis aeruginosa, a toxic microalga, mainly found in water reservoirs. The microcystin toxin released by M. aeruginosa is associated with problems of health in humans and animals. We report that NR of M. aeruginosa belongs to a biespecific group of NRs for NADH and NADPH. It presents Michaelis-Menten\'s constant (Km) as 1.5 and 1.6 mM for NADPH and NADH, respectively. The apparent Km for nitrate was estimated as 0.6 mM. The optimum conditions of assay found were at pH 10.0 and temperature of 40ºC. The exposition of M. aeruginosa to the herbicide oxyfluorfen (10 µg/L) promotes the inhibition of NiR, and it makes possible to quantify the •NO produced by NR, whose has it activity 6 hold higher during the agent exposition. In order to understand the regulation of nitrogen assimilation enzymes, as well as, the mechanisms of nutrition and growth of this algae, the study of the NR enzyme is of crucial importance.

O trabalho teve por objetivo avaliar a qualidade de água em viveiro de piscicultura com florescimento de cianobactérias e a toxicidade aguda (DL50-24h) de microcistina nas espécies matrinxã (Brycon cephalus) e tilápia nilótica (Oreochromis niloticus), bem como as alterações histológicas nas brânquias, rins e fígado nos peixes. Foi realizado o monitoramento da qualidade de água de um empreendimento piscícola localizado na cidade de Espírito Santo do Pinhal/SP, Brasil. Foram realizadas, em datas distintas, duas coletas de amostras de água contendo floração de microalgas, para análise da composição fitoplanctônica, determinação de toxinas e bioensaios toxicológicos em laboratório. Foram realizadas medições das variáveis físicas, químicas e biológicas da água, e determinação do estado trófico do viveiro monitorado. O viveiro apresentava-se hipereutrófico, com presença de cianotoxinas representadas por microcistinas com valores variando entre 229,2 e 147,4 µg/g. O florescimento de cianobactérias apresentou-se de composição mista, representado principalmente pelas espécies Anabaena circinalis, A. spiroides, Aphanocapsa sp., Microcystis aeruginosa, M. panniformis, M. viridis, M. cf. wesembergii, Pseudanabaena mucicola, entre outras espécies. Os resultados dos bioensaios com microcistina obtida do extrato bruto de fitoplâncton do florescimento não apresentaram letalidade para os peixes. Contudo, foram verificadas alterações em órgãos dos peixes testados, como a presença de depósitos hepatocelulares intracitoplasmáticos, degeneração vacuolar observada em epitélio tubular renal, e proliferação de epitélio de revestimento (hiperplasia) das brânquias, com casos de fusão total das lamelas secundárias, tanto para matrinxã como para tilápia nilótica. Extratos brutos de cianotoxina, em concentrações a partir de 125 mg/kg de peso corporal, injetados em peixes provocam efeitos deletérios com expressiva alteração nas brânquias, rins e fígado. / The aim of this study was to evaluate the water quality in fish earthpond with blooms of cyanobacterias and acute toxicity (DL50 - 24 hs) of microcystin in species (Brycon cephalus) and tilapia nilotica (Oreochromis niloticus) as well as histological changes in gills, kidney and liver in fish. Water quality monitoring was carryed out in a pisciculture in Espirito Santo do Pinhal city, SP, Brazil. There were two collections of water samples containing bloom of cyanobacteria for analysis of microalgae composition, toxin determination and toxicological bioassay in laboratory. Measurements of physical, chemical and biological variables were done and determination of trophic status of pond water were monitored. The results according to the trophic state index of samples taken showed hipereutrophic state for the pond water. Was evident the presence of cyanobacteria, represented by microcystins with values ranging from 229.2 to 147.4 µg/g. The bloom of cyanobacteria presented mixed composition, represented mainly by species Anabaena circinalis, Anabaena spiroides, Aphanocapsa sp., Microcystis aeruginosa, Microcystis panniformis, Microcystis viridis, Microcystis cf. Wesembergii, Pseudanabaena mucicola among others. The results of tests with crude extract of bloom cyanobacteria did not show mortality of fish. However, there were changes in cellular structures of fish tested as the presence of hepatocellular intracytoplasmatic deposit, vacuolar degeneration observed in renal tubular epithelium, and proliferation of epithelial lining (hyperplasia) of gills, with cases of total fusion of secondary lamellae for both tilapias and for matrinxã. Crude extract of cyanotoxins, in concentrations of 125 mg/kg of body weight, injected in fishes provoke deleterious effect with expressive changes in the gills, kidney and liver.

O uso intensificado de combustíveis fósseis como fonte de energia, vê-se a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias, principalmente as renováveis, como o hidrogênio, que possui vantagens por ser elemento abundante no universo, ser renovável e não poluente. A utilização de microalgas e cianobactérias é uma alternativa para a produção de biohidrogênio a partir da quebra da água e de compostos orgânicos. De acordo com isso, nesta pesquisa foram testados diversos fatores físico-químicos e nutricionais nas condições de cultivo de cepas de Chlamydomonas spp. e Anabaena spp. Para tanto, cepas selecionadas foram cultivadas em duas fases experimentais, a primeira aeróbia e a segunda anaeróbia, para proporcionar produção de hidrogênio por biofotólise direta anaeróbia, via hidrogenase, sob privação de enxofre para a clorofícea, e de nitrogênio para a cianobactéria, estimulando para esta também a produção por biofotólise indireta, via nitrogenase. A cepa com melhor produtividade de hidrogênio, de cada gênero, foi selecionada para a etapa de otimização das fases experimentais de cultivo. Durante os ensaios foram realizadas análises de produção máxima, velocidade de produção, volume e produtividade de hidrogênio, além de análises de concentração de biomassa, físico-químicas, bioquímicas e geração de subprodutos. O método utilizado foi eficiente para produção de hidrogênio e ficou comprovada a diferença de produção de hidrogênio entre diferentes cepas. Anabaena sp. obteve produtividade média de hidrogênio quatro vezes maior, aproximadamente de 76,8 µmol.L-1.h-1, comparada a C. reinhardtii, com média de 18,6 µmol.L-1.h-1. / The intensifying use of fossil fuels as energy source, one sees the need to develop new technologies, especially renewable, such as hydrogen. This has advantages because hydrogen is an abundant element in the universe, be renewable and non-polluting. The use of microalgae and cyanobacteria is an alternative for the production of bio-hydrogen of breaking water and organic compounds. Accordingly, in this study were tested several physic-chemical factors and nutrition in growing conditions of Chlamydomonas spp. and Anabaena spp. strains. For this purpose, strains selected were cultured in two experimental phases, first aerobic and second anaerobic, to hydrogen production by direct biofotolise anaerobic, via hydrogenase, under sulfur deprived to chlorofycea, and nitrogen to cyanobacterium, for this also to production by indirect biofotolise, via nitrogenase. The strain with highest productivity of hydrogen, of each gender, was selected for the optimization of the experimental stages of cultivation. During the tests were analyzes of maximum production, velocity, volume and productivity of hydrogen, and analysis of biomass concentration, physic-chemical, biochemical and generation of by-products. The method used was efficient for the production of hydrogen and was different between strains. Anabaena sp. obtained average yield four times highest, approximately 76.8 µmol. L-1.h-1compared to C. reinhardtii, averaging 18.6 µmol. L-1.h-1.

Reservatórios são sistemas aquáticos artificiais que reúnem propriedades semelhantes a rios e lagos, ou seja, eles possuem características dinâmicas horizontais de rios e verticais dos lagos. Devido a estas propriedades, muitos fatores são responsáveis pela distribuição e composição do fitoplâncton tais como: estabilidade da coluna de água, tempo de detenção hidráulico, operação da barragem, disponibilidade de nutrientes, RSFA (radiação solar fotossinteticamente ativa), temperatura. Nos últimos anos, devido às ações antrópicas, os reservatórios estão em processo de eutrofização, que contribui para o florescimento de Cianobactérias, que podem trazer problemas em mananciais e comprometer a saúde da população, pois estes organismos podem produzir toxinas extremamente agressivas. Com isso, torna-se importante o estudo da comunidade fitoplanctônica, no Reservatório de Itupararanga, pois ele é utilizado para recreação, irrigação, abastecimento público dos municípios de Votorantim e Sorocaba e geração de energia elétrica. O objetivo principal desta pesquisa é estudar a variabilidade temporal (variação sazonal, diária e nictemeral) e a heterogeniedade espacial (variação hotizontal e diferentes profundidades) e da comunidade fitoplanctônica e avaliar o potencial tóxico de espécies de Cianobactérias predominantes neste reservatório. Para atingir este objetivo foram realizadas coletas em dois pontos (próximo a barragem e na cabeceira), na estação chuvosa (fevereiro 2011) e seca (julho 2011), com amostragem de 4 em 4 horas, em 10 dias consecutivos e em diferentes profundidades da coluna de água. Foi realizada a caracterização da comunidade quanto a sua estrutura (biomassa e diversidade) e a análise de cianotoxinas (microcistina, cilindrospermopsina e saxitoxina) pelo método ELISA. Para relacionar com as variáveis biológicas foram analisadas variáveis hidrometeorológicas e abióticas. Durante o período estudado, o reservatório de Itupararanga pode ser classificado como polimítico, apresentando estratificação térmica no período chuvoso e circulação da coluna de água no período seco. No período estudado não foram observadas variações da estrutura da comunidade fitoplanctônica nas escalas diária e nictemeral, somente foi observada variação sazonal. A média da densidade fitoplanctônica total foi de 41,86x103 ind.mL-1, na estação chuvosa e 39,31x103 ind.mL-1, na seca. Foi observada alternância de dominância de duas esécies fitoplânctônicas, no período chuvoso houve dominância da Chlorophyceae Monoraphidium contortum, e no seco, da Cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii. Ocorreram altas relações entre nutrientes totais (NT:PT) e dissolvidos (NID:PTD), nos dois período estudados, observando-se assim que não houve limitação de nitrogênio. Não foram detectadas a presença de microcistina e cilindrospermopsina e as concentrações de saxitoxina estiveram abaixo do limite permitido pela Portaria MS n°2.914/2011 (3μg.L-1). Portanto, torna-se essencial a realização de um plano de manejo sustentável na bacia hidrográfica do Sorocaba e Médio Tietê, visando o monitoramento de ocorrência de Cianobactérias e cianotoxinas, para garantir a qualidade da água utilizada pela população do entorno do reservatório de Itupararanga. / Reservoirs are artificial aquatic systems which show similar features to lakes and rivers, like the dynamic horizontal characteristics of rivers and the vertical ones of lakes. Due to these properties, there are many factors which are responsible for the distribution and composition of phytoplankton, as there are: stability of the water column, hydraulic retention time, dam operation, availability of nutrients, photosynthetically active solar radiation (PASR), and temperature. As a result of human actions during the past years, the reservoirs are undergoing a process of eutrophication, and therefore contributing to the growth of cyanobacteria, causing problems for wells and thus compromising the health of the population, as these organisms can produce highly aggressive toxins. The study of phytoplankton in the Itupararanga Reservoirs has so become more and more important, as it is a place for recreation, irrigation, public water supply for the counties Votorantim and Sorocaba, and the generation of electricity. The objective of this research is to study the temporal variability (in a seasonal or daily context) and spatial heterogeneity (horizontal axle and diferents deep) in the phytoplankton and to evaluate the potential toxic of predominant cyanobacteria species in this reservoir. In order to reach this aim, a sample collection took place at two sites- one near the dam and the other near the headwaters- during the rainy season (February 2011) and the dry season (July 2011), at a rhythm of every four hours during 10 consecutive days at different depths of the water column. The Phytoplankton community was characterized in relation to its structure (biomass and diversity) and its analysis of cyanotoxins (microcrystin, cylindospermopsin and saxitoxin), using the ELISA method. In order to relate the biological variables, hydrometeorological and abiotic variables have been analyzed. During the studied period, the Itupararanga Reservoir could be classified as polymictic, showing thermal stratification in the rainy season and circulation of the water column in the dry season. Variations in the phytoplankton structure could not be observed on a daily but only a seasonal basis. The average total phytoplankton density was 41,86x103 ind.mL-1 in the rainy season, and in the dry season 39,31x103 ind.mL-1. Two phytoplankton species altered in their dominance, in the rainy season the Chlorophyceae Monoraphidium contortum showed more presence, whereas in the dry season Cyanobacteria Cylindrospermopsis raciborskii was found in a higher quantity. There was a high relation between the total nutrients (NT:PT) and the dissolved ones (NID:PTD), in both periods, as well as no limitation in the nitrogen level. Microcrystin and cylindrospermposin could not be detected, and the concentrations of saxitoxin were below the limit set by the Brazilian Ministry of Health - MS n°2.914/2011 (3μg.L-1). However, it is essential to achieving a sustainable management plan for the catchment of Sorocaba and Middle Tietê, aimed at monitoring the occurrence of cyanobacteria and cyanotoxins, to ensure the quality of the water used by the population around the Itupararanga Reservoir.

A crescente demanda por água doce de boa qualidade, associada ao aumento na frequência de florações tóxicas de cianobactérias em reservatórios utilizados para consumo humano, levou à publicação da Portaria nº. 518/04 pelo Ministério da Saúde. Entre outros parâmetros de potabilidade, as empresas fornecedoras de água tratada devem realizar o monitoramento de cianotoxinas. Para tanto, métodos analíticos rápidos e precisos para a determinação destes compostos são imprescindíveis. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo empregar a cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas para o estudo das principais cianotoxinas em território nacional: microcistinas, anatoxina-a(s), cilindrospermopsina e saxitoxinas. Os resultados obtidos estão distribuídos em capítulos específicos dedicados a cada grupo de toxinas. Dessa forma, o primeiro capítulo apresenta um estudo de fragmentação na fase gasosa de ânions de microcistinas em um equipamento do tipo orbitrap. É demonstrado que o modo negativo de ionização por electrospray fornece informações estruturais importantes e complementares ao modo positivo de ionização. Uma abertura seletiva do peptídeo cíclico é proposta e mecanismos discutidos, o que facilita a interpretação de resultados durante a caracterização de variantes desconhecidas. O modelo de fragmentação desenvolvido foi utilizado para identificar a variante [Leu1]MC-LR em um extrato de Microcystis spp. O segundo capítulo descreve metodologias qualitativas de LC/MS para o monitoramento e identificação do organofosforado natural anatoxina-a(s), cuja análise é prejudicada pela ausência de padrões comerciais. A cromatografia de interação hidrofílica foi empregada e mecanismos de fragmentação na fase gasosa propostos, discutindo-se os íons característicos desta estrutura química. Tal modelo permitiu a identificação desta toxina nas cepas de Anabaena oumiana ITEP-25 e ITEP-26 pela primeira vez. O terceiro capítulo disserta sobre os mecanismos de fragmentação na fase gasosa da toxina cilindrospermopsina quando ionizada por electrospray na forma de aduto com metais alcalinos. Diferenças nas vias de fragmentação são demonstradas de acordo com o raio atômico do metal formador do aduto, com implicações práticas na sua determinação cromatográfica. Já o quarto capítulo discute os mecanismos de fragmentação de variantes sulfatadas de saxitoxinas (GTX1e4, GTX2e3, dcGTX2e3, GTX5) após ionização por electrospray no modo positivo e negativo. É demonstrado pela primeira vez que uma conformação estrutural específica do grupamento sulfato explica a intensa eliminação de SO3 observada para as variantes GTX1, GTX2 e dcGTX2 no modo positivo de ionização. Por outro lado, o modo negativo de ionização apresenta vantagens uma vez que a dissociação na fonte é insignificante se comparada à dissociação observada no modo positivo. Como resultado, métodos quantitativos no modo negativo podem apresentar maior sensibilidade, permitindo a detecção destas toxinas em amostras ambientais em quantidades mais baixas. De maneira geral, conclui-se que a cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas é ferramenta poderosa para a análise quali e quantitativa das principais cianotoxinas, podendo ser amplamente empregada para o monitoramento de água para consumo humano. / The increasing occurrence of toxic cyanobacterial blooms in reservoirs used to supply drinking water for human consumption has prompted the publication of resolution 518/04 by the Brazilian Ministry of Health. Among other quality requirements, the monitoring of cyanotoxins in treated water is mandatory for companies responsible for potable water distribution. Therefore, precise and rapid analytical methods are essential. In this context, the aim of this work is to employ liquid chromatography coupled to mass spectrometry to study the most important cyanotoxins in our country: microcystins, anatoxin-a(s), cylindrospermopsis and saxitoxins. The obtained results are distributed in four chapters, each one dedicated to a single group of toxins. In this way, chapter one presents the gas-phase fragmentation behavior of deprotonated microcystins in an Orbitrap instrument. It is demonstrated that electrospray negative ionization can provide significant structural information about microcystins. These results are complementary to the positive ionization mode. A selective ring opening process is proposed and possible mechanisms are discussed, which may facilitate data interpretation when unknown variants are considered. The general fragmentation model was further applied to the characterization of [Leu1]MC-LR in a Microcystis spp. cell extract. The second chapter describes qualitative analytical methods for the identification of anatoxin-a(s), a natural organophosphate whose determination is hampered by the lack of commercial standards. Hydrophilic interaction liquid chromatography was employed and fragmentation mechanisms proposed, identifying the characteristic product ions of this toxin. The developed methods were further used to identify anatoxin-a(s) for the first time in Anabaena oumiana strains ITEP-25 and ITEP-26. The third chapter presents data related to the gas-phase fragmentation behavior of cylindrospermospin when this toxin is ionized as metal adducts. Different fragmentation pathways are accessed depending on the atomic radius of the metal cation involved. Practical implications for the chromatographic analysis of this toxin are presented. The last chapter describes the fragmentation behavior of sulphate-containing saxitoxin variants (GTX1&4, GTX2&3, dcGTX2&3, GTX5) after electrospray ionization in both the positive and negative modes. A mechanism for the intense SO3 elimination from [M+H]+ ions from GTX1, GTX2 and dcGTX2 is proposed for the first time and relies on a specific structure conformation. On the other hand, the negative ionization mode shows much less in-source dissociation when compared to the positive mode. As a consequence, methods based on negative ionization might be more sensitive for sulfate-containing variants, allowing the detection of lower amounts of these toxins in environmental samples. At the end, it can be concluded that liquid chromatography is a well-suited and powerful technique for the qualitative and quantitative analysis of cyanotoxins, being an invaluable contribution to water safety evaluation.

As cianobactérias são procariotos fotossintetizantes capazes de sobreviver em ambientes com condições adversas, inclusive na presença de metais pesados tal como o cádmio (Cd). Alguns mecanismos celulares de tolerância a metais pesados são o efluxo de íons e destoxificação intracelular. A proteína metalotioneína, a qual foi purificada e seqüenciada na cianobactéria Synechococcus sp. PCC7942, possui a capacidade de quelar alguns metais. A análise do produto gênico (RNAm e/ou proteínas) têm trazido informações interessantes sobre o metabolismo de células submetidas a situações estresse. Esse estudo teve como objetivo analisar as respostas das células da cianobactéria Synechococcus leopoliensis PCC7942 ao Cd. Para isto, foi analisado o padrão de crescimento das culturas, o acúmulo de Cd e a expressão de proteínas da cianobactéria na presença do metal. A concentração máxima de Cd tolerável pela cianobactéria de 3 µM foi determinada através do monitoramento do crescimento de culturas submetidas a diferentes concentrações do metal através da análise de DO750nm. As culturas crescidas nessa concentração do Cd apresentaram um prolongamento na fase de adaptação e maior tempo de duplicação comparando-se as culturas controles (sem metal). O cádmio acumulado pelas células analisado usando GFAAS apresentou valores variando entre 1,0 e 95 µg Cd•g-1 massa fresca, dependendo da fase de crescimento. A análise da especiação do Cd no meio de cultura BG-11 mostrou que havia disponível para as células 0,69 µM de Cd+2 quanto se utilizava a quantidade máxima tolerável (3 µM). A análise de expressão diferencial de proteínas foi feita em culturas expostas a duas concentrações do metal, 3 µM (tolerável) e 100 µM (letal), durante 1 hora, as quais mostraram acúmulo de 15 e 30 µg Cd•g-1 massa fresca, respectivamente. A maioria das proteínas da cianobactéria separadas por eletroforese bidimensional (pH 3-10 e 4,5-5,5) mostrou pontos isoelétricos ácidos, entre a faixa de pH 4 e 6, e a presença de várias isoformas. Trinta proteínas foram expressas diferencialmente, sendo que no tratamento com 3 µM de Cd, duas proteínas foram induzidas e 11 reprimidas, e no tratamento com 100 µM, duas proteínas foram induzidas e 20 reprimidas. Entre as proteínas reprimidas, duas foram comuns em ambos os tratamentos, enquanto que as duas proteínas induzidas em cada tratamento foram diferentes. Algumas dessas proteínas identificadas através de MALDI-TOF foram a rubisco, a qual foi reprimida em 3 µM de Cd; uma proteína da capa do carboxissoma, a qual foi induzida na presença de 100 µM de Cd; a proteína ligadora a DNA (Dpsa) e a isoleucil t-RNA sintetase, ambas induzidas em 3 µM de Cd e reprimidas em 100 µM de Cd. Dessa forma, esses dados mostraram que duas das proteínas afetadas pelo Cd são componentes do sistema fotossintetizante (rubisco e capa protéica do carboxissoma), uma é expressa em condições de estresse oxidativo (Dpsa) e a outra está relacionada com a síntese de proteínas contendo isoleucina (isoleucil-tRNA sintetase). / Cyanobacteria are photosynthetic prokaryotes capable of surviving in adverse environmental conditions, including the presence of heavy metals such as cadmium (Cd). Some cellular mechanisms of heavy metal tolerance are ion efflux and intracellular detoxification. The metallothionein protein, which was purified and sequenced in the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC7942, possesses the ability to bind some metals. The analysis of gene products (mRNA and/or proteins) has provided interesting information about cell metabolism under stress conditions. The aim of this study was to analyze the Cd response of the cyanobacterium S. leooliensis PCC7942 cells. For this purpose, the pattern of culture growth, cadmium accumulation, and cyanobacterial protein expression in the presence of the metal was analyzed. The maximum tolerable Cd concentration of 3 µM by the cyanobacterium was determined by monitoring culture growth submitted to different concentrations of the metal using OD750nm analysis. The cultures grown in this Cd concentration had an extended lag phase and a higher doubling time compared to the control cultures (without metal). Cadmium accumulated by the cells analyzed using GFAAS showed values varying between 1.0 and 95 µg Cd•g-1 fresh matter, depending on the growth phase. Speciation analysis of Cd in the growth medium BG-11 showed that 0.69 µM of Cd2+ was available to the cells when the maximum tolerable amount was used (3 µM). Analysis of the proteins with differential expression was done using cultures exposed for 1 hour to two metal concentrations, 3 µM (non-lethal) and 100 µM (lethal), which showed accumulation of 15 and 30 µg Cd•g-1 fresh matter, respectively. The majority of the cyanobacterial proteins separated by two-dimensional electrophoresis (pH 3-10 and 4,5-5,5) showed pI between pH 4 and 6, and the presence of several isoforms. Thirty proteins were differentially expressed, where two proteins were up-regulated and 11 down-regulated in the treatment with 3 µM of Cd and two proteins were up-regulated and 20 down-regulated in the treatment with100 µM of Cd. Among the down-regulated proteins, two were common in both treatments while the two up-regulated proteins from each treatment were different. Some of the proteins identified by MALDI-TOF were rubisco, which was down-regulated in 3 µM of Cd; a carboxysome shell protein, which was up-regulated in100 µM of Cd; the DNA-binding protein, Dpsa, and a isoleucyl-tRNA sinthetase, both up-regulated in 3 µM of Cd and down-regulated in100 µM of Cd. Thus, these data showed that the two proteins affected by Cd are components of the photosynthetic system (rubisco and carboxysome shell protein), one is expressed under oxidative stress condition (Dpsa) and the other one is related to protein synthesis containing isoleucine (isoleucyl-tRNA sinthetase).