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A espécie de cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii vem se destacando na literatura atual devido à sua presença e dominância em lagos e reservatórios em diversas regiões do planeta e a principal preocupação deste cenário é por ela ser potencialmente tóxica. Estudos revelaram que o crescimento e a síntese de toxinas em espécies de microrganismos fitoplanctônicos estão atrelados à limitação ou excesso de micronutrientes, porém, ainda são desconhecidos os efeitos desta variação na produção de saxitoxina (STX) por C. raciborskii. Para contribuir com o esclarecimento desta questão, investigou-se o efeito de diferentes concentrações dos micronutrientes Fe, Zn, Cu, Mn, Co e B no crescimento e na produção de STX de uma linhagem de C. raciborskii. Em salas climatizadas, culturas desta linhagem foram expostas durante 20 dias a 5 concentrações de cada micronutriente, com alteração do meio de cultura ASM-1. As respostas fisiológicas de C. racibosrkii a estas modificações foram verificadas através da velocidade máxima de crescimento (μmáx), rendimento do biovolume, tempo de duplicação (Td), concentração de clorofila a, assimilação de nitrato e ortofosfato e síntese de STX total (intra e extracelular). As maiores concentrações de STX por biovolume (STX/biovolume) foram obtidas nos tratamentos com baixa concentração de Fe (0,4 μM) e elevada concentração de Cu (0,8 μM). Nos micronutrientes Zn, Co e B, houve uma tendência de redução da síntese de STX nas maiores concentrações destes metais. Enquanto as concentrações extremas de Fe e Mn inibiram o crescimento (Fe: 0,4 e 400 μM e Mn: 0,7 e 600 μM), as concentrações centrais favoreceram (Fe: 4 a 60 μM e Mn: 7 a 200 μM). Elevada concentração de Cu (0,8 μM) causou aumento de 2,6 vezes (160%) do volume celular e redução na síntese de clorofila a, sem alterações significativas em μmáx e rendimento. O aumento da concentração dos micronutrientes Fe, Zn, Mn e B no meio de cultura causaram maior assimilação de ortofosfato por biovolume (P/biovolume). Estes principais resultados demonstraram que os micronutrientes afetam a síntese de STX e o crescimento de C. raciborskii, podendo ser associados aos diversos mecanismos de captura e detoxificação de metais que as cianobactérias possuem. Embora as extrapolações dos resultados laboratoriais para o ambiente devam ser realizadas com prudência, estudos relacionados à ecofisiologia de cianobactérias como este, são fundamentais para análise criteriosa de cada variável podendo ser utilizado como ferramenta de diagnóstico e prevenção de florações tóxicas. / Cylindrospermopsis raciborskii has been highlighted in several researches due to the dominance in many lakes and reservoirs around the world, the main concern about it due to the ability to produce toxins. Studies have revealed that growth and toxins production in phytoplankton species are linked to micronutrients limitation or excess. Nevertheless, micronutrient variation effects on saxitoxin (STX) production by C. raciborskii are still unknown. To contribute to clarify this issue, we investigated the effect of different micronutrients concentration, such as Fe, Zn, Cu, Mn, Co and B, on the growth and saxitoxin production of C. raciborskii strain. In climatized growth room, the cultures of C. raciborskii strain were exposed to 5 different concentration of each micronutrient, present in ASM-1 medium, during 20 days. The C. racibosrkii physiological responses was detected through maximum growth rate (μmáx), biovolume yield, doubling time (Td), chlorophyll-a, nitrate and orthophosphate assimilation and the total STX production (intra and extracellular). The higher concentrations of STX per biovolume (STX/biovolume) were observed in treatments with low Fe concentration (0.4 μM) and high Cu concentrations (0.8 μM). Higher concentrations of Zn, Co and B lead to low STX production. While the Fe and Mn extreme concentrations inhibited the growth (Fe: 0.4 and 400 μM and Mn: 0.7 to 600 μM), the central concentrations favored (Fe: 4 to 60 μM, and Mn: 7-200 μM). A high Cu concentration (0,8 μM) leads to 2,6 fold increase (160%) in cellular volume and decrease the chlorophyll-a content, however máx and biovolume yield did not change. Increasing the Fe, Zn, Mn and B concentration in the culture caused higher assimilation of orthophosphate per biovolume (P/biovolume). These results indicated that micronutrients affected C. raciborskii growth and STX production, and may be associated with the diverse cyanobacterial mechanisms of metals capture and detoxification. Cyanobacteria ecophysiology studies, as this research, are fundamental to careful analysis of each variable, which could be used as diagnostic and a tool to prevention of toxic blooms.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Hindria Renally Cavalcanti Guimaraes.pdf: 1729464 bytes, checksum: 04c8eb0a10288b9d2250aca9baa31e7e (MD5) Previous issue date: 2012-04-27 / The research aimed to evaluate the saxitoxin removal of the water supply in the conventional system followed by adsorption through granular activated carbon (GAC). The experiment was performed in three steps. In the first, coagulation diagrams were constructed for the aluminum sulfate. In the second stage, tests were conducted with aluminum sulfate and auxiliary coagulant (anionic and cationic polymers). In the third stage was carried conventional treatment (coagulation / flocculation /sedimentation / filtration) followed by adsorption on a column of granular activated carbon (GAC), in bench scale. The system was composed of a polypropylene plastic container for the storage of decanted water derived from the jar tests, with a capacity of 100 liters. The reservoir is connected via two peristaltic pumps with controlled flow for 1L/ h. Each pump is connected to two sand laboratory filters (SLF), which connected themselves to two columns of CAG, CC1 and CC2, with different coal granulometries. The system was monitored for 48 hours. The results of the coagulation tests showed good removal efficiency (>50%) for water of study (WS) at the natural pH of water (7.6), at a dosage of aluminum sulfate 25 mg/L, both in terms of turbidity and remaining true color. When evaluated the representability of the data, it was observed that the removal efficiency was not repeated. In the third stage, there was low saxitoxin removal by conventional treatment (7%), the removal was processed in the adsorption columns. CC1 and CC2 obtained removals ranging from 100 to 70%. However, for the maximum percentage removal CC2 removed greater amount of saxitoxin per unit time compared to CC1, nearly six hours of difference. The Langmuir and Freundlich isotherms showed better settings to the CC2 for the evaluated samples of activated carbon. / A pesquisa teve como objetivo principal avaliar a remoção de saxitoxina de água de abastecimento utilizando tratamento convencional seguido de adsorção por carvão ativado granular (CAG). O experimento foi realizado em três etapas. Na primeira, foram construídos diagramas de coagulação para o sulfato de alumínio. Na segunda etapa, foram realizados ensaios com sulfato de alumino e coagulantes auxiliares (polímeros aniônicos e catiônicos). Na terceira etapa foi realizado o tratamento convencional (coagulação/ floculação/ sedimentação/ filtração) seguido de adsorção em coluna de carvão ativado granular (CAG), em escala de bancada. O sistema esteve formado por um reservatório de plástico de polipropileno para o armazenamento de água decantada proveniente do jar tests, com capacidade para 100 litros. O reservatório foi interligado por intermédio de duas bombas peristálticas com vazão controlada para 1L/h. Cada bomba conectava-se a dois filtros de laboratório de areia (FLA), que se acoplavam a duas colunas de CAG, CC1 e CC2, com carvão de granulometrias distintas. O sistema foi monitorado durante 48h. Os resultados dos ensaios de coagulação mostraram boa eficiência de remoção (> 50 %) para água de estudo (AE) com pH natural da água (7,6), para uma dosagem de sulfato de alumínio de 25mg/L , tanto em termos de turbidez quanto de cor verdadeira remanescentes. Para os ensaios com polímeros sintéticos, o polímero catiônico, em geral, se destacou em relação ao polímero aniônico com percentuais médios de remoção de 57% para remoção de cor verdadeira. Quando avaliada a representabilidade dos dados, observou-se que as eficiências de remoções não se repetiram. Na terceira etapa, houve baixa remoção saxitoxina por parte tratamento convencional (7%), a remoção se processou nas colunas de adsorção. A CC1 e a CC2 obteram remoções entre 100 e 70%, entretanto, para percentuais máximos de remoção a CC2 removeu maior quantidade de saxitoxina por unidade de tempo em relação a CC1, praticamente seis horas de diferença. As isotermas de Freundlich e Langmuir para as amostras de carvão ativado avaliadas aprestaram melhores ajustes para a CC2.

A espécie de cianobactéria Cylindrospermopsis raciborskii vem se destacando na literatura atual devido à sua presença e dominância em lagos e reservatórios em diversas regiões do planeta e a principal preocupação deste cenário é por ela ser potencialmente tóxica. Estudos revelaram que o crescimento e a síntese de toxinas em espécies de microrganismos fitoplanctônicos estão atrelados à limitação ou excesso de micronutrientes, porém, ainda são desconhecidos os efeitos desta variação na produção de saxitoxina (STX) por C. raciborskii. Para contribuir com o esclarecimento desta questão, investigou-se o efeito de diferentes concentrações dos micronutrientes Fe, Zn, Cu, Mn, Co e B no crescimento e na produção de STX de uma linhagem de C. raciborskii. Em salas climatizadas, culturas desta linhagem foram expostas durante 20 dias a 5 concentrações de cada micronutriente, com alteração do meio de cultura ASM-1. As respostas fisiológicas de C. racibosrkii a estas modificações foram verificadas através da velocidade máxima de crescimento (μmáx), rendimento do biovolume, tempo de duplicação (Td), concentração de clorofila a, assimilação de nitrato e ortofosfato e síntese de STX total (intra e extracelular). As maiores concentrações de STX por biovolume (STX/biovolume) foram obtidas nos tratamentos com baixa concentração de Fe (0,4 μM) e elevada concentração de Cu (0,8 μM). Nos micronutrientes Zn, Co e B, houve uma tendência de redução da síntese de STX nas maiores concentrações destes metais. Enquanto as concentrações extremas de Fe e Mn inibiram o crescimento (Fe: 0,4 e 400 μM e Mn: 0,7 e 600 μM), as concentrações centrais favoreceram (Fe: 4 a 60 μM e Mn: 7 a 200 μM). Elevada concentração de Cu (0,8 μM) causou aumento de 2,6 vezes (160%) do volume celular e redução na síntese de clorofila a, sem alterações significativas em μmáx e rendimento. O aumento da concentração dos micronutrientes Fe, Zn, Mn e B no meio de cultura causaram maior assimilação de ortofosfato por biovolume (P/biovolume). Estes principais resultados demonstraram que os micronutrientes afetam a síntese de STX e o crescimento de C. raciborskii, podendo ser associados aos diversos mecanismos de captura e detoxificação de metais que as cianobactérias possuem. Embora as extrapolações dos resultados laboratoriais para o ambiente devam ser realizadas com prudência, estudos relacionados à ecofisiologia de cianobactérias como este, são fundamentais para análise criteriosa de cada variável podendo ser utilizado como ferramenta de diagnóstico e prevenção de florações tóxicas. / Cylindrospermopsis raciborskii has been highlighted in several researches due to the dominance in many lakes and reservoirs around the world, the main concern about it due to the ability to produce toxins. Studies have revealed that growth and toxins production in phytoplankton species are linked to micronutrients limitation or excess. Nevertheless, micronutrient variation effects on saxitoxin (STX) production by C. raciborskii are still unknown. To contribute to clarify this issue, we investigated the effect of different micronutrients concentration, such as Fe, Zn, Cu, Mn, Co and B, on the growth and saxitoxin production of C. raciborskii strain. In climatized growth room, the cultures of C. raciborskii strain were exposed to 5 different concentration of each micronutrient, present in ASM-1 medium, during 20 days. The C. racibosrkii physiological responses was detected through maximum growth rate (μmáx), biovolume yield, doubling time (Td), chlorophyll-a, nitrate and orthophosphate assimilation and the total STX production (intra and extracellular). The higher concentrations of STX per biovolume (STX/biovolume) were observed in treatments with low Fe concentration (0.4 μM) and high Cu concentrations (0.8 μM). Higher concentrations of Zn, Co and B lead to low STX production. While the Fe and Mn extreme concentrations inhibited the growth (Fe: 0.4 and 400 μM and Mn: 0.7 to 600 μM), the central concentrations favored (Fe: 4 to 60 μM, and Mn: 7-200 μM). A high Cu concentration (0,8 μM) leads to 2,6 fold increase (160%) in cellular volume and decrease the chlorophyll-a content, however máx and biovolume yield did not change. Increasing the Fe, Zn, Mn and B concentration in the culture caused higher assimilation of orthophosphate per biovolume (P/biovolume). These results indicated that micronutrients affected C. raciborskii growth and STX production, and may be associated with the diverse cyanobacterial mechanisms of metals capture and detoxification. Cyanobacteria ecophysiology studies, as this research, are fundamental to careful analysis of each variable, which could be used as diagnostic and a tool to prevention of toxic blooms.

This diploma thesis is focused on the analysis of toxins and their extraction from sandyloamy soil. Particularly, saxitoxin and trichothecene mycotoxins deoxynivalenol, HT-2 and T-2 toxins are in the centre of interest of this work. Their occurrence, toxic properties and influence on living organisms are described in theoretical part of this thesis. In next chapters, currently published extraction methods for individual toxins and analytical approaches for their quantitative evaluation are summarized. In experimental part of this thesis, optimized process of sample pretreatment based on extraction of toxins from soil using 1mM HCOONH4 in 84% acetonitrile was proposed as the best option. Simultaneous determination of toxins was performed by liquid chromatography on a CN column (3.0 x 150 mm, 3 Îm, 100 ) in gradient elution mode. Mass spectrometer with electrospray as ion source and linear ion trap as analyzer was used as detector. Recovery of designed method was over 80% for trichothecene mycotoxins and 51% for saxitoxin.

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O crescimento desordenado das cidades tem trazido à tona problemas de saneamento e degradação dos recursos naturais, entre eles a água. O despejo de efluentes domésticos e industriais têm ocasionado a eutrofização dos mananciais, culminando com a proliferação dos fitoplânctons. Esta proliferação tem chegado ao ponto, em certos momentos, de acarretar episódios de floração de algas. Entre os organismos fitoplanctônicos que se desenvolvem no ambiente, estão as cianobactérias, com vários gêneros capazes de produzir diversas cianotoxinas, tais como as microcistinas, anatoxinas, cilindrospermopsinas (CY), saxitoxinas (PSPs), entre outras. Com o aumento da freqüência dos episódios de floração de algas, a probabilidade da ocorrência destas toxinas também aumenta. Como conseqüência disto e devido às exigências legais, os corpos dágua devem ser monitorados para garantir a qualidade da água para consumo humano. Com vistas ao monitoramento da presença das cianotoxinas CY e PSPs, foram realizadas investigações em alguns corpos dágua do Estado de São Paulo. Das investigações realizadas, a neosaxitoxina foi identificada pela primeira vez no Reservatório Billings e os congêneres, saxitoxina, goniautoxina 2, goniautoxina 3, foram identificados de forma inédita em amostras de água deste reservatório. Com relação à CY, foi desenvolvido um método analítico, parcialmente validado. Entretanto, esta cianotoxina não foi localizada nas amostras de água ou cianobactérias das águas superficiais dos corpos dágua estudados. Este estudo mostra a importância do monitoramento da qualidade das águas dos mananciais quanto à presença de cianotoxinas, especialmente daqueles corpos dágua com a finalidade do consumo humano. / Cities growth usually occur in an unorganized manner. This tendence can generate a variety of sanitary problems, including the degradation of natural resources, such as water bodies. As a consequence, domestic and industrial efluents cause eutrofication of water reservoir, increasing the natural level of phytoplancton, what may form algal bloom. Among the phytoplanktonic organisms that grow in this modified environment it is found the cyanobacteria. Some of them can produce different types of cyanotoxins such as microcystin, anatoxin, cylindrospermopsin (CY) and saxitoxin (PSPs). The probability of production of these cyanotoxins increase according to frequent occurrence of algal blooms episodes. Consequently, water bodies monitoring becomes important to assure water quality. The aim of this project was to develop a specific method to identify the presence of cyanotoxins CY and to investigate PSPs in water bodies in São Paulo State. The results confirmed the presence of neosaxitoxin (NEO), a toxin of PSPs family. It was the first time that Neo was indentified in Billings Reservoir along with other PSPs types: saxitoxin, gonyautoxin 2, gonyautoxin 3. Although the study also included CY monitoring, CY was not identified in the tested samples. The present study confirmed the importance of continuous searching and monitoring of water bodies to grant quality to water used for human consumption.

O Reservatório de Itupararanga, no interior do estado de São Paulo, tem como principal finalidade geração de energia elétrica e o abastecimento público, além de área de lazer e pesca. O crescimento urbano e agrícola em torno do corpo hídrico tem alterado a qualidade da água favorecendo a proliferação de cianobactérias. Estudos preliminares da comunidade fitoplanctônica demonstraram a dominância da cianofícea Cylindrospermopsis raciborskii e da clorofícea Monoraphidium contortum. Com o objetivo de investigar o nível trófico do reservatório e sua influência na dominância destas espécies, foram realizados ensaios de interação entre estes microrganismos sob diferentes concentrações de fósforo, simulando o reservatório em três diferentes níveis tróficos: oligotrófico, mesotrófico e supereutrófico. Também foi determinada a produção de saxitoxina pela cianobactéria. No ambiente oligotrófico a C. raciborskii apresentou diminuição do volume celular, aumento da produção de saxitoxina e senescência em interação com o M. contortum. Nos ambientes mesotrófico e supereutrófico, a cianobactéria não apresentou diferenças no crescimento e na produção de saxitoxina, comparado ao seu controle, quando em interação com a clorofícea. O mesmo não foi observado para M. contortum nestes dois níveis de trofia, pois teve seu crescimento prejudicado nas interações com C. raciborskii. As velocidades específicas de crescimento de M. contortum foram crescentes conforme o aumento da trofia, e as da C. raciborskii decrescentes. As concentrações de clorofila-a também foram crescentes conforme o aumento de trofia, e diminuíram no final dos experimentos. O consumo de ortofosfato foi semelhante na simulação dos três ambientes e o consumo do nitrato, foi maior quanto mais elevado o nível trófico. A partir dos resultados, foram feitas previsões das espécies fitoplanctônicas dominantes regidas pelo nível trófico do reservatório, que contribuirão nas medidas de conservação e manejo deste ecossistema aquático. / The Reservoir Itupararanga within the state of São Paulo, whose main purpose is public supply, besides electricity generation, and recreational areas and fishing. The urban growth and agriculture around the water body has changed its quality, favoring the growth of cyanobacteria. Preliminary studies of phytoplankton showed a dominance of cyanophyceae Cylindrospermopsis raciborskii and clorofícea Monoraphidium contortum. In order to investigate the trophic level of the reservoir and its influence on the dominance of these species, tests of the interaction between these microorganisms under different phosphorus concentrations were performed, simulating the reservoir in three different trophic levels: oligotrophic, mesotrophic and supereutrophic. The production of saxitoxin by the cyanobacteria was also defined. In the oligotrophic C. raciborskii showed a decrease of cell volume, increased production of saxitoxin and senescence in interaction with M. contortum. In mesotrophic and supereutrofic environments, the cyanobacteria did not show differences in growth and production of saxitoxin, compared to their control when interacting with the chlorophycea. The same was not observed for M. contortum in these two trophic levels, as its growth was affected by the interactions with C. raciborskii. The specific growth rates of M. contortum were growing with increasing trophic, and those of C. raciborskii decreasing. The chlorophyll-a concentrations were also growing with increasing trophic, and decreased at the end of the experiments. The orthophosphate consumption was similar in the three simulation environments and consumption of nitrate was greater the higher the trophic level. From the results, were made estimates of the dominant phytoplankton species was governed by the trophic level of the reservoir, which will help in the conservation and management of this aquatic ecosystem.

O crescimento desordenado das cidades tem trazido à tona problemas de saneamento e degradação dos recursos naturais, entre eles a água. O despejo de efluentes domésticos e industriais têm ocasionado a eutrofização dos mananciais, culminando com a proliferação dos fitoplânctons. Esta proliferação tem chegado ao ponto, em certos momentos, de acarretar episódios de floração de algas. Entre os organismos fitoplanctônicos que se desenvolvem no ambiente, estão as cianobactérias, com vários gêneros capazes de produzir diversas cianotoxinas, tais como as microcistinas, anatoxinas, cilindrospermopsinas (CY), saxitoxinas (PSPs), entre outras. Com o aumento da freqüência dos episódios de floração de algas, a probabilidade da ocorrência destas toxinas também aumenta. Como conseqüência disto e devido às exigências legais, os corpos dágua devem ser monitorados para garantir a qualidade da água para consumo humano. Com vistas ao monitoramento da presença das cianotoxinas CY e PSPs, foram realizadas investigações em alguns corpos dágua do Estado de São Paulo. Das investigações realizadas, a neosaxitoxina foi identificada pela primeira vez no Reservatório Billings e os congêneres, saxitoxina, goniautoxina 2, goniautoxina 3, foram identificados de forma inédita em amostras de água deste reservatório. Com relação à CY, foi desenvolvido um método analítico, parcialmente validado. Entretanto, esta cianotoxina não foi localizada nas amostras de água ou cianobactérias das águas superficiais dos corpos dágua estudados. Este estudo mostra a importância do monitoramento da qualidade das águas dos mananciais quanto à presença de cianotoxinas, especialmente daqueles corpos dágua com a finalidade do consumo humano. / Cities growth usually occur in an unorganized manner. This tendence can generate a variety of sanitary problems, including the degradation of natural resources, such as water bodies. As a consequence, domestic and industrial efluents cause eutrofication of water reservoir, increasing the natural level of phytoplancton, what may form algal bloom. Among the phytoplanktonic organisms that grow in this modified environment it is found the cyanobacteria. Some of them can produce different types of cyanotoxins such as microcystin, anatoxin, cylindrospermopsin (CY) and saxitoxin (PSPs). The probability of production of these cyanotoxins increase according to frequent occurrence of algal blooms episodes. Consequently, water bodies monitoring becomes important to assure water quality. The aim of this project was to develop a specific method to identify the presence of cyanotoxins CY and to investigate PSPs in water bodies in São Paulo State. The results confirmed the presence of neosaxitoxin (NEO), a toxin of PSPs family. It was the first time that Neo was indentified in Billings Reservoir along with other PSPs types: saxitoxin, gonyautoxin 2, gonyautoxin 3. Although the study also included CY monitoring, CY was not identified in the tested samples. The present study confirmed the importance of continuous searching and monitoring of water bodies to grant quality to water used for human consumption.