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Previous issue date: 2012-04-09 / Universidade Federal de Sao Carlos / Microalgae are capable of adapting themselves to changes in environmental conditions through the production of different biomolecules. This study investigated the effects of the metal, cadmium on the ecophysiological response of microalgae under varying nutrient conditions. In the first phase of the study, we examined the growth, biomass production and biochemical composition of Chlorella vulgaris using semi-continuous cultures employing three growth media (LC Oligo, Chu 10 and WC media) to enable the selection of the most appropriate growth medium. The highest cell density, chlorophyll a, carbohydrate, protein and lipid concentration were found in Chu and LC Oligo media. Due to the cost effectiveness of using LC Oligo medium, it was the chosen as the preferred medium among the three tested media. The calorific values of C. vulgaris at different phosphorus (P) levels were investigated in the second phase of this study. Calorific value reported under replete concentration (13.78 kJ g-1) was less than those found under P limitation (30.47-33.07 kJ g-1). The highest calorific values without growth retardation were obtained at the 10-6 mol L-1 P. The third phase of this research involved determinations of growth, biomass production and biochemical composition of C. vulgaris under varying cadmium (Cd), phosphorus (P) and nitrogen (N) concentrations. Three P (6.0x10-7, 2.3x10-6 and 2.3x10-4 mol L-1) and N (2.9x10-6, 1.1x10-5, 1.1x10-3 mol L-1) concentrations were tested one at a time with or without the addition of Cd at 10-7 and 2.0x10-8 mol L-1. Cadmium at 10-7 mol L-1 severely reduced growth and biomass production when P or N were limiting. Under N limitation total intracellular carbohydrates were accumulated most intensively compared to the P treatments with or without Cd. The presence of 2.0x10-8 Cd stimulated higher carbohydrate production when P was limiting. Protein productivity decreased with decreasing N and P concentrations. Total protein was highest in the control. Under nutrient replete conditions, the growth and biomass inhibitory effects of
xxii Cd were significantly reduced. Combined P limitation and Cd exposure stimulated higher total lipid production than only P or N limitation. Triacylglycerols (TAG) was the most accumulated lipid class under P and N limitation and Cd stress among all the neutral and polar lipid classes. Increasing P and N limitation and Cd exposure resulted in higher SAFA and MUFA concentrations. 16:1n - 11 was an exception among the MUFA as its levels decreased at low N. Total PUFA and ω3 PUFA levels, and PUFA:SAFA ratios increased under healthy growth conditions (high P and N without Cd). An exception among the PUFA was 18:2n 6 that responded to P treatments differently as its levels increased with increasing P and N limitation. A significant (p<0.05) positive relationship of PUFAs, AMPL and PL with P and N was observed. Total SAFA, 14:0, 18:1n 9 and 18:2n 6 were positively related to Cd and negatively correlated with P and N. / A geração de resíduos industriais e a possibilidade de produção biomassa de microalgas em águas residuais estimulam a pesquisa relacionada com os efeitos do cádmio na resposta fisiológica dos microorganismos. Este estudo investigou os efeitos de metais sob condições variaveis de nutrientes sobre a resposta ecofisiológica de Chlorella vulgaris. Na primeira fase do estudo, examinamos o crescimento, produção de biomassa e composição bioquimica de Chlorella vulgaris nos meios nutritivos LC Oligo, Chu 10 and WC para selecionar o meio mais adequado. A densidade celular, clorofila a, proteínas, carboidratos e lipídios determinados e os resultados mostraram maiores concentrações das biomoléculas nos meios Chu e LC Oligo. Devido à relação custo-eficácia do uso, o meio LC Oligo foi escolhido entre os três meios testados. Esta segunda fase da pesquisa investigou o poder calorífico da C. vulgaris em concentrações diferentes do fósforo (P). O valor calorifico no controle (13.78 kJ g-1) foi menor do que sob limitação do P (30.47-33.07 kJ g-1). Os melhores valores caloríficos com menor retardo de crescimento foram obtidos no tratamento com 2.3x10-6 mol L-1 P. A terceira fase deste estudo envolveu determinações de crescimento, produção biomassa e composição bioquímica da C. vulgaris na presença de cádmio (Cd) sob concentrações diferentes de fósforo (P) e nitrogênio (N). Três concentrações de P (6.0x10-7, 2.3x10-6 and 2.3x10-4 mol L-1) e N (2.9x10-6, 1.1x10-5, 1.1x10-3 mol L-1) foram testadas individualmente, com ou sem adição de Cd em 10-7 e 2.0x10-8 mol L-1. Cádmio em concentração de 10-7 mol L-1 reduziu severamente o crescimento e produção biomassa, quando P ou N estavam limitando o crescimento. Sob limitação de N, carboidratos totais foram mais acumulados do que os tratamentos de P sem Cd. A presença de 2.0x10-8 mol L-1 Cd estimulou a produção de carboidratos quando P era limitante. A produtividade de proteína diminuiu com a diminuição das concentrações de N e P. Proteína total foi maior na combinação de 2.3x10-6 mol L-1 P e 2.0x10-8 mol L-
xxiv 1 Cd. Sob condições repleta de nutrientes, os efeitos inibitórios do Cd sobre o crescimento e produção de biomassa algal foram significativamente reduzidos. Limitação de P e estresse Cd combinados estimulou maior produção lipidica totais do que apenas N. Triacilgliceróis (TAG) foi a classe de lipídios mais acumulada em limitação do P e N e com estresse de Cd, entre todas as classes de lipídios neutros e polares. Limitação do P e N, e a exposição ao Cd resultaram em maiores concentrações de SAFA e MUFA. 16:1n 11 foi uma exceção entre os MUFA, uma vez que seus níveis diminuiram em baixo N. PUFA total e ω3 PUFA, e proporção de PUFA:SAFA aumentaram sob alta P sem Cd. Uma exceção entre os PUFA foi 18:2n 6, cuja concentração aumentou com aumento da limitação do P e N. A relação (p<0.05) positiva de PUFA, AMPL e PL com P e N foi observada. Total de SAFA, 14:00, 18:1n 9 e 18:2n 6 foram correlacionadados positivamente com Cd e negativamente com P e N.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/1752 |
| Date | 09 April 2012 |
| Creators | Chia, Mathias Ahii |
| Contributors | Lombardi, Ana Teresa |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ecologia e Recursos Naturais, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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