Seleção de microalgas com potencial de produção de biocombustíveis

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Microflora de Bromeliáceas do estado de Pernambuco, Brasil

O autor estudou a microflora de dois gêneros de BROMELIACEAE: Hoenbergia e Portea. As coletas do material foram feitas em seis regiões do Estado de Pernambuco; 1) Região da Mata-Úmida; 2) Região da Mata-Seca; 3) Região do Agreste Central; 4) Região do Agreste Setentrional; 5) Região do Agreste Meridional; 6) Região do Recife. As seguintes diatomáceas indicadoras de águas poluídas (espécies oligossaprobias) foram encontradas nas seis regiões estudadas: Gomphonema parvulum (Kutz) Grunow., Hantzschia amphioxys Grunow, Pinnularia borealis Ehr., Pinnularia microstauron (Ehr) Cleve, gomphonema gracile Ehr., Nitzschia palea Kutz., Melosira roeseana Rabenh., Navicula mutica Kutz., Navicula cryptocephala Kutz., Eunotia pectinalis (Kutz) Rabenh. Foram também observadas CHLOROPHYCEAS nas estações chuvosa e seca nas diversas regiões. Algumas são indicadoras de oligossaprobidade: Scenedesmus quadricauda (Turpin) brebisson. Chlorococcum sp., Chlorella sp. Os fatores ecológicos e comentários referentes ás diatomáceas foram anotados no texto. A tabela I indica a frequência das diatomáceas nas seis regiões estudadas. Maior número dessas diatomáceas, registramos nas regiões do Agreste. A tabela II mostra a temperatura e pH da água de Hoenbergia e Portea em ambas as estações do ano (inverno e verão). Observamos a ocorrência de larvas de culex em Portea e hoenbergia, entretanto, raramente encontramos larvas de Anopheles. As coletas foram feitas durante as estações chuvosa e seca em Hoenbergia e Portea. Determinamos 35 espécies provenientes de 78 amostras coletadas durante o período de 26 meses.

Conteúdo lipídico e composição de ácidos graxos de microalgas expostas aos gases CO2, SO2 e NO

The objective of the present work was to verify the lipid content and the fatty acid composition of the microalgae Spirulina sp., Scenedesmus obliquus, Synechococcus nidulans and Chlorella vulgaris cultivated in a medium containing CO2, SO2 and NO. The microalga Scenedesmus obliquus presented the highest lipid content (6.18%). For the other microalgae the lipid content ranged from 4.56 to 5.97%. The major monounsaturated fatty acids content was 66.01% for S. obliquus. The PUFA were obtained in major amount by the microalgae Spirulina sp. (29.37%) and S. nidulans (29.54%). The palmitoleic acid was in larger amount, with 41.02% concentration (Spirulina sp.).

Uso de biomassa de algas para a peletização de sementes de Bowdichia virgilioides Kunth

Microalgas são consideradas organismos promissores com aplicações em diversas áreas, entre elas para a fixação de CO2, indústria alimentícia, cosmética e farmacêutica. A industrialização na produção desses organismos levará à geração de resíduos, cuja utilização é vista como contribuinte na redução de custos de produção. Nesta pesquisa, propôs-se o uso de microalgas como material cimentante para peletização de sementes de Bowdichia virgilioides Kunth, espécie nativa do Cerrado brasileiro. Biomassa das microalgas Selenastrum capricornutum e Chlorella sorokiniana foram obtidas a partir de cultivos semicontrolados em casa de vegetação. Nas microalgas, foi determinada a concentração de clorofila a, proteínas, carboidratos e lipídios totais, e a biomassa para peletização foi obtida com as células em fase estacionária de crescimento. Com relação às sementes, os tratamentos consistiram de semente nua, semente com gesso agrícola, semente com gesso agrícola e S. capricornutum ou com C. sorokiniana. Nessas, analisaram-se a emergência e desenvolvimento das plântulas e ocorrência de nódulos fixadores de nitrogênio. Os resultados indicaram que sementes com gesso e C. sorokiniana apresentaram porcentagem de emergência (76%) estatisticamente similar à obtida para sementes nuas (86%) e que foi mais elevada do que sementes peletizadas com gesso (60%) e com gesso e S. capricornutum (62%). A melhor porcentagem de emergência para C. sorokiniana em comparação com S. capricornutum pode estar relacionada ao maior conteúdo de lipídios (11,4 mgL-1) e carboidratos (25,0 mg L-1) em C. sorokiniana, em comparação com S. capricornutum (2,2 mg L-1 lipídios e 0,31 mg L-1 carboidratos). Parâmetros como tempo médio de emergência, comprimento e peso da parte aérea fresca e seca e radicular das plântulas de B. virgilioides foram similares para todos os tratamentos. Conclui-se que a biomassa de C. sorokiniana pode ter aplicação promissora como constituinte de material cimentante em peletização de sementes, apresentando resultados posistivos e similares à emergência de sementes nuas.

Levantamento de plantas aquáticas no reservatório de Salto Grande, Americana-SP

O objetivo deste estudo foi determinar a frequência relativa e o nível de infestação de cada espécie da flora aquática presente no reservatório de Salto Grande, Americana-SP. O levantamento e a identificação das plantas aquáticas foram realizados percorrendo-se as margens do reservatório em uma embarcação. Ao longo dele foram estabelecidos 20 pontos de avaliação, sendo todos eles fotografados e georreferenciados. Foram atribuídos valores de 0 a 100% tanto para as espécies presentes como para os espaços livres de macrófitas aquáticas que eventualmente pudessem ocorrer dentro dos pontos amostrados. Com os dados referentes ao número de indivíduos e pontos avaliados, foi determinada a frequência relativa de cada espécie. Foram identificadas 13 espécies em todo o reservatório, sendo 12 vasculares e uma de alga-verde (Chlorella spp.). Entre as espécies vasculares, nove eram plantas emersas flutuantes, as quais poderiam estar ou não ancoradas no leito do reservatório: Alternanthera philoxeroides, Brachiaria subquadripara, Cyperus difformis, Echinochloa polystachia var. spectabilis, Eichhornia crassipes, Panicum rivulare, Pistia stratiotes, Salvinia auriculata e Typha angustifolia. Outras três espécies foram encontradas somente em solo firme alagado: Aeschynomene sensitiva, Hedychium coronarium e Mimosa pigra.

Syntrophic relationships between algae and bacteria in a fresh-water stream and in culture /

Interactions between freshwater algae and bacteria were examined in a natural stream habitat and a laboratory model. Field observations provided circumstantial evidence, in statistical correlation for syntrophy between the microbial populations. This relation is probably subject to control by the temperature and pH of the aquatic environment. Several species of a pond community were isolated in axenic culture and tests were performed to determine the nature of mixed species interactions. Isolation procedures and field studies indicated that selected strains of Chlorella and Azotobacter were closely associated in their natural habitat. With the suspected controlling parameters, pH and temperature, held constant, mixed cultures of algae and bacteria were compared to axenic cultures of the same organisms, and a mutual stimulation of growth was observed. A mixed pure culture apparatus was designed in this laboratory to study the algal-bacterial interaction and to test the hypothesis that such an interaction may take place through a diffusable substance or through certain medium-borne conditions, Azotobacter was found to take up a Chlorella-produced exudate, to stimulate protein synthesis, to enhance chlorophyll production and to cause a numerical increase in the interacting Chlorella population. It is not clear whether control is at the environmental, cellular or genetic level in these mixed population interactions. Experimental observations in the model system, taken with field correlations allow one to state that there may be a direct relationship governing the population fluctuations of these two organisms in their natural stream surroundings.

Isolation and identification of native microalgae for biodiesel production

La demande croissante en carburants, ainsi que les changements climatiques dus au réchauffement planétaire poussent le monde entier à chercher des sources d’énergie capables de produire des combustibles alternatifs aux combustibles fossiles. Durant les dernières années, plusieurs sources potentielles ont été identifiées, les premières à être considérées sont les plantes oléagineuses comme source de biocarburant, cependant l’utilisation de végétaux ou d’huiles végétales ayant un lien avec l’alimentation humaine peut engendrer une hausse des prix des denrées alimentaires, sans oublier les questions éthiques qui s’imposent. De plus, l'usage des huiles non comestibles comme sources de biocarburants, comme l’huile de jatropha, de graines de tabac ou de jojoba, révèle un problème de manque de terre arable ce qui oblige à réduire les terres cultivables de l'industrie agricole et alimentaire au profit des cultures non comestibles. Dans ce contexte, l'utilisation de microorganismes aquatiques, tels que les microalgues comme substrats pour la production de biocarburant semble être une meilleure solution. Les microalgues sont faciles à cultiver et peuvent croitre avec peu ou pas d'entretien. Elles peuvent ainsi se développer dans des eaux douces, saumâtres ou salées de même que dans les terres non cultivables. Le rendement en lipide peut être largement supérieur aux autres sources de biocarburant potentiel, sans oublier qu’elles ne sont pas comestibles et sans aucun impact sur l'industrie alimentaire. De plus, la culture intensive de microalgues pour la production de biodiesel pourrait également jouer un rôle important dans l'atténuation des émissions de CO2. Dans le cache de ce travail, nous avons isolé et identifié morphologiquement des espèces de microalgues natives du Québec, pour ensuite examiner et mesurer leur potentiel de production de lipides (biodiesel). L’échantillonnage fut réalisé dans trois régions différentes du Québec: la région de Montréal, la gaspésie et le nord du Québec, et dans des eaux douces, saumâtres ou salées. Cent souches ont été isolées à partir de la région de Montréal, caractérisées et sélectionnées selon la teneur en lipides et leur élimination des nutriments dans les eaux usées à des températures différentes (10 ± 2°C et 22 ± 2°C). Les espèces ayant une production potentiellement élevée en lipides ont été sélectionnées. L’utilisation des eaux usées, comme milieu de culture, diminue le coût de production du biocarburant et sert en même temps d'outil pour le traitement des eaux usées. Nous avons comparé la biomasse et le rendement en lipides des souches cultivées dans une eau usée par apport à ceux dans un milieu synthétique, pour finalement identifié un certain nombre d'isolats ayant montré une bonne croissance à 10°C, voir une teneur élevée en lipides (allant de 20% à 45% du poids sec) ou une grande capacité d'élimination de nutriment (>97% d'élimination). De plus, nous avons caractérisé l'une des souches intéressantes ayant montré une production en lipides et une biomasse élevée, soit la microalgue Chlorella sp. PCH90. Isolée au Québec, sa phylogénie moléculaire a été établie et les études sur la production de lipides en fonction de la concentration initiale de nitrate, phosphate et chlorure de sodium ont été réalisées en utilisant de la méthodologie des surfaces de réponse. Dans les conditions appropriées, cette microalgue pourrait produire jusqu'à 36% de lipides et croitre à la fois dans un milieu synthétique et un milieu issu d'un flux secondaire de traitement des eaux usées, et cela à 22°C ou 10°C. Ainsi, on peut conclure que cette souche est prometteuse pour poursuivre le développement en tant que productrice potentielle de biocarburants dans des conditions climatiques locales.

Characterization of microalgae native to Quebec for biofuel production.

La production de biodiésel par des microalgues est intéressante à plusieurs niveaux. Dans le premier chapitre, un éventail de pour et contres concernant l’utilisation de microalgues pour la production de biocarburant sont ici révisés. La culture d’algues peut s'effectuer en utilisant des terres non-arables, de l’eau non-potable et des nutriments de base. De plus, la biomasse produite par les algues est considérablement plus importante que celle de plantes vasculaires. Plusieurs espèces on le contenu lipidique en forme de triacylglycérols (TAGs), qui peut correspondre jusqu'à 30% - 40% du poids sec de la biomasse. Ces proportions sont considérablement plus élevées que celui des huiles contenues dans les graines actuellement utilisées pour le biodiésel de première génération. Par contre, une production pratique et peu couteuse de biocarburant par des microalgues requiert de surpasser plusieurs obstacles. Ceci inclut le développement de systèmes de culture efficace à faible coût, de techniques de récupération requérant peu d’énergie, et de méthodes d’extraction et de conversion de l’huile non-dommageables pour l’environnement et peu couteuses. Le deuxième chapitre explore l'une des questions importantes soulevées dans le premier chapitre: la sélection d'une souche pour la culture. Une collection de souches de microalgues d'eau douce indigène au Québec a été établi et examiné au niveau de la diversité physiologique. Cette collection est composée de cent souches, que apparaissaient très hétérogènes en terme de croissance lorsque mises en culture à 10±2 °C ou 22±2 °C sur un effluent secondaire d’une usine municipale de traitement des eaux usées (EU), défini comme milieu Bold's Basal Medium (BBM). Des diagrammes de dispersion ont été utilisés pour étudier la diversité physiologique au sein de la collection, montrant plusieurs résultats intéressants. Il y avait une dispersion appréciable dans les taux de croissance selon les différents types de milieux et indépendamment de la température. De manière intéressante, en considérant que tous les isolats avaient initialement été enrichis sur milieu BBM, la distribution était plutôt symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, suggérant que l’enrichissement sur BBM n’a pas semblé biaiser la croissance des souches sur ce milieu par rapport aux EU. Également, considérant que les isolats avaient d’abord été enrichis à 22°C, il est assez surprenant que la distribution de taux de croissance spécifiques soit aussi symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, avec grossièrement des nombres égaux d’isolats de part et d’autre. Ainsi, l’enrichissement à 22°C ne semble pas biaiser les cellules vers une croissance à cette température plutôt que vers 10°C. Les diagrammes de dispersion obtenus lorsque le pourcentage en lipides de cultures sur BBM ont été comparées à des cultures ayant poussé sur EU soit à 10°C ou 22°C rendent évident que la production de lipides est favorisée par la culture sur EU aux deux températures, et que la production lipidique ne semble pas particulièrement plus favorisée par l’une ou l’autre de ces températures. Lorsque la collection a été examinée pour y déceler des différences avec le site d’échantillonnage, une analyse statistique a montré grossièrement que le même degré de diversité physiologique était retrouvé dans les échantillons des deux différents sites. Le troisième chapitre a poursuivi l'évaluation de la culture d'algues au Québec. L’utilisation de déchets industriels riches en nutriments minéraux et en sources de carbone pour augmenter la biomasse finale en microalgues et le produit lipidique à faible coût est une stratégie importante pour rendre viable la technologie des biocarburants par les algues. Par l’utilisation de souches de la collection de microalgues de l’Université de Montréal, ce rapport montre pour la première fois que des souches de microalgues peuvent pousser en présence de xylose, la source de carbone majoritairement retrouvée dans les eaux usées provenant des usines de pâte et papier, avec une hausse du taux de croissance de 2,8 fois par rapport à la croissance photoautotrophe, atteignant jusqu’à µ=1,1/jour. En présence de glycérol, les taux de croissance atteignaient des valeurs aussi élevées que µ=1,52/jour. La production lipidique augmentait jusqu’à 370% en présence de glycérol et 180% avec le xylose pour la souche LB1H10, démontrant que cette souche est appropriée pour le développement ultérieur de biocarburants en culture mixotrophe. L'ajout de xylose en cultures d'algues a montré certains effets inattendus. Le quatrième chapitre de ce travail a porté à comprendre ces effets sur la croissance des microalgues et la production de lipides. Quatre souches sauvages indigènes ont été obersvées quotidiennement, avant et après l’ajout de xylose, par cytométrie en flux. Avec quelques souches de Chlorella, l’ajout de xylose induisait une hausse rapide de l’accumulation de lipide (jusqu’à 3,3 fois) pendant les premières six à douze heures. Aux temps subséquents, les cellules montraient une diminution du contenu en chlorophylle, de leur taille et de leur nombre. Par contre, l’unique membre de la famille des Scenedesmaceae avait la capacité de profiter de la présence de cette source de carbone sous culture mixotrophe ou hétérotrophe sans effet négatif apparent. Ces résultats suggèrent que le xylose puisse être utilisé avant la récolte afin de stimuler l’augmentation du contenu lipidique de la culture d’algues, soit en système de culture continu ou à deux étapes, permettant la biorestauration des eaux usées provenant de l’industrie des pâtes et papiers. Le cinquième chapitre aborde une autre déché industriel important: le dioxyde de carbone et les gaz à effet de serre. Plus de la moitié du dioxyde de carbone qui est émis dans l'atmosphère chaque jour est dégagé par un processus stationnaire, soit pour la production d’électricité ou pour la fabrication industrielle. La libération de CO2 par ces sources pourrait être atténuée grâce à la biorestauration avec microalgues, une matière première putative pour les biocarburants. Néanmoins, toutes les cheminées dégagent un gaz différent, et la sélection des souches d'algues est vitale. Ainsi, ce travail propose l'utilisation d’un état de site particulier pour la bioprospection de souches d'algues pour être utilisé dans le processus de biorestauration. Les résultats montrent que l'utilisation d'un processus d'enrichissement simple lors de l'étape d'isolement peut sélectionner des souches qui étaient en moyenne 43,2% mieux performantes dans la production de biomasse que les souches isolées par des méthodes traditionnelles. Les souches isolées dans ce travail étaient capables d'assimiler le dioxyde de carbone à un taux supérieur à la moyenne, comparées à des résultats récents de la littérature.

STUDIES ON TAXONOMY, DISTRIBUTION, ECOLOGY AND REPRODUCTIVE POTENTIAL OF ROTIFERS FROM SELECTED CENTRES IN COCHIN BACKWATER SYSTEM, KERALA

The studies were conducted in nine stations with varying ecological characteristics along Cochin backwaters and adjoining canals. Many workers opined that the distribution of rotifers is cosmopolitan. The significance of rotifers as first food for early larvae was indicated by Fujita. Aquaculture is a fast growing field in fisheries sector and it is gaining more importance as the fish landings and supply are getting irregular. A consistent supply of fish/shellfish can only be achieved through aquaculture. The success of any culture activity depends on the timely production of seeds of finfishes/shellfishes. The availability of wild seed is seasonal and erratic. So, a dependable source of seed of fishes and shellfishes is possible only through large scale production in hatchery. A successful seed production activity depends on the availability of a variety of suitable live feed organisms in sufficient quantities at the proper time for use in the larval stages. As the live feeds promote high growth rates, easy digestion, assimilation and the quality of not contaminating the culture water when compared to other artificial feeds, make the culture of live feed organisms the principal means of providing food for the larvae of finfishes and shellfishes. Rotifers are considered to be an excellent and indispensable food for larvae of many finfishes and crustaceans. It (1960) was the first to culture Brachionus plicatilis for feeding marine fish larvae, and now it is being extensively used as live feed in hatcheries all over the world. They are a group of microscopic organisms coming under the Phylum Rotifera which comprises of about 2000 species. Their slow swimming habits, ability to tolerate a wide range of salinities, parthenogenetic mode of reproduction and ability to get enriched easily, make rotifers an ideal live feed organism. The major factors such as temperature, salinity and food that influence the reproductive potential and thereby the population size of rotifer, Salinity is one of the most important aspect influencing the reproductive rate of rotifers. The feed type and feed concentration play a vital role in influencing the reproductive rate of rotifers. For culture of rotifers, the commonly used micro algae belong to Chlorella, Nannochloropsis, Isochrysis and Tetraselmis. While some studies have suggested that, algal diet has little effect on reproductive rates in 1979 while using the rotifer, Brachionus plicatilis as feed for the larvae of red sea bream, Pagrus major. It is generally accepted that rotifers play a pivotal role in the successful rearing of marine fish larvae.

Das OEE-Protein 1 des Photosystem II (oxygen evolving enhancer) der Grünalge Scenedesmus obliquus besitzt Thioredoxin-Aktivität

Die Aminosäure-Sequenzierung an dem als "28 kDa-Thioredoxin f" beschriebenen Protein aus der Grünalge Scenedesmus obliquus hat gezeigt, dass dieses Protein mit dem als OEE bekannten Protein 1 aus dem Photosystem II identisch ist. Die früher postulierte Möglichkeit einer Fusion eines Thioredoxins mit einem Protein unbekannter Natur oder Insertion eines Thioredoxinfragments mit der typischen -Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-Sequenz in ein solches Protein hat sich nicht bestätigt. Durch Anwendung einer auf das 33 kDa OEE-Protein ausgerichteten Präparationsmethode konnte gezeigt werden, dass das "28 kDa-Trx f" tatsächlich in den Thylakoidmembranen lokalisiert ist. Das Protein kann so innerhalb eines Tages in hoher Reinheit aus den Thylakoidmembranfragmenten eines Algenrohhomogenats isoliert werden; dabei bleibt die Fähigkeit des OEE-Proteins das chloroplastidäre Enzym Fructosebisphosphatase (FbPase) zu stimulieren erhalten. Mit gleichen Methoden wurden die Grünalgen Chlorella vulgaris und Chlamydomonas reinhardtii auf außergewöhnliche Proteine mit Trx-f Aktivität untersucht. Die hitze- und säurestabile Proteinfraktion aus Chlorella vulgaris enthält ein Protein mit vergleichbarer Molmasse von 26 kDa, das ähnlich wie in Scenedesmus eine Stimulation der chloroplastidären Fructosebisphosphatase zeigt. In dem hitze- und säurestabilen Proteinextrakt aus Chlamydomonas reinhardtii wird solche Aktivität nicht beobachtet. Eine Probe des rekombinanten, homogenen OEE-Proteins aus Spinat wurde auf Stimulation der chloroplastidären FbPase und NADPH-abhängigen Malatdehydrogenase (MDH) untersucht. Das Spinat OEE-Protein 1 zeigt mit diesen Enzymen keine Aktivität. Da das OEE-Protein 1 in Scenedesmus starke FbPase-Stimulation zeigt, die anderen Scenedesmus-Thioredoxine mit Molmassen von 12 kDa (Trx I und II) jedoch hohe Aktivität mit der zellulären Ribonucleotidreduktase zeigen, wird postuliert, dass das OEE-Protein die Funktion des Trx-f in vivo ersetzt.

Biological Routes to Gold Nanoplates

Much effort has been devoted to the synthesis of gold nanoparticles with different shapes, including the zero-dimensional nanospheres, one dimensional nanorods, and two-dimensional nanoplates. Compared to zero or one dimensional nanostructures, the synthesis of two-dimensional nanostructures in high yield has always been more involved, often requiring complex and time-consuming steps such as morphology transformation from the nanospheres, or the seeded growth process. Herein we report a high yield method for gold nanoplate synthesis using the extract of unicellular green alga Chlorella vulgaris, which can be carried out under ambient conditions. More than 90% of the total nanoparticle population is of the platelet morphology, surpassing the previously reported value of 45%. The control of the anisotropic growth of different planes; as well as the lateral size, has also been partially optimized.

Levantamento de plantas aquáticas no reservatório de Salto Grande, Americana-SP

O objetivo deste estudo foi determinar a frequência relativa e o nível de infestação de cada espécie da flora aquática presente no reservatório de Salto Grande, Americana-SP. O levantamento e a identificação das plantas aquáticas foram realizados percorrendo-se as margens do reservatório em uma embarcação. Ao longo dele foram estabelecidos 20 pontos de avaliação, sendo todos eles fotografados e georreferenciados. Foram atribuídos valores de 0 a 100% tanto para as espécies presentes como para os espaços livres de macrófitas aquáticas que eventualmente pudessem ocorrer dentro dos pontos amostrados. Com os dados referentes ao número de indivíduos e pontos avaliados, foi determinada a frequência relativa de cada espécie. Foram identificadas 13 espécies em todo o reservatório, sendo 12 vasculares e uma de alga-verde (Chlorella spp.). Entre as espécies vasculares, nove eram plantas emersas flutuantes, as quais poderiam estar ou não ancoradas no leito do reservatório: Alternanthera philoxeroides, Brachiaria subquadripara, Cyperus difformis, Echinochloa polystachia var. spectabilis, Eichhornia crassipes, Panicum rivulare, Pistia stratiotes, Salvinia auriculata e Typha angustifolia. Outras três espécies foram encontradas somente em solo firme alagado: Aeschynomene sensitiva, Hedychium coronarium e Mimosa pigra.

Inter-relação entre a comunidade fitoplanctônica e variáveis ambientais em tanques de piscicultura nos períodos de seca e chuva

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Sea bream (Sparus aurata) intensive larval rearing : effects of microalgae and phages addition on the performance of the larvae

Máster Oficial en Cultivos Marinos. Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del Título de Máster Oficial en Cultivos Marinos, otorgado por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), el Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM), y el Centro Internacional de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos de Zaragoza (CIHEAM)