Efeito da irradiação ultrasônica em microalgas Selenastrum capricornutum e Chlorella sorokiniana

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Evaluation of Several Commercial Algicides for Control of Odor-producing Cyanobacteria

The production of certain odorous metabolites is an undesirable attribute of cyanobacteria (blue-green algae) growth in aquaculture ponds [e.g., channel catfish(Ictalurus punctatus)] and in drinking water reservoirs. The most common odorous compounds encountered in catfish aquaculture are geosmin (trans-1,10-dimethyltrans-9-decalol) and 2-methylisoborneol(exo-1,2,7,7-tetramethylbicyclo[2.2.1]heptan-2-ol). These compounds are also frequently encountered worldwide in reservoirs and aqueducts used for municipal drinking water systems(Schrader et al. 2002). In this study, several algicides were evaluated using a rapid bioassay to determine their effectiveness in controlling the MIB-producing cyanobacterium Oscillatoria perornata from a west Mississippi catfish pond and the MIBproducing Pseudanabaena sp. (strain LW397) from Lake Whitehurst, Virginia, used as a city water supply reservoir. The cyanobacterium Oscillatoria agardhii , not a MIB-producer, and the green alga Selenastrum capricornutum , found in catfish ponds in the southeastern United States, were included in the bioassay to help determine potential broad-spectrum toxicity of the commercial products. (PDF has 3 pages.)

Application of algal bioassays in the determination of eutrophic power of waste water (”Conclusions” only) [Translation from: 1g.Sanita pubbl. 31 257-267, 1975]

The best evidence for establishing the level of eutrophy of a water-body is its algal production which makes it possible to identify the type and the intensity of the eutrophication according to the kind and number of algal species present: when the number of algae exceeds half a million per litre then one speaks o an ”algal bloom”. The scope of the present research aims to verify if the alga Selenastrum capricornutum can be used as a test alga under our culture conditions and to determine the eutrophic level of the secondary effluent of a modern plant for the treatment of domestic discharge and to investigate the eventual ”limiting factors”. Finally this paper aims to study the effect on the secondary effluent of tertiary treatment carried out artificially in the laboratory.

Lysis of Aphanizomenon flos-aquae (Cyanobacterium) by a bacterium Bacillus cereus

A phytoplankton-lytic (PL) bacterium, Bacillus cereus, capable of lysing the bloom-forming cyanobacterium. Aphanizomenon flos-aquae was isolated from Lake Dianchi of Yunnan province, China. This bacterium showed lytic activities against a wide range of cyanobacteria/algae, including A. flos-aquae, Microcystis viridis, Microcystis wesenbergi, Microcystis aeruginosa, Chlorella ellipsoidea, Oscillatoria tenuis, Nostoc punctiforme, Anabaena flos-aquae, Spirulina maxima, and Selenastrum capricornutum. Chlorophyll a contents, phycocyanin contents, and photosynthetic activities of the A. flos-aquae decreased evidently in an infected culture for a period. Bacterium B. cereus attacked rapidly A. flos-aquae cells by cell-to-cell contact mechanism. It was shown that the lysis of A. flos-aquae began with the breach of the cyanobacterial cell wall, and the cyanobacterial cell appeared abnormal in the presence of the PL bacterium. Moreover, transmission electron microscope examinations revealed that a close contact between the bacterium and the cyanobacterium was necessary for lysis. Some slime extrusions produced from B. cereus assisted the bacterial cells to be in close association with and lyse the cyanobacterial cells. These findings suggested that this bacterium could play an important role in controlling the Aphanizomenon blooms in freshwaters. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Optimization of a microplate-based assay to assess esterase activity in the alga Pseudokirchneriella subcapitata

The present work describes the optimization of a short-term assay, based on the inhibition of the esterase activity of the alga Pseudokirchneriella subcapitata, in a microplate format. The optimization of the staining procedure showed that the incubation of the algal cells with 20 μmolL−1 fluorescein diacetate (FDA) for 40 min allowed discrimination between metabolic active and inactive cells. The shortterm assay was tested using Cu as toxicant. For this purpose, algal cells, in the exponential or stationary phase of growth, were exposed to the heavy metal in growing conditions. After 3 or 6 h, cells were subsequently stained with FDA, using the optimized procedure. For Cu, the 3- and 6-h EC50 values, based on the inhibition of the esterase activity of algal cells in the exponential phase of growth, were 209 and 130 μg L−1, respectively. P. subcapitata cells, in the stationary phase of growth, displayed higher effective concentration values than those observed in the exponential phase. The 3- and 6-h EC50 values for Cu, for cells in the stationary phase, were 443 and 268 μgL−1, respectively. This short-term microplate assay showed to be a rapid endpoint for testing toxicity using the alga P. subcapitata. The small volume required, the simplicity of the assay (no washing steps), and the automatic reading of the fluorescence make the assay particularly well suited for the evaluation of the toxicity of a high number of environmental samples.

Avaliação da sensibilidade de Raphidocelis subcapitata (Chlorococcales, Chlorophyta) ao sulfato de cobre e sulfato de zinco através de toxicidade crônica e determinação da densidade algal por espectrofotometria

Testes de toxicidade crônica, analisando a inibição de crescimento algáceo após 96 horas, foram realizados a fim de conhecer a sensibilidade de Raphidocelis subcapitata (conhecida como Selenastrum capricornutum), ao sulfato de cobre (CuSO4.5H2O) e do sulfato de zinco (ZnSO4.7H2O). A inibição do crescimento algal seguiu uma tendência exponencial negativa em função do aumento de concentração das duas substâncias, sendo descrita através das seguintes equações: y = 6257208,7. e-5,581.Cu; y = 7003223,1. e- 5,452.Zn; onde y é o número de células de R. subcapitata após 96 horas de exposição a diferentes concentrações de sulfato de cobre e sulfato de zinco, respectivamente. Valores de CE(I)50 demonstraram maior sensibilidade de R. subcapitata ao sulfato de cobre (CE(I)50;96h=0,154 mg.L-1) quando comparada com sulfato de zinco (CE(I)50;96h=0,215 mg.L-1). A densidade algácea foi determinada através de contagem celular e por técnica espectrofotométrica. Foi obtida uma curva de calibração para estimativa de densidade algácea correlacionando valores de absorbância e número de células por contagem, em 684 nm. A curva foi determinada através de um modelo empírico: y = 7,2578.10-8 . x1,0219 (n=130; r2=0,9998); onde y é a medida de absorbância e x é o número de células. A análise de resíduos demonstrou que a equação pode ser utilizada até a densidades de 5.000.000 de células e valores de absorbância até 0,5.

Avaliação da fertilidade e sensibilidade de Daphnia similis e Daphina magna (Crustacea, Cladocera) submetidas a diferentes tipos de dietas e meios de cultivo

O gênero Daphnia é o grupo mais antigo utilizado em ensaios de toxicidade. Dentre este grupo, as espécies Daphnia similis e Daphnia magna tiveram sua biologia amplamente estudada e vem sendo utilizada para ensaios toxicológicos. Diferentes condições de cultivo, no entanto, podem influenciar na produtividade e sensibilidade dos organismos. Este trabalho tem como objetivo, avaliar a influência de diferentes dietas e meios de cultivo na sensibilidade e na reprodução de D. similis e D. magna. Foram realizados cultivos com dez indivíduos em béqueres de 250 mL e 600 mL para D. similis e D. magna respectivamente, com água destilada deionizada reconstituída e meio de cultivo M4, mantidos a 20°C, fotoperíodo de 16horas/luz e alimentados com diferentes combinações de alimento com quatro réplicas cada. As dietas consistiam na utilização das algas Selenastrum capricornutum na concentração de 1.5.105 céls.mL-1 e Scenedesmus subspicatus na concentração de 106 céls.mL-1 . A combinação destas algas com o complemento de uma ração podendo ser de truta ou artêmia na concentração de 6 g.L-1 também foi utilizada. Em cada tratamento observou-se diariamente o número médio de neonatos produzidos por fêmea no período de 21 dias. Paralelamente foram realizados ensaios de sensibilidade ao dicromato de potássio de acordo com a NBR 12713 para cada dieta. Os resultados obtidos quanto à fertilidade quando submetidas a uma dieta com as algas S. capricornutum para D. similis e S. subspicatus para D. magna tendo o complemento de uma ração de artêmia demonstrou que independente do meio utilizado para o cultivo, a reprodução não variou significativamente o que caracteriza a ração de artêmia como uma alternativa ao complemento M4. Quanto à sensibilidade, em todos os casos analisados, quando cultivados em meio M4 os organismos mostraram-se mais resistentes ao Dicromato de Potássio do que quando cultivados em meio ISO.

Ensaios ecotoxicológicos no monitoramento da qualidade de águas subterrâneas potencialmente impactadas

Conforme a legislão brasileira, a gestão das águas subterrâneas está integrada à das águas superficiais nas quais estão localizadas os aqüiferos. Entretanto, não existe uma regulamentação específica que defina critérios e métodos de avaliação da qualidade ambiental, que caracterizem de forma completa este ambiente. A restrita bibliografia especializada que trata do assunto não é conclusiva quanto a aplicação de ensaios de toxidades aquática no monitoramente de águas subterrâneas. Assim, com o bjetivo de verificar a aplicabilidade dos ensaios de toxidadee padronizados para a avaliação da qualidade de águas subterrâneas potencialmente impactadas, foram avaliadas amostras provenientes de dois diferentes tipos de aqüiferos (livre e semiconfinado) localizados em uma área industrial da Região Metropolitana de Porto ALegre, RS, Brasil. Um total de 75 amostrras distribuídas em 19 poços de monitoramento foram analisadas quanto seus valores de pH, condutividade elétrica, cloretos, hidrocarbonetos, fenóis, nitrogênio amoniacal, sólidos dissolvidos totais e metais (Cd, Pb, Cu, Cr, Mn, Zn, Hg e Hi) e quanto à toxicidade crônica com Selenastrum capricornutum, Ceriodaphia dubia e Primephales promelas. As amostras foram coletadas semestralmente, sendo que o aqüifero livre foi amostrado de janeiro de 2001 a janeiro de 2003 e o aqüifero semiconfinado de fevereiro de 2002 a janeiro de 2003. Os resultados dos parâmetros químicos avaliados foram comparados, quando possível, a diferentes concentrações tidas como valores de referência (Portaria 1469/00 do Ministério da Saúde - Potabilidade), Lista Holandesa (valores de alerta - T) e Resolução nº 20/86 so CONAMA (Classe 2). A comparação dos resultados das anállises químicas diferentes de contaminação. Os valores de nitrogênio amoniacal, condutividade, fenóis, e hidrocarbonetos totais foram signitivamente maiores no aqüifero livre quando comparado ao aqüifero semiconfinado, enquanto os metais manganês e zinco apresentaram maiores concentrações no aqüifero semiconfinado. Para os demais parâmetros não foram detectadas diferenças estatiscamente significativas. Os resultados das análises ecotoxicológicas dos poços dos poços de monitoramente do aqüifero livre e semiconfinado acompanharam as diferenças químicas encontradas para os dois aqüiferos, demonstrando diferenças na qualidade das águas subterrâneas avaliadas Observou-se claramente uma maior incidência de valores negativos (inibição de crescimento ou reprodução), para os três níveis trtóficos, para as amostrras do aqüifero livre, quando em comparação as amostrras do aqüifero semiconfinado. Diferenças também foram verificadas nas respostas dos três niveis tróficos utilizadas, observando-se uma maior freqüência de amostrras tóxicas para alga S. capricormutum. O trrabalho apresenta ainda algumas correlações significativas ( =0,05) entrer as concentrações de determinados parâmetros com as toxidades detectados, tais como toxidade para C. dubla e nitrogênio amoniacal (r=0,39) e fenóis (r=0,394), toxidade para S. capricornutum e manganês (r=0,298), condutividade (r=0,393) e cobre (r=0,388) e Toxidade para P. promelas e pH (r=0, 484). Uma possível influência da matriz do solo sobre a toxicidade apresentada para S. capricornutum também é discutida. O trabalho conclui que ensaios de toxicidade com organismos aquáticos pode aplicados no monitoramento de águas subterrâneas. Entretanto, a interpretação dos resultados e as decisões a serem tomadas devem ser mais criteriosas, considerando-se um possível efeito da matriz original do solo sobre os organismos-teste utlizados.

Avaliação de um efluente industrial através de ensaios ecotoxicilógicos e análises físicas e químicas

Análises ecotoxicológicas vêm sendo empregadas no monitoramento de efluentes industriais com o intuito de minimizar o impacto ambiental, avaliar a eficiência de estações de tratamento, bem como requisito para a obtenção e manutenção de licenças junto aos órgãos ambientais. Com o objetivo de avaliar a toxicidade de um efluente industrial de origem petroquímica, foram realizados ensaios de toxicidade crônica com espécies de três diferentes níveis tróficos (Selenastrum capricornutum, Ceriodaphnia dubia e Pimephales promelas). As amostras do efluente foram também analisadas quanto aos valores de cianeto, DBO5, DQO, fenol, fósforo solúvel, fósforo total, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total, óleos e graxas minerais, óleos e graxas totais, óleos e graxas vegetal/animal, oxigênio dissolvido, pH, sólidos suspensos totais, sulfeto, surfactantes e metais (mercúrio, cádmio, cobre, cromo, manganês, chumbo, zinco e níquel). As coletas ocorreram mensalmente, de agosto de 2002 a julho de 2003, na saída da estação de tratamento. Os resultados das análises físicas e químicas foram comparados com os limites de emissão disponíveis na Resolução nº 20/86 do CONAMA e Portaria Estadual nº 05/89 da Secretaria da Saúde e do Meio Ambiente (RS) A maioria dos parâmetros (85,7%) estava de acordo com a legislação vigente, exceto o fósforo total, o nitrogênio total e o nitrogênio amoniacal. No entanto, todas as amostras apresentaram toxicidade para pelo menos um dos organismos utilizados nos ensaios. Apesar de um maior número de amostras ter apresentado toxicidade para S. capricornutum, o efluente foi tóxico para P. promelas em concentrações mais baixas, se comparado com os outros dois organismos. Foi possível identificar correlação estatisticamente significativa (p≤0,05) entre a toxicidade para S. capricornutum e os valores de manganês (r=0,44), toxicidade para C. dubia e os valores de nitrogênio total e DQO (r=0,40) e toxicidade para P.promelas e os valores de sólidos suspensos totais, sulfeto, nitrogênio total e cianeto (r=0,71).

Photo-induced toxicity of anthracene in the Antarctic shallow water amphipod, Gondogeneia antarctica

The photo-induced toxicity of anthracene was investigated as the mortality in Antarctic shallow water amphipod, Gondogeneia antarctica, at different concentrations of anthracene and different periods of exposure to natural sunlight and artificial UVA and UVB radiations. When exposed to natural sunlight, animals contaminated in the dark and placed in clean water or in anthracene solutions showed different degrees of mortality, dose-time dependent. Effects were even more evident when these animals were exposed to artificial UVA or UVB radiations. Depuration seemed to be a slow process. The effects of UV radiation and anthracene alone and the effects of the interactions of these two stressors implied that solar radiation is an important parameter that deserves consideration in the environmental assessment of polycyclic aromatic hydrocarbons in Antarctic coastal waters. G. antarctica proved to be a good bioindicator for the phototoxicity of anthracene in Antarctic shallow waters.

The selection of a model microalgal species as biomaterial for a novel aquatic phytotoxicity assay

A phytotoxicity assay based on the ToxY-PAM dual-channel yield analyser has been developed and successfully incorporated into field assessments for the detection of phytotoxicants in water. As a means of further exploring the scope of the assay application and of selecting a model biomaterial to complement the instrument design, nine algal species were exposed to four chemical substances deemed of priority for water quality monitoring purposes (chlorpyrifos, copper, diuron and nonylphenol ethoxylate). Inter-species differences in sensitivity to the four toxicants varied by a factor of 1.9-100. Measurements of photosystem-II quantum yield using these nine single-celled microalgae as biomaterial corroborated previous studies which have shown that the ToxY-PAM dual-channel yield analyser is a highly sensitive method for the detection of PS-II impacting herbicides. Besides Phaeodactylum tricornutum, the previously applied biomaterial, three other species consistently performed well (Nitzschia closterium, Chlorella vulgaris and Dunaliella tertiolecta) and will be used in further test optimisation experiments. In addition to sensitivity, response time was evaluated and revealed a high degree of variation between species and toxicants. While most species displayed relatively weak and slow responses to copper, C. vulgaris demonstrated an IC10 of 51 μ g L-1, with maximum response measured within 25 minutes and inhibition being accompanied by a large decrease in fluorescence yield. The potential for this C vulgaris-based bioassay to be used for the detection of copper is discussed. There was no evidence that the standard ToxY-PAM protocol, using these unicellular algae species, could be used for the detection of chlorpyrifos or nonylphenol ethoxylate at environmentally relevant levels. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

FACTORS AFFECTING DIPOREIA GROWTH RATES IN LAKE SUPERIOR

An ability to predict population dynamics of the amphipod Diporeia is important in understanding how energy pathways in the Lake Superior food web might be altered by disturbances to the ecosystem. Estimating growth rates for this prominent prey item for fish requires information on the physiological effects of changes to its environment. These effects have been investigated for Diporeia in other Great Lakes, but little is known about Lake Superior populations. The primary objective of this study is to obtain quantitative data for rates of Diporeia respiration and consumption that can be incorporated into a bioenergetics model for Lake Superior. Benthic communities in Lake Superior were sampled bimonthly from April through September during 2011 and 2012 to investigate spatial and temporal trends of Diporeia abundances as well as size class structures of the population. Additional samples of Diporeia were collected and kept alive in natural sediment for laboratory experiments. Respiration rates for Diporeia were measured by monitoring dissolved oxygen concentrations in microcosoms using microelectrodes. Additionally, a series of experiments to estimate consumption rates based on food availability were conducted using 14C-labeled algae (Selenastrum capricornutum). Amphipod population densities are highest between 30-110 m (slope) compared to 0-30 m (shelf) or >110 m (profundal) regions in Lake Superior. This heterogeneous distribution of Diporeia in Lake Superior is an important component to quantifying lake-wide biomass. Rates of oxygen consumption by Diporeia range from 32.0 to 44.7 mgO2*gDW-1*d-1, and do not vary significantly with body size per individual. The predicted consumption rate corresponding to average Lake Superior algal carbon fluxes was 0.08 ± SE mgC*gDW-1*d-1. Data on Lake Superior Diporeia biomass and bioenergetics found in this study can be incorporated in a model used to estimate the viability of this population under potential future environmental stressors.

Influence of Baculovirus anticarsia on the growth rate and survival of some nontarget aquatic organisms.

Recently, microbial pest control agents (MPCAs) have been worldwide used to reduce chemical pesticide use and to diminish the high risk of those compounds in the environment. Among various MPCAs, the nuclear polyhedrosis virus Baculovirus anticarsia is widely used in Brazil in the biological control of the velvet bean caterpillar. Although literature data do not show adverse effects of baculoviruses to nontarget organisms, it is necessary to evaluate their toxicity or patogenicity in order to study th environmental risk of those products and to register the formulations in the Brazilian Environmental Regularory Agency - IBAMA. In the presente work, the influence of a Baculovirus anticarsia formulation was evaluted to measure the consequences in the growth rateof the green algae Selenastrum capricornutum, the duckweed Lemna valdiviana and the microcrustacean Daphnia similis. The survival of the fish Hyphessobrycon scholzei exposed during 28 days was also evaluated. No significative adverse effects (P > 0.05) were observed in the test organisms which were exposed to 1-1000 times the maximum calculated pesticide concentration following a direct application to 15 cm layer of water.

Risk assessment of the herbicide clomazone in the aquatic life.

Clomazone (2-(2-chlorophenyl)methyl-4.4-dimethyl-3-isoxazolidinone) is a post emergence herbicide widely used in rice fields in Rio Grande do Sul (Brazil) with high activity against Gramineae at the recommended application rate(AR).of 700g/ha. The herbicide input into the aquatic ecosystem may occur by aerial application or water drainage. The presence of this chemical in the water may affect non-target organisms leading to impairments in the aquatic food chain. Studies were conducted in this work to evaluate the risk of Clomazone using the estimated mean affective concentration (EC50) for the microalgae Selenastrum capricornutum(96h), the duckweed Lemna valdiviana(96h) and the crustacean Daphnia similis(48h). The EC50 values were 11.2; 31.7 and 13.8 mg/l, respectively. According to the obtained data, and considering a direct input of the herbicide in a 10cm column water, the estimated maximum application rate that doesn't cause acute effects is 5.3 AR for S. capricornutum, 6.5 AR for D. similis and 15.0 AR for L. valdiviana. The estimated maximum application rate that doesn't cause chronic effects is 2.0 AR for D. similis, 1.6 AR for S. capricornutum and 4.5 AR for L. valviana.

焦酚对蓝藻和绿藻生长、光合色素及微量元素的作用

研究了焦酚对4种常见蓝藻和绿藻的生长影响.结果表明,焦酚对几种藻的生长具有抑制作用.相同的处理浓度,4种藻生长率从小到大依次是:铜绿微囊藻(Microcystic aeruginosa)、羊角月牙藻(Selenastrum capri-cornutum)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae).焦酚作用后铜绿微囊藻和羊角月牙藻的叶绿素a和胡萝卜素的含量有显著的变化,随着焦酚浓度的升高,铜绿微囊藻和羊角月牙藻叶绿素a和胡萝卜素含量减少