An in situ study of photosynthetic oxygen exchange and electron transport rate in the marine macroalga Ulva lactuca (Chlorophyta)

Direct comparisons between photosynthetic O-2 evolution rate and electron transport rate (ETR) were made in situ over 24 h using the benthic macroalga Ulva lactuca (Chlorophyta), growing and measured at a depth of 1.8 m, where the midday irradiance rose to 400-600 mumol photons m(-2) s(-1). O-2 exchange was measured with a 5-chamber data-logging apparatus and ETR with a submersible pulse amplitude modulated (PAM) fluorometer (Diving-PAM). Steady-state quantum yield ((Fm'-Ft)/Fm') decreased from 0.7 during the morning to 0.45 at midday, followed by some recovery in the late afternoon. At low to medium irradiances (0-300 mumol photons m(-2) s(-1)), there was a significant correlation between O-2 evolution and ETR, but at higher irradiances, ETR continued to increase steadily, while O-2 evolution tended towards an asymptote. However at high irradiance levels (600-1200 mumol photons m-(2) s(-1)) ETR was significantly lowered. Two methods of measuring ETR, based on either diel ambient light levels and fluorescence yields or rapid light curves, gave similar results at low to moderate irradiance levels. Nutrient enrichment (increases in [NO3-], [NH4+] and [HPO42-] of 5- to 15-fold over ambient concentrations) resulted in an increase, within hours, in photosynthetic rates measured by both ETR and O-2 evolution techniques. At low irradiances, approximately 6.5 to 8.2 electrons passed through PS II during the evolution of one molecule of O-2, i.e., up to twice the theoretical minimum number of four. However, in nutrient-enriched treatments this ratio dropped to 5.1. The results indicate that PAM fluorescence can be used as a good indication of the photosynthetic rate only at low to medium irradiances.

Otimização das condições de cultivo de Ulva lactuca (Chlorophyta, Chlorophyceae) para alimentação de Haliotis tuberculata

Dissertação de Mestrado, Estudos Integrados dos Oceanos, 26 Fevereiro de 2016, Universidade dos Açores.

Cultivo y valoración de Hydropuntia cornea (Rhodophyta) y Ulva rigida (Chlorophyta) para la producción de biodiesel: dinámica de la disponibilidad de amonio y de las condiciones de irradiación sobre la calidad de la biomasa

Máster Oficial en Cultivos Marinos. VI Máster Internacional en Acuicultura. 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)

Saturating light and not increased carbon dioxide under ocean acidification drives photosynthesis and growth in Ulva rigida (Chlorophyta)

Carbon physiology of a genetically identified Ulva rigida was investigated under different CO2(aq) and light levels. The study was designed to answer whether (1) light or exogenous inorganic carbon (Ci) pool is driving growth; and (2) elevated CO2(aq) concentration under ocean acidification (OA) will downregulate CAext-mediated inline image dehydration and alter the stable carbon isotope (delta13C) signatures toward more CO2 use to support higher growth rate. At pHT 9.0 where CO2(aq) is <1 ?mol/L, inhibition of the known inline image use mechanisms, that is, direct inline image uptake through the AE port and CAext-mediated inline image dehydration decreased net photosynthesis (NPS) by only 56-83%, leaving the carbon uptake mechanism for the remaining 17-44% of the NPS unaccounted. An in silico search for carbon-concentrating mechanism elements in expressed sequence tag libraries of Ulva found putative light-dependent inline image transporters to which the remaining NPS can be attributed. The shift in delta13C signatures from -22 per mil toward -10 per mil under saturating light but not under elevated CO2(aq) suggest preference and substantial inline image use to support photosynthesis and growth. U. rigida is Ci saturated, and growth was primarily controlled by light. Therefore, increased levels of CO2(aq) predicted for the future will not, in isolation, stimulate Ulva blooms.

Effects of ocean acidification on growth and physiology of Ulva lactuca (Chlorophyta) in a rockpool-scenario, link to supplementary data

Rising atmospheric CO2-concentrations will have severe consequences for a variety of biological processes. We investigated the responses of the green alga Ulva lactuca (Linnaeus) to rising CO2-concentrations in a rockpool scenario. U. lactuca was cultured under aeraton with air containing either preindustrial pCO2 (280µatm) or for the end of the 21st century predicted (700µatm) pCO2 for 31 days. We addressed the following question: Will elevated CO2-concentrations affect photosynthesis (net photosynthesis, rETR(max), Fv/Fm, pigment composition) and growth of U. lactuca in rockpools with limited water exchange? Two phases of the experiment were distinguished: In the initial phase (day 1-4) the Seawater Carbonate System (SWCS) of the culture medium could be adjusted to the selected atmospheric pCO2 condition by continuous aeration with target pCO2 values. In the second phase (day 4-31) the SWCS was largely determined by the metabolism of the growing U. lactuca biomass. In the initial phase, Fv/Fm and rETR(max) were only slightly elevated at high CO2-concentrations whereas growth was significantly enhanced. After 31 days the Chl a content of the thalli was significantly lower under future conditions and the photosynthesis of thalli grown under preindustrial conditions was not dependent on external carbonic anhydrase. Biomass increased significantly at high CO2-concentrations. At low CO2-concentrations most adult thalli disintegrated between day 14 and 21, whereas at high CO2-concentrations most thalli remained integer until day 31. Thallus disintegration at low CO2-concentrations was mirrored in a drastic decline in seawater DIC and HCO3-. Accordingly, the SWCS differed significantly between the treatments. Our results indicated a slight enhancement of photosynthetic performance and significantly elevated growth of U. lactuca at future CO2-concentrations. The accelerated thallus disintegration at high CO2-concentrations under conditions of limited water exchange indicates additional CO2 effects on the life cycle of U. lactuca when living in rockpools.

Data compilation on the biological response to ocean acidification: environmental and experimental context of data sets and related literature

The exponential growth of studies on the biological response to ocean acidification over the last few decades has generated a large amount of data. To facilitate data comparison, a data compilation hosted at the data publisher PANGAEA was initiated in 2008 and is updated on a regular basis (doi:10.1594/PANGAEA.149999). By January 2015, a total of 581 data sets (over 4 000 000 data points) from 539 papers had been archived. Here we present the developments of this data compilation five years since its first description by Nisumaa et al. (2010). Most of study sites from which data archived are still in the Northern Hemisphere and the number of archived data from studies from the Southern Hemisphere and polar oceans are still relatively low. Data from 60 studies that investigated the response of a mix of organisms or natural communities were all added after 2010, indicating a welcomed shift from the study of individual organisms to communities and ecosystems. The initial imbalance of considerably more data archived on calcification and primary production than on other processes has improved. There is also a clear tendency towards more data archived from multifactorial studies after 2010. For easier and more effective access to ocean acidification data, the ocean acidification community is strongly encouraged to contribute to the data archiving effort, and help develop standard vocabularies describing the variables and define best practices for archiving ocean acidification data.

Adenylate concentration and energy charge in different thallus regions and after UV radiation in brown, red and green algae

A method was developed to extract adenine nucleotides AMP, ADP, and ATP from marine macroalgal tissue to gain information on the cellular energy charge. Quantification was carried out by high performance liquid chromatography (HPLC). Three species from the rocky shore of the island of Helgoland (German Bight) were examined: Laminaria saccharina (Phaeophyta), Chondrus crispus (Rhodophyta), and Ulva lactuca (Chlorophyta). In L. saccharina and C. crispus, the adenylate energy charge (AEC) was determined in different thallus regions. AEC varied in relation to tissue age and function. Higher AEC values typically occurred in thallus regions with meristematic activity. Furthermore, L. saccharina and U. lactuca were exposed to UV-A and elevated UV-B radiation. The AEC was calculated and the maximal quantum yield of photosystem II (Fv/Fm) was determined as indicators for UV stress. In both species, the AEC remained at high values (0.72 ± 0.04), while Fv/Fm dropped rapidly. The results show that the photosynthesis of the phaeophyte is more resistant to UV radiation than the chlorophyte.

Avaliação do efeito da luz e temperatura no crescimento in vitro de Ulva rigida C. Agardh (Chlorophyta, Chlorophyceae)

Dissertação de Mestrado em Biodiversidade e Biotecnologia Vegetal

Utilização da macroalga Ulva lactuca linnaeus na redução de nutrientes (NH4+,NO3- e PO4-2) provenientes da carcinicultura

Dentre as macroalgas capazes de absorver altas concentrações de N e P dissolvidos na água, destaca-se a Chlorophyta Ulva lactuca, bastante adaptável e resistente às adversidades ambientais, como grandes variações de temperatura, salinidade, matéria orgânica e metais pesados. Trata-se também de uma espécie bastante comum nas áreas intertidais do litoral norte-riograndense. Devido a suas características ecológicas, fisiológicas e nutricionais, foi avaliado nesse estudo, o seu potencial como biofiltro na redução de NH4+, NO3- e PO4-2, tanto em condições controladas como também em um viveiro de camarão. No experimento laboratorial, foram utilizados quatro aquários de vidro de 30 x 20 x 20cm com 10L de água, sendo três aquários experimentais contendo 20g de U. lactuca e um controle. O acréscimo de biomassa foi de 2,92g (22,92 ± 6,29g; p < 0,05) em relação ao inóculo inicial de 20g, sob temperatura (28,50 ± 0,58ºC), salinidade (35,00 ± 0,00 ), pH (8,26 ± 0,02) e luz constante (250 μmol.m2s-1). O crescimento positivo (1,78 ± 4,38%dia-1; p < 0,05), juntamente com a alta eficiência de absorção de amônio (83%; p < 0,001), nitrato (83%; p < 0,001) e ortofosfato (53%; p < 0,001), demonstrou que, nessas condições, a Ulva lactuca absorveu os nutrientes e aumentou sua biomassa. Já no experimento de campo, realizado na fazenda TECNARÃO, situada no município de Arez/RN (06° 11 40 Latitude Sul, e 35º 09 37 Longitude Oeste), foram utilizadas três gaiolas de PVC, posicionadas a 12cm da superfície da água, cada uma com dimensões de aproximadamente 59 x 59 x 15cm, onde foram colocadas 200g de U. lactuca. O ganho de biomassa de 3g (203,00 ± 41,02g; p < 0,001) foi muito semelhante às condições controladas, demonstrando a adaptabilidade da espécie em condições ambientais variáveis, onde, apesar da temperatura pouco variável (27,45 ± 0,64ºC), houve progressiva diminuição de salinidade (25 - 15 ), devido ao período de fortes chuvas (34,70 ± 23,78mm). Somado a isso, foram observados vários fatores biológicos interferindo no viveiro, como a presença de epífitas, organismos endofíticos, fouling e a herbivoria por parte dos próprios camarões. Houve aumento nas concentrações de NH4+ (4,36 ± 1,69 μmol.L-1), NO3- (0,17 ± 0,25μmol.L-1) e PO4-2 (0,41 ± 0,13μmol.L-1), coincidindo com o crescimento da espécie até a terceira semana. Todos os parâmetros ambientais analisados, assim como a biomassa e a Taxa de Crescimento Relativo (TCR), obtidos no campo, apresentaram variações altamente significativas (p < 0,001). As correlações observadas entre biomasa e NH4+ (r = 0,82; p < 0,001) e entre biomassa e PO4-2 (r = 0,87; p < 0,001), indicam que esta espécie é capaz de ter um crescimento satisfatório nas condições eutróficas de um viveiro de camarão, sendo possível seu uso como biofiltro.

Utilização da macroalga Ulva lactuca linnaeus na redução de nutrientes (NH4+,NO3- e PO4-2) provenientes da carcinicultura

Dentre as macroalgas capazes de absorver altas concentrações de N e P dissolvidos na água, destaca-se a Chlorophyta Ulva lactuca, bastante adaptável e resistente às adversidades ambientais, como grandes variações de temperatura, salinidade, matéria orgânica e metais pesados. Trata-se também de uma espécie bastante comum nas áreas intertidais do litoral norte-riograndense. Devido a suas características ecológicas, fisiológicas e nutricionais, foi avaliado nesse estudo, o seu potencial como biofiltro na redução de NH4+, NO3- e PO4-2, tanto em condições controladas como também em um viveiro de camarão. No experimento laboratorial, foram utilizados quatro aquários de vidro de 30 x 20 x 20cm com 10L de água, sendo três aquários experimentais contendo 20g de U. lactuca e um controle. O acréscimo de biomassa foi de 2,92g (22,92 ± 6,29g; p < 0,05) em relação ao inóculo inicial de 20g, sob temperatura (28,50 ± 0,58ºC), salinidade (35,00 ± 0,00 ), pH (8,26 ± 0,02) e luz constante (250 μmol.m2s-1). O crescimento positivo (1,78 ± 4,38%dia-1; p < 0,05), juntamente com a alta eficiência de absorção de amônio (83%; p < 0,001), nitrato (83%; p < 0,001) e ortofosfato (53%; p < 0,001), demonstrou que, nessas condições, a Ulva lactuca absorveu os nutrientes e aumentou sua biomassa. Já no experimento de campo, realizado na fazenda TECNARÃO, situada no município de Arez/RN (06° 11 40 Latitude Sul, e 35º 09 37 Longitude Oeste), foram utilizadas três gaiolas de PVC, posicionadas a 12cm da superfície da água, cada uma com dimensões de aproximadamente 59 x 59 x 15cm, onde foram colocadas 200g de U. lactuca. O ganho de biomassa de 3g (203,00 ± 41,02g; p < 0,001) foi muito semelhante às condições controladas, demonstrando a adaptabilidade da espécie em condições ambientais variáveis, onde, apesar da temperatura pouco variável (27,45 ± 0,64ºC), houve progressiva diminuição de salinidade (25 - 15 ), devido ao período de fortes chuvas (34,70 ± 23,78mm). Somado a isso, foram observados vários fatores biológicos interferindo no viveiro, como a presença de epífitas, organismos endofíticos, fouling e a herbivoria por parte dos próprios camarões. Houve aumento nas concentrações de NH4+ (4,36 ± 1,69 μmol.L-1), NO3- (0,17 ± 0,25μmol.L-1) e PO4-2 (0,41 ± 0,13μmol.L-1), coincidindo com o crescimento da espécie até a terceira semana. Todos os parâmetros ambientais analisados, assim como a biomassa e a Taxa de Crescimento Relativo (TCR), obtidos no campo, apresentaram variações altamente significativas (p < 0,001). As correlações observadas entre biomasa e NH4+ (r = 0,82; p < 0,001) e entre biomassa e PO4-2 (r = 0,87; p < 0,001), indicam que esta espécie é capaz de ter um crescimento satisfatório nas condições eutróficas de um viveiro de camarão, sendo possível seu uso como biofiltro.

Utilização da macroalga Ulva lactuca linnaeus na redução de nutrientes (NH4+,NO3- e PO4-2) provenientes da carcinicultura

Dentre as macroalgas capazes de absorver altas concentrações de N e P dissolvidos na água, destaca-se a Chlorophyta Ulva lactuca, bastante adaptável e resistente às adversidades ambientais, como grandes variações de temperatura, salinidade, matéria orgânica e metais pesados. Trata-se também de uma espécie bastante comum nas áreas intertidais do litoral norte-riograndense. Devido a suas características ecológicas, fisiológicas e nutricionais, foi avaliado nesse estudo, o seu potencial como biofiltro na redução de NH4+, NO3- e PO4-2, tanto em condições controladas como também em um viveiro de camarão. No experimento laboratorial, foram utilizados quatro aquários de vidro de 30 x 20 x 20cm com 10L de água, sendo três aquários experimentais contendo 20g de U. lactuca e um controle. O acréscimo de biomassa foi de 2,92g (22,92 ± 6,29g; p < 0,05) em relação ao inóculo inicial de 20g, sob temperatura (28,50 ± 0,58ºC), salinidade (35,00 ± 0,00 ), pH (8,26 ± 0,02) e luz constante (250 μmol.m2s-1). O crescimento positivo (1,78 ± 4,38%dia-1; p < 0,05), juntamente com a alta eficiência de absorção de amônio (83%; p < 0,001), nitrato (83%; p < 0,001) e ortofosfato (53%; p < 0,001), demonstrou que, nessas condições, a Ulva lactuca absorveu os nutrientes e aumentou sua biomassa. Já no experimento de campo, realizado na fazenda TECNARÃO, situada no município de Arez/RN (06° 11 40 Latitude Sul, e 35º 09 37 Longitude Oeste), foram utilizadas três gaiolas de PVC, posicionadas a 12cm da superfície da água, cada uma com dimensões de aproximadamente 59 x 59 x 15cm, onde foram colocadas 200g de U. lactuca. O ganho de biomassa de 3g (203,00 ± 41,02g; p < 0,001) foi muito semelhante às condições controladas, demonstrando a adaptabilidade da espécie em condições ambientais variáveis, onde, apesar da temperatura pouco variável (27,45 ± 0,64ºC), houve progressiva diminuição de salinidade (25 - 15 ), devido ao período de fortes chuvas (34,70 ± 23,78mm). Somado a isso, foram observados vários fatores biológicos interferindo no viveiro, como a presença de epífitas, organismos endofíticos, fouling e a herbivoria por parte dos próprios camarões. Houve aumento nas concentrações de NH4+ (4,36 ± 1,69 μmol.L-1), NO3- (0,17 ± 0,25μmol.L-1) e PO4-2 (0,41 ± 0,13μmol.L-1), coincidindo com o crescimento da espécie até a terceira semana. Todos os parâmetros ambientais analisados, assim como a biomassa e a Taxa de Crescimento Relativo (TCR), obtidos no campo, apresentaram variações altamente significativas (p < 0,001). As correlações observadas entre biomasa e NH4+ (r = 0,82; p < 0,001) e entre biomassa e PO4-2 (r = 0,87; p < 0,001), indicam que esta espécie é capaz de ter um crescimento satisfatório nas condições eutróficas de um viveiro de camarão, sendo possível seu uso como biofiltro.

Phylogenetic analyses of Cladophora vagabunda (L.) C. Hoek (Cladophorales, Chlorophyta) from Brazil based on SSU rDNA sequences

The complete SSU rDNA was sequenced for 10 individuals of Cladophora vagabunda collected along the coast of Brazil. For C. rupestris (L.) Kütz. a partial SSU rDNA sequence (1634 bp) was obtained. Phylogenetic trees indicate that Cladophora is paraphyletic, but the section Glomeratae sensu lato including C. vagabunda from Brazil, Japan and France, C. albida (Nees) Kütz., C. sericea (Hudson) Kütz., and C. glomerata (L.) Kütz. is monophyletic. Within this group C. vagabunda is paraphyletic. The sequence identity for the SSU rDNA varied from 98.9% to 100% for the Brazilian C. vagabunda, and from 98.3% to 99.7% comparing the Brazilian individuals to the ones from France and Japan. Sequence identity of the Brazilian C. vagabunda to C. albida and C. sericea vary from 98.0% to 98.6%. The SSU rDNA phylogeny support partially the morphological characteristics presented by Brazilian populations of C. vagabunda. On the other hand, C. rupestris from Brazil does not group with C. rupestris from France, both sequences presenting only 96.9% of identity. The inclusion of sequences of individuals from Brazil reinforces the need of taxonomical revision for the genus Cladophora and for the complex C. vagabunda.

How different is Mediterranean Caulerpa taxifolia (Caulerpales : Chlorophyta) to other populations of the species?

The green macroalgal species Caulerpa taxifolia is indigenous to tropical/subtropical Australia, ranging as far south as 28degrees and 29degrees 15' S on the Australian mainland east and west coasts, respectively. The origin of disjunct populations of the species, discovered in 2000 on the Australian mainland east coast at localities to 35degrees S remains unknown, variously attributed to introduced exotic strains or range extensions from other eastern Australian populations. Some naturally occurring Australian populations of C. taxifolia are similar to Mediterranean C. taxifolia. In Australia, large broad forms of the species, which have been known in the region since 1860, grow luxuriantly in sheltered seagrass meadows, with some of these populations tolerating minimum surface seawater temperatures in winter of 12.5 to 14.5degreesC. Accordingly, the contention that the Mediterranean has been invaded by a genetically-modified, large, cold-adapted strain of C. taxifolia may be incorrect. It is crucial that genetic markers (DNA fingerprinting, microsatellites) sensitive at the population level are used to accurately determine the genetic relatedness of C. taxifolia populations.

Chemical and biological studies from an Azorean macroalga: Ulva rigida

3rd Portuguese Meeting on Medicinal Chemistry and 1st Portuguese-Spanish-Brazilian Meeting on Medicinal Chemistry, Aveiro, 28-30 Novembro 2012.