Coccolithophores as a potential marine resource for sustainable aquaculture
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| Data de Publicação: | 2019 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/39857 |
Resumo: | Tese de mestrado, Microbiologia Aplicada, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019 |
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Coccolithophores as a potential marine resource for sustainable aquacultureAquaculturaCoccolitóforosC braarudii (Holococcolito)E. huxleyi (Heterococcolito)Fontes de proteínaÁcidos gordosEPA e DHAPerfil bioquímicoSustentávelTeses de mestrado - 2019Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências BiológicasTese de mestrado, Microbiologia Aplicada, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019O aumento da população mundial, que se espera ultrapassar os 9 mil milhões de pessoas na segunda metade do séc. XXI (FAO, 2018) está inevitavelmente associado a um aumento do consumo dos recursos disponíveis a nível global e a sérios impactos no ambiente incluindo alterações climáticas. Este aumento está também inerente a outras problemáticas, sendo que a mais desafiante e preocupante será garantir bens alimentares à população emergente. Todas as recomendações da FAO e IPCC sugerem o uso de abordagens inovadoras e integrativas que possam contribuir para o desenvolvimento de práticas sustentáveis de forma a sustentar o crescimento populacional com o minímo impacto ambiental. A produção em aquacultura tem aumentado desde a década de 1970 como estratégia de redução da sobre-exploração dos stocks naturais de peixe, moluscos e crustáceos, e é atualmente a industria de produção alimentar com crescimento mais acentuado (Adarme-Vega et al., 2014). Estando as pescas relativamente estáticas desde os finais da década de 1980, a aquacultura tem sido responsável pelo aumento do fornecimento de peixe para consumo, contribuindo atualmente com cerca de 47% de peixe para alimentação humana (53% incluindo peixe para fins não alimentares) (FAO, 2018). A aquacultura, como qualquer sistema de produção exige o fornecimento contínuo de alimento para sustentar as necessidades nutricionais dos organismos em produção (Tacon e Metian, 2008). Além disso, os peixes, assim como outros animais, não sintetizam eficientemente de novo os ácidos gordos EPA e DHA (Lee e Cho, 2009) mas obtêm-nos através da cadeia trófica sendo as microalgas os principais produtores (Brown, 2002). Apesar de as microalgas serem amplamente utilizadas na formulação de dietas para aquacultura, esta indústria ainda depende de fontes de proteína (farinha de peixe) e ácidos gordos (óleo de peixe) gerados pela pesca de captura (Sargent et al., 2002; Schulz et al., 2005; Gasco et al., 2018). Como este fornecimento depende de recursos marinhos finitos, será a curto-prazo uma prática não sustentável (Tacon e Metian, 2009; Tocher et al., 2015) tornando-se urgente encontrar alternativas a estas fontes de nutrição tradicionais. Os coccolitóforos são organismos unicelulares que fazem parte do fitoplânton marinho e caracterizam-se pela produção de um exoesqueleto calcário. Do ponto de vista taxonómico incluem-se na divisão Haptophyta, classe Prymnesiophyceae (Jordan et al., 2004). Apresentam um ciclo de vida haplo-diplonte, com alternância de fases morfologicamente distintas. Algumas espécies pertencentes à divisão Haptophyta, são já utilizadas rotineiramente em aquacultura pelos seus altos teores de EPA e DHA. São os casos de Pavlova lutheri (Droop) Green (Classe Pavlovophyceae) e Isochrysis galbana Parke, uma Prymnesiophyceae sem exoesqueleto calcário, filogeneticamente relacionada com algumas espécies calcificantes, tais como Emiliania huxleyi (Lohm) Hay e Mohler e Gephyrocapsa oceanica Kamptner. Os coccolitóforos são produtores primários, nutricionalmente importantes e por isso candidatos promissores para aplicação em aquacultura em substituição das tradicionais fontes de nutrição baseadas em peixe processado (Cañavate, 2018). Neste estudo, várias estirpes de Coccolithus braarudii (Gaarder) Baumann, Cachao, Young e Geisen e Emiliania huxleyi, previamente identificadas como espécies de interesse foram isoladas de águas costeiras portuguesas e domesticadas em laboratório com intuito de fornecer estirpes com alto potencial para a produção de produtos de valor acrescentado para aquacultura. As dinâmicas de crescimento da fase haploide de C.braarudii (HOL), estirpe IO109-05 e da fase diploide de E. huxleyi (HET), estirpe IO30-03, foram investigadas em meio f/2 (Guillard, 1975), meio de cultura frequentemente utilizado na manutenção de culturas de microalgas marinhas, sob condições controladas (19 ± 1 °C, fotoperíodo 12:12, 115 μmol fotões m-2 . s-1). As culturas foram monitorizadas por fluorescência in vivo através de fluorometria PAM (Pulse Amplitude Modulation) e caracterizadas nas differentes fases de crescimento por citometria de fluxo (tamanho e complexidade celular, autofluorescência da clorofila a e conteúdo lipídico). O perfil bioquímico e valor nutritional das espécies em estudo foi avaliado por análise elementar, quantificação gravimétrica dos lípidos totais e o perfil de ácidos gordos (transesterificados) obtido por cromatografia gasosa e determinado por espectrometria de massa. A performance de crescimento de C.braarudii foi também avaliada num meio de cultura utilizado numa unidade de produção industrial (IM) (CMP – Cimentos Maceira e Pataias) e revelou-se inferior (0.38 - 0.46d-1) ao observado em f/2 (0.74 - 0.76d-1). Estes resultados sugerem que a formulação do meio industrial deve ser otimizada para que ocrescimento desta estirpe atinja valores compatíveis com a produção à escala industrial. Vários artigos reportam a importância da sílica na fisiologia da fase diploide de algumas espécies de coccolitóforos. Em espécies como C. braarudii e C. leptoporus sabe-se que na fase diploide a concentração de sílica disponível é um factor limitante nos processos de calcificação podendo levar à formação de cocólitos aberrantes e à inibição do crescimento. Por sua vez, espécies como E. huxleyi e G. oceania não exibem esta dependência (Durak et al., 2016; Taylor et al., 2018). Neste trabalho investigámos a influência da sílica na fase haploide de C.braarudii comparando os parâmetros de crescimento de culturas em meios com concentrações naturais de Si na água do mar ([Si] = 2.85 μM) e em meio enriquecido com Si ([Si] = 106.00 μM). Nestas condições não foram observadas diferenças significativas na taxa de crescimento nem no maximum quantum yield do fotossistema II. No entanto, em ambos os meios, as concentrações celulares obtidas foram superiores em culturas suplementadas com Si. Estes resultados sugerem que baixas concentrações de Si podem ser limitantes para o crescimento da fase haploide de C. braarudii. Para clarificar a relevância da sílica na morfologia e fisiologia de C. braarudii HOL, são necessários estudos que simulem condições em que a concentração de Si disponível no meio ambiente se pode esgotar, por exemplo, como observado após um bloom de diatomáceas. A taxa de crescimento de C. braarudii (0.76 d-1) foi significativamente superior ao registado em E. huxleyi (0.44 d-1) (P=0.005). Quanto à composição bioquímica e valor nutricional, C. braarudii destacou-se pelos altos teores proteico (34.60% peso seco) e lípidico (22.07%), quando comparados com o observado em E. huxleyi (20.75% e 14.37%, repectivamente). O perfil de ácidos gordos de C. braarudii revelou-se também mais equilibrado, sendo composto maioritariamente por ácidos gordos ω-3 (64.11% ácidos gordos totais) e níveis significativos de EPA (6.63%) e DHA (9.65%), enquanto o perfil de E. huxleyi, também composto maioritatiamente por ácidos gordos ω-3 (57.19%), continha altos teores de DHA (17.08%), mas apenas quantidades vestigiais de EPA (1.46%). Os resultados da citometria de fluxo revelaram que, para ambas as espécies, as maiores concentrações de lípidos podem ser obtidos na fase de crescimento exponencial-tardia. Em E. huxleyi foi observada uma subpopulação hiper produtora de lípidos que, poderá ser isolada em trabalho futuro por citometria de fluxo (Fluorescence Activated Cell Sorting-FACS). Dadas as diferenças nas dimensões celulares das duas espécies, C. braarudii e E. huxleyi poderão ser usados para alimentar diferentes estadios de desenvolvimento de moluscos bivalves e crustáceos, em particular os estadios larvares. A utilização destes coccolitóforos em aquacultura pode também representar uma importante fonte de cálcio, potássio e magnésio, necessária para a biossíntese de conchas de moluscos bivalves e para a formação das estruturas ósseas dos peixes. Encontrar alternativas às tradicionais fontes de proteína e lípidos é atualmente um dos mais importantes desafios para tornar sustentável a produção de recursos em sistemas de aquacultura. Os resultados aqui reportados, sugerem que as espécies em estudo, C braarudii e E. huxleyi, podem ser considerados componentes promissores para a formulação de dietas para aplicação em aquacultura, e assim contribuir para a diminuição da utilização das atuais fontes não sustentáveis de proteína e ácidos gordos.Aquaculture production of seafood and fish has been increasing since the 1970s as one of the strategies to reduce over-fishing in wild populations and it is currently responsible for 47% of all fish for human food. However, aquaculture still depends on continuing unsustainable supplies of fishmeal and fish oil generated by global capture fisheries as a source of protein and fatty acids. Coccolithophores are nutritionally important primary producers in the marine trophic chain and thus promising candidates for the replacement of processed fish supply in aquaculture. In this study, several new strains of Coccolithus braarudii and Emiliania huxleyi isolated from Portuguese coastal waters were established in laboratory conditions with the objective of providing strains with high potential for the production of high-value products for aquaculture. The growth patterns of the two species were investigated under controlled conditions using pulse amplitude modulated fluorometry (PAM) and the different growth phases characterized by flow cytometry. A screen on the biochemical and nutritional profile of the studied species was performed. The growth performance of the haploid holococcolith stage of C. braarudii (HOL) was tested in an Industrial Medium (IM) and in standard f/2. Results showed higher growth rates and higher chlorophyll a cell contents with f/2, indicating that the formulation of IM must be optimized to improve growth performance and achieve production values compatible with industrial applications. Silicon has been demonstrated to play an important role in the calcification processes in the diploid stage of C. braarudii with Si limiting concentrations leading to aberrant coccoliths and growth inhibition. Studies on the influence of different Si concentrations on growth dynamics and fitness of the haploid stage of C. braarudii revealed that low Si concentrations may be limiting for the growth of this strain. The growth rate of C. braarudii (HOL) was higher when compared with E. huxleyi (0.76 d-1 and 0.44 d-1, respectively). Results from biochemical analyses revealed that C. braarudii (HOL) has high protein (34.6% DW) and lipid content (22.1% DW). E. huxleyi has lower contents but comparable to other microalgae species currently used in aquaculture feeding. The fatty acid (FA) profile of both species was mainly composed of ω-3 PUFA with interesting levels of DHA and EPA. Finding alternative sources to ω-3 PUFA from wild fish is currently a major challenge for aquaculture. Given the cell size, high growth rate and nutritional quality, C. braarudii and E. huxleyi are promising candidates for microalgae-based diets in aquaculture, particularly of small larval stages, thus contributing to sustainable aquaculture practices.Amorim, Ana,1960-Tenreiro, Ana Maria Moura Pires de Andrade,1952-Repositório da Universidade de LisboaVicente, Bernardo Branco de Sousa2021-07-26T00:30:14Z201920192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/39857TID:202292940enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:38:49Zoai:repositorio.ul.pt:10451/39857Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:53:38.638285Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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