Estudo ecofisiológico e prospecção de cianobactérias: crescimento, fotossíntese e composição bioquímica relacionados ao controle de fatores abióticos
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18026 |
Resumo: | The study of phytoplankton has been a growing field of investigation due to the versatility for using these organisms. This investigation focuses on Cyanobacteria, photosynthetic prokaryotic organisms, important under the aspects of ecology and biotechnology. In the biotechnological field, they can be a source of products for the food, cosmetics, nutraceuticals, textile industries, among others. However, a limited number of species are used commercially. This work aimed at studying the physiology and biochemical composition of cyanobacteria, as well as to evaluate the physiological response to abiotic control of cultivation conditions. Initially, we prospected 20 strains, evaluating growth, and biochemical composition (pigments, proteins, carbohydrates and lipids, antioxidant potential, phenolic compounds and polyhydroxyalkanoates), in addition to photosynthesis through chlorophyll fluorescence (quantum yields, photochemical quenching and rapid light curve parameters). Then, we performed biochemical manipulation of the biomass of a specific taxon, selected based on the prospecting results, Nostoc sp. The biochemical manipulation consisted of adding sodium chloride or copper, together with culture exposure to blue, red and green lights. The results showed great versatility of the cyanobacteria Nostoc sp., but also some resilience to variations in the conditions imposed on the cultures. Under ideal growing conditions Leptolyngbya sp. and Nostoc sp. reached higher growth rates (0,71 d-1), but Phormidium sp. and Microcystis sp. higher biomass yield (0,8 g L-1). Pigment composition varied among the studied species. The highest percent of proteins in the biomass were determined in Geitlerinema unigranulatum (60%), of carbohydrates in Microcystis navacekii (30%) and of lipids in Phormidium sp. (20%). Polyhydroxyalkanoate contents were higher (~ 2%) in Aphanocapsa holsatica, Sphaerocavum brasiliense, Microcystis aeruginosa and Nostoc sp. The photosynthetic parameters for the 20 species remained constant throughout the cultivation period. Regarding the manipulation process in Nostoc sp. we observed that sodium chloride and copper acted differently on the biomolecules. Sodium chloride led to increased phycobilins (at least 2x), whereas under copper increased (greater 1.2x) chlorophyll a and carotenoids were obtained. Proteins, carbohydrates and lipids per unit of biomass decreased in both chemical stimuli. Light colors did not influence these parameters but altered the production of phenolic compounds (1.4x) and antioxidant activity (2x). Blue light resulted in higher maximum quantum yields, rETRmax and Ik, but these gains were not reflected in the population growth of Nostoc sp. This study is a contribution to understanding the physiology of Cyanobacteria, as well as a contribution of new strains for biotechnological use. |
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Silva, Douglas Henrique Baracho daLombardi, Ana Teresahttp://lattes.cnpq.br/6737850858443813http://lattes.cnpq.br/2777019450586476a5c89c39-c18c-4f91-9e69-2057546f87fe2023-05-17T13:01:36Z2023-05-17T13:01:36Z2022-12-21SILVA, Douglas Henrique Baracho da. Estudo ecofisiológico e prospecção de cianobactérias: crescimento, fotossíntese e composição bioquímica relacionados ao controle de fatores abióticos. 2022. Tese (Doutorado em Ecologia e Recursos Naturais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18026.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18026The study of phytoplankton has been a growing field of investigation due to the versatility for using these organisms. This investigation focuses on Cyanobacteria, photosynthetic prokaryotic organisms, important under the aspects of ecology and biotechnology. In the biotechnological field, they can be a source of products for the food, cosmetics, nutraceuticals, textile industries, among others. However, a limited number of species are used commercially. This work aimed at studying the physiology and biochemical composition of cyanobacteria, as well as to evaluate the physiological response to abiotic control of cultivation conditions. Initially, we prospected 20 strains, evaluating growth, and biochemical composition (pigments, proteins, carbohydrates and lipids, antioxidant potential, phenolic compounds and polyhydroxyalkanoates), in addition to photosynthesis through chlorophyll fluorescence (quantum yields, photochemical quenching and rapid light curve parameters). Then, we performed biochemical manipulation of the biomass of a specific taxon, selected based on the prospecting results, Nostoc sp. The biochemical manipulation consisted of adding sodium chloride or copper, together with culture exposure to blue, red and green lights. The results showed great versatility of the cyanobacteria Nostoc sp., but also some resilience to variations in the conditions imposed on the cultures. Under ideal growing conditions Leptolyngbya sp. and Nostoc sp. reached higher growth rates (0,71 d-1), but Phormidium sp. and Microcystis sp. higher biomass yield (0,8 g L-1). Pigment composition varied among the studied species. The highest percent of proteins in the biomass were determined in Geitlerinema unigranulatum (60%), of carbohydrates in Microcystis navacekii (30%) and of lipids in Phormidium sp. (20%). Polyhydroxyalkanoate contents were higher (~ 2%) in Aphanocapsa holsatica, Sphaerocavum brasiliense, Microcystis aeruginosa and Nostoc sp. The photosynthetic parameters for the 20 species remained constant throughout the cultivation period. Regarding the manipulation process in Nostoc sp. we observed that sodium chloride and copper acted differently on the biomolecules. Sodium chloride led to increased phycobilins (at least 2x), whereas under copper increased (greater 1.2x) chlorophyll a and carotenoids were obtained. Proteins, carbohydrates and lipids per unit of biomass decreased in both chemical stimuli. Light colors did not influence these parameters but altered the production of phenolic compounds (1.4x) and antioxidant activity (2x). Blue light resulted in higher maximum quantum yields, rETRmax and Ik, but these gains were not reflected in the population growth of Nostoc sp. This study is a contribution to understanding the physiology of Cyanobacteria, as well as a contribution of new strains for biotechnological use.O estudo do fitoplâncton tem sido um campo de investigação crescente devido à versatilidade de uso desses organismos. Esta investigação tem como foco as cianobactérias, organismos procarióticos fotossintéticos, importantes sob os aspectos da ecologia e da biotecnologia. No campo biotecnológico podem ser fonte de produtos para a indústria alimentícia, cosmética, nutricêutica, têxtil, dentre outras. Entretanto, um número limitado de espécies é usado comercialmente. Este trabalho teve como objetivo estudar a fisiologia e composição bioquímica de cianobactérias, bem como avaliar a resposta fisiológica frente ao controle abiótico do cultivo. Realizamos inicialmente um trabalho de prospecção de 20 cepas, avaliando o crescimento, composição bioquímica (pigmentos, proteínas, carboidratos e lipídios, potencial antioxidante, compostos fenólicos e polihidroxialcanoatos), além de estudo da fotossíntese por meio da fluorescência da clorofila (rendimentos quântico, dissipação fotoquímica e parâmetros de curvas de luz). Em seguida, realizamos manipulação bioquímica da biomassa de uma espécie selecionada com base nos resultados da prospecção, Nostoc sp. A manipulação bioquímica constou da adição de cloreto de sódio ou cobre, ambos em conjunto com diodos emissores de luz nas cores azul, vermelho e verde. Os resultados mostraram grande versatilidade da cianobactéria Nostoc sp., mas também resiliências às variações das condições impostas aos cultivos. Em condições ideais de cultivo Leptolyngbya sp. e Nostoc sp. apresentaram maiores taxas de crescimento (0,71 d-1), mas Phormidium sp. e Microcystis sp. maior rendimento de biomassa (0,8 g L-1). A composição de pigmentos variou entre as espécies estudadas. As maiores porcentagens de proteínas na biomassa foram determinadas em Geitlerinema unigranulatum (60%), de carboidratos em Microcystis navacekii (30%) e de lipídios em Phormidium sp. (20%). Os teores de polihidroxialcanoatos foram maiores (~2%) em Aphanocapsa holsatica, Sphaerocavum brasiliense, Microcystis aeruginosa e Nostoc sp. Os parâmetros fotossintéticos para as 20 espécies mantiveram-se constantes ao longo do tempo de cultivo. Em relação ao processo de manipulação em Nostoc sp. observamos que cloreto de sódio e cobre atuaram diferentemente nas biomoléculas. Em adição de NaCl as ficobilinas aumentaram (pelo menos 2x) e em adição ao Cu observamos aumento de clorofila a e carotenoides (maior 1,2x). Proteínas, carboidratos e lipídios por unidade de biomassa reduziram em ambos os estímulos químicos. As cores de luz não influenciaram esses parâmetros, mas alteraram a produção de compostos fenólicos (1,4x) e atividade antioxidante (2x). A luz azul resultou em maiores rendimentos quânticos máximos, rETRmax e Ik, porém esses ganhos não se refletiram no crescimento populacional de Nostoc sp. Este estudo é uma contribuição para o entendimento da fisiologia de cianobactérias, bem como uma contribuição de novas cepas para uso biotecnológico.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)168889/2018-8porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ecologia e Recursos Naturais - PPGERNUFSCarAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBioprospecçãoBiotecnologiaCobreNaClBiomoléculasFotossínteseBioprospectingBiotechnologyCopperBiomoleculesPhotosynthesisCIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIA::ECOLOGIA APLICADAEstudo ecofisiológico e prospecção de cianobactérias: crescimento, fotossíntese e composição bioquímica relacionados ao controle de fatores abióticosEcophysiological study and prospecting of cyanobacteria: growth, photosynthesis and biochemical composition related to the control of abiotic factorsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis60060094efceb2-ef4d-4bda-a4c6-85fab3a5f72areponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdfTeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdfArtigo Principalapplication/pdf2444317https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18026/1/TeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdf37a98bc2ee44de51928834ca2a8a8130MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8804https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18026/2/license_rdf4774e414fb27824b0dfca5f33e4ff24fMD52TEXTTeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdf.txtTeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdf.txtExtracted texttext/plain233455https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18026/3/TeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdf.txt7dfddafa4aa36691fb972a83bdd9d2cfMD53THUMBNAILTeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdf.jpgTeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6642https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18026/4/TeseDouglasHenriqueBarachoSilvaFinal17maio2023.pdf.jpg8eed03e4b8eed4744e2fff857c170dddMD54ufscar/180262023-09-18 18:32:38.798oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/18026Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:38Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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