Jonatas Martinez Canuto Martinez
No dia 27 de Maio de 2020 o aluno do programa de pós-graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, Jônatas Martinez Canuto de Souza, realizou a defesa da tese de doutorado intitulada “Bioprocessos e potencial biotecnológico em espécies de Gracilaria (Rhodophyta, Gracilariales): uma abordagem fisiológica e bioquímica”, orientada pela Dra. Nair Sumie Yokoya, PqC. Do Núcleo de Pesquisa em Ficologia do Instituto de Botânica. Na ocasião estiveram presentes como membros da Banca examinadora os professores doutores Leonardo Zambotti Villela, Eliane Marinho -Soriano, Mutue Toyota Fujii e Estela Maria Plastino que aprovaram o exame de forma unanime.
Bioprocessos e potencial biotecnológico em espécies de Gracilaria (Rhodophyta, Gracilariales): uma abordagem fisiológica e bioquímica
ABSTRACT
Marine macroalgae are sources of compounds of commercial and biotechnological interest and can be biofilters, since they use the nutrients of the environment in their metabolism. Gracilaria Greville species are exploited as raw material for agar production and studies on their development are necessary for the sustainable production of biomass as sources of agar, biofertilizers and new bioactive compounds. The present study aimed to evaluate the effects of nutrient availability (nitrogen and phosphorus) on the metabolism and biotechnological potential of Gracilaria caudata J. Agardh and Gracilaria domingensis (Kützing) Sonder ex Dickie.). The following variables were analyzed: growth rates, morphology, photosynthesis (chlorophyll fluorescence), total soluble proteins, pigments (chlorophyll a, phycoerythrin, phycocyanin and allophicocyanin), carbohydrates, thallus content of elements (carbon, hydrogen, nitrogen and phosphorus) and remotion of nutrients available in the seawater. To evaluate the biotechnological potential, agar characteristics (yield, quantification of sulfate and 3,6 anhydrogalactose contents) and tests of acetylcholinesterase inhibitory activity of seaweed extracts from biomass cultivated in bioreactors and from biomass of field collected specimens were analyzed. The characterization of Plant Growth Regulators (PGRs) was performed in 11 species: five species collected in Brazil (four species of Gracilaria and the brown alga Sargassum vulgare) and six species collected from South Shetland Islands, Antarctica (five brown algae and one green alga). G. caudata did not present higher growth rates and higher nitrate and phosphate removal efficiencies, but presented higher concentrations of pigments and total soluble proteins. On the other hand, G. domingensis showed higher efficiency in removing nutrients in seawater, indicating that this species has potential as a biofilter. Cultivation in bioreactors showed that G. domingensis showed higher growth rates, higher protein and pigment concentrations in treatments with the addition of different N: P concentrations, but G. caudata showed higher quality of agar in treatments with addition of N: P than samples collected in the field. We can conclude that G. caudata does not have a high potential to absorb the nutrients available in seawater, not being a good option for use as biofilters in multitrophic cultures and in the sea, on the other hand G. domingensis showed potential for biofilter and can be a good option to be grown in integrated multitrophic systems or in the sea, reducing nutrients from eutrophic marine environments. G. caudata can be grown in a multi-trophic aquaculture system under higher levels of nutrients to obtain a higher quality agar. Results on PGRs showed that Gracilaria spp. have some presence of endogenous concentrations of auxins, jasmonates and abscisic acid, what could be useful for agriculture as a natural fertilizer. Additional studies on the identification of PGRs in seaweeds should be done not only to select species with potential for application in agriculture, but also to understand the role played by PGRs in seaweed development.
Keywords: Agar, biofilter, biotechnology, Gracilaria, nutrients, Plant Growth Regulators.
RESUMO
As macroalgas marinhas são fontes de compostos de interesse comercial e biotecnológico e podem ser biofiltradoras, uma vez que utilizam os nutrientes do meio no seu metabolismo. As espécies de Gracilaria Greville são exploradas como matéria prima para a produção de ágar e estudos sobre o seu desenvolvimento são necessários para a produção sustentável de biomassa, de ágar, biofertilizantes e de novos compostos bioativos. O presente estudo teve como objetivos avaliar os efeitos da disponibilidade de nutrientes (nitrogênio e fósforo) no metabolismo e no potencial biotecnológico de Gracilaria caudata J. Agardh e Gracilaria domingensis (Kützing) Sonder ex Dickie.). Foram analisadas as seguintes variáveis: taxas de crescimento, morfologia, fotossíntese (fluorescência da clorofila), proteínas solúveis totais, pigmentos (clorofila a, ficoeritrina, ficocianina e aloficocianina), carboidratos, conteúdo de elementos do talo (carbono, hidrogênio, nitrogênio e fósforo) e análise dos nutrientes disponíveis na agua do mar. Para avaliar o potencial biotecnológico, foram analisadas as características do ágar (rendimento, quantificação dos teores de sulfato e de 3,6-anidrogalactose) e testes de atividade inibitória da enzima acetilcolinesterase em extratos oriundos da biomassa de algas cultivadas em biorreatores e coletadas em campo. Foi realizado o perfil dos fitorreguladores em 11 espécies: cinco espécies coletadas no Brasil (quatro espécies de Gracilaria e uma alga marrom, Sargassum vulgare) e seis espécies coletadas nas Ilhas Shetlands do Sul, Antártica (cinco algas marrons e uma alga verde). G. caudata, apesar de não apresentar altas taxas de crescimento e não apresentar boa eficiência de remoção de nitrato e fosfato, apresentou altas concentrações de pigmentos e de proteínas solúveis totais. G. domingensis apresentou alta eficiência na remoção de excesso de nutrientes na água, indicando que esta espécie tem potencial como biofiltro. O cultivo nos biorreatores mostrou que G. domingensis apresentou maior crescimento, maior concentração de proteínas e pigmentos em tratamentos com adição de diferentes concentrações de N: P, mas G. caudata apresentou maior qualidade de ágar em tratamentos com adição de N: P do que as amostras coletadas em campo. Podemos concluir que G. caudata apresentou menor potencial de absorver os nutrientes disponíveis na água do mar, não sendo uma boa opção para uso como biofiltros em cultivos multitróficos integrados e no mar. Por outro lado, G. domingensis apresentou maior potencial de biofiltro, podendo ser uma boa opção para ser cultivada em sistemas multitróficos integrados ou no mar, reduzindo os nutrientes de ambientes marinhos eutrofizados. Entretanto, G. caudata pode ser cultivada em sistema de aquicultura multitróficos sob níveis mais altos de nutrientes para obtenção de um ágar de maior qualidade. Os resultados mostraram que as espécies de Gracilaria apresentam a presença de auxinas, jasmonatos e ácido abscísico, sendo úteis para a agricultura como fertilizante natural. Estudos adicionais sobre a identificação de fitorreguladores em algas marinhas devem ser feitos não apenas para selecionar espécies com potencial de aplicação na agricultura, mas também para entender o papel desempenhado pelos fitorreguladores no desenvolvimento das algas marinhas.
Palavras–chave: Ágar, biofiltro, biotecnologia, Fitorreguladores, Gracilaria, nutrientes.
Jonatas Martinez Canuto Martinez
Bioprocessos e potencial biotecnológico em espécies de Gracilaria (Rhodophyta, Gracilariales): uma abordagem fisiológica e bioquímica
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