Produção de cianotoxinas em meio limitado em nutrientes e acção alelopática em organismos de dois níveis tróficos

Abstract

O aumento da eutrofização nos sistemas hídricos superficiais devido à intensificação das actividades antropogénicas e às alterações climáticas (aumento da temperatura e luminosidade) tem favorecido o aparecimento de blooms (ou florescências) superficiais de cianobactérias. Estes blooms são potencialmente perigosos devido à capacidade de várias estirpes cianobacterianas produzirem toxinas nocivas para diversos grupos de organismos, desde bactérias até humanos. A microcistina, em particular, é uma hepatotoxina que coloca sérios riscos para a Saúde Pública devido à sua capacidade de promover cancro por ingestão crónica de pequenas quantidades na água para consumo humano. As estirpes produtoras de microcistina pertencem essencialmente aos géneros Microcystis, Anabaena, Oscillatoria (Planktothrix), Nostoc, Anabaenopsis e Aphanizomenon, sendo a sua toxicidade determinada primariamente pela diversidade genotípica entre estirpes, embora possa haver também influência de factores ambientais. O estudo laboratorial da ecologia de estirpes potencialmente produtoras de microcistina pode permitir o aperfeiçoamento de estratégias de gestão dos sistemas aquáticos, de forma a controlar, ou mesmo evitar, a ocorrência deste tipo de fenómenos. Uma primeira parte do presente trabalho consistiu numa pesquisa bibliográfica relativamente exaustiva acerca da investigação realizada nos domínios da ocorrência, toxicidade e síntese de cianotoxinas, com especial relevância para a microcistina. Uma segunda fase incluiu o estudo da dinâmica fitoplanctónica num sistema aquático eutrofizado (integrando os resultados com dados físico-químicos), em que ocorreu um grande bloom dominado pela cianobactéria Aphanizomenon flos-aquae, potencialmente produtora de microcistina. Uma terceira parte pretendeu estudar, em laboratório, a estirpe de A. flos-aquae isolada do bloom, relativamente ao crescimento em diferentes concentrações de nitratos e fosfatos. A parte final do trabalho referiu-se ao estudo dos efeitos desta estirpe no crescimento de microalgas (Chlorella vulgaris e Pseudokirchneriella subcapitata) e na sobrevivência e reprodução de cladóceros (Dapnhia magna e D. longispina). O desenvolvimento do bloom de A. flos-aquae foi relacionado com os valores mais baixos de nitratos, nitritos e amónia. Dos estudos laboratoriais de nutrição pôde concluir-se que o crescimento desta estirpe cianobacteriana depende da disponibilidade de fosfatos, mas não da de nitratos, provavelmente devido à sua capacidade de fixação de azoto. O crescimento das espécies fitoplanctónicas testadas parece ser afectado pelos exudatos de A. flos-aquae. Quando sujeitos a uma alimentação exclusiva com esta estirpe, os cladóceros mostraram ser afectados na sua sobrevivência e reprodução, principalmente com A. flos-aquae cultivada em concentrações superiores de fosfatos. A partir dos resultados obtidos neste estudo, pode sugerir-se que o desenvolvimento de blooms desta estirpe cianobacteriana é independente da indisponibilidade em nitratos, mas favorecido por elevadas concentrações em fosfatos. Assim, o controlo das entradas de fosfatos (provenientes de efluentes agro-pecuários, por exemplo) para os sistemas aquáticos seria um importante factor para evitar o desenvolvimento de blooms potencialmente tóxicos desta estirpe e suas consequências nos diversos níveis tróficos, nomeadamente aos níveis do fitoplâncton e do zooplâncton.

The increasing eutrophication of superficial water bodies, due to the intensification of anthropogenic activities, along with climate changes towards higher temperature and light conditions, enhance the massive development of cyanobacteria in water bodies leading to formation of blooms frequently accumulating as surface scum. Some cyanobacterial blooms may become dangerous because there are many strains of cyanobacteria capable of producing toxins that affect many organisms from bacteria to humans. Microcystin, in particular, is a hepatotoxin that poses a serious Public Health risk due to its potential of promoting cancer through chronic ingestion of small quantities in drinking water. The microcystin producing strains mainly belong to the genera Microcystis, Anabaena, Oscillatoria (Planktothrix), Nostoc, Anabaenopsis and Aphanizomenon, and its toxigenicity seems to be primarily determined by genotype diversity among strains, although some environmental factors are known to influence microcystin biosynthesis. The ecological laboratory studies of potentially microcystin producing cyanobacterial strains may allow the improvement of water management strategies to control or even avoid the occurrence of this kind of phenomena. The first step of the present work consisted in an exhaustive compilation of the investigation recently made on the occurrence, toxicity and synthesis of cyanotoxins, with special regard to microcystin. A second part of the work included the study of the phytoplankton dynamics in an eutrophied water body (integrating biological and physicochemical data) where a bloom of the potentially microcystin producer Aphanizomenon flos-aquae occurred. On a third phase, in laboratory, the A. flos-aquae strain was isolated from the bloom and grown in different nitrate and phosphate concentrations. The final part of the study aimed to assess the effects of this strain on the growth of other microalgae (Chlorella vulgaris and Pseukirchneriella subcapitata) and on survival and reproduction of cladocerans (Dapnhia magna and D. longispina).The A. flos-aquae bloom development was related to the lowest values of nitrogen sources: nitrate, nitrite and ammonium. From the laboratory nutritional experiments it could be concluded that this cyanobacterial strain growth depends on the availability of phosphate but not nitrate, probably due to its nitrogen fixing capability. The growth of the microalgae tested showed to be affected by the exudates of A. flos-aquae. When this strain was given as an exclusive food source, the tested cladocerans showed to be affected in their survival and reproduction, particularly with A. flos-aquae grown with higher phosphate concentrations. After the results obtained in this work, it can be suggested that the bloom development of this cyanobacterial strain is independent of nitrate unavailability but favoured by high phosphate concentrations. Thus, the control of the phosphate inflow (from the agriculture and animal farming effluents, for example) into the superficial water bodies would be an important factor to avoid the development of potentially toxic blooms of this strain and its consequences at different trophic levels, namely at phytoplankton and zooplankton levels.