Publicação
Characterization by HPLC of phytoplankton and microphytobenthos photosynthetic pigments
| Resumo: | As zonas costeiras são regiões de enorme produtividade, demonstrando elevada diversidade de organismos de fitoplâncton e de microfitobentos. A biomassa e produção destes organismos autotróficos são afectadas, entre outros factores, pela disponibilidade de luz e nutrientes. As clorofilas, carotenóides e ficobilinas são os principais tipos de pigmentos fotossintéticos, sendo essenciais à fotossíntese. A cromatografia líquida de alta precisão (HPLC) é uma técnica que permite a análise qualitativa e quantitativa dos vários pigmentos fotossintéticos, disponibilizando informações acerca de biomassa, composição e estado fisiológico das comunidades de fitoplâncton e de microfitobentos. Capítulo 2 Neste capítulo estudaram-se os efeitos das fases de crescimento, exponencial e estacionária, e da irradiância nas concentrações e razões pigmentares em espécies fitoplanctónicas. No estudo do efeito da fase de crescimento foram utilizadas sete espécies, entre elas dois dinoflagelados, Amphidinium carterae e Gymnodinium catenatum, uma clorofícea, Dunaliella salina, uma prasinofícea, Tetraselmis suecica, duas diatomáceas, Cylindrotheca closterium e Phaeodactylum tricornutum, e uma criptofícea, Rhodomonas sp. Após realização das curvas de crescimento, amostraram-se três réplicas em fase exponencial e três réplicas em fase estacionária. No estudo do efeito da irradiância nas concentrações e razões pigmentares usaram-se 3 espécies, A. carterae, C. closterium e T. suecica, submetidas a três níveis de irradiância (Luz Baixa, LL = 10 μmol fotões m-2 s-1; Luz Média, ML, 100 μmol fotões m-2 s-1; Luz Alta, HL, 400 μmol fotões m-2 s-1). Amostraram-se três réplicas em fase exponencial para cada nível de irradiância. A análise e caracterização pigmentar das várias espécies foi efectuada por HPLC. A comparação entre as fases de crescimento exponencial e estacionária demonstrou a existência de diferenças significativas tanto nas concentrações como nas razões pigmentares. As concentrações de pigmentos fotossintéticos por célula (e.g. clorofila a, clorofila b, fucoxantina e neoxantina) foram superiores durante a fase de crescimento exponencial. Tais resultados podem ser consequência da limitação de nutrientes e/ou da idade celular durante a fase estacionária. Por sua vez, obtiveram-se, consistentemente, maiores concentrações de anteraxantina, diatoxantina e zeaxantina durante a fase estacionária, demonstrando que pigmentos tipicamente com função fotoprotectora tendem a aumentar a sua concentração quando as células entram nesta fase, provavelmente devido ao seu envolvimento na prevenção foto-oxidativa das células. Os ratios pigmento/clorofila a, (exceptuando a violaxantina e o β-Caroteno), violaxantina + anteraxantina + zeaxantina (VAZ)/clorofila a e diadinoxantina + diatoxantina (DD + DT)/clorofila a e os índices de de-epoxidação (DPS) foram sistematicamente superiores durante a fase estacionária. Verificaram-se diferenças inter-específicas para espécies pertencentes ao mesmo grupo taxonómico. Em C. closterium a razão fucoxantina/clorofila a não variou significativamente enquanto em P. tricornutum esta razão foi aproximadamente o dobro na fase estacionária. Nos dinoflagelados, a razão peridinina/clorofila a aumentou menos de 25% entre as fases exponencial e estacionária, todavia essas diferenças só foram significativas em A. carterae. O efeito da irradiância foi significativo nas concentrações dos pigmentos de colheita de luz (LHP) e pigmentos fotoprotectores (PP). As maiores concentrações de LHP ocorreram em LL, intermediárias em ML e finalmente mais baixas em HL. Esta diminuição na concentração de LHP com o aumento da intensidade luminosa é devido à fotoaclimatação das células regulada pelo tamanho das antenas fotossintéticas. Pelo contrário, os PP apresentaram maiores concentrações em HL e menores em LL. A de-epoxidação de violaxantina em anteraxantina e zeaxantina e de diadinoxantina em diatoxantina (ciclo das xantofilas), regula o excesso de energia, consequência do aumento da irradiância, através da dissipação de calor, permitindo a protecção do aparelho fotossintético. Genericamente, as razões de pigmentos com função fotossintética, e embebidos nos complexos de colheita de luz, foram constantes nas diferentes irradiâncias, pois tendem a co-variar com a clorofila a. No entanto, as razões de pigmentos com função protectora foram superiores em HL (e.g. luteína e zeaxantina). No capítulo considerado demonstrou-se o efeito significativo da fase de crescimento e da luz nas razões pigmento/clorofila a. Assim sendo, estas variáveis devem ser consideradas na aplicação dos pigmentos fotossintéticos como indicadores quimiotaxonómicos para o estudo de comunidades fitoplanctónicas. Capítulo 3 Os objectivos deste estudo foram direccionados para a comparação da fotoprotecção fisiológica (utilização dos ciclo das xantofilas como forma de dissipação do excesso de energia no aparelho fotossintético) e comportamental (capacidade de migração vertical que permite às microalgas o controlo do nível de irradiância a que estão expostas) entre comunidades epipélicas e epipsâmicas de substrato vazoso e arenoso no estuário do Tejo. Amostraram-se dois locais: um tipicamente constituído por partículas de dimensões inferiores a 63 μm (denominado vasa), e outro com partículas de calibre entre 125 e 1000 μm (referido como areia). Assim sendo, aspectos como fluorescência, atenuação da luz, curvas rápidas de luz, análise e caracterização pigmentar e avaliação da capacidade migratória foram estudados recorrendo a técnicas de fluorescência de Pulso Modulado (PAM) e HPLC. Na comparação entre as comunidades epipélicas e epipsâmicas verificaram-se diferenças nos diversos parâmetros estudados. Na comunidade de substrato vazoso, denotou-se um efeito da profundidade nos perfis de clorofila a e uma diminuição da concentração de clorofila a ao longo do perfil. O coeficiente de atenuação da luz (k) foi elevado, com um decréscimo na disponibilidade da luz para 33%, 7% e 1% da luz incidente à superfície a profundidades de 200, 400 e 600 μm, respectivamente. Na comunidade de substrato arenoso, não se verificaram diferenças significativas nas concentrações de clorofila a, sendo estas constantes ao longo do perfil. O coeficiente de atenuação de luz foi inferior, comparativamente ao valor obtido no substrato vazoso, com 80%, 50% e 2% de disponibilidade de luz a profundidades, de 200 μm, 400 μm e 3000 μm, respectivamente. As diferenças de k e da concentração de clorofila a ao longo dos perfis de sedimento são devido ao tamanho das partículas, provocando assim, uma diferenciação na distribuição vertical das comunidades bênticas. O calibre das partículas de sedimento e k variam de forma inversamente proporcional. Em substrato vazoso, ocorreu uma diminuição de clorofila a à superfície (0-200 μm) no controlo sob luz alta (Cont HL) quando comparado com luz baixa (LL) e sedimentos tratados com um inibidor de motilidade (Lat A HL). Em simultâneo, observou-se um aumento da percentagem relativa de clorofila a na camada de 200-400 μm. Tal situação, não se verificou em Lat A HL devido à presença do inibidor de motilidade, prevenindo a migração. Estes resultados indicam que as diatomácias epipélicas da vasa submetidas a luz forte migram em profundidade – fotoprotecção comportamental – e corrobora a função de Lat A como um inibidor altamente específico de motilidade em diatomácias. Ambas comunidades estudadas activaram mecanismos fisiológicos de fotoprotecção quando sujeitas a luz forte. No substrato vazoso o índice DPS foi superior em Lat A HL quando comparado com LL (estrato 0-200 μm), mas sem diferenças significativas entre Lat A HL e Cont HL. No substrato arenoso o índice DPS foi inferior para LL, intermédio para Cont HL e superior em Lat A HL. Estes resultados indicam diferenças significativas com Cont HL. A interpretação destes resultados sugere que as comunidades pertencentes aos substratos vazoso e arenoso recorrem ao ciclo das xantofilas como mecanismo de fotoprotecção, independentemente da sua capacidade migratória. Na avaliação da influência dos diferentes tratamentos nos vários parâmetros das curvas rápidas de resposta-luz (taxa máxima relativa de transporte de electrões -rETRmax; declive inicial da taxa fotossintética não saturada - α; parâmetro de saturação de luz - Ek) denota-se um efeito significativo dos vários tratamentos, para ambos substratos em rETRmax, α e Ek. A excepção ocorre no substrato arenoso para Ek, onde não existem diferenças significativas. Porém, no substrato vazoso, os valores de rETRmax, α e Ek foram significativamente mais baixos em Lat A HL que em Cont HL enquanto essas diferenças não foram significativas no substrato arenoso. Estes resultados são consequência das diferentes condições de luz na matriz sedimentar dos substratos estudados, e provavelmente devido a diferenças na composição taxonómica. Este trabalho demonstra as diferentes respostas das células às variações de luz no sedimento: i) através de fotoprotecção fisiológica (ciclo das xantofilas) e/ou ii) movimento vertical descendente ao longo do perfil de sedimento, denominado fotoprotecção comportamental. As comunidades epipélicas, por apresentarem capacidade migratória, utilizam tanto a fotoprotecção fisiológica como comportamental, enquanto as comunidades epipsâmicas, sem capacidade migratória, valem-se apenas de fotoprotecção fisiológica. |
|---|---|
| Autores principais: | Ruivo, Michael Philippe Marquês, 1986- |
| Assunto: | Fisiologia vegetal Fitoplâncton Pigmentos Teses de mestrado - 2010 |
| Ano: | 2010 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Lisboa |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Repositório da Universidade de Lisboa |
| Resumo: | As zonas costeiras são regiões de enorme produtividade, demonstrando elevada diversidade de organismos de fitoplâncton e de microfitobentos. A biomassa e produção destes organismos autotróficos são afectadas, entre outros factores, pela disponibilidade de luz e nutrientes. As clorofilas, carotenóides e ficobilinas são os principais tipos de pigmentos fotossintéticos, sendo essenciais à fotossíntese. A cromatografia líquida de alta precisão (HPLC) é uma técnica que permite a análise qualitativa e quantitativa dos vários pigmentos fotossintéticos, disponibilizando informações acerca de biomassa, composição e estado fisiológico das comunidades de fitoplâncton e de microfitobentos. Capítulo 2 Neste capítulo estudaram-se os efeitos das fases de crescimento, exponencial e estacionária, e da irradiância nas concentrações e razões pigmentares em espécies fitoplanctónicas. No estudo do efeito da fase de crescimento foram utilizadas sete espécies, entre elas dois dinoflagelados, Amphidinium carterae e Gymnodinium catenatum, uma clorofícea, Dunaliella salina, uma prasinofícea, Tetraselmis suecica, duas diatomáceas, Cylindrotheca closterium e Phaeodactylum tricornutum, e uma criptofícea, Rhodomonas sp. Após realização das curvas de crescimento, amostraram-se três réplicas em fase exponencial e três réplicas em fase estacionária. No estudo do efeito da irradiância nas concentrações e razões pigmentares usaram-se 3 espécies, A. carterae, C. closterium e T. suecica, submetidas a três níveis de irradiância (Luz Baixa, LL = 10 μmol fotões m-2 s-1; Luz Média, ML, 100 μmol fotões m-2 s-1; Luz Alta, HL, 400 μmol fotões m-2 s-1). Amostraram-se três réplicas em fase exponencial para cada nível de irradiância. A análise e caracterização pigmentar das várias espécies foi efectuada por HPLC. A comparação entre as fases de crescimento exponencial e estacionária demonstrou a existência de diferenças significativas tanto nas concentrações como nas razões pigmentares. As concentrações de pigmentos fotossintéticos por célula (e.g. clorofila a, clorofila b, fucoxantina e neoxantina) foram superiores durante a fase de crescimento exponencial. Tais resultados podem ser consequência da limitação de nutrientes e/ou da idade celular durante a fase estacionária. Por sua vez, obtiveram-se, consistentemente, maiores concentrações de anteraxantina, diatoxantina e zeaxantina durante a fase estacionária, demonstrando que pigmentos tipicamente com função fotoprotectora tendem a aumentar a sua concentração quando as células entram nesta fase, provavelmente devido ao seu envolvimento na prevenção foto-oxidativa das células. Os ratios pigmento/clorofila a, (exceptuando a violaxantina e o β-Caroteno), violaxantina + anteraxantina + zeaxantina (VAZ)/clorofila a e diadinoxantina + diatoxantina (DD + DT)/clorofila a e os índices de de-epoxidação (DPS) foram sistematicamente superiores durante a fase estacionária. Verificaram-se diferenças inter-específicas para espécies pertencentes ao mesmo grupo taxonómico. Em C. closterium a razão fucoxantina/clorofila a não variou significativamente enquanto em P. tricornutum esta razão foi aproximadamente o dobro na fase estacionária. Nos dinoflagelados, a razão peridinina/clorofila a aumentou menos de 25% entre as fases exponencial e estacionária, todavia essas diferenças só foram significativas em A. carterae. O efeito da irradiância foi significativo nas concentrações dos pigmentos de colheita de luz (LHP) e pigmentos fotoprotectores (PP). As maiores concentrações de LHP ocorreram em LL, intermediárias em ML e finalmente mais baixas em HL. Esta diminuição na concentração de LHP com o aumento da intensidade luminosa é devido à fotoaclimatação das células regulada pelo tamanho das antenas fotossintéticas. Pelo contrário, os PP apresentaram maiores concentrações em HL e menores em LL. A de-epoxidação de violaxantina em anteraxantina e zeaxantina e de diadinoxantina em diatoxantina (ciclo das xantofilas), regula o excesso de energia, consequência do aumento da irradiância, através da dissipação de calor, permitindo a protecção do aparelho fotossintético. Genericamente, as razões de pigmentos com função fotossintética, e embebidos nos complexos de colheita de luz, foram constantes nas diferentes irradiâncias, pois tendem a co-variar com a clorofila a. No entanto, as razões de pigmentos com função protectora foram superiores em HL (e.g. luteína e zeaxantina). No capítulo considerado demonstrou-se o efeito significativo da fase de crescimento e da luz nas razões pigmento/clorofila a. Assim sendo, estas variáveis devem ser consideradas na aplicação dos pigmentos fotossintéticos como indicadores quimiotaxonómicos para o estudo de comunidades fitoplanctónicas. Capítulo 3 Os objectivos deste estudo foram direccionados para a comparação da fotoprotecção fisiológica (utilização dos ciclo das xantofilas como forma de dissipação do excesso de energia no aparelho fotossintético) e comportamental (capacidade de migração vertical que permite às microalgas o controlo do nível de irradiância a que estão expostas) entre comunidades epipélicas e epipsâmicas de substrato vazoso e arenoso no estuário do Tejo. Amostraram-se dois locais: um tipicamente constituído por partículas de dimensões inferiores a 63 μm (denominado vasa), e outro com partículas de calibre entre 125 e 1000 μm (referido como areia). Assim sendo, aspectos como fluorescência, atenuação da luz, curvas rápidas de luz, análise e caracterização pigmentar e avaliação da capacidade migratória foram estudados recorrendo a técnicas de fluorescência de Pulso Modulado (PAM) e HPLC. Na comparação entre as comunidades epipélicas e epipsâmicas verificaram-se diferenças nos diversos parâmetros estudados. Na comunidade de substrato vazoso, denotou-se um efeito da profundidade nos perfis de clorofila a e uma diminuição da concentração de clorofila a ao longo do perfil. O coeficiente de atenuação da luz (k) foi elevado, com um decréscimo na disponibilidade da luz para 33%, 7% e 1% da luz incidente à superfície a profundidades de 200, 400 e 600 μm, respectivamente. Na comunidade de substrato arenoso, não se verificaram diferenças significativas nas concentrações de clorofila a, sendo estas constantes ao longo do perfil. O coeficiente de atenuação de luz foi inferior, comparativamente ao valor obtido no substrato vazoso, com 80%, 50% e 2% de disponibilidade de luz a profundidades, de 200 μm, 400 μm e 3000 μm, respectivamente. As diferenças de k e da concentração de clorofila a ao longo dos perfis de sedimento são devido ao tamanho das partículas, provocando assim, uma diferenciação na distribuição vertical das comunidades bênticas. O calibre das partículas de sedimento e k variam de forma inversamente proporcional. Em substrato vazoso, ocorreu uma diminuição de clorofila a à superfície (0-200 μm) no controlo sob luz alta (Cont HL) quando comparado com luz baixa (LL) e sedimentos tratados com um inibidor de motilidade (Lat A HL). Em simultâneo, observou-se um aumento da percentagem relativa de clorofila a na camada de 200-400 μm. Tal situação, não se verificou em Lat A HL devido à presença do inibidor de motilidade, prevenindo a migração. Estes resultados indicam que as diatomácias epipélicas da vasa submetidas a luz forte migram em profundidade – fotoprotecção comportamental – e corrobora a função de Lat A como um inibidor altamente específico de motilidade em diatomácias. Ambas comunidades estudadas activaram mecanismos fisiológicos de fotoprotecção quando sujeitas a luz forte. No substrato vazoso o índice DPS foi superior em Lat A HL quando comparado com LL (estrato 0-200 μm), mas sem diferenças significativas entre Lat A HL e Cont HL. No substrato arenoso o índice DPS foi inferior para LL, intermédio para Cont HL e superior em Lat A HL. Estes resultados indicam diferenças significativas com Cont HL. A interpretação destes resultados sugere que as comunidades pertencentes aos substratos vazoso e arenoso recorrem ao ciclo das xantofilas como mecanismo de fotoprotecção, independentemente da sua capacidade migratória. Na avaliação da influência dos diferentes tratamentos nos vários parâmetros das curvas rápidas de resposta-luz (taxa máxima relativa de transporte de electrões -rETRmax; declive inicial da taxa fotossintética não saturada - α; parâmetro de saturação de luz - Ek) denota-se um efeito significativo dos vários tratamentos, para ambos substratos em rETRmax, α e Ek. A excepção ocorre no substrato arenoso para Ek, onde não existem diferenças significativas. Porém, no substrato vazoso, os valores de rETRmax, α e Ek foram significativamente mais baixos em Lat A HL que em Cont HL enquanto essas diferenças não foram significativas no substrato arenoso. Estes resultados são consequência das diferentes condições de luz na matriz sedimentar dos substratos estudados, e provavelmente devido a diferenças na composição taxonómica. Este trabalho demonstra as diferentes respostas das células às variações de luz no sedimento: i) através de fotoprotecção fisiológica (ciclo das xantofilas) e/ou ii) movimento vertical descendente ao longo do perfil de sedimento, denominado fotoprotecção comportamental. As comunidades epipélicas, por apresentarem capacidade migratória, utilizam tanto a fotoprotecção fisiológica como comportamental, enquanto as comunidades epipsâmicas, sem capacidade migratória, valem-se apenas de fotoprotecção fisiológica. |
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