Sensitivity of salad greens (Lactuca sativa L. and Eruca sativa Mill.) exposed to crude extracts of toxic and non-toxic cyanobacteria / Sensibilidade de hortaliças (Lactuca sativa L. e Eruca sativa Mill.) à exposição de extratos brutos de cianobactéria tóxica e não tóxica

We evaluated the effect of crude extracts of the microcystin-producing (MC+) cyanobacteria Microcystis aeruginosa on seed germination and initial development of lettuce and arugula, at concentrations between 0.5 μg.L–1 and 100 μg.L–1 of MC-LR equivalent, and compared it to crude extracts of the same species without the toxin (MC–). Crude extracts of the cyanobacteria with MC (+) and without MC (–) caused different effects on seed germination and initial development of the salad green seedlings, lettuce being more sensitive to both extracts when compared to arugula. Crude extracts of M. aeruginosa (MC+) caused more evident effects on seed germination and initial development of both species of salad greens than MC–. Concentrations of 75 μg.L–1 and 100 μg.L–1 of MC–LR equivalent induced a greater occurrence of abnormal seedlings in lettuce, due to necrosis of the radicle and shortening of this organ in normal seedlings, as well as the reduction in total chlorophyll content and increase in the activity of the antioxidant enzyme peroxidase (POD). The MC– extract caused no harmful effects to seed germination and initial development of seedlings of arugula. However, in lettuce, it caused elevation of POD enzyme activity, decrease in seed germination at concentrations of 75 μg.L–1 (MC-75) and 100 μg.L–1 (MC-100), and shortening of the radicle length, suggesting that other compounds present in the cyanobacteria extracts contributed to this result. Crude extracts of M. aeruginosa (MC–) may contain other compounds, besides the cyanotoxins, capable of causing inhibitory or stimulatory effects on seed germination and initial development of salad green seedlings. Arugula was more sensitive to the crude extracts of M. aeruginosa (MC+) and (MC–) and to other possible compounds produced by the cyanobacteria.

Analisamos os efeitos de extratos brutos da cianobactéria M. aeruginosa, produtora de microcistinas (MC+), na germinação de sementes e no desenvolvimento de plântulas de alface e rúcula, em concentrações de 0,5 a 100 μg.L–1de MC–LR equivalente e comparamos com extrato brutos da mesma espécie sem a toxina (MC–). Extratos brutos de cianobactérias com MC (+) e sem MC (–) causaram efeitos diferentes na germinação de sementes e desenvolvimento de plântulas de hortaliças, sendo que a alface apresentou maior sensibilidade a ambos os extratos comparando-se com a rúcula. Extratos brutos de M. aeruginosa (MC+) causaram efeitos mais evidentes sobre a germinação de sementes e desenvolvimento de plântulas de hortaliças do que os (MC–). Concentrações de 75 e 100 μg.L–1 de MC–LR equivalente induziram maior ocorrência de plântulas anormais na alface devido ao aparecimento de necrose na radícula e seu encurtamento nas plântulas normais, bem como a redução no teor de clorofila total e aumento na atividade da enzima antioxidante peroxidase (POD). O extrato (MC–) não provocou efeitos inibitórios na germinação de sementes e desenvolvimento de plântulas para a rúcula, no entanto, provocou elevação da atividade da enzima POD, redução na germinação de sementes nas concentrações de 75 e 100 μg.L–1, e no comprimento da radícula na alface, sugerindo a ação de outros compostos presentes nos extratos da cianobactéria. Extratos brutos de M. aeruginosa (MC–) podem conter outros compostos além de cianotoxinas capazes de provocar efeitos inibitórios ou estimulatórios na germinação de sementes e no desenvolvimento de plântulas de hortaliças. A rúcula apresentou menor sensibilidade aos extratos brutos de M. aeruginosa (MC+) e (MC–) e outros possíveis compostos produzidos por estas cianobactérias.

Phytotoxicity associated to microcystins: a review / Fitotocixidade associada às microcistinas: uma revisão

Microcystins (MC) are the most studied toxins of cyanobacteria since they are widely distributed and account for several cases of human and animal poisoning, being potent inhibitors of the serine/threonine protein phosphatases 1 (PP1) and 2A (PP2A). The phosphatases PP1 and PP2A are also present in plants, which may also suffer adverse effects due to the inhibition of these enzymes. In aquatic plants, biomass reduction is usually observed after absorption of cyanotoxins, which can bioaccumulate in its tissues. In terrestrial plants, the effects caused by microcystins vary from inhibition to stimulation as the individuals develop from seedling to adult, and include reduction of protein phosphatases 1 and 2A, oxidative stress, decreased photosynthetic activity and even cell apoptosis, as well as bioaccumulation in plant tissues. Thus, the irrigation of crop plants by water contaminated with microcystins is not only an economic problem but becomes a public health issue because of the possibility of food contamination, and this route of exposure requires careful monitoring by the responsible authorities.

Microcistinas (MC) são as toxinas de cianobactérias mais estudadas, uma vez que são amplamente distribuídas e responsáveis por vários casos de intoxicação humana e animal. São potentes inibidoras das proteínas fosfatases serina/treonina 1 (PP1) e 2A (PP2A). As fosfatases PP1 e PP2A também estão presentes em plantas, as quais podem sofrer efeitos adversos devido à inibição dessas enzimas. Em plantas aquáticas, a redução da biomassa é geralmente observada após absorção de cianotoxinas que podem bioacumular em seus tecidos. Em plantas terrestres, os efeitos causados pelas microcistinas variam de inibição ao estímulo, como no desenvolvimento de plântulas ao estádio adulto, e incluem a redução de proteínas fosfatases 1 e 2A, estresse oxidativo, diminuição da atividade fotossintética e até mesmo apoptose celular, bem como a bioacumulação em tecidos de plantas. Assim, a irrigação de plantas cultivadas com água contaminada com microcistina não é apenas um problema econômico, mas torna-se um problema de saúde pública, devido à possibilidade de contaminação dos alimento, sendo uma via de exposição que requer um monitoramento cuidadoso por parte das autoridades responsáveis.

Effects of light intensity and temperature on Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria) with straight and coiled trichomes: growth rate and morphology / Efeitos da intensidade luminosa e temperatura em Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria) com tricomas retos e espiralados: taxa de crescimento e morfologia

Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju (Ordem Nostocales) is one of the most troublesome bloom-forming species in Brazil. Understanding the population dynamics of the different morphotypes of C. raciborskii (straight and coiled) could assist in the prediction of favourable conditions for the proliferation of this potentially toxin-producing species. The aim of the present study was to assess the effects of two different light intensities and temperatures on the growth rate and morphology of the trichomes of the straight and coiled morphotypes. For such, two non-toxin producing strains of C. raciborskii were used - one with a coiled trichome (ITEP31) and another with a straight trichome (ITEP28). The strains were cultured in BG-11 medium in a climatic chamber under controlled conditions. Two light intensities (30 and 90 µmol.m-2.s-1 ) were combined at temperatures of 21 and 31 °C and the growth rate and morphological changes were analysed. The morphotypes responded differently to the different temperatures and light intensities. Both strains exhibited faster growth velocities when submitted to higher light intensity and temperature. The lower temperature and higher luminosity hampered the development of both strains. Variations in cellular morphology and an absence of akinetes in both strains were related to the lower temperature (21 °C). The coiled morphotype demonstrated considerable phenotype plasticity, changing the morphology of trichome throughout its growth curve. Although molecular analysis does not sustain the separation of the morphotypes as distinct species, their different eco-physiological responses should be considered further knowledge of extreme importance for the population control of these potentially toxic organisms.

Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya et Subba Raju (Ordem Nostocales) é uma das espécies formadoras de florações mais prejudiciais no Brasil. Entender a dinâmica populacional dos diferentes morfotipos de C. raciborskii (reto e espiralado) pode auxiliar a previsão de condições favoráveis à proliferação e ao estabelecimento dessa espécie potencialmente produtora de saxitoxinas e cilindrospermopsina. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos de duas diferentes intensidades luminosas e temperaturas na velocidade de crescimento e na morfologia dos tricomas de morfotipos reto e espiralado. Para tanto, foram utilizadas duas linhagens de C. raciborskii, não produtoras de toxinas, sendo uma com tricoma espiralado (ITEP31) e outra com tricoma reto (ITEP28), cultivadas em câmaras climáticas sob condições controladas em meio BG-11. Duas intensidades luminosas, 30 e 90 µmol.m-2.s-1 , foram combinadas com temperaturas de 21 e 31 °C e avaliadas as velocidades de crescimento e modificações morfológicas. Os morfotipos responderam de maneiras diferentes às temperaturas e intensidades luminosas. As linhagens investigadas, independentemente do morfotipo, apresentaram maiores velocidades de crescimento em intensidade luminosa e temperatura altas. A condição de temperatura baixa e intensidade luminosa alta prejudicaram o desenvolvimento de ambas as linhagens. Variações na morfometria celular, bem como a ausência de acinetos para ambas as linhagens, estiveram relacionadas às condições de temperatura baixa (21 °C). O morfotipo espiralado apresentou grande plasticidade fenotípica, alterando a morfologia do tricoma ao longo de sua curva de crescimento. Apesar de a análise com ferramentas moleculares não sustentar a separação dos morfotipos em espécies distintas, devem-se considerar as diferentes respostas ecofisiológicas entre os mesmos como conhecimento de extrema importância no controle populacional desses organismos potencialmente tóxicos.