Validação de método analítico por extração líquido-líquido e análise por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas para detecção de ácidos haloacéticos em amostras ambientais / Validity of the analytical method of LLE-GC-MS for the detection of haloacetics acids in environmental samples

RESUMO O estudo teve como objetivo o desenvolvimento e a validação de um método analítico para detecção e quantificação de ácidos haloacéticos por meio da extração líquido-líquido e da análise por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. Para a validação, consideraram-se parâmetros como linearidade, precisão, limites de detecção e quantificação e seletividade. Adicionalmente, aplicou-se o método para avaliar a formação de ácidos haloacéticos em ensaios de cloração de células de Cylindrospermopsis raciborskii com o oxidante hipoclorito de cálcio, simulando situações em estações de tratamento de água. O método apresentou baixo tempo de análise, excelente seletividade, precisão, repetitividade e sensibilidade, com possibilidade de aplicação para análises de rotina em substituição à cromatografia a gás por captura de elétrons. Observou-se a formação de ácidos haloacéticos durante os ensaios com doses de 2,5 e 5,0 mg.L-1 do oxidante, com destaque para os ácidos dicloroacético e tricloroacético.

ABSTRACT The objective of the study was to develop and validate an analytical method for the detection and quantification of haloacetic acids through liquid-liquid extraction and gas chromatography-mass spectrometry analysis. For validation, parameters such as linearity, precision, detection and quantification limits, and selectivity were considered. Additionally, the method was applied to evaluate the formation of haloacetic acids in in Cylindrospermopsis raciborskii cell chlorination assays with the calcium hypochlorite oxidant, simulating full scale situations in water treatment plants. The method presented low analysis time, excellent selectivity, precision, repeatability, and sensitivity, with possibility of application for routine analysis in substitution gas chromatography by electron capture. The formation of haloacetic acids was observed during the tests with 2.5 and 5.0 mg.L-1 doses of the oxidant, with emphasis on dichloroacetic and trichloroacetic acids.

Planktonic production and respiration in a subtropical lake dominated by Cyanobacteria / Produção e respiração planctônicas em uma lagoa subtropical dominada por cianobactérias

Planktonic primary production and respiration rates were estimated in a subtropical coastal lake dominated by Cyanobacteria in order to investigate the temporal and vertical variation in this lake and to evaluate its relationships with limnological variables and phytoplankton. Light and dark bottles were incubated at four different depths in the central part of the lake and were performed bimonthly from June/2009 to December/2010. No significant difference was evident among depths in relation to phytoplankton, limnological variables and metabolic rates. However, the highest production rates were recorded at the surface, and decreased towards the bottom, coupled with phytoplanktonic photosynthetic capacity. Wind induced mixing in Peri Lake played an important role in nutrient and phytoplankton redistribution, characterizing this lake as polymictic. According to density and biovolume, the phytoplankton community was dominated by filamentous Cyanobacteria, especially Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya and Subba-Raju. This study has shown that both water temperature and nutrient availability drive phytoplankton growth and consequently the temporal variation in metabolic rates, where respiration is higher than primary production.

As taxas de produção primária e respiração planctônicas foram estimadas em um lago costeiro subtropical dominado por cianobactérias, com o objetivo de investigar a variação temporal e vertical nesta lagoa e avaliar suas relações com as variáveis limnológicas e os grupos fitoplanctônicos. Garrafas claras e escuras foram incubadas em quatro diferentes profundidades na parte central da lagoa e foram realizadas bimensalmente de junho/2009 a dezembro/2010. Nenhuma diferença significativa foi encontrada entre as profundidades amostradas, em relação ao fitoplâncton, variáveis limnológicas e taxas metabólicas. No entanto, as maiores taxas de produção foram registradas na superfície, diminuindo com o aumento da profundidade, juntamente com a capacidade fotossintética do fitoplâncton. A ação do vento na lagoa do Peri promoveu a homogeneidade de nutrientes e do fitoplâncton na coluna d’água, caracterizando-o como polimítico. De acordo com a densidade e biovolume, a comunidade fitoplanctônica foi dominada por cianobactérias filamentosas, especialmente Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya and Subba-Raju. Este estudo demonstrou que a temperatura da água combinada com a disponibilidade de nutrientes influencia a comunidade fitoplanctônica, determinando a variação temporal das taxas metabólicas, onde a respiração é maior que a produção primária.

Efeito do herbicida glifosato sobre o crescimento e produção de metabólitos secundários em Microcystis aeruginosa e Cylindrospermopsis raciborskii / The effect of herbicide glyphosate on the growth and of secondary metabolites production in Microcystis aeruginosa and Cylindrospermopsis raciborskii

ianobactérias, conhecidas por sua habilidade de sintetizar metabólitos com ação tóxica, podem se tornar dominantes em águas com altas concentrações de nitrogênio e fósforo. Embora a toxicidade do glifosato, o herbicida mais usado no mundo, em alguns organismos aquáticos seja conhecida, poucos estudos abordam o efeito desse composto sobre a produção de metabólitos secundários por cianobactérias. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de diferentes concentrações de glifosato (produto técnico) sobre o crescimento e produção de cianotoxinas e microgininas pelas cepas brasileiras Microcystis aeruginosa LTPNA 08 e Cylindrospermopsis raciborskii CENA 302. Na presença de 15 mg/L de glifosato, o crescimento e a produção de toxinas pela M. aeruginosa foram reduzidos e de microgininas significativamente aumentada. Já a C. raciborskii, quando exposta à 20 mg/L de glifosato teve seu crescimento e síntese de clorofila-a, carotenoides e saxitoxinas aumentados. Concentrações superiores a 20 e 30 mg/L impediram o crescimento celular das cepas LTPNA 08 e CENA 302, respectivamente. A análise de ácidos graxos mostrou perfis bastante distintos entre as cepas. Na cepa LTPNA 08, enquanto que na presença de 10 mg/L de glifosato ocorreu diminuição do teor do ácido linoleico, o ácido estearidônico foi aumentado. Nenhuma das concentrações testadas promoveu alteração sobre o perfil de ácidos graxos da cepa CENA 302. A toxicidade de 5 produtos formulados a base de glifosato foi comparada ao produto técnico em ambas as linhagens-teste. Observou-se uma resistência distinta entre as cepas e toxicidade também variável entre as formulações comerciais. Sendo assim, diante da elevada resistência das cianobactérias M. aeruginosa e C. raciborskii ao glifosato, e considerando-se a elevada interferência antrópica através das práticas agrícolas, pode-se inferir que o uso excessivo e frequente desse herbicida é capaz de estimular o crescimento e dominância desses organismos, podendo modificar a estrutura e funcionalidade de ecossistemas aquáticos

Cyanobacteria, known for their ability to synthesize toxic metabolites, can become dominant in water bodies with high concentrations of nitrogen and phosphorus. Although the toxicity of glyphosate, the most widely used herbicide in the world, in some aquatic organisms is well known, few studies address the effect of this compound on the production of secondary metabolites by cyanobacteria. The aim of this study was to evaluate the influence of different concentrations the herbicide glyphosate (technical grade) on growth and production of cyanotoxins and microginins by Brazilian strains of Microcystis aeruginosa LTPNA 08 and Cylindrospermopsis raciborskii CENA 302. In the presence of 15 mg/L of glyphosate, growth and toxin production by M. aeruginosa were reduced and microginins cell quota significantly increased. The C. raciborskii strain, when exposed to 20 mg/L of glyphosate, had the growth, and chlorophyll-a, carotenoids and saxitoxins production increased. Concentrations above 20 and 30 mg/L prevented cell growth of LTPNA 08 and CENA 302 strains, respectively. Fatty acid analysis showed distinct profiles among the strains. When exposed to 10 mg/L of glyphosate, a decrease in the linoleic acid and increase in stearidonic acid content were observed in M. aeruginosa LTPNA 08 strain. None of the tested concentrations of glyphosate promoted change on the fatty acid profile of CENA 302 strain. The toxicity of 5 glyphosate formulated products was compared to technical product to both strains. There was a distinct resistance among strains and also a variable toxicity among formulated products. Thus, given the high glyphosate resistance of M. aeruginosa and C. raciborskii cyanobacteria, and considering the high anthropogenic interference through agri cultural practices, it can be inferred that excessive and frequent use of this herbicide is able to stimulate growth and dominance of these organisms, which may modify the structure and function of aquatic ecosystems

Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria, Nostocales) productora de microcistinas en Corrientes, Argentina / Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria, Nostocales) producing microcystins in Corrientes, Argentina

Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszyn´ ska) Seenayya et Subba Raju 1972 es una especie capaz de generar diversas toxinas que impactan negativamente sobre la calidad del agua destinada al consumo humano así como a otros usos de la misma. Cepas del hemisferio norte producen la hepatotoxina cilindrospermopsina, mientras que las sudamericanas generan las toxinas neurotóxicas saxitoxinas. No se ha reportado hasta el momento la producción de microcistinas por parte de esta especie El objetivo del presente estudio fue analizar la presencia de microcistinas en el agua del Arroyo Yatay en Corrientes, Argentina, y de cilindrospermopsina, saxitoxinas y microcistinas en cepas de C. raciborskii aisladas del mismo, mediante el ensayo por Inmuno Absorción Ligado a Enzimas (ELISA). Los resultados dieron negativos para microcistinas en el agua cruda, así como de cilindrospermopsina y saxitoxinas en el cultivo algal. Sin embargo, en el agua del cultivo se detectaron concentraciones de 2,34-2,50 µg. L-1 de microcistina-LR, confirmándose posteriormente su presencia mediante su análisis por Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC). En estudios posteriores se deberán realizar análisis moleculares a los fines de establecer la caracterización genética de la cepa en estudio e investigar su relación filogenética con otras cepas provenientes de diversos ambientes a nivel mundial.

Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszyn´ ska) Seenayya et SubbaRaju 1972 is a species capable of generating toxins that negatively impact on drinking water quality as well as other water uses. Northern strains can produce the hepatotoxin cylindrospermopsin, while southern strains can produce the neurotoxin saxitoxins. Microcystins production by this species has not been reported to date.The aim of this study was to analyze the presence of microcystins in raw water of Steam Yatay in Corrientes, Argentina, and cylindrospermopsin, saxitoxins and microcystins in strains of C. raciborskii isolated from that stream, by means of Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA).Results were negative for microcystins in raw water, as well as for cylindrospermopsin and saxitoxins in algal culture. Microcystins were detected in algal culture by ELISA test, at concentrations of 2.34-2.50 µg. L-1 of microcystin-LR, and subsequent confirmation by means of High Performance Liquid Chromatography (HPLC). Molecular studies should be carried out in the future to establish the genetic characterization of the strain under study and investigate their phylogenetic relationship with other strains from diverse environments.

The inhibitory effect of calcium on Cylindrospermopsis raciborskii (cyanobacteria) metabolism

Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenaya & Subba Raju is a freshwater cyanobacterium of worldwide distribution. In the North-eastern region of Brazil many eutrophic water reservoirs are characterized by the dominance of C. raciborskii, with recurrent occurrence of blooms. These water bodies have high conductivity due to a high ionic concentration, and are defined as hard (with high values of CaCO3). In this study, we investigated the long-term effect (12 days) of high calcium concentration (8 mM Ca2+) on C. raciborskii (T3 strain) growth, morphology, toxin content, and metabolism. Changes in protein expression profiles were investigated by proteomic analysis using 2D gel electrophoresis and mass spectrometry. A continued exposure to calcium had a pronounced effect on C. raciborskii (T3): it limited growth, decreased thricome length, increased chlorophyll-a content, altered toxin profile (although did not affect PST content, saxitoxin + neosaxitoxin), and inhibited the expression of proteins related to primary metabolism.

Phytoplankton abundance, dominance and coexistence in an eutrophic reservoir in the state of Pernambuco, Northeast Brazil

The present study reports the phytoplankton abundance, dominance and co-existence relationships in the eutrophic Carpina reservoir, Pernambuco, Brazil. Sampling was carried out at six different depths bimonthly at a single reservoir spanning two climatic periods: dry season (January, September, and November 2006) and rainy season (March, May, and July 2006). Density, abundance, dominance, specific diversity and equitability of the community were determined, along with chlorophyll a, and physical and chemical variables of the environment. Eight species were considered abundant, and their densities corresponded to more than 90 percent of the total phytoplankton community quantified. Cyanobacteria represented more than 80 percent of this density. Cylindrospermopsis raciborskii was the only dominant taxon in the dry season, and was co-dominant in the rainy season. C. raciborskii, Planktothrix agardhii and Geitlerinema amphibium had the greatest densities and lowest vertical variation coefficients. The statistical analysis indicated relationships with vertical and seasonal variations in the phytoplankton community and the following variables: total dissolved solids, water temperature, electrical conductivity and pH. The changes in the environmental variables were discrete and regulated by the establishment of precipitation however, they were able to promote vertical and seasonal instability in the structure of the phytoplankton community.

O presente estudo remete às relações de abundância, dominância e co-existência fitoplanctônica no reservatório eutrófico de Carpina, Pernambuco, Brasil. Foram realizadas amostragens bimensalmente, em seis profundidades, em um único ponto do reservatório, contemplando dois períodos sazonais: seco (janeiro, setembro e novembro/2006) e chuvoso (março, maio e julho/2006). A densidade, abundância, dominância, diversidade específica e equitabilidade foram determinadas, além da clorofila a e algumas variáveis físicas e químicas do ambiente. Oito táxons foram considerados abundantes e suas densidades corresponderam a mais de 90 por cento do fitoplâncton total quantificado. As cianobactérias representaram mais de 80 por cento desta densidade. Cylindrospermopsis raciborskii foi o único táxon dominante durante o período seco e co-dominante no chuvoso. C. raciborskii, Planktothrix agardhii e Geitlerinema amphibium destacaram-se com as maiores densidades e os menores coeficientes de variação vertical. As análises estatísticas indicaram relação entre as alterações verticais e sazonais da comunidade fitoplanctônica e seguintes variáveis: sólidos totais dissolvidos, temperatura da água, condutividade elétrica e pH. As alterações observadas para as variáveis ambientais foram discretas e reguladas pelo estabelecimento das precipitações, no entanto foram capazes de promover instabilidade vertical e sazonal na estrutura da comunidade fitoplanctônica.

Cyanobacterial blooms in stratified and destratified eutrophic reservoirs in semi-arid region of Brazil

This study investigated the dynamics of cyanobacteria in two deep, eutrophic reservoirs in a semi-arid region of Brazil during periods of stratification and destratification. Four collections were carried out at each reservoir at two depths at three-month intervals. The following abiotic variables were analyzed: water temperature, dissolved oxygen, pH, turbidity, water transparency, total phosphorus, total dissolved phosphorus, orthophosphate and total nitrogen. Phytoplankton density was quantified for the determination of the biomass of cyanobacteria. The data were analyzed using CCA. Higher mean phytoplankton biomass values (29.8 mm³.L-1) occurred in the period of thermal stratification. A greater similarity in the phytoplankton communities also occurred in this period and was related to the development of cyanobacteria, mainly Cylindrospermopsis raciborskii (>3.9 mm³.L-1). During the period of thermal destratification, this species co-dominated the environment with Planktothrix agardhii, Geitlerinema amphibium, Microcystis aeruginosa and Merismopedia tenuissima, as well as with diatoms and phytoflagellates. Environmental instability and competition among algae hindered the establishment of blooms more during the mixture period than during the stratification period. Thermal changes in the water column caused by climatologic events altered other physiochemical conditions of the water, leading to changes in the composition and biomass of the cyanobacterial community in tropical reservoirs.

Este estudo investigou a dinâmica das cianobactérias em dois reservatórios eutróficos e profundos localizados na região semi-árida do Brasil durante períodos de estratificação e desestratificação térmica. Quatro coletas foram feitas em cada reservatório em duas profundidades em intervalo de três meses. As variáveis abióticas analisadas foram: temperatura da água, oxigênio dissolvido, pH, turbidez, transparência da água, fósforo total, fósforo total dissolvido, ortofosfato e nitrogênio total. A densidade do fitoplâncton foi quantificada para a determinação da biomassa de cianobactérias. Os dados foram analisados usando ACC. Elevados valores médios de biomassa fitoplanctônica (29,8 mm³.L-1) ocorreram no período de estratificação. A maior similaridade das comunidades fitoplanctônicas também ocorreu neste período e foi relacionada ao desenvolvimento de cianobactérias, principalmente Cylindrospermopsis raciborskii (>3,9 mm³ .L-1). Durante o período de desestratificação térmica, esta espécie co-dominou o ambiente com Planktothrix agardhii, Geitlerinema amphibium, Microcystis aeruginosa e Merismopedia tenuissima, bem como com diatomáceas e fitoflagelados. Instabilidade ambiental e competição entre as algas dificultaram o estabelecimento de blooms durante o período de mistura quando comparado com o período de estratificação. Modificações na condição térmica da coluna d'água, causadas por eventos climatológicos, alteraram as demais condições fisicoquímicas da água e ocasionaram mudanças na composição e biomassa da comunidade de cianobactérias em reservatórios tropicais.