Aquaculture biological waste as culture medium to cultivation of Ankistrodesmus gracilis (Reinsch) Korshikov / Resíduos biológicos de aquicultura como meio de cultura para o cultivo de Ankistrodesmus gracilis (Reinsch) Korshikov

Abstract Current study investigated the effectiveness of different macrophytes as culture media for Ankistrodesmus gracilis in laboratory conditions. Significant difference (p < 0.05) was reported in cell density with regard to conventional culture medium (CHU12) and macrophytes culture media. Mean cell density in NPK, Eichhornia crassipes and E. azurea media was higher (p < 0.05) than in conventional culture medium. Chlorophyll-a was higher than 1 g.L-1, except in CHU12 (0.7 ± 0.4 g.L-1) and T. domingensis (0.8 ± 0.3 g.L-1) media. Nitrate decreased sharply as from the 7th-day of the experiment. Ammonium and total phosphorus were highest in culture media and ranged between 0.4 g.L-1 (P. cordata medium) and 1.7 g.L-1 (CHU12 medium) for ammonium, and between 0.8 g.L-1 (CHU12 medium) and 1.9 g.L-1 (T. domingensis medium) for total phosphorus. Results revealed inorganic fertilizer and macrophytes combined with vitamins may be effective as culture media and strongly supports the growth of Ankistrodesmus gracilis, since cell density and biochemical composition are similar to or higher than conventional culture medium (CHU12). Macrophyte is a tool for aquaculture since biological wastes may be used with nutrients to improve the cultivation of microalgae.

Resumo O presente estudo investigou a eficácia na utilização de diferentes macrófitas como meio de cultura para Ankistrodesmus gracilis em condições laboratoriais. Foi observada diferença significativa (p < 0,05) entre a densidade celular em relação aos meios de cultura convencional (CHU12) e de macrófitas. Os meios de cultura com Eichhornia crassipes, E. azurea e NPK apresentaram densidade celular maiores (p < 0,05) que o meio de cultura convencional. Os teores de clorofila-a foram superiores a 1 g.L-1, exceto nos meios de cultura CHU12 (0.7 ± 0.4 g.L-1) e de T. domingensis (0.7 ± 0.3 g.L-1). O nitrato diminuiu acentuadamente a partir do 7º dia de experimento. Dentre os nutrientes, amônia e o fósforo total foram os mais elevados nos meios de cultura, variando entre 0.4 g.L-1 (meio de P. cordata) a 1,7 g.L-1 (meio CHU12) para amônia e, entre 0.8 g.L-1 (meio CHU12) e 1,9 gL-1 (meio de T. domingensis) para o fósforo total. Os resultados do presente estudo mostraram que o uso de fertilizantes inorgânicos e macrófitas, combinados com vitaminas, pode ser eficaz como meio de cultura no crescimento de Ankistrodesmus gracilis, uma vez que a densidade celular e a composição bioquímica foram semelhantes ou superiores ao meio de cultura convencional (CHU12). As macrófitas são ferramentas a serem adotadas na aquicultura, desde que os resíduos biológicos podem ser usados como nutrientes para melhorar o cultivo de microalgas.

Accumulation of copper by the aquatic macrophyte Salvinia biloba Raddi (Salviniaceae) / Acumulação de cobre pela macrófita aquática Salvinia biloba Raddi (Salviniaceae)

Abstract Aquatic macrophytes have properties and mechanisms which are useful for the removal of substances in solution, commonly used in phytoremediation processes in aquatic environments. This study evaluated the performance of copper (Cu) accumulation by Salvinia biloba Raddi (Salviniaceae) in different metal concentrations (1, 3 and 5 µg mL-1), as well as the control treatment, measured at intervals of 0, 7 and 14 days under laboratory conditions, with control as to pH and luminosity. After the experiment, the S. biloba biomass was washed, kiln dried, crushed and subjected to the process of digestion, and subsequently the accumulated copper content was determined by atomic absorption spectroscopy. The results showed that S. biloba is apt at accumulating copper, varying significantly between different treatments and days of exposure to the contaminant, as well as its interaction (treatment × days). The highest accumulation values were observed in treatment with 5 µg mL-1, which at 14 days, with 11,861 µg g-1 of copper. We observed symptoms of toxicity and mortality in plants, probably indicating the effect of copper on the species when at high levels. Salvinia biloba is an efficient species in the removal of copper in solution, its recommendation as a remediating agent in aquatic ecosystems being possible.

Resumo Macrófitas aquáticas apresentam propriedades e mecanismos úteis à remoção de substâncias presentes em solução, comumente, utilizadas em processos de fitorremediação de ambientes aquáticos. Este estudo avaliou o desempenho de acumulação de cobre (Cu) por Salvinia biloba Raddi (Salviniaceae) em diferentes concentrações do metal (1, 3 e 5 µg mL-1), além do tratamento controle, avaliados em intervalos de 0, 7 e 14 dias, sob condições laboratoriais, com controle de pH e luminosidade. Após o experimento a biomassa de S. biloba, foi lavada, seca em estufa, triturada e submetida ao processo de digestão, sendo, posteriormente, o teor de cobre acumulado determinado por espectroscopia de absorção atômica. Os resultados evidenciaram que S. biloba é hábil em acumular cobre em sua biomassa, variando significativamente entre os diferentes tratamentos e dias de exposição ao contaminante, bem como por sua interação (tratamentos × dias). Os maiores teores de acúmulo foram observados no tratamento com 5 µg mL-1, que aos 14 dias apresentou até 11.861 µg g-1 de Cu. Observamos sintomas de toxicidade e mortalidade nas plantas, evidenciando, provavelmente, o efeito do cobre sobre a espécie quando em elevados níveis. Salvinia biloba é uma espécie eficiente na remoção do cobre em solução, sendo possível sua recomendação como agente de remediação em ecossistemas aquáticos.

Accumulation of copper by the aquatic macrophyte Salvinia biloba Raddi (Salviniaceae)

Abstract Aquatic macrophytes have properties and mechanisms which are useful for the removal of substances in solution, commonly used in phytoremediation processes in aquatic environments. This study evaluated the performance of copper (Cu) accumulation by Salvinia biloba Raddi (Salviniaceae) in different metal concentrations (1, 3 and 5 µg mL-1), as well as the control treatment, measured at intervals of 0, 7 and 14 days under laboratory conditions, with control as to pH and luminosity. After the experiment, the S. biloba biomass was washed, kiln dried, crushed and subjected to the process of digestion, and subsequently the accumulated copper content was determined by atomic absorption spectroscopy. The results showed that S. biloba is apt at accumulating copper, varying significantly between different treatments and days of exposure to the contaminant, as well as its interaction (treatment × days). The highest accumulation values were observed in treatment with 5 µg mL-1, which at 14 days, with 11,861 µg g-1 of copper. We observed symptoms of toxicity and mortality in plants, probably indicating the effect of copper on the species when at high levels. Salvinia biloba is an efficient species in the removal of copper in solution, its recommendation as a remediating agent in aquatic ecosystems being possible.

Resumo Macrófitas aquáticas apresentam propriedades e mecanismos úteis à remoção de substâncias presentes em solução, comumente, utilizadas em processos de fitorremediação de ambientes aquáticos. Este estudo avaliou o desempenho de acumulação de cobre (Cu) por Salvinia biloba Raddi (Salviniaceae) em diferentes concentrações do metal (1, 3 e 5 µg mL-1), além do tratamento controle, avaliados em intervalos de 0, 7 e 14 dias, sob condições laboratoriais, com controle de pH e luminosidade. Após o experimento a biomassa de S. biloba, foi lavada, seca em estufa, triturada e submetida ao processo de digestão, sendo, posteriormente, o teor de cobre acumulado determinado por espectroscopia de absorção atômica. Os resultados evidenciaram que S. biloba é hábil em acumular cobre em sua biomassa, variando significativamente entre os diferentes tratamentos e dias de exposição ao contaminante, bem como por sua interação (tratamentos × dias). Os maiores teores de acúmulo foram observados no tratamento com 5 µg mL-1, que aos 14 dias apresentou até 11.861 µg g-1 de Cu. Observamos sintomas de toxicidade e mortalidade nas plantas, evidenciando, provavelmente, o efeito do cobre sobre a espécie quando em elevados níveis. Salvinia biloba é uma espécie eficiente na remoção do cobre em solução, sendo possível sua recomendação como agente de remediação em ecossistemas aquáticos.

Aquaculture biological waste as culture medium to cultivation of Ankistrodesmus gracilis (Reinsch) Korshikov

Abstract Current study investigated the effectiveness of different macrophytes as culture media for Ankistrodesmus gracilis in laboratory conditions. Significant difference (p 0.05) was reported in cell density with regard to conventional culture medium (CHU12) and macrophytes culture media. Mean cell density in NPK, Eichhornia crassipes and E. azurea media was higher (p 0.05) than in conventional culture medium. Chlorophyll-a was higher than 1 g.L-1, except in CHU12 (0.7 ± 0.4 g.L-1) and T. domingensis (0.8 ± 0.3 g.L-1) media. Nitrate decreased sharply as from the 7th-day of the experiment. Ammonium and total phosphorus were highest in culture media and ranged between 0.4 g.L-1 (P. cordata medium) and 1.7 g.L-1 (CHU12 medium) for ammonium, and between 0.8 g.L-1 (CHU12 medium) and 1.9 g.L-1 (T. domingensis medium) for total phosphorus. Results revealed inorganic fertilizer and macrophytes combined with vitamins may be effective as culture media and strongly supports the growth of Ankistrodesmus gracilis, since cell density and biochemical composition are similar to or higher than conventional culture medium (CHU12). Macrophyte is a tool for aquaculture since biological wastes may be used with nutrients to improve the cultivation of microalgae.

Resumo O presente estudo investigou a eficácia na utilização de diferentes macrófitas como meio de cultura para Ankistrodesmus gracilis em condições laboratoriais. Foi observada diferença significativa (p 0,05) entre a densidade celular em relação aos meios de cultura convencional (CHU12) e de macrófitas. Os meios de cultura com Eichhornia crassipes, E. azurea e NPK apresentaram densidade celular maiores (p 0,05) que o meio de cultura convencional. Os teores de clorofila-a foram superiores a 1 g.L-1, exceto nos meios de cultura CHU12 (0.7 ± 0.4 g.L-1) e de T. domingensis (0.7 ± 0.3 g.L-1). O nitrato diminuiu acentuadamente a partir do 7º dia de experimento. Dentre os nutrientes, amônia e o fósforo total foram os mais elevados nos meios de cultura, variando entre 0.4 g.L-1 (meio de P. cordata) a 1,7 g.L-1 (meio CHU12) para amônia e, entre 0.8 g.L-1 (meio CHU12) e 1,9 gL-1 (meio de T. domingensis) para o fósforo total. Os resultados do presente estudo mostraram que o uso de fertilizantes inorgânicos e macrófitas, combinados com vitaminas, pode ser eficaz como meio de cultura no crescimento de Ankistrodesmus gracilis, uma vez que a densidade celular e a composição bioquímica foram semelhantes ou superiores ao meio de cultura convencional (CHU12). As macrófitas são ferramentas a serem adotadas na aquicultura, desde que os resíduos biológicos podem ser usados como nutrientes para melhorar o cultivo de microalgas.

Urbanization effects on the composition and structure of macrophytes communities in a lotic ecosystem of Pernambuco State, Brazil / Efeitos da urbanização na composição e estrutura de comunidades de macrófitas aquáticas em um ecossistema lótico do Estado de Pernambuco, Brasil

Abstract Population growth in urban areas changes freshwater ecosystems, and this can have consequences for macrophyte communities as can be seen in the municipalities that border the Capibaribe River, Pernambuco, Brazil. This study reports the effects of urbanization on the composition and structure of macrophyte communities in areas along that river. The following urbanized and non-urbanized sampling sites were chosen: Sites 1 and 2 (municipality of Santa Cruz do Capibaribe), Sites 3 and 4 (municipality of Toritama), and Sites 5 and 6 (metropolitan region of Recife). These sites were visited every two months from January to July 2013 to observe seasonal variation (wet and dry seasons). Thirty-one species were identified. Generally, the non-urbanized sites had a higher number of species. Multivariate analyses indicated significant overall differences between urbanized and non-urbanized areas (R = 0.044; p < 0.001) and between seasons (R = 0.018; p < 0.019). Owing to the large variation in physical, chemical, and biological characteristics between urbanized and non-urbanized areas, we found that urbanization significantly influenced the floristic composition and structure of macrophyte communities.

Resumo O crescimento populacional em áreas urbanas causa alterações em ecossistemas aquáticos continentais com consequência sobre as comunidades de macrófitas. Este fato vem ocorrendo nos municípios que margeiam o rio Capibaribe, Pernambuco, Brasil. Este trabalho analisa os efeitos da urbanização sobre a composição e estrutura das macrófitas em trechos do referido Rio. Levando em consideração áreas urbanizadas e não urbanizadas, foram escolhidos os seguintes Pontos de Coleta: Pontos 1 e 2 no Município de Santa Cruz do Capibaribe, Pontos 3 e 4 no Município de Toritama, Pontos 5 e 6 na Região Metropolitana do Recife. Estes pontos foram visitados bimestralmente (janeiro – julho/2013), para a observação da variação sazonal (estações seca e chuvosa). Foram identificadas 31 espécies. Geralmente, os pontos das áreas não urbanizadas apresentaram um número maior de espécies. As análises multivariadas indicaram diferenças globais significativas entre áreas urbanizadas e não urbanizadas (R = 0,044, p < 0,001) e também entre as estações (R = 0,018; p < 0,019). Devido à grande variação física, química e biológica entre as áreas urbanizadas e não urbanizadas, observou-se que o fator urbanização influenciou significativamente na composição florística e na estrutura das comunidades de macrófitas.

Morphometry and retention time as forcing functions to establishment and maintenance of aquatic macrophytes in a tropical reservoir / Morfometria e tempo de residência como fatores determinantes no estabelecimento e manutenção de macrófitas aquáticas em um reservatório tropical

Abstract Macrophytes may constitute an important resource for several chemical, physical and biological processes within aquatic ecosystems. This study considers that in tropical reservoirs with low retention time and with low values of shoreline development (DL), the expansion and persistence of aquatic macrophytes are mainly reported to local conditions (e.g., hydrodynamic and wind exposure) rather than trophic status and depth of the euphotic zone. In this context, this study aimed at describing and comparing the incidence of aquatic macrophytes in a throughflowing, non-dendritic tropical reservoir. During February 2006 to November 2007, eight limnological surveys were performed quarterly within the Ourinhos Reservoir, and in the mouth areas of its tributaries. At the six sampling stations 30 variables were measured. The number of sites with plants varied between 21 and 38 and at the end of the 1st year the total richness was found. The sampling survey outcome the recognition of 18 species of aquatic macrophytes; Cyperaceae (2 genera and 1 species), Pontederiaceae (3 species) and Onarograceae (3 genera) were the families with higher diversity. Seven species (Typha domingensis Pers., Myriophyllum aquaticum (Vell.) Verdec, Salvinia auriculata Aubl., Eichhornia azurea (Sw.) Kunth, Eleocharis sp1, Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, Oxycaryum cubense (Poepp. & Kunth) Lye) always were present and were more frequent in the sites. The occurrence of emergent species predominated (45.9%), followed by submersed rooted (24.5%), free floating (19.5%), floating rooted (9.7%) and free submersed (0.3%). Although limnological variables and the distribution of macrophytes have discriminated the same sampling points, the stepwise multiple linear regressions did not pointed out strong correspondences (or coherence) among the most constant and distributed macrophyte species and the selected limnological variables, as well the trophic statuses. Seeing the low relationship among limnological variables and macrophytes distribution, in the case of Ourinhos Reservoir, the results pointed out that the water turbulence, low DL and wind exposure are the main driving forces that determine its aquatic plant distribution, life forms and species composition.

Resumo As macrófitas podem constituir um recurso importante para vários processos físicos, químicos e biológicos dos ecossistemas aquáticos. Esse estudo considera que nos reservatórios tropicais com baixo tempo de retenção e com baixos valores do grau de desenvolvimento das margens (DL), a expansão e manutenção das macrófitas aquáticas são referidas principalmente às condições locais (e.g., hidrodinâmica e exposição ao vento), ao invés do estado trófico e da profundidade de zona eufótica. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo descrever e comparar a incidência de macrófitas aquáticas em um reservatório tropical de fluxo rápido e não dendrítico. De fevereiro de 2006 a novembro de 2007, oito avaliações limnológicas foram realizadas trimestralmente no reservatório Ourinhos e nas regiões de desembocadura de seus afluentes. Nas seis estações de amostragem 30 variáveis foram determinadas. O número de locais com plantas variou entre 21 e 38 e no final do primeiro ano o número total de espécies foi encontrado. Foram relacionadas 18 espécies de macrófitas aquáticas; Cyperaceae (2 gêneros e espécies), Pontederiaceae (3 espécies) e Onarograceae (3 gêneros) foram as famílias com mais diversidade. Sete espécies (Typha domingensis Pers., Myriophyllum aquaticum (Vell.) Verdec, Salvinia auriculata Aubl., Eichhornia azurea (Sw.) Kunth, Eleocharis sp1, Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, Oxycaryum cubense (Poepp. & Kunth) Lye) sempre estiveram presentes e foram as mais frequentes. As ocorrências de espécies emergentes predominaram (45,9%), seguidas das submersas enraizadas (24,5%), flutuantes livres (19,5%), flutuantes enraizadas (9,7%) e submersas livres (0,3%). Embora as variáveis limnológicas e as distribuições de macrófitas tenham discriminado os mesmo pontos de coleta, regressões lineares múltiplas stepwise não apontaram correspondências fortes (ou coerentes) entre as espécies de macrófitas mais constantes e distribuídas e as variáveis limnológicas, assim como os estados tróficos. No reservatório Ourinhos, a baixa relação entre as variáveis limnológicas e a distribuição das macrófitas aponta que a turbulência da água, o baixo valor de DL e a exposição ao vento sejam as principais forças que determinam a distribuição das plantas aquáticas, as suas formas de vida e a composição das espécies.

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.

Aquatic macrophyte diversity of the Pantanal wetland and upper basin

This is a short review of the state of the art concerning diversity of aquatic macrophytes and the main aquatic vegetation types in the Brazilian Pantanal wetland and upper watershed. There are ca. 280 species of aquatic macrophytes on the Pantanal floodplain, with scarce endemism. On the upper watershed, Cerrado wetlands (veredas) and limestone springs have a distinct flora from the Pantanal, with twice the species richness. As a representative case of aquatic habitats influenced by river flood, some primary data are presented for the Pantanal Matogrossense National Park and associated Acurizal Preserve, analysing the floristic similarity among aquatic vegetation types. We comment on problems of conservation and observe that Panicum elephantipes Nees is one of the few natives to compete with the invasive Urochloa arrecta (Hack. ex T. Durand & Schinz) Morrone & Zuloaga.

Esta é uma breve revisão sobre o estado do conhecimento sobre as macrófitas aquáticas e os principais tipos de vegetação do Pantanal brasileiro e da alta bacia. A flora da planície inundável é de aproximadamente 280 espécies, com escasso endemismo. Na alta bacia, as áreas úmidas do Cerrado (veredas) e nascentes em calcário têm flora distinta do Pantanal, com o dobro da riqueza de espécies. Como um caso representativo de ambientes aquáticos influenciados por inundação fluvial, são apresentados alguns dados primários do Parque Nacional do Pantanal mato-grossense e da Reserva Acurizal associada, analisando-se a similaridade florística entre tipos de vegetação aquática e comentando-se os problemas de conservação na região, onde foi observado que a espécie Panicum elephantipes Nees é uma das poucas nativas que competem com a invasora Urochloa arrecta (Hack. ex T. Durand & Schinz) Morrone & Zuloaga.

Macrófitas aquáticas do Município de General Carneiro, Paraná, Brasil / Aquatic macrophytes at General Carneiro, Parana State, Brazil

Foi realizado o estudo florístico das macrófitas do Município de General Carneiro, localizado no sul do Estado do Paraná, entre as coordenadas 26º 19' 37"/ 26º 26' 40" S e 51º 26' 51"/ 51º 19' 14" W. Os locais de coleta foram as fazendas São Pedro, São Pedro II, Santa Cândida e Lageado Grande, entre os Rios São Pedro, São João, São Manoel, Iratim, Lajeado Grande e Neno. Com a finalidade de se conhecer a flora dos rios e lagoas da região foram realizadas coletas aleatórias das macrófitas entre 2004 e 2006. Os exemplares encontram-se depositados no herbário UPCB e MBM. Registraram-se 45 famílias, 42 de angiospermas, 70 gêneros e 117 espécies. Os ambientes aquáticos são caracterizados floristicamente pelas Cyperaceae, representada por 22 táxons, o que significa cerca de 21 por cento de todos os táxons encontrados, seguidos pelas Poaceae (8), Asteraceae (7) e Polygonaceae (6). Dentre as espécies registradas podemos destacar o primeiro registro para o estado de Lilaeopsis minor Prez-Mor., Apiaceae.

A floristic study of macrophyte communities was conducted at General Carneiro township, situated in Southern Parana State, among 26º 19' 37"/ 26º 26' 40" S and 51º 26' 51"/ 51º 19' 14" W. Samples were collected at São Pedro, São Pedro II, Santa Cândida and Lageado Grande farms, between the rivers São Pedro, São João, São Manoel, Iratim, Lajeado Grande and Neno, in order to study the flora of the rivers and ponds in this region. Macrophyte samples were randomly collected between 2004 and 2006 and registered in the UPCB and MBM herbaria. A total of 45 families was found, 42 of them being angiosperms, 70 genera and 117 species. The aquatic environments are floristicaly characterized by Cyperaceae, represented by 22 taxa, what means approximately 21 percent of all the encountered taxa, followed by Poaceae (8), Asteraceae (7) and Polygonaceae (6). Among the registered species we can highlight the first record in this state of Lilaeopsis minor Prez-Mor, Apiaceae.