Decomposition of dissolved organic matter released by an isolate of Microcystis aeruginosa and morphological profile of the associated bacterial community / Decomposição da matéria orgânica dissolvida liberada por um isolado de Microcystis aeruginosa e padrão morfológico da comunidade bacteriana associada

This study concerns the kinetics of bacterial degradation of two fractions (molecular mass) of dissolved organic matter (DOM) released by Microcystis aeruginosa. Barra Bonita Reservoir (SP, Brazil) conditions were simulated in the laboratory using the associated local bacterial community. The extent of degradation was quantified as the amount of organic carbon transferred from each DOM fraction (< 3 kDa and 3-30 kDa) to bacteria. The variation of bacteria morphotypes associated with the decomposition of each fraction was observed. To find the degradation rate constants (kT), the time profiles of the total, dissolved and particulate organic carbon concentrations were fitted to a first-order kinetic model. These rate constants were higher for the 3-30 kDa fraction than for the lighter fraction. Only in the latter fraction the formation of refractory dissolved organic carbon (DOC R) compounds could be detected and its rate of mass loss was low. The higher bacterial density was reached at 24 and 48 hours for small and higher fractions, respectively. In the first 48 hours of decomposition of both fractions, there was an early predominance of bacillus, succeeded by coccobacillus, vibrios and coccus, and from day 5 to 27, the bacterial density declined and there was greater evenness among the morphotypes. Both fractions of DOM were consumed rapidly, corroborating the hypothesis that DOM is readily available in the environment. This also suggests that the bacterial community in the inocula readily uses the labile part of the DOM, until this community is able to metabolise efficiently the remaining of DOM not degraded in the first moment. Given that M. aeruginosa blooms recur throughout the year in some eutrophic reservoirs, there is a constant supply of the same DOM which could maintain a consortium of bacterial morphotypes adapted to consuming this substrate.

Este estudo trata da cinética de degradação bacteriana de diferentes frações de matéria orgânica dissolvida liberada por Microcystis aeruginosa. As condições do reservatório de Barra Bonita (SP, Brasil) foram simuladas em laboratório empregando a comunidade bacteriana local associada. A dinâmica da degradação foi quantificada pela quantidade de carbono orgânico transferido de cada fração de MOD (< 3 kDa e 3-30 kDa) às bactérias. A variação de morfotipos bacterianos associados à decomposição de cada fração foi observada. Para encontrar as constantes de degradação (kT), os perfis temporais das concentrações de carbono orgânico total, dissolvido e particulado foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem. Estas constantes de velocidade foram superiores para a fração 3-30 kDa do que para a fração de menor massa molecular. Apenas na segunda fração pôde ser detectada a formação de compostos de carbono orgânico dissolvido refratário (COD R) e sua taxa de perda de massa foi baixa. A maior densidade bacteriana foi alcançada em 24 e 48 horas para as frações de alta e baixa massa, respectivamente. Nas primeiras 48 horas de decomposição de ambas as frações, houve um predomínio de bacilos, seguido por cocobacilos, víbrios e cocos, e, do dia 5 ao 27, a densidade bacteriana diminuiu e houve uma uniformidade entre os morfotipos. Ambas as frações foram consumidas rapidamente, confirmando a hipótese de a MOD estar prontamente disponível no ambiente. Isto sugere ainda que a comunidade bacteriana do inóculo utiliza a parte lábil da MOD, até que esta se torne capaz de metabolizar o restante da MOD não degradada no primeiro momento. Já que blooms de M. aeruginosa se repetem ao longo do ano em alguns reservatórios eutróficos, existe um constante suprimento da mesma MOD que pode manter um consórcio de bactérias adaptadas ao consumo deste substrato.

Decomposition of dissolved organic matter released by an isolate of Microcystis aeruginosa and morphological profile of the associated bacterial community

This study concerns the kinetics of bacterial degradation of two fractions (molecular mass) of dissolved organic matter (DOM) released by Microcystis aeruginosa. Barra Bonita Reservoir (SP, Brazil) conditions were simulated in the laboratory using the associated local bacterial community. The extent of degradation was quantified as the amount of organic carbon transferred from each DOM fraction ( 3 kDa and 3-30 kDa) to bacteria. The variation of bacteria morphotypes associated with the decomposition of each fraction was observed. To find the degradation rate constants (kT), the time profiles of the total, dissolved and particulate organic carbon concentrations were fitted to a first-order kinetic model. These rate constants were higher for the 3-30 kDa fraction than for the lighter fraction. Only in the latter fraction the formation of refractory dissolved organic carbon (DOC R) compounds could be detected and its rate of mass loss was low. The higher bacterial density was reached at 24 and 48 hours for small and higher fractions, respectively. In the first 48 hours of decomposition of both fractions, there was an early predominance of bacillus, succeeded by coccobacillus, vibrios and coccus, and from day 5 to 27, the bacterial density declined and there was greater evenness among the morphotypes. Both fractions of DOM were consumed rapidly, corroborating the hypothesis that DOM is readily available in the environment. This also suggests that the bacterial community in the inocula readily uses the labile part of the DOM, until this community is able to metabolise efficiently the remaining of DOM not degraded in the first moment. Given that M. aeruginosa blooms recur throughout the year in some eutrophic reservoirs, there is a constant supply of the same DOM which could maintain a consortium of bacterial morphotypes adapted to consuming this substrate.

Este estudo trata da cinética de degradação bacteriana de diferentes frações de matéria orgânica dissolvida liberada por Microcystis aeruginosa. As condições do reservatório de Barra Bonita (SP, Brasil) foram simuladas em laboratório empregando a comunidade bacteriana local associada. A dinâmica da degradação foi quantificada pela quantidade de carbono orgânico transferido de cada fração de MOD ( 3 kDa e 3-30 kDa) às bactérias. A variação de morfotipos bacterianos associados à decomposição de cada fração foi observada. Para encontrar as constantes de degradação (kT), os perfis temporais das concentrações de carbono orgânico total, dissolvido e particulado foram ajustados a um modelo cinético de primeira ordem. Estas constantes de velocidade foram superiores para a fração 3-30 kDa do que para a fração de menor massa molecular. Apenas na segunda fração pôde ser detectada a formação de compostos de carbono orgânico dissolvido refratário (COD R) e sua taxa de perda de massa foi baixa. A maior densidade bacteriana foi alcançada em 24 e 48 horas para as frações de alta e baixa massa, respectivamente. Nas primeiras 48 horas de decomposição de ambas as frações, houve um predomínio de bacilos, seguido por cocobacilos, víbrios e cocos, e, do dia 5 ao 27, a densidade bacteriana diminuiu e houve uma uniformidade entre os morfotipos. Ambas as frações foram consumidas rapidamente, confirmando a hipótese de a MOD estar prontamente disponível no ambiente. Isto sugere ainda que a comunidade bacteriana do inóculo utiliza a parte lábil da MOD, até que esta se torne capaz de metabolizar o restante da MOD não degradada no primeiro momento. Já que blooms de M. aeruginosa se repetem ao longo do ano em alguns reservatórios eutróficos, existe um constante suprimento da mesma MOD que pode manter um consórcio de bactérias adaptadas ao consumo deste substrato.

Oxygen uptake during mineralization of photosynthesized carbon from phytoplankton of the Barra Bonita Reservoir: a mesocosm study

This study aimed to discuss and describe the oxygen consumption during aerobic mineralization of organic products (cells and excretion products) from five unialgal cultures: Cryptomonas sp., Microcystis aeruginosa, Anabaena spiroides, Thalassiosira sp. and Aulacoseira granulata. These species were isolated from Barra Bonita reservoir (22º 29 S and 48º 34 W) and cultivated in the laboratory. From each culture, two decomposition chambers were prepared; each chamber contained about 130 mg.L-1 of carbon from water samples of the reservoir. The chambers were aerated and incubated in the dark at 20.0 ºC. The concentration of dissolved oxygen, pH values and electrical conductivity of the solutions were determined during a period of 10 days. The results indicated increases in oxygen consumption for all the solutions studied and also for electrical conductivity. The pH values presented a decreasing tendency throughout the experiment. Oxygen consumption varied from 43 (Aulacoseira granulata chamber) to 345 mg O2 g-1 C (Anabaena spiroides chamber). Decrease in pH values was probably due to increase in CO2 concentration from microbial respiration. Increase in electrical conductivity might be due to the liberation of ions during decomposition. The results demonstrate the potentiality of the studied genera in influencing oxygen availability followed by a die-off event. It also indicates the possibility of changing of the electrical conductivity and pH values in the water column due the aerobic algae mineralization.

Este estudo teve por objetivo descrever e discutir aspectos do consumo de oxigênio decorrente da mineralização aeróbia de células e produtos de excreção provenientes de cinco culturas de algas: Cryptomonas sp., Microcystis aeruginosa, Anabaena spiroides, Thalassiosira sp. e Aulacoseira granulata. As algas foram isoladas do reservatório de Barra Bonita (22º 29 S e 48º 34 W) e cultivadas em laboratório. Para cada cultura, foram preparadas duas câmaras de mineralização; cada garrafa conteve, em base de carbono, cerca de 130 mg.L-1 em amostras de água do reservatório. As câmaras foram aeradas e incubadas no escuro a 20 ºC. Durante um período de 10 dias, foram determinadas as concentrações de oxigênio dissolvido, pH e condutividade elétrica das misturas. Os resultados indicaram incrementos nos consumos de oxigênio e de condutividade elétrica e decréscimos nos valores de pH. O consumo de oxigênio variou de 43 (experimento com Aulacoseira granulata) a 345 mg O2 g-1 C (experimento com Anabaena spiroides). Os aumentos dos valores de condutividade elétrica provavelmente decorreram da liberação de íons durante a decomposição. Para o pH, a diminuição dos valores foi provavelmente resultante do incremento das concentrações de CO2 provenientes da respiração dos microrganismos. Os resultados sugeriram para a represa de Barra Bonita, a possibilidade de incremento das demandas de oxigênio em função da degradação dos gêneros selecionados. Visto que esse reservatório é eutrófico, os resultados indicam também a possibilidade de alterações da condutividade elétrica da água e do pH devido à mineralização aeróbia de algas.