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Cultivo de micro- e macroalgas

Prof. Luiz Mafra Curso tecnológico em Aquicultura, CEM/UFPR http://200.17.232.45/Aquicultura/ Disciplinas/CultivoAlgas

Cronograma Legenda (salas):

Período Manhã (9:00 – 10:15) (10:30 – 12:00)

Tarde (14:00 - 15:30) (15:45 – 17:00)

Período Manhã (9:00 – 10:15) (10:30 – 12:00)

1º ano Aqui

Agosto / 2011

1º ano Oceano

Informática

Lab. Microalgas

Segunda

Terça

Quarta

Quinta

Sexta

1

2

3

4

5

Aula teórica 4 “Microalgas: utilização na aquicultura”

Aula teórica 5 “Microalgas: outras aplicações comerciais”

Projeto de pesquisa Redação dirigida do projeto

Aula teórica 5 (continuação)

Apresentação do Curso Aula teórica 1 “Alga: conceitos, características e principais grupos” Aula teórica 1 (continuação) Apresentação e escolha de temas para o projeto de pesquisa

8

Projeto de pesquisa Aula teórica 3 Redação dirigida “Microalgas: técnicas do projeto e sistemas de cultivo”

Aula teórica 2 “Alga: noções de biologia e fisiologia; requerimentos para o crescimento”

9

Aula teórica 6 Aula teórica 7

“Macroalgas: reprodução e ciclo de “Macroalgas: técnicas vida; histórico e status e sistemas de cultivo” da produção mundial;”

Aula prática 1 “Instrumentos e técnicas para o estabelecimento de cultivos”

10 Aula teórica 8 “Macroalgas: aplicações econômicas”

Tarde (14:00 - 15:45) (16:00 – 18:00)

Microscopia

Aula prática 2

Aula prática 3

Aula prática 4

“Microscopia e técnicas para quantificar a abundância”

“Macroalgas marinhas”

“Estimativa do crescimento em cultivo”

11 Visita a campo “Técnicas de cultivo massivo e aplicações práticas” 08:00 - Saída do CEM 10:00 - Chegada no NPDEAS-UFPR 12:00 - Almoço no RU – Politécnico 13:30 - Chegada no LAPOA-GIA-UFPR 18:00 - Chegada no CEM

Produção de biocombustíveis

12 Preparação para prova / esclarecimento de dúvidas

PROVA FINAL


Avaliação  Presença nas aulas: mínimo 75%  Nota final:  Relató Relatório de aulas prá práticas e visita a campo (x 0.15)  Projeto de pesquisa (x 0.25)  Prova final (x 0.6)

Material para consulta  Lourenço, S.O. (2006). Cultivo de microalgas marinhas: Princípios e aplicações. São Carlos, SP: RIMA.  Tavares, L.H.S.; Rocha, O. (2003). Produção de Plâncton (Fitoplâncton e Zooplâncton) para Alimentação de Organismos Aquáticos. São Carlos, SP: RIMA.  Andersen, R.A. (2005). Algal Culturing Techniques. Amsterdam: Elsevier Academic Press.  Richmond, A. (2004). Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology. Oxford: Blackwell Science Ltd.  Machado, R.R.; Lourenço, S.O. (2008). Propriedades nutricionais de microalgas usadas como alimento de moluscos bivalves: uma revisão. Série Livros do Museu Nacional, 30. Rio de Janeiro: Museu Nacional.  Lobban, C.S.; Harrison, P.J. (1997). Seaweed Ecology and Physiology. 2a ed. New York: Cambridge University Press.  de Reviers, B. (2006). Biologia e Filogenia das Algas. Porto Alegre: Artmed.


Aula 1

Algas: Conceitos, características e principais grupos

Alga – definição  Alga é um termo, não conceito  Grupo polifilé polifilético e variado  Taló Talófitas: sem raiz, caule, folhas ou qualquer órgão definido  Sem cobertura celular esté estéril envolvendo as cé células reprodutivas  Sistema circulató circulatório avascular  Geralmente autotró autotróficas: realizam fotossí fotossíntese por meio de um pigmento principal (clorofila(clorofila-a) + pigmentos acessó acessórios  Predominantemente aquá aquáticas (també (também solo, spray)


Alga – classificações Quanto à morfologia:     

Unicelulares (mó (móveis ou não) Coloniais (cenó (cenóbios ou não) Filamentosas Cenocí Cenocíticas Parenquimatosas

Quanto ao tamanho: Desde pequenos flagelados até até macroalgas gigantes com 35m (florestas de “kelps” kelps”)  PicoPico- (0,2 – 2µm)  NanoNano- (2 – 20µ 20µm)  MicroMicro- (20 – 200µ 200µm)  MesoMeso- (200µ (200µm – 2mm)  MacroMacro- (> 2mm)

Porque dividir em classes de tamanho? • Função e posição nas cadeias tróficas • Relação superfície/ volume: absorção de nutrientes, taxas metabólicas, divisão celular


Quanto ao modo de reprodução:  Sexuada * formaç formação de cé células fé férteis hapló haplóides (gametas)  Espé Espécies monó monóicas: 2 sexos no mesmo indiví indivíduo  Espé Espécies dió dióicas: indiví indivíduos com sexos distintos

* vantagem evolutiva

 Assexuada  Divisão vegetativa: mitose em unicelulares (idêntico à célulalula-mãe) e fragmentaç fragmentação do talo em multicelulares  Formaç Formação de esporos: gerados a partir de meiose; esporos podem ser mó móveis ou não  Formaç Formação de propá propágulos: crescem sobre o talo

* rá rápida dispersão sob condiç condições de stress

Quanto ao hábito de vida:  Bentônicas (fitobentos) * associadas a um substrato:     

Epilíticas: sobre rochas Epipsâmicas: entre o sedimento Epipélicas: superfície dos sedimentos Epizoóicas: sobre animais Epífitas ou epifíticas: sobre plantas ou outras algas

* micro- ou macroscópicas

 Planctônicas (fitoplâ (fitoplâncton) * suspensas na coluna d’água * locomoção insuficiente para vencer correntes * macroalgas flutuantes (Sargassum)


 Evoluç Evolução  Como as algas adquiriram evolutivamente seus plastí plastídios (organelas fotossintetizantes)  Processos de endossimbiose: primá primária e secundá secundária

 Critérios para classificação taxonômica: flagelo(s), pigmentos, substâncias de reserva, aspectos evolutivos

 Código de nomenclatura botânica (1952, 1983) Reino: -ista Divisão (Filo): -phyta Classe: -phyceae Ordem: -ales Famí Família: -aceae Gênero: nome latim em maiú maiúsculo espé espécie: nome latim em minú minúsculo

 Vários sistemas propostos para a organizaç organização em reinos e divisões: grandes grupos de microalgas representam diferentes classes


Microalgas  Maioria entre 2 e 200µ 200µm (nano e micro), mas algumas espé espécies maiores (principalmente colônias)  Maioria planctônicas: imó imóveis (cocó (cocóides) ou locomoç locomoção por flagelos ou rizó rizópodes; espé espécies bentônicas são mais importantes em ambientes costeiros (locomoç (locomoção limitada por rafe) rafe)

Cianobactérias  Classe Cyanophyceae  Procariotas: nú núcleo não definido  Membrana coberta por mucilagem  Coloraç Coloração: algas azulazul-esverdeadas  Pigmentos: clorofilaclorofila-a, ficocianina, ficoeritrina, β-caroteno, xantofilas (algumas exclusivas)  Nível de organizaç organização: sem flagelos, maioria colonial ou filamentosa (tricomas)  Substâncias de reserva energé energética: tipo especial de amido, glucogluco-proteí proteínas e lipí lipídeos


 Reproduç Reprodução por divisão biná binária, fragmentaç fragmentação, ou esporos  Algumas possuem cé células especiais (heterocistos) heterocistos) relacionados a fixaç fixação de nitrogênio e/ou reproduç reprodução  Varias espé espécies marinhas, algumas macró macrófitas bentônicas (especialmente em marismas) marismas)

 Produç Produção de potentes toxinas (principalmente espé espécies de água doce)  Extensas floraç florações de Trichodesmium spp. em águas tropicais (verão na costa paranaense)  Elevado valor econômico (cultivo para alimentaç alimentação humana): Spirulina sp.


Diatomáceas  Classe Bacillariophyceae  Tamanho: 2µ 2µm a 2mm  Nível de organizaç organização: podem formar colônias

unicelular,

 Número de espé espécies: 10.000 a 12.000  Espé Espécies marinhas: 1.400 a 1.800 (~ (~15%)  Composiç Composição nutricional rica (ácidos graxos): vá vários gêneros utilizados em aquicultura Chaetoceros

Thalassiosira

 Complexo de Golgi secreta “carapaç carapaça” ou exoexoesqueleto chamado de frú frústula (sí (sílica: 4– 4–50% peso)  Reproduç Reprodução: divisão assexuada com diminuiç diminuição do tamanho celular até até que um mí mínimo é atingido e o tamanho má máximo é recuperado por reproduç reprodução sexuada com formaç formação de auxó auxósporo

A: epivalva B: cíngulo C: hipovalva

forma penada

forma cêntrica


 Valvas (cada metade da frú frústula) contêm ornamentaç ornamentações que podem ser usados na classificaç classificação das espé espécies  Frú Frústulas apresentam projeç projeções silicosas com formas variadas (espinhos, cerdas, serrilhados)

Chaetoceros sp. Triceratium favum

PseudoPseudo-nitzschia multiseries

 Dominantes em zonas costeiras (gêneros comuns: Chaetoceros, Chaetoceros, Skeletonema, Skeletonema, Thalassionema), Thalassionema), mas també também espé espécies oceânicas (Planktoniella sol: sol: indicadora da corrente do Brasil)  Podem formar colônias de cé células geralmente em forma de cadeias, de cará caráter temporá temporário

Thalassionema nitzschioides

Skeletonema costatum

PseudoPseudo-nitzschia sp.


 Formas cêntricas possuem vá vários cloroplastos pequenos; nas penadas são geralmente 2 grandes

 Cloroplastos possuem clorofilaclorofila-a e c, alé além de grande concentraç concentração de pigmentos carotenó carotenóides (β (β-caroteno, fucoxantina), fucoxantina), que conferem a coloraç coloração amarronzada típica das diatomá á ceas diatom  Substância de reserva energé energética: crisolaminarina (carboidrato), també também produzem lipí lipídeos  Não possuem flagelos ou cí cílios; algumas espé espécies bentônicas se locomovem quando a rafe está está em contato com o substrato (possivelmente excreç excreção de mucilagem)

Dinoflagelados  Classe Pyrrophyceae  Tamanho: 5µ 5µm a 2mm  Nutriç Nutrição: autotró autotróficos, heterotró heterotróficos (~50%) ou mixotró mixotróficos  Nível de organizaç organização: unicelular, pode formar colônias  Número de espé espécies: 1.000  Espé %) Espécies marinhas: ~900 (~90 (~90%)  Vários gêneros marinhos capazes de produzir diferentes toxinas


 Parede celular formada por placas celuló celulósicas espessas e com poros (tecas); espé espécies com várias ou somente 2 placas; placas; em espé espécies atecadas a carapaç carapaça não é visí visível por microscopia óptica;

Gymnodinium sp.

Prorocentrum sp.

Peridinium gatunense

 Caracterí Característica marcante: 2 flagelos desiguais  Disposiç Disposição dos flagelos: divisão em 2 grupos:  Desmocontes: Desmocontes: flagelos inseridos apicalmente  Dinocontes: Dinocontes: flagelos inseridos ventralmente, um abrigado no cí cíngulo (transversal) e outro no sulco (longitudinal)


 Presenç Presença de um núcleo condensado e aparente  Substância de reserva energé energética: grânulos de amido e lipí lipídeo  Pigmentos: clorofilaclorofila-a e c2, β-caroteno, peridinina e xantofila  Reproduç Reprodução: assexuada por divisão biná binária, ou sexuada com gametas iguais ou diferentes, dió dióicos ou monó monóicos  Formam cistos (cé (células de resistência) sob condiç condições desfavorá á veis desfavor

 Alta capacidade de locomoç locomoção:  Velocidade de cé células simples: 0,03 a 8,5mm/s (Mesodinium rubrum = 30m/h 30m/h))  Formaç Formação de colônias pode aumentar a velocidade em 50% (4 cé células) a 100% (8 cé células)

 Capacidade de bioluminescência (Pyrocystis (Pyrocystis spp., spp., Noctiluca scintillans) scintillans)  Podem ser parasitas ou simbiontes  Crescimento geralmente mais lento do que diatomá diatomáceas


Dinophysis sp.

cisto de dinoflagelado Peridinium sp. tubo com N. scintillans

Cocolitoforídeos  Classe Primnesiophyceae, Ordem Isochrysidales (~200 spp.)  Tamanho: <10µ <10µm (má (máximo 30µ 30µm), unicelular  Caracterí Característica marcante: cé células cobertas por um exoexoesqueleto calcá calcário (carbonato de cá cálcio ou calcita), em camadas de placas sobrepostas (escamas)  As escamas ou cocolitos são especí específicas para cada sp.


Fitoflagelados Algas pertencentes a diversas classes, mas com algumas caracterí características em comum:  Tamanho reduzido: maioria <20µ <20µm  Células “nuas” nuas” (desprovidas de exoexo-esqueleto rí rígido): problemas para fixaç fixação de amostras  Mobilidade por cí cílios ou flagelos: padrão de nataç natação caracterí í stico a cada grupo caracter  Nível de organizaç organização: unicelular ou colonial (cé (células envoltas em mucilagem)  Grupos de interesse (potencial para cultivo): Prymnesiof Prymnesiofííceas, Criptofí Criptofíceas, Eustigmatofí Eustigmatofíceas e Clorofí Clorofíceas

Prymnesiofíceas  Classe Prymnesiophyceae (= Haptophyceae)  Tamanho: 2 – 115µ 115µm, colônias de até até 8mm  Nível de organizaç organização: unicelular ou colonial  Coloraç Coloração: marrommarrom-amarelada a marrommarrom-dourada  Pigmentos: clorofilaclorofila-a + c1 + c2, fucoxantina  Nataç Natação por “propulsão” propulsão” (empurrando)  Células cobertas por escamas orgânicas não visí visíveis em microscó microscópio óptico


 Formas: esfé esférica, achatada, alongada ou de sela  Caracterí Característica marcante: 2 flagelos apicais voltados para trá trás (iguais ou ligeiramente distintos em comprimento) + um haptonema central (pode ser usado como âncora)  Autotró Autotróficas (1 ou 2 cloroplastos) ou mixotró mixotróficas  Substâncias de reserva energé energética: crisolaminarina + paramilo

núcleo cloroplasto flagelo

 Grande maioria planctônicas  Podem formar colônias de cé células envoltas em mucilagem visí visíveis a olho nu  3 gêneros envolvidos em produç produção de toxinas e/ou mortandades de peixes  Espé Espécies amplamente utilizadas em aquicultura, principalmente as dos gêneros Isochrysis e Pavlova

Phaeocystis globosa


Criptofíceas  Classe Cryptophyceae  Nível de organizaç organização: unicelular  Baixas concentraç concentrações (“ (“cripto” cripto” = escondido)  Maioria autotró autotróficas, com um único plasto: clorofilaclorofila-a e c2, vá vários carotenó carotenóides (aloxantina) e ficobilinas  Coloraç Coloração diversificada: azul, vermelho, verde, marrom  Presenç Presença de 2 flagelos apicais ou subsub-apicais  Células cobertas por placas proté protéicas (periplasto)  Cerca de 100 espé espécies marinhas, algumas bastante usadas em aquicultura, como Rhodomonas e Cryptomonas spp.

Eustigmatofíceas  Classe Eustigmatophyceae  Unicelular, pequenas (2(2-35 µm)  Maioria de água doce  Possuem uma grande mancha ocelar (estigma (estigma verdadeiro) fora do cloroplasto  Pigmentos: clorofilaclorofila-a, violaxantina, β-caroteno  Algumas possuem flagelos (2)  Gênero Nannochloropsis bastante utilizado em aquicultura: crescimento rá rápido, fá fácil manutenç manutenção e alto teor de PUFAs


Clorofíceas  Divisão Chlorophyta  Coloraç Coloração: verde, laranja, vermelho  Maioria unicelular, mas també também coloniais e multicelulares  Grupo diverso e mais pró próximo das plantas superiores, contendo os pigmentos clorofilaclorofila-a, b e neoxantina, amido como reserva, parede celular com fibras de celulose  Com ou sem flagelos, maioria 2 iguais  90% das espé espécies de água doce; vá várias cultivadas para fins diversos: Tetraselmis, Chlorella, Chlorella, Scenedesmus, Scenedesmus, Dunaliella, Dunaliella, Haematococcus

Macroalgas  Até Até dezenas de metros de comprimento  Complexidade e diferenciaç diferenciação morfoló morfológica do talo  Formas coloniais, filamentosas, parenquimatosas  Maioria bentônicas, algumas flutuantes  Principais grupos: algas verdes, verdes, vermelhas e pardas


Algas verdes  Divisão Chlorophyta  Coloraç Coloração: tons esverdeados  Filamentosas e formas macroscó macroscópicas, até é metros de comprimento (Codium at (Codium)) 2 e >1 m de área (Ulva (Ulva))  Várias espé espécies cenocí cenocíticas (divisão celular sem separaç separação)  Cultivo para alimentaç alimentação humana, principalmente em paí países asiá asiáticos: Enteromorpha e Monostroma

 Células reprodutivas apresentam flagelos  Resistentes à poluiç poluição: Ulva, Ulva, Enteromorpha e Cladophora


Algas vermelhas  Divisão Rhodophyta  Cerca de 10,000 espé espécies, maioria marinhas e macroscó macroscópicas de pequeno porte (mm a cm)  Formas filamentosas, laminares, algumas calcá calcáreas  Não possuem flagelos em nenhuma fase de vida  Clorofila a, carotenos, xantofilas, ficobilinas (ficoeritrina(ficoeritrina-b): coloraç oloração vermelhovermelho-amarronzada  Aptas a viver em grandes profundidades, profundidades, sob baixa intensidade luminosa

 Produto de reserva: rodamilo (amido das florí florídeas)  Parede celular de celulose e polissacarí polissacarídeos sulfatados, as agaranas e carragenanas, que têm elevada importância econômica (cultivo)  Crescimento uniaxial ou multiaxial (talo pseudoparenquimatoso)

Kappaphycus (Brasil)

Porphyra (US$ 2,5 bi /ano)


Algas pardas  Divisão Phaeophyta  1,500 espé espécies, desde filamentos microscó microscópicos até até algas gigantes (kelps): Macrocystis piryfera (45 m)  Espé Espécies quase que exclusivamente marinhas, principalmente águas mais frias  Grupo de algas mais desenvolvido: todas multicelulares, estrutura parenquimatosa, alto grau de especializaç especialização

 Substâncias relacionadas à defesa contra herbí herbívoros: taninos (polí (polímeros polifenó polifenólicos) e terpenos  Parede celular de celulose, reforç reforçada por matriz de alginatos mucilaginosos (flexibilidade), com alto valor comercial (US$ 250 mi / ano); principais gêneros produtores: Macrocystis, Laminaria e Ascophyllum


 Utilizadas na alimentaç alimentação humana na Ásia: Laminaria (“kombu” kombu”), Undaria (“wakame” wakame”), Hizikia (“hijiki” hijiki”); e Chile: Durvillaea e Lessonia

SUGESTÕES DE TEMAS PARA PROJETOS DE PESQUISA: 1. Seleção de espécies nativas de microalgas para a produção comercial de camarões marinhos no Paraná; Viviane, Andre, Kamila, Raiane 2. Avaliação do uso de dietas mono-específicas ou mistas na larvicultura de moluscos bivalves marinhos; Vanessa, Willian, Najele 4. Investigação do potencial de utilização de microalgas nativas para a produção de biocombustíveis; Alessandro, Bruno 5. Seleção de sistema de produção massiva de microalgas para a produção comercial de compostos bioativos; Murilo 7. Implantação de um cultivo comercial de macroalgas marinhas no litoral paranaense para extração de polissacarídeos de alto valor comercial; Débora, Marcele, Kelly, Marcos 8. Produção de microalgas em escala-piloto para alimentação humana; Rodrigo, Dirceu 9. Biorremediação: Uso de macroalgas na remoção de poluentes do efluente de um laboratório de larvicultura; Paulo, Andre, Michael 11. Produção de macroalgas para uso como ração animal e fertilizante; Ananda, Thais, Camila 12. Banco de dados para organização de cepário de microalgas

Teste  

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