Tratamento de águas superficiais (controlo do crescimento de microalgas)

Os impactos provenientes das atividades humanas são uma ameaça constante aos sistemas aquáticos, levando, entre outras, a um excesso de nutrientes e/ou matéria orgânica (eutrofização). O fenómeno de eutrofização causa problemas económicos e ambientais, entre os quais uma alteração na produção primária e no equilíbrio dos organismos presentes, bem como na qualidade da água. As medidas implementadas para o controlo de blooms fitoplanctónicos abrangem a aplicação de algicidas, como o sulfato de cobre, que apresenta muitas limitações, nomeadamente toxicidade para organismos não-alvo, ausência de efeito estável e persistência no meio. Interessa pois desenvolver novas tecnologias de controlo direto das populações de algas fitoplanctónicas, que sejam eficientes, de baixo custo e amigas do ambiente. Assim, no Laboratório de Aquacultura da Escola Superior Agrária - IPB, têm sido desenvolvidos estudos para avaliar a utilização de extractos vegetais no controlo do crescimento de microalgas. Nesse contexto, o objetivo da presente dissertação foi dar continuidade aos trabalhos desenvolvidos, averiguando se as diferentes épocas de colheita do alecrim (Rosmarinus officinalis) têm influencia na composição do seu extrato aquoso e no seu potencial efeito algicida/algistático em culturas da clorófita, Chlorella vulgaris. Os ensaios foram desenvolvidos em culturas batch, tendo-se avaliado a influência de diferentes concentrações (10%, 25%, 30%) de extratos aquosos de alecrim (a frio e a quente), e a influência de diferentes tempos de extração (5 e 21 dias), no caso dos extratos a frio. O potencial algicida e/ou algistático foi avaliado, comparativamente ao controlo, pelo incremento celular, taxa especifica de crescimento (μ), teor em clorofila a (Chl a), teor em feopigmentos, percentagem de degradação da clorofila e teor em proteínas. A identificação e quantificação dos compostos fenólicos presentes nos extratos aquosos de alecrim foram feitas por HPLC, tendo sido analisados os extratos aquosos, resultantes de alecrim colhido em Abril e testados neste estudo (a frio e a quente) e a decocção (extrato aquoso da hidrodestilação) resultante de alecrim colhido em Setembro e testado anteriormente pela equipa de investigação. Os resultados mostram que dos extratos a frio, só o de 21 dias de extração afeta o crescimento da C. vulgaris, levando ao aumento de μ, em função da concentração de extrato testada, e ao aumento da densidade celular e do teor em Chl a. Os picos nos valores da proteína (pg/célula) observados nas culturas expostas a 25% e 30% de extrato com 21 dias poderão ser o resultado de uma resposta metabólica necessária para a degradação dos compostos presentes nestes extratos, sugerindo a presença de maior concentração e/ou existência de compostos que podem funcionar como suplemento nutricional, comparativamente aos extratos com 5 dias. Também a presença de extrato aquosos de alecrim a quente aumentou a μ e a densidade celular final da C. vulgaris. No entanto, quer os valores da Chl a, quer os valores da proteína são inferiores comparativamente aos valores do controlo, sugerindo efeitos tóxicos provavelmente advindos da presença de novos compostos e/ou do aumento da concentração de compostos, comparativamente ao extrato a frio de alecrim. Os compostos fenólicos presentes nos extratos aquosos são diferentes qualitativa e quantitativamente. No extrato de alecrim obtido a frio, foi quantificado o ácido rosmarínico e a quercetina e apesar destes compostos apresentarem ação antibacteriana, os resultados observados podem dever-se às concentrações testadas estarem abaixo da concentração inibitória, das diferentes vias metabólicas nos eucariotas e de condições de cultura que atenuem/revertam o efeito tóxico destes compostos. O extrato a quente apresenta mais variedade de compostos fenólicos, já que foram identificados e quantificados 7 compostos distintos, sendo maioritário o ácido rosmarínico e o ácido gálico. O aumento da μ da C. vulgaris, na presença destes extratos, aparentemente dependente da concentração testada, poderá ser devido à presença de mais variedade de compostos que atuam como substratos suplementares. Por outro lado, as baixas concentrações dos compostos fenólicos nestes extratos, comparativamente à decocção (anteriormente testada), não são suficientes para manifestar o potencial efeito algistático e/ou algicida. Comparativamente ao extrato de alecrim a quente, a decocção do alecrim apresenta sempre maior concentração de compostos fenólicos, com um fator que variou de 7 a 58. Tendo em conta o perfil quantitativo de compostos fenólicos encontrado nestes dois tipos de extratos (a quente e decocção), coloca-se a hipótese de que os efeitos algistáticos anteriormente observados com a decocção se deverem à elevada concentração dos compostos, confirmando a ideia de que o grau de inibição/estimulo do crescimento de microalgas mostra relação com a concentração de compostos fenólicos. Esta diferença na composição em fenólicos poderá maioritariamente dever-se ao efeito da sazonalidade, já que para o extrato a quente foi usado alecrim colhido em Abril e para a decocção alecrim colhido em Setembro. Serão necessários mais trabalhos para saber de que modo a sazonalidade do alecrim influencia o perfil quantitativo e qualitativo dos compostos fenólicos e consequentemente o potencial efeito algicida/algistático. The impacts of human activities are a constant threat to aquatic systems, leading, among other things, to an excess of nutrients and/or organic matter (eutrophication). The phenomenon of eutrophication causes economic and environmental problems, including a change in primary production and in the aquatic organism equilibrium, influencing the water quality. The measures implemented to control the planktonic blooms comprise the use of algicides such as copper sulfate, which has many limitations, including toxicity to non- target organisms, no stable effect and persistence in the environment. It is important to develop new technologies for direct control of populations of phytoplankton being efficient, inexpensive and environmentally friendly. Thus, at the Laboratory of Aquaculture School of Agriculture - IPB, studies are been developed to evaluate the use of plant extracts in controlling microalgae growth. In this context, the aim of this study was to pursue the previous work, examining the impact of seasonality of the rosemary (Rosmarinus officinalis) in the composition of their aqueous extracts and its potential effect algaecide in cultures of Chlorella vulgaris. The tests were conducted in batch cultures, and we evaluated the effect of different concentrations of aqueous extracts of rosemary (10%, 25%, 30%), different kind of extraction (cold and hot) and the influence of different extraction times (5 and 21 days), in the case of cold extracts. The potential algaecide was evaluated by cellular increase, specific growth rate (μ), content of chlorophyll (Chl a), phaeopigments content, percentage of degradation of chlorophyll and protein content. The identification and quantification of the phenolic compounds present in aqueous extracts was carried out by HPLC. The extracts analysed include the rosemary harvested in April and tested in this study (cold and hot extract) and decoction (aqueous extract of hydrodistillation) resulting from rosemary harvested in September and previously tested by the research team. The results showed that, between cold extracts, only the one with 21 days of extraction, affected the growth of C. vulgaris, leading to an increase in μ, as a function of extract concentration. The increase in cell density and in Chl a content was also observed. The peaks of protein content (pg/cell) observed in cultures exposed to 25% and 30% of extract with 21 days, may be the result of a metabolic answer induced by compounds present in these extracts, suggesting the presence of compounds which can act as a nutritional supplement. Also the presence of hot extract increased μ and final cell density of C. vulgaris. However, values of both, Chl a and protein, are lower when compared to control values, suggesting toxicity, probably arising from the presence of increasing concentration of compounds and/or from new compounds, compared to the cold extract. The phenolic compounds present in aqueous extracts are qualitatively and quantitatively different. In rosemary cold extract it was quantified quercetin and rosmarinic acid. Despite antibacterial action of these compounds, the observed results may be due to lower concentrations tested (below the inhibitory concentration), or because different metabolic pathways in eukaryotes, or from culture conditions that attenuate/revert toxic effect of these compounds. The hot extract presented more variety of phenolic compounds, seven different compounds were identified, the majority being rosmarinic acid and gallic acid. The increase in μ of C. vulgaris observed in cultures with these extracts could be related with tested concentration and to the presence of more variety of compounds that act as additional substrates. Moreover, lowest concentration of phenolic compounds in these extracts, compared with decoction (previously tested), were not enough to express the potential algaecide effect. Compared to the hot extract, decoction showed higher concentration of phenolic compounds, with a factor that ranged from 7 to 58. Regarding to the quantitative profile of phenolic compounds, found in these two types of extracts (hot and decoction), there is the possibility that the effects observed previously with the decoction were due to high concentration of compounds, confirming the notion that the degree of inhibition/stimulation of microalgae growth shows a relationship with the concentration of compounds phenolics. The difference in phenolic composition may be mostly due to the effect of harvest seasonality