Production and identification of Ulva sp. in multitrophic aquaculture in earth ponds

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2017Waste water from intensive aquaculture can cause eutrophication of coastal waters and subsequent negatively impact downstream biological communities. The use of macroalgae as active biofilter optimizes the reduction of the dissolved nutrient loads in aquaculture effluents. Ulva species with their high growth rates and tissue nitrogen contents are very good candidates for bioremediation besides having an active role on carbon sequestration. This study identified the Ulva sp. cultivated in earth ponds facing the Ria Formosa lagoon (South Portugal), and assessed the biomass production, the SGR (specific growth rate) and CO2 uptake performance of this species. Using DNA barcoding with the markers ITS (internal transcribed spacer) I identified six species of the genus Ulva growing in the ponds, with Ulva flexuosa being the cultivated one. Ulva flexuosa was recorded for the first time in South Portugal. However, taxonomic questions were raised because distinct clades were found for this species using published sequences. Moreover, the ‘lettuce-leaf’ morphotype was observed for the first time for the marine species of Ulva flexuosa. The growth and production performance were tested among: a) two different multitrophic systems (IMTA (fish +oyster + Ulva) and ‘Fish + Ulva’); b) four different initial densities (15 ,30, 50 e 60 g/m2); c) five production and harvest cycles (6, 7, 8, 9 e 15 days). The Specific Growth Rate (SGR) of Ulva flexuosa was found to be significantly different between the two multitrophic systems (p <0.05) and higher in the 'Fish + Ulva' system (19.3 ± 0.08% day-1) than in the IMTA system (16.7 ± 0.8% day-1). Also, there was significant differences between different densities and varied cultivating periods. Growth of Ulva flexuosa was dependent of both densities and time periods. The densities of 30g/m2 revealed to be the best among the four tested densities (23 ± 3.9 % day−1) whereas the optimal cultivating period was between seven and nine days (≈21 % day−1). The annual NPP of Ulva flexuosa was estimated to be of 106 g C m-2 year-1 a value lower than those reported from different Ulva species in other countries. Ulva flexuosa showed to grow well under typical conditions of earthen pond aquaculture. The experiments on the production cycle indicated an optimal period of cultivation of about 8 days. The presence of Ulva flexuosa in the South Portugal broadens its geographic distribution and opens the prospect of using this species in IMTA systems in various parts of the country.A aquacultura é o setor de produção animal para o consumo humano que mais rapidamente tem crescido no mundo, para além de que é um contribuinte importante para o abastecimento mundial de alimentos e para o crescimento económico. Os efluentes da aquacultura intensiva podem causar eutrofização nas águas costeiras e originar impactos negativos nas comunidades biológicas dessas áreas. É muito importante para o desenvolvimento do sector aquícola que se encontrem soluções adequadas para reduzir o excesso de nutrientes provenientes dos efluentes da aquacultura. A utilização de macroalgas como biofiltros ativos ajuda a reduzir as cargas de nutrientes dissolvidos dos efluentes da aquacultura. As espécies do género Ulva, que possuem taxas de crescimento altas e teores de azoto elevadas na composição dos tecidos, são boas candidatas para bio remediar as concentrações de nutrientes na água, além de terem uma função ativa sobre no sequestro de carbono. As espécies de Ulva têm sido tradicionalmente utilizadas para nutrição humana e animal pois possuem uma concentração elevada de proteínas. Nos últimos anos desenvolveram-se técnicas que permitem transformá-las numa fonte importante de biocombustível e de ulvano. O enorme potencial comercial deste último produto pode tornar a produção destas algas ainda mais lucrativa. Este trabalho fez a identificação das espécies de Ulva que se desenvolvem nos tanques de terra da estação Piloto de Piscicultura de Olhão e que se localizam na Ria Formosa (sul de Portugal), avaliou a taxa de crescimento e a biomassa produzida por uma destas espécies, Ulva flexuosa, e determinou o valor da sua produção primária líquida anual (NPP, acrônimo em inglês). Nestes tanques as macroalgas foram cultivadas em dois sistemas multitróficos integrados: um sistema IMTA (acrónimo em inglês para “integrated multitrophic aquaculture”) contendo organismos autotróficos (fitoplâncton, Ulva flexuosa), espécies filtradoras (Crassostrea gigas) e organismos com alimentação exógena ao sistema (Argyrosomus regius, Mugil cephalus, Diplodus sargus); e um sistema constituído apenas por peixes e Ulva flexuosa. A espécie de Ulva cultivada na estação de aquacultura foi selecionada por se desenvolver naturalmente no canal de descarga dos efluentes da instalação evidenciando uma boa adaptação às variações sazonais de temperatura do local e aos altos níveis de irradiação solar e de amónia. A identificação taxonómica das algas foi feita pela técnica molecular conhecida como ‘DNA barcoding’. Esta técnica é uma metodologia que utiliza um curto marcador genético presente no DNA do organismo para o identificar como pertencente a uma espécie particular. Neste ensaio foi usado o marcador molecular ITS (acrónimo em inglês para ”internal transcribed spacer”), que permitiu a identificação de seis espécies do gênero Ulva presentes nos tanques de terra. Entre eles, a espécie cultivada acabou por ser identificada com Ulva flexuosa. Os dados genéticos recolhidos nesta experiência podem levar a concluir que a origem da macroalga cultivada nos tanques de terra da EPPO poderia ser do Pacífico Norte. Esta é a primeira descrição de Ulva flexuosa para o sul de Portugal. Contudo, novas questões foram levantadas devido à descoberta de linhagens distintas com o nome desta espécie, usando sequências publicadas Para além disso o morfotipo "folha de alface" foi observado pela primeira vez para as espécies marinhas de Ulva flexuosa. A produção de biomassa e a taxa de crescimento foram testadas comparando: a) os dois sistemas multitróficos utilizados (IMTA (peixe + ostra + Ulva) e 'Peixe + Ulva'); b) quatro diferentes densidades iniciais (15, 30, 50 e 60 g/m2) ; c) cinco ciclos de produção e colheita (6, 7, 8, 9 e 15 dias). A taxa de crescimento específico (SGR) de Ulva flexuosa resultou ser significativamente diferente entres os dois sistemas multitróficos (p<0.05) e maior no sistema de ‘Peixes + Ulva’(19.3 ± 0.08% dia-1) do que no sistema IMTA (16.7 ± 0.8% dia-1). A evolução temporal da SGR e da biomassa produzida durante a experiência apresentou um padrão sinusoidal com dois picos. A diminuição no outono parecer ter sido resultante da diminuição sazonal da temperatura e do período de luz enquanto que o decréscimo no mês de Agosto pode ter sido resultante do próprio ciclo de vida da macroalga e da falta de nutrientes. Houve diferenças significativas entre diferentes densidades (p<0.05) e diferentes períodos de cultivo(p