Influence of pH and inorganic carbon on competition between cyanobacteria Cylindrospermopsis raciborskii and Microcystis aeruginosa

Florações de cianobactérias em ambientes límnicos são associadas principalmente ao enriquecimento nutricional dos mananciais porém, atualmente, altas concentração de dióxido de carbono (CO2) atmosférico também vem favorecendo sua dominância. Durante a floração, o consumo de CO2 livre e de nutrientes elevam o pH das águas. Assim, ao se difundir na água o CO2 atmosférico torna-se disponível como bicarbonato (HCO3-) e/ou carbonato (CO32-), promovendo mudanças na comunidade fitoplanctônica devido a vantagem competitiva que algumas espécies apresentam no uso do HCO3-. Cylindrospermopsis raciborskii e Microcystis aeruginosa são cianobactérias amplamente distribuídas nos ecossistemas aquáticos dulciaquícolas, formadoras de florações e conhecidas por fazer uso do HCO3-. Este estudo foi realizado a fim de investigar a relação competitiva entre estas espécies diante de mudanças no pH e disponibilidade de carbono inorgânico. Foram realizados cultivos com e sem aeração, com e sem adição de bicarbonato e em três diferentes condições de pH (livre, 6,8 e 8,2) com as cepas ITEP-A1 de C. raciborskii e NPLJ-4 de M. aeruginosa. Os cultivos iniciaram-se com o mesmo biovolume e tiveram a sua fase de crescimento exponencial estendida a partir de reinoculação em novo meio de cultura (retornando ao biovolume inicial). Para os cultivos mistos considerou-se a espécie com o menor crescimento. As taxas de crescimento (μ.dia -1) e rendimento das espécies, o pH, alcalinidade e carbono inorgânico dos cultivos foram avaliados por ANOVA Fatorial de medidas repetidas. Isoladamente, M. aeruginosa apresentou maiores taxas de crescimento em pH 8,2 e livre, e crescimento reduzido em pH 6,8, enquanto C. raciborskii não foi influenciada pelo pH. Ambas as espécies promoveram mudanças significativas no pH nos cultivos não tamponados (pH livre). A aeração e o bicarbonato foram fatores determinantes para a resposta das espécies nos cultivos em competição. Nos cultivos não tamponados, com aeração e sem adição de bicarbonato C. raciborskii foi melhor competidora que M. aeruginosa, enquanto que esta foi melhor competidora nos cultivos sem aeração e com adição de bicarbonato. Foi possível constatar mudanças nas respostas competitivas das espécies diante de alterações no pH e alcalinidade e, consequentemente, das proporções de carbono inorgânico dissolvido. Assim, com o aumento da eutrofização dos ecossistemas aquáticos associado a um aumento da alcalinidade e pH, mudanças nas relações competitivas das espécies estão propensas a ocorrer, visto que o alivio da limitação por carbono inorgânico pode favorecer a dominância de cianobactérias potencialmente tóxicas como as do gênero Microcystis.Cyanobacterial bloom in freshwater are mainly associated with the nutritional enrichment of the water, but currently, high concentration of atmospheric carbon dioxide (CO2) is also favoring its dominance. During bloom, the consumption of free CO2 and nutrients increases the pH of the water. Thus, when it diffuses in water, atmospheric CO2 becomes available as bicarbonate (HCO3-) and carbonate (CO32-), promoting changes in the phytoplankton community due to the competitive advantage that some species present in use of HCO3-. Cylindrospermopsis raciborskii and Microcystis aeruginosa are cyanobacteria widely distributed in freshwater aquatic ecosystems, bloom forming and known to make use of HCO3-. This study was carried out in order to investigate the competitive relationship between these species due to changes in pH and availability of inorganic carbon. Were performed cultures with and without aeration, with and without bicarbonate and in three different pH conditions (free, 6.8 and 8.2) with the strains ITEP-A1 of C. raciborskii and NPLJ4 of M. aeruginosa. Cultures started with the same biovolume and had their exponential growth phase extended from reinoculation into new culture medium (returning to the initial biovolume). For the mixed cultures the species with the lowest growth was considered. The growth rates (μ.day -1) and species yield, pH, alkalinity and inorganic carbon of the cultures were evaluated by repeated measures ANOVA. Isolate M. aeruginosa presented higher growth rates at pH 8.2 and free, and reduced growth at pH 6.8 while C. raciborskii was not influenced by pH. Both species promoted significant changes in pH in the non-buffered cultures (free pH). Aeration and bicarbonate were determinant factors for the response of the species in the competition cultures. In non-buffered cultures, with aeration and without addition of bicarbonate C. raciborskii was better competitor than M. aeruginosa, whereas this was best competitor in the cultures without aeration and with addition of bicarbonate. It was possible to observe changes in the competitive responses of the species to changes in pH and alkalinity and, consequently, to the proportions of dissolved inorganic carbon. Thus, with increased eutrophication of aquatic ecosystems associated with increased alkalinity and pH, changes in the competitive relationships of species are likely to occur, since the relief of inorganic carbon limitation may favor the dominance of potentially toxic cyanobacteria such as those of the genus Microcystis.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPE