Evaluation of the effects of light availability on growth and competition between strains of Planktothrix agardhii e Microcystis aeruginosa

As cianobactérias Microcystis aeruginosa e Planktothrix agardhii são espécies formadoras de florações comuns em ecossistemas aquáticos eutrofizados. Nestes ambientes, a disponibilidade de luz é um dos fatores determinantes para o desenvolvimento e estruturação da comunidade fitoplanctônica. O presente estudo teve como objetivo investigar o efeito da luz na fisiologia de cepas de cianobactérias (M. aeruginosa e P. agardhii), avaliando o crescimento, a variabilidade inter e intra-específica e a competição por luz. Para tanto foram realizados cultivos estanques em diferentes intensidades luminosas (10, 40, 60, 100 e 500 mol m-2 s-1) e calculadas as taxas de crescimento e os rendimentos máximos das culturas. O requerimento mínimo de luz de cada cepa foi determinado em experimentos com monoculturas em sistemas de cultivo contínuo (quimiostatos) sob condições de limitação de luz. A competição por luz foi avaliada através de experimentos com biculturas em quimiostatos. Foi observada variabilidade intra e inter-específica das cepas, nas diferentes intensidades luminosas testadas. Em 500 μmol m-2 s-1, as cepas de M. aeruginosa obtiveram maior biomassa do que P. agardhii, corroborando a maior sensibilidade de P. agardhii luz. Embora com rendimento máximo menor, P. agardhii cresceu em intensidades luminosas consideradas elevadas para a espécie, 100 e 500 μmol m-2 s-1. Estes resultados evidenciam a capacidade de P. agardhii ocorrer em ambientes com grandes amplitudes de luminosidade. Na intensidade de 10 μmol m-2 s-1, M. aeruginosa e P. agardhii apresentaram crescimento semelhante, demonstrando a habilidade das duas espécies em crescer com pouca luz. Nas monoculturas em quimiostato, sob condições de limitação de luz, as cepas de M. aeruginosa atingiram maior biomassa durante o equilíbrio (steady-state) do que P. agadhii, refletindo uma capacidade suporte mais elevada, enquanto que os valores de requerimento mínimo de luz foram semelhantes entre as duas espécies. Ao competirem, M. aeruginosa superou P. agardhii imediatamente após o início do experimento. Esse rápido crescimento resultou na dominância de M. aeruginosa em todos os pares de cepas testados e, em dois casos, ocorreu exclusão competitiva de P. agardhii. Quando não ocorreu exclusão, P. agardhii conseguiu manter-se no sistema com uma baixa biomassa (ca.15%). Estes resultados ajudam a entender a co-ocorrência destas espécies no ambiente e a dominância de M. aeruginosa mesmo em condições de baixa luminosidade.The bloom-forming cyanobacteria Microcystis aeruginosa and Planktothrix agardhii are common in eutrophic aquatic ecosystems. In such environments, the availability of light is one of the determining factors for the development and structure of the phytoplankton community. The present study aimed to investigate the effects of light on the physiology of strains of M. aeruginosa and P. agardhii, assessing growth, inter and intra-specific variability and light competition. The strains were grown in batch cultures at different light intensities (10, 40, 60, 100 and 500 mol m-2 s-1). Growth rates and maximum yields of cultures were calculated. The minimum requirement of light for each strain was determined in experiments with monocultures under continuous culture (chemostats) and conditions of light limitation. To evaluate the light competition, experiments were performed with bicultures in chemostats. It was observed intra and interspecific strains variability in the different light intensities tested. At 500 mol m-2 s-1, both strains of M. aeruginosa had higher biomass than P. agardhii, confirming that P. agardhii has higher sensitivity to light. Despite reducing its maximum yield of culture, P. agardhii grew in light intensities considered high for this species (100 and 500 mol m-2 s-1). These results demonstrate the ability of P. agardhii occur in environments with large amplitudes of light. All the strains showed similar growth at intensity of 10 mol m-2 s-1, demonstrating the ability of the two species to grow in low light. In chemostats under conditions of light limitation, the strains of M. aeruginosa reached higher biomass during the equilibrium (steady-state) than P. agadhii, reflecting a higher carrying capacity. However, values of minimum requirement of light were similar between the two species. Under competition, M. aeruginosa exceeded P. agardhii immediately after the start of the experiment. This rapid growth resulted in the dominance of M. aeruginosa for all pairs of strains tested and, in two cases, there was competitive exclusion of P. agardhii. When no exclusion occurred, P. agardhii managed to remain in the system with a low biomass (about 15%). These results help to understand the co-occurrence of these species in the environment and the dominance of M. aeuginosa even in low light conditions