Cultivo da macroalga vermelha Pyropia acanthophora var. brasiliensis: efeito interativo da radiação UVA+UVB com elevadas concentrações de nitrato e diferentes fatores abióticos

Abstract

Pyropia é considerado o gênero de macroalga marinha mais domesticada no planeta e é conhecida como Nori, a alga do sushi, utilizada na alimentação por todo o mundo. Este gênero apresenta alternância de gerações entre gametófitos haploides (n) macroscópicos, os quais são utilizados para o consumo alimentício, e esporófitos diploides (2n) microscópicos. Cada geração libera um tipo de esporo diferente, onde gametófitos liberam carpósporos, os quais formarão a fase 2n, enquanto os esporófitos liberam conchósporos, que formarão a fase n. Dependendo das condições, geralmente estresse, as duas fases também podem liberar monósporos, esporos que regeneram a sua própria fase. Por serem organismos sésseis, estão em condições propícias para receber diferentes e alterados fatores abióticos. Um dos fatores abióticos mais danosos para as algas é a elevada dose de radiação ultravioleta (RUV). Existem três tipos de RUV, a RUVA, a RUVB e a RUVC, porém somente as duas primeiras atingem a superfície terrestre. A RUVA é conhecida por ser benéfica as plantas e algas, enquanto a RUVB é conhecida por ser prejudicial, causando negativas alterações morfológicas e fisiológicas. Outro fator muito importante para o desenvolvimento de algas são os nutrientes, principalmente o nitrato (NO3-). O NO3- é um íon que ocorre naturalmente no ambiente como um nutriente, proveniente de decomposição aeróbia, porém a sua presença em concentrações elevadas geralmente é devido à atividade antrópica, como a aplicação de fertilizantes orgânicos e inorgânicos e o uso de sistemas de saneamento in situ. O nitrogênio (N) presente no NO3- auxilia na formação de moléculas de proteínas, ácidos nucléicos, vitaminas, enzimas, hormônios, pigmentos e aminoácidos tipo micosporinas. A presença destas duas últimas moléculas pode mitigar os efeitos da RUV, porém são poucas as informações que estão disponíveis na literatura para explicar os efeitos dessa atividade simultânea de NO3- e RUV em talos de macroalgas, faltando informações sobre as respostas na morfologia, ultraestrutura, na produção de metabólitos secundários. Assim como ausência total de estudos com esporos de algas tratadas com NO3- e RUV simultaneamente. Portanto, buscamos respostas dos efeitos de elevadas concentrações deste nutriente no cultivo da macroalga P. acanthophora var. brasiliensis E.C. Oliveira & Coll expostos a PAR+RUVA+RUVB (PAB) nos primeiros dias de desenvolvimento dos carpósporos e na morfofisiologia do talo desta macroalga. Além disso, sabendo que as algas sofrem com mudanças em fatores abióticos (salinidade, temperatura, fotoperíodo, dessecação, entre outros) e que isto pode ser estressante para o organismo, o conhecimento de qual tipo de esporo a alga libera em condições de estresse poderá ajudar no alcance de uma estratégia para a produção desta macroalga, onde a pesquisa básica dá suporte à pesquisa aplicada. Para tanto foram realizados três experimentos: 1) cultivo dos talos em diferentes concentrações de NO3- e RUV; 2) cultivo dos carpósporos em diferentes concentrações de NO3- e RUV e 3) cultivo dos talos em diferentes fatores abióticos para verificar o estresse oxidativo e a liberação de monósporos. Para o talo, a presença de NO3- é um fator que contribuiu para mitigar os efeitos da RUV e é determinante para as respostas antioxidantes. Entretanto, a ausência deste nutriente não contribui para a mitigação dos efeitos gerados pela RUV.Para o segundo experimento, concluiu-se que a RUV é um fator limitante para o desenvolvimento de carpósporos de P. acanthophora var. brasiliensis, enquanto o NO3- influencia, mas não limita, o desenvolvimento. E para o terceiro experimento, observou-se baixo estresse oxidativo em todos os tratamentos, com exceção aos expostos à RUV. Justamente nestes únicos tratamentos que encontramos a liberação de monósporos (monósporos que refazem a fase foliácea), indicando que quanto maior o estresse oxidativo, maior o desequilíbrio metabólico e como forma de sobrevivência rápida da espécie ocorre a reprodução assexuada.

Abstract: Pyropia is considered the genus of the most domesticated macroalga on the planet and is known as Nori, the alga of sushi, used in food all over the world. This genus presents alternation of generations between macroscopic gametophytes haploid (n), which are used for food consumption, and microscopic sporophytes diploid (2n). Each generation releases a different spore type, where gametophytes release carpospores, which will form phase 2n, while the sporophytes release conchospores, that will form the phase n. Depending on the conditions, usually stress, the two phases can also release monospores, spores that regenerate their own phase. Because they are sessile organisms, they are able to receive different and altered abiotic factors. One of the most harmful abiotic factors for algae is the high dose of ultraviolet radiation (UVR). There are three types of UVR, UVAR, UVBR and UVCR, but only the first two reach the Earth's surface. UVAR is known to be beneficial plants and algae, while UVBR is known to be harmful, causing negative morphological and physiological changes. Another very important factor for the development of algae is the nutrients, mainly nitrate (NO3-). NO3- is an ion that occurs naturally in the environment as a nutrient from aerobic decomposition, but its presence in high concentrations is usually due to anthropic activity, such as the application of organic and inorganic fertilizers and the use of inorganic sanitation systems situ. Nitrogen (N) in NO3- helps in the formation of molecules of proteins, nucleic acids, vitamins, enzymes, hormones, pigments and mycosporin-like amino acids. The presence of these two last molecules may mitigate the effects of UVR, but little information is available in the literature to explain the effects of this simultaneous NO3- and UVR activity on macroalgal thalli, lacking information on the responses in the morphology, ultrastructure, in the production of secondary metabolites. As well as total absence of studies with algae spores treated with NO3- and UVR simultaneously. Therefore, we searched for responses of the effects of high nutrient concentrations on P. acanthophora var. brasiliensis E.C. Oliveira & Coll exposed to PAR+UVAR+UVBR (PAB) in the first days of carpospores development and in the thalli morphophysiology of this macroalga. In addition, knowing that algae suffer from changes in abiotic factors (salinity, temperature, photoperiod, desiccation, among others) and that this can be stressful for the organism, the knowledge of what type of spore the alga releases under stress conditions will can help in achieving a strategy for the production of this macroalga, where basic research supports applied research. For that, three experiments were carried out: 1) cultivation of thalli in different concentrations of NO3- and UVR; 2) culture of the carpospores in different concentrations of NO3- and UVR and 3) culture of the thalli in different abiotic factors to verify the oxidative stress and the release of monospores. For the thallus, the presence of NO3- is a factor that contributed to mitigate the effects of the UVR and is determinant for the antioxidant responses. However, the absence of this nutrient does not contribute to the mitigation of the effects generated by the UVR. For the second experimente, it is concluded that UVR is a limiting factor for the development of carpospores of P. acanthophora var. brasiliensis, while NO3- influences, but does not limit, the development. Finally, for the third experimente, it was observed low oxidative stress for all treatments, except for those exposed to UVR. It is precisely in these unique treatments that we find the release of archeospores (monospores that redo the foliaceous phase), indicating that the higher the oxidative stress, the higher the metabolic imbalance and as a way of rapid survival of the species asexual reproduction occurs.