Variações morfológicas e bioquímicas em células de Ulva ohnoi (M.Hiraoka & S.Shimada) em resposta à exposição a diferentes concentrações de nitrato de sódio

Abstract

Ulva ohnoi (M. Hiraoka & S. Shimada) é uma alga verde de importância econômica e ambiental na biotecnologia de produtos e na absorção de macronutrientes em ambientes eutrofizados. O nitrato é um íon naturalmente presente no ambiente, mas quando liberado em grandes quantidades por atividades antrópicas é causador de processos de eutrofização. Além disso, é constituinte importante de vários processos e estruturas celulares, sendo crucial em processos biotecnológicos. Este trabalho objetivou avaliar os efeitos do nitrato de sódio no cultivo de U.ohnoi, com foco nas mudanças morfofisiológicas celulares induzidas por diferentes concentrações desse composto, visto a necessidade de esclarecer as respostas específicas a esse macronutriente. Foram cultivados 1.0 g de alga fresca em frascos Erlenmeyer (1L), em concentrações de 0; 4; 25; 50 e 100 mM de nitrato de sódio ao longo de 7 dias. Após o cultivo, foram realizadas análises de taxa de crescimento, pigmentos fotossintetizantes, citoquímica (microscopia de luz), fluorescência dos cloroplastos (microscopia confocal), organização subcelular (microscópio eletrônico de transmissão) e quantificação de amido e açúcares totais. Os resultados revelaram que as concentrações de 25 e 50 mM de nitrato proporcionaram um aumento na taxa de crescimento, produção de pigmentos fotossintetizantes e autofluorescência dos cloroplastos, os quais apresentavam um elevado número de tilacóides. Em contraste, a produção de grãos de amido foi reduzida nessas condições. Na ausência de nitrato (0 mM), observou-se uma maior produção de grãos de amido e um espessamento na parede celular, indicando respostas ao estresse celular. Conclui-se que as concentrações intermediárias (25 e 50 mM) favorecem o incremento na biomassa de U. ohnoi e a eficiência fotossintética, sendo o tratamento com 25 mM o que apresenta melhores resultados para otimização destes parâmetros. Entretanto, para a produção de amido, a ausência de nitrato é mais eficaz. Estes achados fornecem informações valiosas para otimizar o cultivo de U. ohnoi em contextos tecnológicos, como a produção de alimentos e bioprodutos bem como em ambientes afetados pela poluição de nitrato, ou ainda, processos integrados em que a alga possa ser aplicada em ambas as finalidades.

Abstract: Ulva ohnoi (M. Hiraoka & S. Shimada) is a green alga of economic importance in biotechnology for product development and the absorption of macronutrients in eutrophic environments. Nitrate is a naturally occurring ion in the environment, but when released in large quantities due to human activities, it causes eutrophication. Moreover, it is a crucial component in various cellular processes and structures, making it vital in biotechnological applications. This study aimed to evaluate the effects of sodium nitrate on the cultivation of U.ohnoi, focusing on the cellular morphophysiological changes induced by different concentrations of this compound, given the need to clarify the specific responses to this macronutrient. Fresh algae (1.0 g) were cultivated in 1L Erlenmeyer flasks with sodium nitrate concentrations of 0, 0.4, 25, 50, and 100 mM over seven days. After cultivation, analyses were conducted on growth rate, photosynthetic pigments, cytochemistry (light microscopy), chloroplast fluorescence (confocal microscopy), subcellular organization (transmission electron microscopy), and quantification of starch and total sugars. The results showed that nitrate concentrations of 25 and 50 mM led to increased growth rates, production of photosynthetic pigments, and chloroplast autofluorescence, with chloroplasts exhibiting a higher number of thylakoids. In contrast, starch grain production was reduced under these conditions. In the absence of nitrate (0 mM), there was a higher production of starch grains and a thickening of the cell wall, indicating cellular stress responses. It was concluded that intermediate concentrations (25 and 50 mM) enhance the biomass and photosynthetic efficiency of U. ohnoi, with 25 mM being the most effective for optimizing these parameters. However, for starch production, the absence of nitrate proved to be more effective. These findings provide valuable information for optimizing the cultivation of U. ohnoi in biotechnological contexts, such as food and bioproduct production, as well as in environments affected by nitrate pollution, or in integrated processes where the algae could be applied for both purposes.