Adição de dióxido de carbono seguido de aumento de irradiância como estratégia de otimização do cultivo da macroalga Kappaphycus alvarezii

Abstract

Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da adição de CO2 e da irradiância no cultivo de Kappaphycus alvarezii. Talos tetrasporofíticos foram cultivados durante duas semanas com adição de CO2 nas seguintes concentrações: 1 L s-1 (1CO2), 2 L s-1 (2CO2) e 3 L s-1 (3CO2), e posteriormente colocados em cultivo em uma alta irradiância (200 µmol fótons m-2 s-1) por mais duas semanas sem injeção de CO2. O controle não teve a adição de CO2 na primeira etapa. Tanto após o experimento com CO2 e quanto após o cultivo com alta irradiância, foram realizadas análises das taxas de crescimento, quantificação de clorofila a e carotenoides, microscopia de luz para observação de grãos de amido e de polissacarídeos ácidos e microscopia eletrônica de transmissão (MET) para a observação das alterações ultraestruturais. Não foram observadas diferenças significativas nas taxas de crescimento das macroalgas nos diferentes tratamentos e controle nas diferentes etapas. Apenas o tratamento 1CO2 apresentou diferenças significativas na taxa de crescimento considerando as duas etapas. K. alvarezii cultivada com CO2 apresentaram um grande espessamento da parede celular e aumento na quantidade de grãos de amido, como também maiores quantidades de clorofila a e carotenoides quando comparadas ao controle. Após a exposição à alta irradiância, as amostras do controle apresentaram sinais de estresse, como alterações na estrutura dos cloroplastos e diminuição nas suas reservas de amido, assim como tiveram aumento na quantidade de clorofila a e carotenoides. No entanto, as amostras cultivadas inicialmente com CO2 apresentaram aumento na quantidade e no tamanho dos grãos de amido, e na quantidade de organelas relacionadas à geração de energia (mitocôndrias) e construção celular (corpos de Golgi). Tais alterações sugerem uma resposta da célula após a adição de CO2 com formação de reservas e espessamento na parede celular que possivelmente tornará as plantas mais aptas a lidar com o estresse ambiental durante seu transporte em condições indoor para plantio no mar.

Abstract : This work aimed to verify the influence of CO2 addition and irradiance in Kappaphycus alvarezii cultivation. Tetrasporophytic thalli were cultured in vitro for two weeks with addition of CO2 according to the following concentrations: 1 L s-1 (1CO2), 2 L s-1 (2CO2) e 3 L s-1 (3CO2), and subsequently cultured under high irradiance (200 µmol photons m-2 s-1) for more two weeks. The control had no CO2 addition in the first period. After both experiments, with addition of CO2 and cultivation under high irradiance, the growth rate, chlorophyll a and carotenoids quantification were determined, as well as light microscopy for observation of starch granules and acid polysaccharides, and transmission electronic microscopy for observation of ultra-structural alterations. No significant differences were observed in growth rates of different treatments and control among the periods. Only 1CO2 treatment showed significant differences in growth rates considering the two two periods. K. alvarezii cultivated with CO2 addition showed cell wall thickening and increasing quantity of starch granules, chlorophyll a and carotenoids than the control. After exposure to high irradiance, control samples showed stress signs as chloroplasts alterations, decrease in starch granules quantities and an increase in quantity of total chlorophyll a and carotenoids. However, samples cultivated with CO2 showed increase in the quantity and size of the starch granules and an increase in the number of energy generation related organelles (mitochondria) and cell construction (Golgi complex). Such alterations suggest cell response after CO2 addition as starch reserves formation and cell wall thickening which possibly makes plants more suitable to lead with the environmental stress during its transport from indoor conditions to planting in the sea.