Optimizing the growth of the red seaweed Asparagopsis taxiformis by managing light quality and intensity

• Main Author: Goldman, Jacob
• Publication Date: 2021
• Format: Master thesis
• Language: eng
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10400.1/19796
• topic: Asparagopsis taxiformis; Seaweed; Managing light; Quality; Intensity

As macroalgas vermelhas do género Asparagopsis são produtores prolíficos de compostos naturais bioativos, em particular compostos halogenados com fortes propriedades antimicrobianas. O género compreende a espécie A. taxiformis, distribuída em águas quentes e tropicais, e A. armata, distribuída em águas frias a temperadas. Asparagopsis spp. exibem um ciclo de vida diploide trifásico. Estas algas marinhas têm aplicações promissoras como aditivo para rações com propriedades anti-metanogénicas em animais ruminantes. A cultura destas algas à escala comercial é um tema de crescente interesse e exigirá a capacidade de produzir altos rendimentos de biomassa para o que é necessário compreender as condições abióticas que promovem taxas de crescimento mais altas. O tetraesporófito de A. taxiformis foi selecionado para este estudo porque ser a fase do ciclo de vida mais resiliente e a espécie apresentar maior tolerância a temperaturas quentes, uma vantagem para o cultivo em grande escala, uma vez que a maioria da aquacultura de algas marinhas ocorre em águas quentes na Ásia. A luz é a fonte de energia utilizada na fotossíntese e, portanto, um fator essencial para o crescimento de todos os organismos fotossintéticos. A qualidade e a quantidade da luz são fatores importantes que podem ser manipulados para controlar o crescimento das algas. Diferentes bandas do espectro luminoso são capturadas com eficiência diferente pelos cloroplastos e esta resposta é específica da espécie e está relacionada com a composição dos pigmentos. Vários estudos demonstraram que diferentes proporções de componentes espectrais influenciam o crescimento de macroalgas. A quantidade de luz é crucial para o crescimento, pois a luz excessiva causa stress e danos celulares, enquanto a luz insuficiente afeta negativamente a taxa fotossintética das algas marinhas. Tanto a qualidade quanto a quantidade da luz podem influenciar o fenótipo por meio de fotomorfogenética, que pode levar a alterações na taxa de crescimento. A densidade da biomassa afeta o auto-sombreamento das algas desempenhando um papel crítico na regulação das condições de luz na cultura de algas marinhas. Este estudo baseia-se em conclusões anteriores sobre a resposta de Asparagopsis à quantidade e qualidade da luz em condições estáticas, avaliando esses fatores na cultura tipo bottom-aerated batch exchange tumble, um sistema em que as algas estão em constante movimento num ambiente de luz dinâmico que mais se aproxima das condições de cultivo usadas na cultura comercial de algas marinhas. Neste estudo pretendemos compreender os efeitos da qualidade e quantidade da luz em culturas de Asparagopsis taxiformis em diferentes densidades de biomassa, como forma de gerir as condições de luz para otimizar as taxas de crescimento. Este estudo avaliou (1) a resposta da fotossíntese a diferentes níveis de irradiância; (2) os efeitos de diferentes qualidades espectrais no crescimento da biomassa; e (3) os efeitos de uma gama de intensidades de luz no crescimento. Todos os fatores foram testados em diferentes densidades de biomassa. As respostas fotossintéticas a vários níveis de irradiância foram avaliadas seguindo a produção de oxigénio a curto prazo, enquanto os efeitos da quantidade e qualidade de luz no crescimento foram avaliados durante um período de três semanas para níveis de densidade de biomassa. Os resultados indicam que os espectros que incluem comprimentos de onda intermediários promovem taxas de crescimento mais altas em ambos os níveis de densidade de biomassa testados. Não foram encontradas diferenças no crescimento entre algas cultivadas sob qualidades de luz com diferentes proporções de luz vermelha e azul. As taxas de crescimento aumentaram com o aumento da intensidade da luz dentro das faixas de irradiância testadas, independentemente das densidades de biomassa. No entanto, os resultados da experiência sobre os efeitos da quantidade de luz podem ter sido afetados por uma variável não controlada (confounding). Este trabalho pode ser a base para a futura investigação, dos efeitos no crescimento desta macroalga, de luz com uma maior proporção de comprimentos de onda intermediários. No geral, as taxas de crescimento observadas neste trabalho são comparáveis às de outras algas vermelhas e às reportadas para Asparagopsis. Investigações adicionais sobre os efeitos da intensidade da luz em Asparagopsis devem usar um processo de aclimatação das algas gradual, evitando o stress induzido por luminosidade intensa, que poderá influenciar os resultados. A qualidade da luz e, particularmente, a quantidade têm um efeito profundo no crescimento de A. taxiformis e podem ser manipuladas para aumentar a produção de biomassa em culturas de interior.