Integrated aquaculture of Bonnemaisoniaceae

188 Pages·2009·3.5 MB·English

by  Leonardo Mata

U A
NIVERSIDADE DO LGARVE
F C M A
ACULDADE DE IÊNCIAS DO AR E DO MBIENTE
Integrated aquaculture of Bonnemaisoniaceae: physiological and
nutritional controls of biomass production and of halogenated
metabolite content
Leonardo Filipe Rodrigues da Mata
Doutoramento no ramo de Ciências do Mar
Área de especialização Botânica Marinha
2008

U A
NIVERSIDADE DO LGARVE
F C M A
ACULDADE DE IÊNCIAS DO AR E DO MBIENTE
Integrated aquaculture of Bonnemaisoniaceae: physiological and
nutritional controls of biomass production and of halogenated
metabolite content
Leonardo Filipe Rodrigues da Mata
Doutoramento no ramo de Ciências do Mar
Área de especialização Botânica Marinha
Tese orientada por Prof. Dr. Rui Orlando Pimenta Santos
2008

Dedico este trabalho à minha mãe
Sei que se sentiria orgulhosa…

Agradecimentos
Um doutoramento... Não lhe chamaria um projecto de uma vida, mas com certeza um dos
patamares que marcam o seu percurso. Por isso mesmo, é importante que aqui fiquem
registados todos aquele(a)s, aquilos e aculoutros que directa ou indirectamente contribuíram
para o sucesso deste projecto.
Começo por agradecer ao supervisor deste trabalho Prof. Doutor Rui Santos. Rui, obrigado
pela oportunidade que me deste para elaborar esta tese, pelos teus importantes contributos de
índole científica e pela maneira como nos ensinas a abordar a investigação/ciência. Quero
agradecer-te também o facto de ao longo do tempo que temos vindo a trabalhar juntos (já lá
vão 12 anos), teres permitido que se criasse uma relação supervisor/orientando que não será
regra na maioria dos grupos de investigação.
Ainda ligados directamente à tese, um agradecimento muito especial a todos os co-autores
dos capítulos. Andreas, muito, mas mesmo muito obrigado por tudo aquilo que contigo
aprendi, por seres quem és e como és, o que me permitiu crescer muito a nível pessoal e
profissional. Quero que aqui fique um registo dos muitos dias passados na construção,
manutenção e operacionalização do sistema de cultivo de algas, já deixam saudades... João, o
meu mentor da ecofisiologia, obrigado pelo teu contributo de co-orientador desta tese e pelo
teu companheirismo. A todo o staff do laboratório de ecologia, em especial às pessoas que
mais contribuíram para a concretização deste projecto: Inês, Feijóo, Monya, Aschwin e
também a ti Esti pelos teus contributos “microscópicos”. Fora do grupo de investigação, mas
também ligados ao projecto um obrigado ao Dr. Jorge Santinha, proprietário da Aquamarim
por ter colaborado connosco nesta aventura do cultivo de algas integrado e ao Andry pelos
“desenrasques” durante a nossa ausência do sistema de cultivo. Um outro obrigado à Helena
Gaspar do INETI pelo interesse em participar na ideia da tese e fazer com fosse possível,
face a todos os contratempos, realizar as análises aos compostos das algas.
Obrigado ao “gang” que me desviou de conseguir acabar a tese dentro do tempo (é sempre
bom arranjar uns bodes expiatórios), mas que tornou o percurso muito mais fácil e divertido.
É mesmo impossível enumera-lo(a)s a todo(a)s, mas como dizia o outro “ele(a)s sabem de
quem é que eu estou a falar...”. Felizmente foi grande a colecção de AMIGOS que já trazia e
i
se mantiveram, bem como os que fiz durante estes anos da tese. Um obrigado do tamanho do
mundo por todos os bons momentos.
O maior obrigado de todos à Família (Pai, mana, brô) pelo apoio incondicional que permitiu
a realização da tese mas também de outros projectos de vida paralelos, a vocês devo tudo. À
minha Iara que nasceu quase em simultâneo com esta tese e que é quem mais tempo me tem
aturado e mimado. Obrigado pela tua companhia ímpar e por trazeres todos os paus, bolas e
pinhas que por acaso me apeteceu atirar para longe ao longo destes anos. E a Praia de Faro...
Metade do percurso da tese foi vivido neste pequeno paraíso de Inverno que, ao contrário do
que alguns possam pensar, não foi responsável por atrasos, foi isso sim fonte de inspiração e
de energia para levar a bom porto este projecto. Obrigado Su por teres insistido e me fazeres
ver que não é tarde para determinadas coisas.
Não poderia terminar esta secção de agradecimentos sem realçar o contributo do próprio
objecto da tese, a Asparagopsis. Obrigado Falky por nunca me teres abandonado e teres
chegado comigo até ao fim da tese. Só quem tenta manter algas em cativeiro é que
compreende a relação, dedicação e conversas que é preciso manter para as conseguir manter
contentes, saudáveis e livres de contaminações por um longo período de tempo.
And now, the real stuff
Este trabalho foi financeiramente apoiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia,
através de financiamento de uma bolsa SFRH/BD/12647/2003 e de um projecto POCI/MAR/
56956/2004
ii
Resumo
O uso de algas como biofiltros de efluentes de cultivo de animais marinhos ainda não
foi adoptado pela indústria da aquacultura. A investigação deverá focar os seus esforços na
tentativa de domesticar algas com valor comercial, de modo a que a biofiltração de
nutrientes seja vista pela indústria da aquacultura como uma tecnologia auto sustentável,
amiga do ambiente e que produz grandes quantidades de uma biomassa que pode ser
rentável. As espécies do género Asparagopsis possuem um elevado conteúdo e diversidade
de compostos halogenados voláteis (CHVs) que são já explorados comercialmente pela
indústria da cosmética. Nesse sentido, o cultivo integrado de Asparagopsis com animais
marinhos deve ser considerado como uma oportunidade. O meu objectivo nesta tese foi o de
tentar estabelecer o cultivo da fase tetrasporófita das espécies A. armata e A. taxiformis e
comparar as respectivas capacidades para remover nutrientes e produzir biomassa com as de
espécies de Ulva, até então as espécies mais sucedidas nestes sistemas de cultivo integrado.
Com o objectivo de determinar as condições de cultivo que maximizam a remoção de
nutrientes dos efluentes, a produção de biomassa e os níveis internos de CHVs, foram
exploradas as respostas fisiológicas das espécies a diferentes níveis dos recursos que são
controláveis em cultivo (luz, azoto e carbono).
A performance das espécies de Asparagopsis em cultivo integrado excedeu a
performance das espécies de Ulva. Neste sistema de cultivo, 5 g de peso fresco L-1 foi
considerada a densidade óptima de inoculo nos tanques e 3 volumes por hora, a taxa ideal de
renovação de effleuntes nos tanques das algas. Estas condições garantem a quantidade de
nutrientes, mas especialmente de CO que maximizam a biofiltração de nutrientes, a
2
produção de biomassa e o nível interno de bromofórmio (CVH maioritário nestas espécies).
Em condições limitantes de CO para a fotossíntese, ocorre um decréscimo significativo do
2
crescimento e da produção de compostos secundários à base de carbono como os CHVs. Não
foi possível conseguir o cultivo anual de ambas as espécies neste sistema de cultivo, porque
a temperatura dentro dos tanques das algas ultrapassou os 27 e os 29 ºC, temperatures letais
para A. armata e A. taxiformis, respectivamente.
iii
Summary
The use of seaweed as biofilters of animal mariculture discharges has not been widely
adopted by the aquaculture industry. Research efforts should focus on the cultivation of
novel seaweed species with economic value so that nutrient biofiltration may be identified
by the aquaculture industry as a self sustainable, environmental friendly technology that
produces profitable biomass. The Asparagopsis spp. volatile halogenated compounds
(VHCs) are explored for cosmetics formulations and so the integrated aquaculture of
Asparagopsis species should be considered as an opportunity. In this thesis I aim to establish
the tank domestication of the tetrasporophyte phase of Asparagopsis species (A. armata and
A. taxiformis) and compare its nutrient biofiltration and biomass production performance
with the most successful seaweed biofilters, Ulva spp. By exploiting the physiological
responses of the species to different levels of the manageable resources in culture (light,
nitrogen and carbon) I aim to determine the cultivation conditions that maximize the TAN
removal from the effluents, the biomass production of the system and the internal levels of
VHCs.
The performances of Asparagopsis species in integrated aquaculture exceeded that of
the Ulva spp. In this integrated cultivation system, the optimal Asparagopsis spp. stocking
density (light) was 5 g fresh weight L-1 and the ideal supply rates of fish effluents to the
seaweed tanks was ~3 vol h-1. These conditions provided the the quantity of nutrients, but
especially CO to maximize the nutrients biofiltration, the biomass yield and the bromoform
2
(the major VHC in these species) internal levels. At CO limiting conditions for
2
photosynthesis non–structural carbohydrate pools are affected, decreasing both growth and
the production of carbon based secondary compounds. The continuously year round
cultivation of both Asparagopsis species in this system was not possible, because the tank
water temperature surpassed 27 and 29 ºC, lethal for the cultivation of A. armata and A.
taxiformis, respectively.
iv