Calibração de um método indireto de quantificação celular de microalgas verdes, e sua aplicação na avaliação da toxicidade do sedimento da Baía de Paranaguá

Abstract

Resumo: O sedimento é uma importante matriz nos estudos ambientais para avaliar mudanças na qualidade e na saúde dos ecossistemas aquáticos, assim como as microalgas são bons indicadores ambientais devido a sua posição estratégica na cadeia trófica. Nesse contexto, esta pesquisa teve como principais objetivos calibrar um modelo de regressão linear para estimar a densidade celular das microalgas verdes Desmodesmus subspicatus e Tetraselmis sp., espécies representativas de ecossistemas de águas doce e marinha, respectivamente; e avaliar a toxicidade de amostras de sedimento do Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP) sobre a microalga marinha Tetraselmis sp, relacionando esses resultados com interferências antrópicas conhecidas no ecossistema local. As espécies de microalgas foram cultivadas em laboratório conforme normas nacional e internacional. Ambas as microalgas D. subspicatus e Tetraselmis sp demonstraram relação significativa entre a densidade celular e a absorbância em comprimentos de onda de 680 nm e 425 nm, respectivamente. . Os modelos lineares apresentaram um bom ajuste ao conjunto te dados e à variância observada. Esses resultados atestaram a confiabilidade do método, além de ser rápido e de fácil reprodução para aplicação no controle de cultivos e em testes ecotoxicológicos com essas microalgas. Este método foi utilizado na avaliação da toxicidade das amostras de sedimento do CEP. Foram coletadas 5 amostras de sedimentos superficiais (0-3 cm) ao longo do eixo leste - oeste (Baías de Paranaguá e Antonina) e do eixo norte - sul (Baía de Laranjeiras). Os ensaios toxicológicos destas amostras foram realizados empregando a microalga marinha Tetraselmis sp. Adicionalmente, nos sedimentos foram determinados parâmetros como granulometria, elementos traços e contaminantes orgânicos. A análise de componentes principais (PCA) indicou a formação de três agrupamentos espaciais: (1) composto pelo ponto P1 e associado as maiores concentrações de p,p'-DDT e LABs totais; (2) composto pelos pontos P2, P3 e P4 e associado as maiores concentrações de elementos-traço, HPAs, PCBs totais e lama, (3) composto pelo ponto P5 e associado as maiores porcentagens de areia e menores concentração de contaminantes. Os níveis dos estressores químicos (elementos-traço e compostos orgânicos) atenderam os requisitos das diretrizes de qualidade de sedimentos (SQGs) estabelecido por órgãos como CONAMA e NOAA. Todavia, os resultados dos ensaios de toxicidade mostraram que o sedimento de dois pontos amostrados (P1 e P3) apresentaram efeito tóxico à microalga Tetraselmis sp. (96 h de exposição). Apesar dos valores indicados pelo SQGs indicarem ausência de contaminação, o presente estudo traz um alerta sobre o potencial efeito sinérgico dos contaminantes, o qual ainda, devido à complexidade e especificidades, não está presente nas diretrizes vigentes norteadores da qualidade do sedimento. O uso de ensaios toxicológicos combinados aos parâmetros químicos de monitoramento, pode fornecer uma importante ferramenta para o controle da qualidade de ambientes, em locais que podem possivelmente sofrer pressões antrópicas de múltiplas fontes, como o local de estudo.

Abstract: Sediments are important matrix in environmental studies to assess changes in the quality and health of aquatic ecosystems, as well as microalgae are good environmental indicators due to their strategic position in the food chain. In this context, the main objectives of this research were the calibration of a linear regression model to estimate the cellular density of the green microalgae Desmodesmus subspicatus and Tetraselmis sp., representative species of freshwater and marine ecosystems respectively; and to evaluate the toxicity of sediment samples from the Estuarine Complex of Paranaguá (PEC) using the marine microalgae Tetraselmis sp., correlating the results with anthropic interferences that occur in this ecosystem. The microalgae species were cultured in the laboratory according to national and international standards. Both D. subspicatus and Tetraselmis sp demonstrated a significant relationship between cell density and absorbance at wavelengths of 680 nm and 425 nm, respectively. The linear models showed a good fit to the data set and to the observed variance.. These results demonstrated that the tested method is reliable, in addition to being fast and easy to reproduce for application in the control of algae culture and in ecotoxicological tests with green microalgae. This method was applied in the toxicity assessment of PEC sediment samples. Five samples of surface sediments (0-3 cm) were collected along the east - western axis (Paranaguá and Antonina Bays) and the south - north axis (Laranjeiras Bay). The toxicological tests of these samples were performed using the marine microalgae Tetraselmis sp. Additionally, granulometry and quantification of some chemical stressors (trace elements and persistent organic contaminants) were determined. Principal component analysis (PCA) indicated the formation of three spatial clusters: (1) composed of site P1, associated with the highest concentrations of p,p'DDT and total LABs; (2) composed of sites P2, P3 and P4, associated with higher concentrations of trace elements, PAHs, total PCBs and mud, (3) composed of site P5, associated with higher percentages of sand and lower concentrations of contaminants. The results of the quantitative parameters of chemical stressors (trace elements and organic compounds) met the requirements of the sediment quality guidelines (SQGs) established by national and international guidelines such as CONAMA and NOAA. However, the results of the toxicity tests showed that the sediment from two sampled sites (P1 and P3) had toxic effect to the microalgae Tetraselmis sp. (96 h exposure). Although the values from the SQGs indicate absence of contamination, the present study brings an alert about the potential synergistic effect of the contaminants, which, due to the complexity and specificities, is still not included in the current guidelines for sediment quality. The use of toxicological tests combined with chemical monitoring parameters can provide an important tool for quality control in environments that suffer mixed anthropic pressures such as the study site.

Resumo em linguagem acessível: Os ambientes aquáticos tendem a apresentar diversos contaminantes que são provenientes de atividades humanas que ocorrem ao seu redor. Os efeitos da mistura desses contaminantes são muitas vezes desconhecidos e podem ser tóxicos para diversos ecossistemas aquáticos. a maioria destes contaminantes tende a ser transportado para o fundo, e se concentrar no sedimento. Com isso, os sedimentos podem ser utilizados em estudos ambientais para avaliar mudanças na qualidade dos ecossistemas aquáticos. dentro do amplo espectro de organismos aquáticos, as microalgas podem ser utilizadas como bons bioindicadores ambientais, fornecendo importantes informações sobre impactos ambientais relacionados à poluição aquática. por isso, esses microrganismos são recomendados para uso em testes de toxicidade por normas nacionais e internacionais. nesse sentido, esta pesquisa teve dois grandes objetivos: (1) calibrar um método de quantificação da densidade celular das microalgas verdes marinhas e de água doce, e (2) aplicar esse método na avaliação da toxicidade de amostras de sedimento coletados na baía de Paranaguá, e discutir os resultados com as principais interferências humana sobre o ecossistema local. Os resultados mostraram que o método desenvolvido para a quantificação das microalgas é confiável, além de ser rápido e de fácil reprodução para aplicação em controle de cultivos e em testes ecotoxicológicos. para a avaliação das amostras de sedimento coletados na baía de Paranaguá, foram realizadas análises químicas de metais e poluentes orgânicos como os HPAs e DDTs e, em paralelo, foram feitos os ensaios de toxicidade destes sedimentos utilizando a microalga marinha cultivada em laboratório. Os resultados demonstraram que, apesar de todos os pontos analisados apresentarem parâmetros dentro dos limites estabelecidos pelos órgãos regulamentadores (conama e noaa), sedimentos de dois pontos apresentaram efeito tóxico sobre as microalgas marinhas expostas. os dois pontos com toxicidade são pontos próximos as cidades de paranaguá e antonina, e seus respectivos portos, que impactam a regiões devido a maior urbanização e concentração humana e atividades como, transporte marítimo e agricultura. Os resultados desse estudo servem como um alerta para a necessidade de que o monitoramento das amostras de sedimento não empreguem apenas parâmetros químicos, mas principalmente o efeito tóxico causado aos organismos aquáticos, em especial os decorrentes de efeitos sinérgicos. essa abordagem pode reduzir riscos a médio e longo prazo à saúde da população e ao ecossistema regional. A resposta da exposição de um organismo à uma matriz contaminada considera a concentração dos químicos e também a mistura destes. Desta forma, permite identificar a potencialização do efeito tóxico pela combinação de concentrações em baixas doses, quando comparado aos contaminantes isolados.