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ministÉrio da educaÇÃo universidade federal do rio grande-furg pÓs-graduaÇÃo em biologia de ambientes aquÁticos continentais bacterioplâncton de quatro lagos rasos subtropicais com distintas características tróficas neusiane chaves de souza dissertação apresentada ao programa de pós-graduação em biologia de ambientes aquáticos continentais para obtenção do título de mestre em biologia de ambientes aquáticos continentais rio grande maio de 2010.

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ministÉrio da educaÇÃo universidade federal do rio grande furg pÓs-graduaÇÃo em biologia de ambientes aquÁticos continentais laboratÓrio de ecologia do fitoplÂncton e de mcroorganismos marinhos bacterioplâncton de quatro lagos rasos subtropicais com distintas características tróficas aluno neusiane chaves de souza orientador paulo cesar abreu rio grande maio de 2010 i

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este trabalho é dedicado aos meus amados pais neusa e adão ii

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agradecimentos · ao meu orientador dr paulo cesar abreu pela segunda parceria e pelo apoio financeiro também agradeço pelos momentos de conversa nos quais ele sempre me aconselhou a ser uma pessoa menos ansiosa · aos membros da banca examinadora dr danilo giroldo e dr vinicius farjalla pelas críticas e sugestões · a coordenção de aperfeiçoamento de pessoal de nível superior capes e ao conselho nacional de pesquisa científica e tecnológica cnpq pela concessão de bolsas · a minha família pelo suporte pelo amor e principalmente pela paciência nos momentos finais do mestrado · a uma pessoa especial que surgiu em minha vida durante o mestrado e que passou a iluminar os meus dias maiko obrigado por ser paciente comigo por sempre me incentivar e por acreditar em mim · também tenho que fazer um agradecimento em especial a cáren e a bia duas amigas que me acompanharam durante toda a faculdade e mestrado mais uma vez pudemos contar com o ombro amigo uma da outra e com certeza não vai haver distância que faça isso mudar · aos meus amigos do laboratório com os quais eu convivo a mais de três anos e de uma maneira ou outra sempre acabam ajudando bia carol lucélia lise alessandra fernanda rafael Érica savênia lumi cida caju márcio alessandro ricardo cláudio e aos rubens · ao super e incansável haig they obrigada não só por ter me ajudado em inúmeros momentos práticos mas também por ter me escutado e me aconselhado sempre que eu precisei · ao meu amigão valnei obrigada pela ajuda nas coletas na bancada e pelos inúmeros conselhos você faz muita falta no laboratório · a super vanessa outra pessoa que não pensa duas vezes antes de ajudar no que for possível obrigada também pelos inúmeros momentos de conversa e de força · ao fernadão pela ajuda nas saídas de campo e por torná-las muito mais divertidas iii

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· a lívia pela parceria nas coletas e no trabalho na bancada além dos inúmeros momentos agradáveis sinto saudade · a todos os meus amigos da bio que desde o início desta caminhada me fazem companhia helena diana wagner sônia dudu tati talibã franko thiago léo cláudio sú gi dédi e muitos outros você tem seus pincéis e suas tintas pinte o paraíso e depois entre leo buscaglia iv

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resumo o papel exercido pelas bactérias é reconhecido como fundamental no metabolismo de qualquer sistema aquático não só pela mineralização da matéria orgânica como também pela transferência de matéria e energia para níveis tróficos superiores microbial loop para a realização deste estudo foram escolhidos quatro lagos com diferentes estados tróficos no campus carreiros da universidade federal do rio grande ­ furg rs o lago biguás e o da base possuem características de ambientes eutrófico hipereutrófico enquanto que o lago polegar é caracterizado como um ambiente oligo-mesotrófico e o lago negro é considerado um ambiente distrófico em um estudo anterior em nove lagos rasos nesta mesma região incluindo os quatro analisados no presente trabalho souza 2007 sugeriu que as bactérias livres atuariam como mineralizadoras e o seu crescimento seria limitado pela disponibilidade de fosfato controle bottom-up enquanto que as bactérias aderidas participariam da decomposição dos agregados orgânicos também foi sugerido que as bactérias aderidas seriam controladas principalmente pela predação por flagelados e ciliados controle top-down provavelmente devido ao seu maior biovolume porém estas informações foram obtidas a partir de relações estatísticas de dados coletados em uma única amostragem assim neste estudo a comunidade bacteriana abundância e biomassa e outros parâmetros físicos químicos e biológicos dos quatro lagos rasos sub-tropicais foram estudados em amostragens quinzenais no decorrer de um ano entre junho de 2008 e maio de 2009 nossos resultados indicam que a disponibilidade de carbono orgânico dissolvido produzido pelo fitoplâncton parece ser um dos principais fatores controladores da dinâmica de bactérias nestes lagos entretanto a predação no lago negro parece ter sido de maior magnitude no controle das bactérias neste ambiente uma vez que não houve um incremento na abundância bacteriana deste lago proporcional ao incremento da clorofila a a presença de um maior número de nano e microflagelados neste lago dá suporte a esta hipótese para testar esta hipótese foi realizado um experimento utilizando-se a técnica da diluição em conjunto com a técnica a de fish hibridização in situ fluorescente para identificar as taxas de produção e consumo não só dos diferentes morfotipos mas também dos diferentes grupos filogenéticos archaea eubacteria alfa beta e gama-proteobacteria e cytophaga-flavobacter de uma amostra de água do lago negro os resultados deste experimento indicaram que as bactérias estão de fato sendo consumidas por v

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protozoários na mesma proporção que estão sendo produzidas além disso no lago negro a predação parece estar vinculada ao tamanho/biovolume celular sendo os morfotipos de tamanho reduzido mais resistentes a predação e por isso mais abundantes palavras chave bacterioplâncton taxa de produção taxa de predação fish vi

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abstract the role played by bacteria is recognized as fundamental in the metabolism of any aquatic system not only for the mineralization of organic matter but also in the transfer of matter and energy to higher trophic levels microbial loop four lakes with different trophic states in the campus carreiros of universidade federal do rio furg rs were chosen for this study biguás and base lakes have characteristics of eutrophic hypereutrophic environments while the polegar lake is characterized as an oligo-mesotrophic and the negro lake is considered a dystrophic environment in a previous study in nine shallow lakes in this same region including the four examined in this study souza 2007 suggested that the free bacteria would act as mineralizing and its growth would be limited by the availability of phosphate bottom-up control while the attached bacteria would participate in the decomposition of particulate organic matter it was also suggested that attached bacteria would be controlled mainly by predation exerted by flagellates and ciliates top-down control probably because of their higher biovolume however this information was obtained from statistical relationships established for data collected in a single sample in this study the bacterial community abundance and biomass and other physical chemical and biological variables of the four sub-tropical shallow lakes were fortnightly sampled over a year from october 2008 to may 2009 our results indicate that the availability of dissolved organic carbon produced by phytoplankton seems to be one of the main factors controlling the dynamics of bacteria in the lakes however predation in negro lake appears to have been of greater magnitude in the control of bacteria in this environment since there was no significant increase in bacterial abundance in this lake according to the increment of chlorophyll a the presence of a larger number of nano and microflagelados this lake supports this hypothesis to test this hypothesis an experiment was performed using the dilution technique in conjunction with the fish technique fluorescent in situ hybridization to identify the rates of production and consumption not only of different morphotypes but also of different phylogenetic groups archaea eubacteria alfa beta gamma proteobacteria and cytophaga-flavobacter of bacteria in water samples of negro lake the results of this experiment indicate that bacteria are indeed being consumed by protozoa in the same proportion that are being produced moreover in the negro lake predation seems to be linked to the size biovolume where smaller size of vii

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different bacterial morphotypes seems to be more resistant to predation and therefore more abundant key words bacterioplankton production rate predation rate fish viii

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sumÁrio resumo v palavras chaves vi abstract vii key words viii lista de figuras xi lista de tabelas xiii 1 introdução 01 2 material e métodos 04 2.1 Área de estudo 04 2.2 coletas 06 2.3 parâmetros físicos e químicos da água 06 2.4 parâmetros biológicos 07 2.5 experimento de predação e produção técnica de diluição 08 2.6 identificação dos grupos bacterianos hibridização in situ fluorescente fish 09 2.7 análise estatística 11 3 resultados 12 3.1 estudo sazonal ­ lagos biguás polegar base e negro 12 3.1.1 variáveis físicas e químicas 12 3.1.2 variáveis biológicas 16 3.1.3 análise estatística 25 3.2 experimento de predação e produção lago negro 31 3.2.1 caracterização da água do lago 31 3.2.2 técnica da diluição e hibridização in situ fluorescente ­ fish 33 4 discussão 38 4.1 estudo sazonal ­ lagos biguás polegar base e negro 38 ix

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4.2 experimento de produção e predação ­ lago negro 42 5 perspectivas futuras 45 6 literatura citada 46 7 anexos 54 x

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lista de figuras figura 1 localização dos quatro lagos do campus carreiros da furg enumerados em ordem decrescente de suas áreas 05 figura 2 avariação da temperatura ºc b ph c condutividade µohms e d seston mg.l-1 nos lagos biguás polegar base e negro de junho de 2008 a maio de 2009 13 figura 3 a variação do íon amônio b nitrito e c fosfato µm nos quatros lagos biguás polegar base e negro de junho de 2008 a maio de 2009 14 figura 4 precipitação acumulada mm3 no período de junho de 2008 a maio de 2009 15 figura 5 variação da concentração de clorofila a µg l-1 nos quatro lagos biguás polegar base e negro no período de estudo junho de 2008 a maio de 2009 17 figura 6 abundância das bactérias org ml-1 totais losango aderidas quadrado e livres triângulo nos quatro lagos estudados biguás polegar base e negro de junho de 2008 a maio de 2009 18 figura 7 variação da biomassa de bactérias µg c l-1 totais losango aderidas quadrado e livres triângulo nos quatro lagos estudados biguás polegar base e negro de junho de 2008 a maio de 2009 19 figura 8 variação da densidade de nanoflagelados org ml-1 10 um quadrados e de 10 a 20 um losangos nos quatro lagos biguás polegar base e negro no período de estudo junho de 2008 a maio de 2009 21 figura 9 variação da abundância de microflagelados org ml-1 nos quatro lagos biguás polegar base e negro no período de estudo junho de 2008 a maio de 2009 22 figura 10 variação da abundância de ciliados org ml-1 nos quatros lagos biguás polegar base e negro no período do estudo junho de 2008 a maio de 2009 23 figura 11 resultados da acp com as amostras de água coletadas nos lagos biguás polegar base e negro no período de junho de 2008 a maio de 2009 com os parâmetros biológicos e físico-químicos abt abundância bactérias totais aba xi

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abundância bactérias aderidas abl abundância bactérias livres bbt biomassa bactérias totais bba biomassa bactérias aderidas bbl biomassa bactérias livres 27 figura 12 resultados da acp com as médias das variáveis ambientais por estações dos lagos biguás a polegar b base c e negro d no período de junho de 2008 a maio de 2009 abt abundância bactérias totais aba abundância bactérias aderidas abl abundância bactérias livres bbt biomassa bactérias totais bba biomassa bactérias aderidas bbl biomassa bactérias livres 28 figura 13 variação da proporção dos diferentes morfotipos em cada grupo bacteriano 32 figura 14 abundância de células bacterianas nas diferentes diluições no tempo inicial do experimento 33 figura 15 análise de regressão entre a fração de água do lago e a taxa de crescimento líquido ki de bactérias totais no lago negro 34 figura 16 análise de regressão entre a fração de água do lago e a taxa de crescimento líquido ki no experimento para os diferentes morfotipos bacterianos cocos bacilos víbrios e filamentosas no lago negro 35 figura 17 análise de regressão entre a fração de água do lago e a taxa de crescimento líquido ki no experimento para os grupos bacterianos eubactéria alfaproteobacteria beta-proteobacteria e gama-proteobacteria no lago negro 36 figura 18 análise de regressão entre a fração de água do lago e a taxa de crescimento líquido ki no experimento para os grupos bacterianos archaea e cytophaga-flavobacter no lago negro 37 xii

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lista de tabelas tabela 1 marcadores e respectivas seqüências de oligonucleotídeos utilizados no projeto 10 tabela 2 valores médios das variáveis físicas e químicas ph condutividade seston amônio nitrito e nitrato e biológicas clorofila a microflagelados nanoflagelados 2010 e <10 µm ciliados abundância bacteriana biomassa bacteriana e biovolume bacteriano dados apresentados com o desvio padrão 25 tabela 3 valores de carga das variáveis utilizadas na acp para os eixos 1 e 2 a porcentagem de variação explicada pelos dois eixos é mostrada em itálico f11 f12 são referentes às figuras 11 e 12 a b c e d os valores mais significativos estão apresentados em negrito 29 tabela 4 regressão linear múltipla considerando as interações entre a abundância e biomassa bacteriana com as demais variáveis biológicas e físico-químicas dos quatro lagos estudados biguás polegar base e negro 30 tabela 5 biovolume médio dos diferentes morfotipos e grupos bacterianos no tempo inicial e final do experimento após 24 h 31 tabela 6 taxas de crescimento µ e de predação m das bactérias totais dos diferentes morfotipos e dos diferentes grupos filogenéticos do lago negro 37 xiii

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1 introduÇÃo desde o trabalho de azam et al 1983 tem aumentado o interesse de pesquisadores pelos componentes da cadeia alimentar microbiana isso porque as bactérias passaram a ser reconhecidas como importantes nos ambientes aquáticos não apenas por sua capacidade de decomposição e remineralização mas também por serem capazes de transformar matéria orgânica dissolvida em particulada que é consumida por protozoários transferindo matéria e energia para níveis tróficos superiores num fenômeno conhecido como alça microbiana dessa forma a comunidade microbiana é responsável pela regulação de grande parte dos nutrientes e da energia do planeta porém ainda nos falta conhecimento sobre as forças que modelam a estrutura e função desta comunidade kent et al 2007 isso porque a distribuição e a abundância das bactérias em ambientes aquáticos é fruto de um complexo conjunto de fatores ambientais e de interações tróficas entre grupos de microorganismos hadas berman 1998 dentre os trabalhos realizados sobre as bactérias planctônicas muitos têm analisado os padrões da variação da abundância desta comunidade em regiões com distintas características como em diferentes condições hidrográficas vaqué et al 2002 berninger et al 1991 temperatura garnier benest 1990 e estado trófico grover chrzanowski 2000 conty et al 2007 e em diferentes escalas temporais villena et al 2003 portanto já é sabido que a abundância destes microorganismos varia pouco em sistemas pelágicos em detrimento do seu grande potencial reprodutivo stockner porter 1988 jugnia et al 2006 desta forma diversas hipóteses têm sido sugeridas para o controle da abundância bacteriana nos ecossistemas aquáticos dentre os principais controles bióticos destacam-se a predação principalmente por flagelados heterotróficos e.g berniger et al 1991 auer et al 2004 conty et al 2007 e ciliados kisand zingel 2000 auer et al 2004 zingel et al 2007 e a infecção viral jugnia et al 2006 tijdens et al 2008 este tipo de controle da abundância bacteriana denomina-se top-down diversos autores têm destacado que a predação por bacterívoros como flagelados e ciliados pode influenciar não apenas a abundância como também a estrutura morfológica e a composição taxonômica da comunidade bacteriana hahn höfle 1999 corno jürgens 2005 jezbera et al 2006 zhang et al 2007 ao estudarem a composição do bacterioplâncton de águas costeiras e a interação com 1

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