Physiological response of Microcystis aeruginosa exposed to aqueous extracts of Pistia stratiotes and Pontederia crassipes

Resumo

Os extratos de macrófitas inibem o crescimento de cianobactérias, oferecendo uma solução sustentável para o controle de florescimentos. O presente estudo teve como objetivo avaliar a resposta de Microcystis aeruginosa aos extratos aquosos obtidos da biomassa seca de Pistia stratiotes L. e Pontederia crassipes Mart. Solms. Os parâmetros analisados foram o crescimento de cianobactérias, fotossíntese, geração de espécies reativas de oxigênio e resposta antioxidativa. O perfil químico dos extratos aquosos após a incubação também foi analisado. Ambos extratos (4,0 g.L⁻¹) inibiram o crescimento de cianobactérias em 6 dias: 100% de inibição para P. stratiotes e 60% de inibição para P. crassipes. A atividade fotossintética também foi inibida: 99% de inibição para P. stratiotes e 12% de inibição para P. crassipes. Isso foi relacionado à regulação negativa do gene psbA (que codifica a proteína D1 do fotossistema II). A exposição a ambos os extratos aumentou a concentração de espécies reativas de oxigênio intracelulares em culturas de cianobactérias. A atividade enzimática da superóxido dismutase (SOD) aumentou nas culturas expostas aos extratos de P. stratiotes. A transcrição do gene sod não foi alterada, mas a transcrição do gene peroxirredoxina (prxA) aumentou. Após a incubação dos extratos de macrófitas com culturas de M. aeruginosa, as concentrações de fenol diminuíram e seu perfil metabólico mudou. Assim, o extrato de P. stratiotes superou o de P. crassipes na inibição do crescimento de M. aeruginosa. Os extratos de P. stratiotes obtidos da biomassa seca da planta apresentam atividade alelopática sobre cianobactérias e podem ser usados como uma alternativa sustentável para mitigar florescimentos.

Abstract

Macrophyte extracts inhibit cyanobacteria growth, offering a sustainable solution for bloom control. The present study aimed to evaluate the response of Microcystis aeruginosa to aqueous extracts obtained from the dried biomass of Pistia stratiotes L. and Pontederia crassipes Mart. Solms. The parameters analyzed were cyanobacterial growth, photosynthesis, generation of reactive oxygen species, and antioxidative response. The chemical profile of the aqueous extracts upon incubation was also analyzed. Both extracts (4.0 g.L−1) inhibited cyanobacterial growth in 6 days: 100% inhibition for P. stratiotes and 60% inhibition for P. crassipes. Photosynthetic activity was also inhibited: 99% inhibition for P. stratiotes and 12% inhibition for P. crassipes. This was related to the downregulation of the psbA gene (coding for the photosystem II protein D1). Exposure to both extracts increased the concentration of intracellular reactive oxygen species in cyanobacterial cultures. Superoxide dismutase( SOD) enzymatic activity increased in cultures exposed to P. stratiotes extracts. The transcription of the sod gene was not altered but the transcription of the peroxiredoxin gene (prxA) increased. Upon incubation of the macrophyte extracts with M. aeruginosa cultures, phenol concentrations decreased, and their metabolic profile changed. Thus, P. stratiotes extract outperformed P. crassipes in inhibiting M. aeruginosa growth. P. stratiotes extracts obtained from the plant dry biomass present allelopathic activity on cyanobacteria and can be used as a sustainable alternative to mitigate blooms.