114 Quantificação e Classificação de Fitoplâncton por Espetrofotometria Carlos José de Sousa Pereira – Universidade do Minho
diferentes amostras; (2) com o aumento da diluição das diferentes espécies foi possível confirmar uma diminuição do número de células presentes numa amostra, e por consequente, uma redução na emissão de fluorescência; (3) e através da obtenção de gráficos 3D de cada espécie, obteve-se uma impressão ótica sendo possível a sua diferenciação. O facto do objeto de estudo desta dissertação recair sobre organismos vivos, apresentou desde o início um entrave temporal devido aos tempos de cultivo e crescimento das espécies de fitoplâncton, afetando também a viabilidade das medições dado que este processo necessita de uma repetibilidade de testes.
Trabalho futuro
Os resultados obtidos ao longo desta dissertação permitiram a validação do microssistema espectrofotométrico pretendido para monitorização subaquática. Contudo, o facto de o objeto de estudo incidir em organismo vivos, existe a necessidade de uma repetibilidade de testes, de forma a verificar o seu comportamento nas diferentes fases de cultura. Estão já planeados um conjunto de passos e testes de forma a continuar o trabalho até agora desenvolvido, uma vez que o projeto NextSea continua em desenvolvimento.
O primeiro passo, e fundamental para a classificação de fitoplâncton em diferentes grupos com base nas suas caraterísticas óticas (secção 3.2.4), é a inclusão de mais espécies de fitoplâncton, pertencentes a diferentes grupos taxonómicos. Inicialmente, o estudo iria recair sobre sete espécies de fitoplâncton. Porém, devido à falta de condições para conservação e crescimento (algumas das espécies são muito sensíveis a condições adversas de temperatura), apenas as espécies Nannochloropsis gaditana, Isochrysis galbana e Tetraselmis suecica se mostraram resistentes e todas as outras acabaram por morrer. Agora, o projeto sente-se mais preparado para a criação e a cultura de mais espécies.
Criadas as condições de conservação e crescimento para as diferentes espécies de fitoplâncton, será necessário, com recurso ao setup descrito na secção 4.3.7, obter-se o gráfico de fluorescência 3D de cada espécie. Com isto, será possível verificar as caraterísticas óticas de cada espécie, sendo possível a sua classificação. Posteriormente será usado um citómetro de fluxo, disponível no departamento de Biologia da Universidade do Minho, que permitirá a distinção de espécies com todas presentes no mesmo volume de amostra. Com recurso à citometria, é possível analisar cada célula presente num volume de amostra e perceber que caraterísticas óticas apresentam. Assim, será possível relacionar os
Capítulo 6
espectros de fluorescência e a sua concentração em mg/L. Com base nos resultados obtidos, proceder-se-á à escolha de fontes emissoras de luz, fotodetetor e filtros para essas espécies. O próximo passo será repetir os testes de quantificação usando o setup espectrofotométrico descrito na secção 4.3.6. Para a quantificação de fitoplâncton será necessário conhecer-se quais os níveis normais de fitoplâncton presentes na região de estudo, de forma a ser usado como linha de base e calibrar todo o microssistema.
Concluídos todos os testes laboratoriais, o passo final será o desenvolvimento de um dispositivo, que contenha todos os equipamentos utilizados no setup espectrofotométrico e que seja capaz de realizar uma monitorização subaquática a uma profundidade até 6 metros. A figura 6.1 e 6.2 ilustra um exemplo de uma possível estrutura do protótipo (utilizando a ferramenta de desenvolvimento Autodesk Fusion 360), constituída pelos circuitos desenvolvidos até à presente data.
Figura 6.1. Protótipo do sistema de medição de fitoplâncton.
Arduino Uno acoplado ao amplificador Lock-
in.
Baterias Disposição do fotodetetor
Capítulo 6
116 Quantificação e Classificação de Fitoplâncton por Espetrofotometria Carlos José de Sousa Pereira – Universidade do Minho
As figuras 6.1 e 6.2 representam uma primeira abordagem relativamente ao formato do dispositivo que se pretende desenvolver. A forma em “U” garante duas coisas: (1) um ângulo de 90º entre a fonte emissora de luz e o fotodetetor, de modo a rejeitar a luz proveniente da fonte emissora de luz; (2) a constante circulação de água, não necessitando o dispositivo de bombas para puxar a água para análise e a consequente remoção da água. Será utilizado um Arduino Uno, ou um microcontrolador similar, para gerar a onda de modulação da fonte emissora de luz, um módulo de cartão de memória para gravar os dados de tensão à saída do amplificador Lock-in e um módulo RTC (Real Time Clock) para calendarização das medições. Idealmente, o número de medições feitas por dia será conforme o número de marés por dia, ou seja, 4. Numa fase inicial, a alimentação será com recurso a baterias, mas numa fase futura o objetivo é criar um dispositivo autossuficiente, ou seja, aproveitar a energia produzida pelas marés para a sua alimentação. O número de LEDs e de fotodetetores está dependente dos resultados obtidos em laboratório. Por último, e não menos importante, terá que ser feito um estudo relativamente ao material do dispositivo de forma a evitar a não adesão de algas que afetam a viabilidade das medições, designado de biofouling. De igual modo, o sistema de biofouling a desenvolver terá por trás as questões ambientais, as quais são preocupações a ter em conta.
[1] “ESTRATÉGIA SETORIAL DE ADAPTAÇÃO AOS IMPACTOS DAS ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS RELACIONADOS COM OS RECURSOS HÍDRICOS,” 2013.
[2] P. Sanders, “Satellite image of a cyanobacteria bloom,” pp. 1–10.
[3] R. Lindsey, “What are Phytoplankton? : Feature Articles,” 2010.
[4] S. U. Rongguo, C. Xiaona, and W. U. Zhenzhen, “Assessment of phytoplankton class abundance using fl uorescence excitation-emission matrix by parallel factor analysis and nonnegative least squares *,” vol. 33, no. 4, pp. 878–889, 2015.
[5] L. Zeng and D. Li, “Development of In Situ Sensors for Chlorophyll Concentration Measurement,” J. Sensors, vol. 2015, pp. 1–16, 2015.
[6] “Fitoplâncton - Biologia Marinha - InfoEscola.” [Online]. Available: http://www.infoescola.com/biologia/fitoplancton/. [Accessed: 08-Aug-2017].
[7] R. J. Olson, E. R. Zettler, and O. K. Anderson, “Discrimination of Eukaryotic Phytoplankton Cell Types From Light Scatter and Autofluorescence Properties Measured by Flow Cytometryl,” vol. 643, pp. 636–643, 1989.
[8] J. L. Weaver, Introduction to flow cytometry., vol. 21, no. 3. 2000.
[9] PAUL F.KEMP, BARRY F.SHERR, EVELYN B.SHERR, and JONATHAN J.COLE, Handbook of Methods in Aquatic Microbial Ecology - Google Livros. .
[10] T. D. E. Quantificação and D. E. Fitoploplâncton, “Métodos de quantificação de fitoplâncton,” vol. c, pp. 2–6.
Lista de referências
118 Quantificação e Classificação de Fitoplâncton por Espetrofotometria Carlos José de Sousa Pereira – Universidade do Minho
[12] A. Chekalyuk, A. Barnard, A. Quigg, M. Hafez, and Y. Zhao, “Aquatic laser fluorescence analyzer: field evaluation in the northern Gulf of Mexico,” Opt. Express, vol. 22, no. 18, pp. 21641–21656, 2014.
[13] “Aquatic Laser Fluorescence Analyzer (ALFA) | WET Labs.” [Online]. Available: http://wetlabs.com/aquatic-laser-fluorescence-analyzer-alfa. [Accessed: 16-Jan- 2017].
[14] C. W. Proctor and C. S. Roesler, “OCEANOGRAPHY : METHODS New insights on obtaining phytoplankton concentration and composition from in situ multispectral Chlorophyll fluorescence,” no. Dickey 1991, pp. 695–708, 2010.
[15] E. Garel et al., “The autonomous Simpatico system for real-time continuous water- quality and current velocity monitoring: examples of application in three Portuguese estuaries,” Geo-Marine Lett., vol. 29, no. 5, pp. 331–341, Oct. 2009.
[16] “APA - Aquisição de dados em tempo real.” [Online]. Available: http://www.apambiente.pt/index.php?ref=x76. [Accessed: 16-Jan-2017].
[17] “Algae, Phytoplankton and Chlorophyll - Environmental Measurement Systems.” [Online]. Available: http://www.fondriest.com/environmental- measurements/parameters/water-quality/algae-phytoplankton-chlorophyll/.
[Accessed: 29-Aug-2017].
[18] R. Lindsey, “What are Phytoplankton? : Feature Articles,” 2010.
[19] “Freshwater Algae: Colonial. Introduction to colonial algae with photomicrographs.” [Online]. Available: http://www.micrographia.com/specbiol/alg/colo/colo0100.htm. [Accessed: 29-Aug-2017].
[20] “Diversity of Microbial Metabolism.” [Online]. Available: http://textbookofbacteriology.net/metabolism_6.html. [Accessed: 29-Aug-2017].
[21] “Chlorophyll.” [Online]. Available:
http://www.chm.bris.ac.uk/motm/chlorophyll/chlorophyll_h.htm. [Accessed: 29- Aug-2017].
[22] B. G. Mitchell and Dale A. Kiefer, “Chlorophyll a specific absorption and fluorescence excitation spectra for light-limited phytoplankton,” Deep sea Res., vol. 35, no. 5, pp. 639–663, 1988.
Lista de referências
[23] T. Leeuw, E. S. Boss, and D. L. Wright, “In situ measurements of phytoplankton fluorescence using low cost electronics,” Sensors (Switzerland), vol. 13, no. 6, pp. 7872–7883, 2013.
[24] J. Allen, “Ultraviolet Radiation: How It Affects Life on Earth : Feature Articles,” 2001.
[25] “Limnologia/Parâmetros/Físicos/Turbidez.” [Online]. Available: http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/turb.htm. [Accessed: 29-Aug-2017].
[26] “The Effect of Temperature on the Rate of Photosynthesis | Sciencing.” [Online]. Available: http://sciencing.com/effect-temperature-rate-photosynthesis-19595.html. [Accessed: 29-Aug-2017].
[27] L. J. Schmidt, “Polynyas, CO2, and Diatoms in the Southern Ocean : Feature Articles,” 2000.
[28] “Phytoplankton : Woods Hole Oceanographic Institution.” [Online]. Available: http://www.whoi.edu/main/topic/phytoplankton. [Accessed: 29-Aug-2017].
[29] “Artigo de apoio Infopédia - eutrofização.” [Online]. Available: https://www.infopedia.pt/$eutrofizacao. [Accessed: 29-Aug-2017].
[30] “Eutrofização.” [Online]. Available:
http://www.dicionarioinformal.com.br/eutrofização/. [Accessed: 29-Aug-2017].
[31] “Information about why algae grow in lakes.” [Online]. Available: http://www.ecy.wa.gov/programs/wq/plants/algae/lakes/algaeinformation.html. [Accessed: 29-Aug-2017].
[32] N. O. and A. A. US Department of Commerce, “What is a red tide?”
[33] “What are Harmful Algal Blooms? « Harmful Algal Blooms.” [Online]. Available: http://blooms.uwcfl.org/what-are-habs/. [Accessed: 29-Aug-2017].
Lista de referências
120 Quantificação e Classificação de Fitoplâncton por Espetrofotometria Carlos José de Sousa Pereira – Universidade do Minho
[35] C. Brunet, G. Johnsen, J. Lavaud, and S. Roy, “Selected pigment applications in oceanography: Pigments and photoacclimation processes,” Phytoplankt. Pigment. Charact. Chemotaxon. Appl. Oceanogr., vol. 1, 2015.
[36] S. Basso, D. Simionato, C. Gerotto, A. Segalla, G. M. Giacometti, and T. Morosinotto, “Characterization of the photosynthetic apparatus of the Eustigmatophycean Nannochloropsis gaditana: Evidence of convergent evolution in the supramolecular organization of photosystem i,” Biochim. Biophys. Acta - Bioenerg., vol. 1837, no. 2, pp. 306–314, 2014.
[37] R. Radakovits et al., “Draft genome sequence and genetic transformation of the oleaginous alga Nannochloropis gaditana,” Nat. Commun., vol. 3, p. 686, 2012.
[38] S. W. Jeffrey, “Paper-chromatographic separation of chlorophylls and carotenoids from marine algae.,” Biochem. J., vol. 80, no. 1951, pp. 336–342, 1961.
[39] C. Sansone et al., “The green microalga Tetraselmis suecica reduces oxidative stress and induces repairing mechanisms in human cells.,” Sci. Rep., vol. 7, no. November 2016, p. 41215, 2017.
[40] D. Andreia and M. Carvalho, “Desenvolvimento e estudo em microcanais de fluidos inovadores análogos ao sangue baseados em vesículas unilamelares gigantes Desenvolvimento e estudo em microcanais de fluidos inovadores análogos ao sangue baseados em vesículas unilamelares gigantes,” 2016.
[41] P. O. F. Operation, E. Characteristics, P. Diffused, and S. Photodiode, “Photodiode Characteristics and Applications Photodiode Characteristics Photodiode Characteristics Photodiode Characteristics,” pp. 3–5.
[42] SRS, “About Lock-In Amplifiers,” Appl. Note, no. 408, pp. 1–9, 2011.
[43] O. Oguz, “A Lock-In Amplifier for Fluorescent Light Detection,” pp. 17–18, 2002.
[44] P. M. Maya-Hernández, L. C. Álvarez-Simón, M. T. Sanz-Pascual, and B. Calvo- López, “An integrated low-power lock-in amplifier and its application to gas detection,” Sensors (Switzerland), vol. 14, no. 9, pp. 15880–15899, 2014.
[45] M. Precision and L. Level, “Technical Article Use Synchronous Detection to MS-2698 MS-2698,” 2014.
Lista de referências
[46] “» Hydrolab HL4.” [Online]. Available: http://hydrolab.com/hydrolab-hl4- multiparameter-sonde/. [Accessed: 16-Jan-2017].
[47] “Schematic of fluorometer optics (ECO Triplet example). | Open-i.” [Online]. Available:
https://openi.nlm.nih.gov/detailedresult.php?img=PMC2773363_11270_2009_30_Fi g1_HTML&req=4. [Accessed: 16-Jan-2017].
[48] “SNPP VIIRS Daily Chlorophyll Concentration, OCI Algorithm.” [Online]. Available: https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/l3. [Accessed: 16-Jan-2017].
[49] “685AF40.” [Online]. Available: http://www.omegafilters.com/685af40.html. [Accessed: 12-Oct-2017].