Avaliação da composição da biomassa e dos efeitos toxicológicos de extratos de Lemna aequinoctialis: abordagem experimental e meta-analítica

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dc.contributor.advisor-co1Machado, Levi Pompermayer
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-6035-851X
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9697508931977949
dc.contributor.advisor1Matsumoto, Silvia Tamie
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0001-6746-5548
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2158304667499789
dc.contributor.authorNati, Natália
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-6012-8394
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6322065915425004
dc.contributor.referee1Milanez, Camilla Rozindo Dias
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-9516-2031
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1288447995978779
dc.contributor.referee2Carrijo, Tatiana Tavares
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-8366-0738
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0479854777557016
dc.contributor.referee3Morales, Dânia Elisa Christofoletti Mazzeo
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-1696-9065
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2378883705248821
dc.contributor.referee4Silva, Regildo Márcio Gonçalves da
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-0300-0247
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5285324361162578
dc.date.accessioned2025-11-04T21:31:36Z
dc.date.available2025-11-04T21:31:36Z
dc.date.issued2025-08-28
dc.description.abstractDuckweeds (Araceae) are fast-growing aquatic plants with a promising biochemical composition, offering potential applications in environmental biotechnology, bioinputs, and functional foods. This thesis investigated the nutritional composition, toxicity, and biological activity of Lemna aequinoctialis through three complementary approaches: analysis of cultivated biomass, toxicological assessment of plant extracts, and a meta analysis of duckweed composition. Biomass of L. aequinoctialis cultivated in an integrated multitrophic aquaculture system (IMTA) with fish-farming effluent was compared with biomass from in loco samples. Proximate composition, amino acid and fatty acid profiles, photosynthetic pigments, metal contents, and chemical characterization by high-resolution mass spectrometry (HRMS), which identified oxylipins, phenolics, organic acids, and polysaccharides, were determined. Extracts were then prepared using water (aqueous) and hydroalcoholic solution (ethanolic), along with fractions obtained with ethyl acetate and methanol, and tested at concentrations ranging from 15.625 to 250 µg/mL. Cytotoxicity was evaluated using the MTT cell viability assay, performed in vitro on HTC (Rattus norvegicus) cell lines. Toxicity was assessed in Artemia salina (survival at 24, 48, and 72 h) and Lactuca sativa (germination and root growth). For L. sativa, germination index (GI) and root growth index (RGI) were calculated, along with Spearman’s correlation. Finally, a meta-analysis compiled data from 81 studies on protein, starch, and lipid contents in duckweeds of the genera Landoltia, Lemna, Spirodela, Wolffia, and Wolffiella cultivated under different experimental conditions. Analyses included random-effects models and subgroup comparisons (genus, medium, and cultivation period). Results showed that cultivated biomass had higher protein content (35.1% dry weight), lower metal accumulation, and no significant cytotoxicity. In A. salina, the aqueous and ethanolic extracts, as well as ethyl acetate and methanolic fractions, showed no significant toxicity over the evaluation periods. In L. sativa, the ethyl acetate extract caused severe inhibition at higher concentrations, whereas the methanolic fraction stimulated root growth, with GI values exceeding 200%. Positive correlations between germination and root growth were found for the methanolic (ρ = 0.694; p < 0.001) and aqueous (ρ = 0.418; p = 0.027) extracts. The meta-analysis revealed significant differences according to genus, culture medium, and experimental duration. The highest protein levels (>40% dry weight) were observed in Wolffia and Wolffiella. Starch accumulation was favored by long-term cultivation under nutrient-limited conditions, reaching values above 70%. Nitrogen- and phosphorus-rich media increased protein content, whereas organic carbon supplementation enhanced lipid content, particularly under mixotrophic conditions. Overall, the findings demonstrate that L. aequinoctialis cultivated under controlled management exhibits superior nutritional composition, lower toxicological risk, and potential for the production of selective extracts with applications in sustainable agriculture, alternative nutrition, and bioactive compound prospecting.
dc.description.resumoAs lentilhas-d’água (Araceae) são plantas aquáticas de rápido crescimento e composição bioquímica promissora, com aplicações em biotecnologia ambiental, bioinsumos e alimentação funcional. Esta tese investigou a composição nutricional, a toxicidade e a atividade biológica de Lemna aequinoctialis por meio de três abordagens complementares: análise da biomassa cultivada, avaliação toxicológica de extratos vegetais e meta-análise da composição de lentilhas-d’água. A biomassa de L. aequinoctialis cultivada em sistema multitrófico com efluente de piscicultura (AIMT) foi comparada com a biomassa de amostras coletadas in loco. Foram determinadas a composição centesimal, perfil de aminoácidos, ácidos graxos, pigmentos fotossintéticos, teores de metais e caracterização química por espectrometria de massas de alta resolução (HRMS), que identificou oxilipinas, fenólicos, ácidos orgânicos e polissacarídeos. Em seguida, foram preparados extratos com água (aquoso) e com solução hidroalcoólica (etanólico), além de frações obtidas com acetato de etila e metanol, testados nas concentrações de 15,625 a 250 µg/mL. A citotoxicidade foi avaliada por meio do teste de viabilidade celular MTT, realizado in vitro em linhagem HTC (Rattus norvegicus). A toxicidade foi investigada em Artemia salina (sobrevivência em 24, 48 e 72 h) e Lactuca sativa (germinação e crescimento radicular). Para a L. sativa, foram calculados os índices de germinação (GI) e de crescimento radicular (RGI), além da correlação de Spearman. Por fim, uma meta análise reuniu dados de 81 estudos sobre os teores de proteína, amido e lipídeos em lentilhas-d’água dos gêneros Landoltia, Lemna, Spirodela, Wolffiella e Wolffia, cultivadas sob diferentes condições experimentais. As análises incluíram modelos de efeitos aleatórios e comparação por subgrupos (gênero, meio e tempo de cultivo). Os resultados revelaram que a biomassa cultivada apresentou maior teor proteico (35,1% da massa seca), menor acúmulo de metais e ausência de citotoxicidade significativa. Em A. salina, os extratos aquoso e etanólico, bem como as frações em acetato de etila e metanol, não apresentaram toxicidade significativa nos períodos de avaliação. Em L. sativa, a fração em acetato de etila causou inibição severa nas maiores concentrações, enquanto o metanólico estimulou o crescimento radicular, com GI superiores a 200%. Houve correlação positiva entre germinação e crescimento radicular para os extratos metanólico (ρ = 0,694; p < 0,001) e aquoso (ρ = 0,418; p = 0,027). A meta-análise revelou diferenças significativas conforme o gênero, meio de cultivo e tempo experimental. Os maiores teores proteicos (acima de 40% da massa seca) foram observados em Wolffia e Wolffiella. O acúmulo de amido foi favorecido por cultivos longos e com restrição de nutrientes, com valores superiores a 70%. Meios ricos em nitrogênio e fósforo aumentaram proteína, enquanto a adição de carbono orgânico estimulou lipídeos, especialmente em condições mixotróficas. Os resultados demonstram que L. aequinoctialis cultivada sob manejo controlado apresenta composição nutricional superior, menor risco toxicológico e potencial para a produção de extratos seletivos com aplicações em agricultura sustentável, nutrição alternativa e prospecção de compostos bioativos.
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20575
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Biologia Vegetal
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Humanas e Naturais
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Biologia Vegetal
dc.rightsopen access
dc.subjectBioensaios ecotoxicológicos
dc.subjectComposição nutricional
dc.subjectLemna aequinoctialis
dc.subjectMetanálise
dc.subjectCitotoxicidade
dc.subject.cnpqAgronomia
dc.titleAvaliação da composição da biomassa e dos efeitos toxicológicos de extratos de Lemna aequinoctialis: abordagem experimental e meta-analítica
dc.typedoctoralThesis
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