Variação da comunidade bacteriana no sistema de cultivo com bioflocos em diferentes escalas de tempo

Abstract

A tecnologia de cultivo com bioflocos (sistema BFT) é um sistema de produção intensivo usado para o cultivo de camarões e peixes. Nesse tipo de cultivo, densas comunidades microbianas, que crescem na forma de flocos microbianos (bioflocos), são manipuladas para controlar a amônia liberada pelos organismos cultivados. Essa forma de controle de compostos nitrogenados permite que o cultivo seja feito com pouca troca de água, aumentando a biossegurança. Uma variável que afeta o desempenho dos camarões no cultivo com bioflocos é a composição da comunidade bacteriana, sendo que pouco se conhece sobre como ela varia em diferentes escalas de tempo. Dada a natureza dinâmica das condições de cultivo no sistema BFT (e.g. remoção diária de bioflocos), mudanças na composição microbiana podem estar ocorrendo em uma escala de tempo reduzida (e.g. 24 horas). Os estudos da variação temporal da comunidade bacteriana no cultivo de camarões são escassos e têm focado em intervalos de tempo maiores (e.g. semanal). Nesse sentido, conhecer a velocidade de sucessão desses microrganismos pode ajudar a entender o quão previsível é a comunidade microbiana nesse sistema. Por tanto, neste projeto, será estudada a variação na composição da comunidade bacteriana em diferentes escalas de tempo (diária e semanal). As amostras a serem analisadas foram coletadas em um experimento que teve duração de 50 dias. Os camarões da espécie Litopenaeus vannamei foram cultivados sob duas diferentes concentrações de bioflocos, expressas como sólidos suspensos totais: T500 (~ 500 mg L−1) e T700 (~ 700 mg L−1). Cada unidade experimental foi estocada com 29 juvenis, representando uma densidade de estocagem de 906 camarões m−3. Amostras para análise bacteriana de cada unidade experimental foram coletadas semanalmente. Adicionalmente, entre os dias 44 e 45 de cultivo foi realizada uma campanha de amostragem durante um período de 24 horas (08:00 h, 16:00 h, 02:00 h e 08:00 h). A caracterização da composição da comunidade bacteriana foi determinada por sequenciamento de alto desempenho e bioinformática, com anotações até o nível de gênero. As variações na estrutura da comunidade bacteriana no tempo foram avaliadas sob a ótica da teoria de seleção r/K. Nossos resultados demonstraram que variações na comunidade bacteriana não são relevantes em um intervalo de 24 horas. Por outro lado, em escalas temporais maiores (semanal), a comunidade bacteriana se modifica significativamente. Contudo, ainda que haja mudanças, observou-se que o status ecológico da comunidade (r ou K-estrategista) é mantido ao longo do tempo em tanques mantidos com diferentes quantidades de bioflocos. Tanques de cultivo mantidos com níveis menores de bioflocos (~ 500 mg L−1) selecionam espécies r-estrategistas e esse padrão de seleção é mantido ao longo do tempo. Por outro lado, tanques com maiores quantidades de bioflocos (~ 700 mg L−1) selecionam espécies K-estrategistas, que se mantém ao longo do cultivo.

The biofloc technology (BFT) system is an intensive production system used for shrimp and fish farming. In this type of cultivation, dense microbial communities, which grow in the form of microbial aggregates (bioflocs), are manipulated to control ammonia released by the farmed organisms. This method of nitrogen compound control allows farming with minimal water exchange, enhancing biosecurity. A variable affecting shrimp performance in biofloc farming is the composition of the bacterial community, which is still poorly understood, particularly regarding its variation across different time scales. Given the dynamic nature of farming conditions in the BFT system (e.g., daily biofloc removal), changes in microbial composition might occur over short time scales (e.g., 24 hours). Studies on the temporal variation of bacterial communities in shrimp farming are scarce and generally focus on longer time intervals (e.g., weekly). Understanding the rate of microbial succession can help determine how predictable the microbial community is in this system. Therefore, this project aims to investigate the variation in bacterial community composition over different time scales (daily and weekly). Samples were collected from a 50-day experiment where Litopenaeus vannamei shrimp were farmed under two different biofloc concentrations, expressed as total suspended solids: T500 (~500 mg L −1 ) and T700 (~700 mg L −1 ). Each experimental unit was stocked with 29 juveniles, corresponding to a stocking density of 906 shrimp m−3 . Bacterial samples from each experimental unit were collected weekly. Additionally, between days 44 and 45 of cultivation, a 24 hour sampling campaign was conducted (00:00, 08:00, 18:00, and 24:00). The characterization of bacterial community composition was performed through high-throughput sequencing and bioinformatics, with taxonomic annotations to the genus level. Temporal variations in bacterial community structure were analyzed under the r/K selection theory framework. Our results demonstrated that bacterial community variations are not significant over a 24-hour interval. Conversely, at longer temporal scales (weekly), the bacterial community undergoes significant changes. However, despite these changes, the ecological status of the community (r- or K-strategist) remains consistent over time in tanks maintained with different biofloc levels. Farming tanks with lower biofloc levels (~500 mg L −1 ) select for r-strategist species, and this selection pattern is maintained throughout the cultivation period.