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Título: Toxicidade comparada de metais pesados sobre características fisiológicas de sementes e plantas jovens de Hymenaea courbaril L.
Autor: Castro, Ana Caroline de Jesus de
Orientador: Gonçalves, José Francisco de Carvalho
Coorientador: Schimpl, Flávia Camila
Rodrigues, Joelma Keith
Data do documento: 9-Mai-2023
Editor: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Programa: Ciências de Florestas Tropicais - CFT
Abstract: Anthropogenic activities related to increasing industrialization, mining, and, mainly, the use of agricultural inputs based on toxic chemical elements are intensifying environmental contamination due to the accelerated deposition of heavy metals. This situation causes impacts in different proportions to the biogeochemical cycles and their components, with emphasis on vegetation, soils, animals, and human beings. The development of techniques to decontaminate these components, in particular, the contaminated areas, becomes urgent. In the last decade, phytoremediation has been studied as one of the main techniques recommended to face this environmental problem. However, the use of plant species with the potential to remedy these environmental damages requires the understanding of defense mechanisms developed by plants, especially trees, which adequately remove, store, and survive the heavy metals present in contaminated soils. Thus, the objective of this dissertation was to evaluate the ecophysiological behavior of Hymenaea courbaril seeds and seedlings in response to the presence of heavy metals (copper, cadmium and lead). The study was carried out at the Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry, at the National Institute of Amazonian Research, where the germination experiment was carried out with 50 seeds of H. courbaril destined for each treatment with the absence and presence of Cu, Cd and Pb. After germination, biometric variables and biomass production were measured. The experiment was carried out using a completely randomized design (DIC) with the establishment of four treatments: 1-) control - a quarter of the strength of Hoagland & Arnon, 2-) copper (Cu, 10 μM), 3- cadmium (Cd, 10 μM) e 4- lead (Pb, 5 μM), with fifty repetitions. The analysis of the experiment started from germination and ended in the seedling phase (90 days after germination), monitoring germination characteristics, growth, morphological (leaf and root), chlorophyll a, b and carotenoid contents, gas exchange, concentration of soluble sugars, starch, amino acids and proteins. Data were submitted to descriptive statistical analysis, analysis of variance (ANOVA) and Tukey's test of means (p<0.05) using R software, version 4.0.2. The results showed that H. courbaril can tolerate the studied Cd and Pb concentrations without causing significant damage to growth, biomass and photosynthetic apparatus. The species partially tolerated the toxic effects of Cu, showing a reduction in growth, biomass and physiology. Given the above, it is possible to state that H. courbaril tolerates stress by heavy metals during the initial phase of growth and development of seedlings and can be indicated for planting in areas contaminated by cadmium and lead and, due to the morphophysiological limitations presented by the species, partial tolerance of H. courbaril is attributed to the presence of copper.
Resumo: Atividades antropogênicas voltadas para o aumento da industrialização, mineração e, principalmente, para o uso de insumos agrícolas a base de elementos químicos tóxicos estão intensificando a contaminação ambiental devido a deposição acelerada de metais pesados. Essa situação ocasiona impactos em diferentes proporções aos ciclos biogeoquímicos e seus componentes, com ênfase para à vegetação, solos, animais e seres humanos. O desenvolvimento de técnicas que visem a descontaminação desses componentes, em particular, as áreas contaminadas, torna-se urgente. Na última década, a fitorremediação tem se destacado como uma das principais técnicas recomendadas para fazer frente a este problema ambiental. No entanto, o uso de espécies vegetais com potencial para remediar esses danos ambientais requer a compreensão de mecanismos de defesa desenvolvidos pelas plantas, especialmente arbóreas, que retiram, estocam e sobrevivem adequadamente aos metais pesados presentes nos solos contaminados. Portanto, o objetivo desta dissertação foi investigar o comportamento ecofisiológico de sementes e plântulas de Hymenaea courbaril em resposta à presença dos metais pesados (cobre, cádmio e chumbo). Os atributos de germinação, crescimento, metabolismo do carbono e do nitrogênio, além da tolerância das plântulas de H. courbaril foram analisados utilizando-se tratamentos com e sem metais pesados. O estudo foi realizado no Laboratório de Fisiologia e Bioquímica Vegetal, no Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado (DIC) com quatro tratamentos: solução de Hoagland & Arnon completa (1/4 da força), 2-) cobre (Cu, 10 μM), 3- cádmio (Cd, 10 μM) e 4- chumbo (Pb, 5 μM), com cinquenta repetições. As análises começaram a partir da germinação e foram finalizadas na fase de muda (90 dias após a germinação), monitorando características germinativas, crescimento, morfológicas (foliares e radiculares), teores de clorofila a, b e carotenóides, trocas gasosas, concentração de açúcares solúveis, amido, aminoácidos e proteínas. Os dados foram submetidos às análises estatísticas descritiva, análise de variância (ANOVA) e teste médias de Tukey (p<0,05) com o auxílio do software R, versão 4.0.2. Os resultados mostraram que H. courbaril exibiu capacidade de tolerar as concentrações de Cd e Pb estudadas sem causar danos significativos ao crescimento, biomassa e aparelho fotossintético. A espécie tolerou parcialmente aos efeitos tóxicos do Cu, apresentando redução no crescimento, biomassa e fisiológicos. Diante do exposto, é possível afirmar que H. courbaril tolera o estresse por metais pesados durante a fase inicial de crescimento e desenvolvimento das plântulas e pode ser indicada para plantios em áreas contaminadas por cádmio e chumbo e, devido às limitações morfofisiológicas apresentadas pela espécie, atribui-se tolerância parcial da H. courbaril à presença de cobre.
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