Toxicidade por metais pesados em pinhão-manso e mamona cultivadas em solução nutritiva

Abstract

O presente trabalho avaliou a resposta do acúmulo e distribuição de Cd, Zn e Pb em pinhão-manso (Jatropha curcas L.) e mamona (Ricinus communis) utilizando a técnica não invasiva da fluorescência de clorofila. A resposta das plantas às doses destes metais considerando-se sua toxicidade, essencialidade e tolerância, além da composição nutricional, atividade de enzimas antioxidantes, proteínas solúveis e pigmentos fotossintéticos, foram estudados. Foram conduzidos cinco ensaios em casa de vegetação, os quais três foram com pinhão-manso e dois com mamona. Em cada ensaio foi utilizado cinco doses de cada metal e um controle (sem adição de metal). Para o ensaio com doses de Zn, devido a essencialidade do metal, adotou-se um controle com dose 0,380 μmolL-1 de Zn. Os ensaios foram conduzidos em blocos ao acaso com 3 repetições. Após aplicação dos metais, os ensaios foram conduzidos por períodos distintos. Foram determinadas: a matéria seca das folhas, caule, raízes e total, teores dos metais e nutrientes (N, P, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, M, Mo e B), pigmentos, atividade enzimática, proteína solúvel, assim como a fluorescência de clorofila. Verificou-se que a medida da fluorescência de clorofila foi eficiente para avaliar as alterações temporais ocasionadas pela toxicidade de Cd, Zn e Pb. O pinhão-manso apresentou relativa tolerância à toxicidade por Cd e não demonstrou efeitos deletérios nos teores de Fe e clorofila “a” nas folhas. Os sintomas visuais de toxicidade por Cd observados nas plantas foram caracterizados por clorose nas folhas mais novas, redução de crescimento da planta e escurecimento, além de restrição do crescimento, das raízes. A dose 227 μmolL-1 de Zn foi correspondente a redução de 50% da matéria seca nas plantas de pinhão-manso. A deficiência e toxicidade por Zn provocaram desbalanço nutricional e reduziram as concentrações de pigmentos nas folhas de pinhão-manso. As doses de Pb provocaram alterações na composição nutricional das plantas, com redução na concentração de N, P, Cu e Zn nas folhas. A toxicidade por Pb não provocou efeitos deletérios nos teores de Fe, Mg e pigmentos foliares em pinhão-manso. Apesar do declínio no status nutricional das plantas, com reduções no conteúdo de Fe e Mg nas folhas, a mamona apresentou relativa tolerância à toxicidade por Zn, não demonstrando efeitos deletérios aos pigmentos fotossintéticos. As doses de Pb não provocaram alterações na composição nutricional das plantas, e também nos pigmentos fotossintéticos nas folhas de mamona. As doses de Cd, Zn e Pb não provocaram alterações na atividade das enzimas antioxidantes e nas proteínas solúveis total nas folhas de mamona e pinhão-manso. As espécies estudadas, por sua relativa tolerância e capacidade de acumular Cd, Zn e Pb nas raízes, podem ser uma alternativa ambiental e economicamente atraente para fitoestabilização e fitoatenuação de áreas contaminadas por estes metais, com adicional vantagem econômica decorrente da utilização do óleo para fins industriais e produção de bioenergia durante o processo de remediação.

The work was carried out to study the response of jatropha (Jatropha curcas L.) and castor bean (Ricinus communis) to Cd, Zn, and Pb assessed by X-ray chlorophyll fluorescence. The effect of the metal doses on phytotoxicity, metal tolerance, nutrients composition, enzymes activity, soluble proteins and photosynthetic pigments were studied. Five experiments were conducted in greenhouse, being three of them using jatropha and two studying castor bean plants. Each experiment had five doses of each metal and a control (no metal addition). Given its essentiality, the experiment with Zn utilized a 0,380 μmol L-1 of Zn as a control. All the experiments were carried out in randomized block design with three replicates. The metals were applied and the experiments conducted during different periods. The following characteristics were evaluated: biomass of roots, stem and leaves, concentration of metals and nutrients (N, P, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Mo and B), antioxidative enzymes activity, soluble protein, pigments as well as X-ray chlorophyll fluorescence. The results showed that chlorophyll fluorescence was efficient in determining the time alterations caused by Cd, Zn and Pb phytotoxicities. Jatropha showed a relative tolerance to Cd and did not present deleterious effects on the Fe contents and chlorophyll “a”. The visual symptoms of Cd toxicity were chlorosis in newest leaves, plant growth reduction, besides darkening and restrict growth of roots. The 227 μmol L-1 of Zn was equivalent to a 50% reduction in jatropha biomass. Both the toxicity and deficiency of Zn provoked nutritional imbalance and diminished the pigments concentration in jatropha leaves. The Pb doses also caused changes in the chemical composition of plants with reduction of N, P, Cu and Zn in leaves. The Pb toxicity did not change the concentrations of Fe, Mg and foliar pigments in jatropha. In spite of the decreased nutritional status, with reduction of Fe and Mg in leaves, castor bean did show tolerance to Zn toxicity with no effects on photosynthetic pigments. The Pb doses did not provoke changes on the plants mineral composition as well as on castor bean photosynthetic pigments. The doses of Cd, Zn and Pb did not change the activities of antioxidant enzymes neither the soluble proteins for both plant species. Owing to their relative tolerance to the studied metals, castor bean and jatropha can be environmental and economic alternatives to phytostabilization and phytoattenuation of contaminated areas with additional advantage of oil utilization in industry and bioenergy production during the remediation.