Bioconcentração e biomagnificação de metilmercúrio na baía de Guanabara, Rio de Janeiro

Methylmercury was determined in water and aquatic biota from Guanabara Bay. Trophic transfer of methylmercury was observed between trophic levels from prey (microplankton, mesoplankton and fish with different feeding habits) to top predator (pelagic demersal fish). Top predator fish presented the highest methylmercury concentrations (320.3 ± 150.7 mg kg-1 dry wt.), whereas microplankton presented the lowest (8.9 ± 3.3 mg kg-1 dry wt.). The successive amplification of methylmercury concentrations and its bioconcentration factor with increasing trophic levels from base to top indicate that biomagnification may be occurring along the food web. Results suggest the importance of feeding habits and trophic level in the bioaccumulation of methylmercury by aquatic biota.

Bioconcentração de cádmio e cobre pela tilápia Oreochromis niloticus (Persiforme: Ciclideo)

Um dos caminhos para identificar os contaminantes e seus efeitos em ecossistemas aquáticos é examinar a resposta de alguns organismos considerados bioindicadores. O presente projeto teve por objetivo avaliar a bioconcentração de cádmio e cobre pelo peixe de água doce Oreochromis niloticus (tilapia), visando, principalmente, estabelecer seu potencial bioindicador de contaminação destes metais em ambientes fluviais.Dentre os vários metais pesados passíveis de contaminação ambiental, o cobre um elemento essencial e o cádmio um elemento não essencial, são altamente tóxicos, mesmo em níveis de concentrações muito baixos e podem se elevar quanto maior for o nível trófico do organismo, podendo chegar ao homem em teores magnificados. Em condições laboratoriais, foram determinadas as toxicidades aguda de Cu, de Cd, e de Cu+Cd em tilápias em períodos de 24 á 96 horas de exposição. A partir dos resultados obtidos nos testes de toxicidade aguda, foi estabelecida a dose letal que levou a óbito metade da população (CL50). Os valores encontrados para o presente estudo foram: CL50-96h para cobre – 3,53 mg/L;CL50-96h pra cádmio – 20,13 mg/L;CL50-96h para cobre combinado ao cádmio – 1,36 mg/L. Foram avaliadas as concentrações dos referidos metais nos fígados e nas brânquias. O presente estudo mostra que em linhas gerais o fígado acumulou mais metal do que as brânquias, e que o processo de absorção do cobre é mais rápido do que o do cádmio para a espécie de peixe testada. Os resultados obtidos mostraram que o cobre foi mais tóxico do que o que o cádmio, entretanto, a combinação de ambos metais apresentou maior toxicidade

Fatores de bioconcentração e disponibilidade de bário, cádmio, cobre, níquel e zinco em solos e em culturas de interesse agronômico

Os elementos potencialmente tóxicos (EPTs) estão presentes nos solos em concentrações dependentes do material de origem e das ações antrópicas. A adição de EPTs ao solo pelas atividades antrópicas pode ocasionar risco à saúde humana, já que estes elementos podem ser acumulados no organismo por meio do contato dérmico com o solo, da inalação de partículas em suspensão, de ingestão de solo e de alimentos contaminados. A contaminação dos alimentos ocorre pelo cultivo em áreas com alta biodisponibilidade de EPTs, e nessa condição ocorre absorção e translocação para a parte aérea, com possível acúmulo dos metais nas porções comestíveis, como raízes, frutos e grãos. A biodisponibilidade dos EPTs é regulada pelas características químicas dos elementos e por atributos do solo, como a CTC, o pH e a matéria orgânica (MO). Sintomas de toxicidade e alterações morfológicas e fisiológicas podem aparecer dependendo da absorção e da movimentação dos EPTs nas plantas. Objetivou-se neste trabalho avaliar o efeito da adição de bário (Ba), de cádmio (Cd), de cobre (Cu), de níquel (Ni) e de zinco (Zn) em amostras de um Neossolo Quartzarênico e um Latossolo Vermelho distrófico, sob duas condições de saturação por bases (30% e 50 ou 70%, dependendo da cultura), no cultivo de arroz (Oryza sativa), alface (Lactuca sativa), girassol (Helianthus annuus) e tomate (Solanum lycopersicum). Os EPTs nos solos foram extraídos com EPA 3051a, Água Régia, DTPA, Mehlich 1, Mehlich 3, HNO3 (0,43 mol L-1) e CaCl2 (0,01 mol L-1), e seus teores correlacionados com os presentes nas raízes, na parte aérea, nos frutos e com a quantidade acumulada pelas plantas. Os fatores de bioconcentração (FBC) e de transferência (FT) foram calculados para as culturas. O índice SPAD (Soil Plant Analysis Development - Chlorophyll Meter) foi determinado na fase vegetativa da alface, do arroz e do girassol, enquanto a atividade fotossintética foi determinada pelo IRGA (Infrared gas analyzer). Os maiores teores de EPTs foram observados nas plantas cultivadas no Neossolo. As quantidades de Cu, Ni e Zn acumuladas nas plantas apresentaram correlação positiva com os teores extraídos pelo EPA 3051a e pela Água Régia. Os teores extraídos com HNO3 (0,43 mol L-1) apresentaram elevada correlação positiva com os teores reativos extraídos com DTPA e com Mehlich 3, e também com as quantidades de EPTs acumuladas pelas plantas. Os FBCs foram mais altos nos solos com baixa CTC, baixos teores de MO e baixos valores de pH. O arroz apresentou a menor translocação de Cd do sistema radicular para os grãos. O Cu, o Ni e o Zn causaram alterações no desenvolvimento da alface e do girassol, e diminuíram a transpiração e a condutância estomática da alface. O arroz apresentou a menor absorção de EPTs e a maior tolerância ao Ba, ao Cd, ao Ni e ao Zn, no entanto, as plantas apresentaram maiores condutividade estomática e transpiração.

Estimativa do fator de bioconcentração de pesticidas em maçãs.

O objetivo desse trabalho foi estimar o fator de bioconcentração (BCF) de trinta e seis pesticidas do sistema brasileiro de produção integrada de maçãs (PIM) e indicar quais deles devem ser monitorados em maçãs. Foi assumido um cultivo hipotético de macieiras e usado o modelo de Paraíba (2007) [Pesticide bioconcentration modelling for fruit trees Chemosphere, v.66, p.1468-1475, 2007].O modelo relaciona o BCF com características da planta e do pesticida.

Modelagem da bioconcentração de herbicidas em plantas.

Propriedades físico-químicas de herbicidas e propriedades fisiológicas de plantas foram utilizadas para apresentar um modelo que simula a bioconcentracão e calcula o fator de bioconcentração de herbicidas em plantas. A modelagem supõe que o herbicida na solução do solo é absorvido pela planta no processo de transpiração da solução do solo. Utilizamos o modelo para estimar o fator de bioconcentração dos herbicidas 2,4-D, acetochlor, ametryn, atrazine, clomazone, diuron, hexazinone, imazapyr, metribuzin, pendimethalin, picloram, simazine, sulfentrazone, tebuthiuron e trifluralin em cana-deaçúcar. A modelagem sugere que existe uma correlação negativa entre o fator de bioconcentração e o coeficiente de sorção de herbicidas no carbono orgânico do solo.

Modelagem da bioconcentração de herbicidas em plantas.

2008

Efeitos dos ácidos húmicos provenientes de aterro sanitário em plantas

O processo de tratamento biológico dos lixiviados de aterros sanitários resulta na geração de grandes quantidades de lodo, caracterizados por conterem altas taxas de matéria orgânica. Por meio do fracionamento químico da matéria orgânica são obtidos os ácidos húmicos (AH), fração de comprovada eficiência sobre o crescimento vegetal, promovendo melhorias no desenvolvimento das plantas. Este trabalho teve como objetivo caracterizar quimicamente os AH extraídos do lodo de lixiviado de aterro sanitário e avaliar os efeitos da aplicação de diferentes doses dos AH por meio de análises biológicas em plantas, visando minimizar os potenciais riscos da utilização do lodo in natura. Por meio de caracterizações químicas, o ácido húmico apresentou elevados teores de carbono e nitrogênio, podendo constituir uma importante fonte de nutrientes para as plantas. Além disso, foram observadas alterações nas taxas de absorção, na bioconcentração e na translocação de alguns nutrientes. Com relação à análise das enzimas antioxidantes, foi possível observar aumento na atividade de algumas enzimas com a aplicação de diferentes doses de AH. Além disto, foram constatadas alterações citogenéticas por meio da análise de células meristemáticas e F1 de Allium cepa. Influências sobre o crescimento da planta também são reportadas, por meio de aumentos expressivos na área radicular e na altura de Zea mays. Em geral, os dados de crescimento revelaram um maior investimento da planta na parte aérea, provavelmente associado com a melhor eficiência do sistema radicular. Além disso, também foram reportadas alterações na espessura da epiderme. Neste contexto, apesar dos benefícios nutricionais e da comprovada atuação dos AH sobre o metabolismo vegetal, os seus efeitos biológicos sobre enzimas do estresse oxidativo e a sua capacidade citotóxica precisam ser melhor investigados. Devido à complexidade do resíduo, a utilização de análises químicas, genéticas, enzimáticas, fisiológicas e anatômicas foi uma importante ferramenta para a avaliação da possível aplicação dos ácidos húmicos em plantas.

Distribuição ambiental de poluentes orgânicos encontrados em lodos de esgoto

O objetivo deste trabalho foi apresentar uma modelagem da distribuição ambiental de vinte e nove poluentes orgânicos encontrados em amostras de lodos de esgoto das estações de tratamento de esgoto de Barueri e Suzano, SP. Lodos de esgoto são misturas de produtos orgânicos e inorgânicos gerados nos processos primários e secundários de tratamento que, mediante adequado controle de qualidade, podem ser reutilizados como fertilizantes agrícolas. O modelo de fugacidade nível I foi aplicado a um sistema compartimental hipotético constituído de ar, água, solo, sedimento, biota aquática e plantas. Foi utilizada a massa molecular, a pressão de vapor, a solubilidade em água, a constante de Henry, o coeficiente de partição octanol-água e a meia-vida no solo de cada um dos poluentes. O coeficiente de sorção no solo, os fatores de bioconcentração em organismos aquáticos, raízes e na seiva do xilema de plantas foram calculados por meio de expressões que correlacionam cada um desses parâmetros com o coeficiente de partição octanol-água do poluente. Foram estimados e usados os coeficientes de partição folha-ar e ar-água e o índice GUS de cada poluente. A modelagem e os cálculos dos fatores de bioconcentração e dos coeficientes de partição revelam os compartimentos preferenciais dos poluentes.

Desenvolvimento de mudas de cedro-rosa em solo contaminado com cobre: tolerância e potencial para fins de fitoestabilização do solo

A contaminação do solo é frequentemente associada às atividades agrícolas, industriais e de mineração, bem como à reutilização de resíduos urbanos e, ou, de origem animal. Tais atividades podem promover o acúmulo de metais pesados no solo, elementos potencialmente nocivos à qualidade ambiental e ao bem-estar dos seres vivos. A fitorremediação é uma tecnologia de recuperação de áreas degradadas que visa à descontaminação do solo. Pela sua maior produção de biomassa, as espécies florestais são capazes de imobilizar e exportar para fora de qualquer sistema, através de sua biomassa, maiores quantidades de elementos químicos presentes no solo. Nesse contexto, este trabalho objetivou avaliar o desenvolvimento do cedro-rosa em solo contaminado com metais pesados. Mudas dessa árvore foram cultivadas em casa de vegetação, em solo contaminado com Cu (0, 60, 80, 100, 500 mg kg-1), e, ao final de 105 dias, características das plantas e do solo foram analisadas. O cedro-rosa apresentou ganho de matéria seca até a dose de 100 mg kg-1 de Cu, seguido de decréscimo no desenvolvimento vegetal nas doses maiores. Foi verificada maior partição de matéria seca para a raiz em detrimento da parte aérea. Os teores de Cu na planta responderam positivamente às doses aplicadas no solo. O fator de bioconcentração da raiz obtido sugere que o cedro-rosa possui acúmulo de Cu na raiz, o que permite indicar tal espécie como promissora para fins de fitoestabilização de solos contaminados.

Sensores em fibra óptica para monitorização ambiental

Fruto da crescente preocupação face à bioacumulação e bioconcentração de poluentes e conscientização dos efeitos do aquecimento global, nos últimos anos têm sido adoptadas inúmeras acções e medidas que visam o controlo de parâmetros indicadores da qualidade do meio, a detecção de substâncias potencialmente perigosas e a promoção/utilização de energias alternativas não poluentes. Neste âmbito, a monitorização em tempo real revela-se fundamental para a análise contínua do equilíbrio dos ecossistemas. Neste contexto, os sensores de fibra óptica, mais concretamente os sensores químicos em fibra óptica possuem um conjunto de características, como por exemplo a miniaturização, baixo custo, versatilidade, biocompatibilidade, capacidade de monitorização remota, que representam uma alternativa tecnológica e economicamente viável. Por outro lado, a utilização de redes de difracção em sensores de fibra óptica, é em adição uma mais-valia para este tipo de sistemas, as redes de período longo pela sua sensibilidade intrínseca ao índice de refracção, e as redes de Bragg pela sua facilidade de interrogação e facilidade de multiplexagem. A presente dissertação tem por objectivo o estudo, desenvolvimento e análise de sensores em fibra óptica para monitorização de espaços ambientais. O presente documento encontra-se organizado em cinco capítulos. O capítulo 1 faz um enquadramento dos sensores de fibra óptica para monitorização ambiental dando relevo aos sensores químicos em fibra óptica. No capítulo 2 expõe-se o conjunto de conceitos necessários para a compreensão do trabalho. A começar pelas redes de difracção em fibra óptica e a suas potencialidades como elementos sensores. Algumas configurações foram detalhadas assim como alguns princípios para interrogação das mesmas. A medição multi-parâmetro e o fabrico de membranas de sensibilidade selectiva são também abordados. O Capitulo 3 refere a primeira configuração desenvolvida, trata-se de um sensor interferométrico baseado numa cavidade Fabry-Pérot, constituído por uma rede de Bragg e a reflectividade da ponta da fibra. O objectivo do sensor é a monitorização do ácido acético e outras espécies carboxílicas em bioreactores. Para tornar a configuração sensível ao ácido foi aplicado um revestimento de Silane-PVP à extremidade da fibra. A configuração sensora demonstrada aufere de características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, não utilização de indicadores, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capítulo 4 apresenta a segunda configuração desenvolvida que tem por objectivo a medição simultânea de salinidade e temperatura. A medição de salinidade é baseada no índice de refracção. Trata-se de um sensor de intensidade auto-referenciado, baseado em três redes de difracção. Uma rede de período longo sensível ao índice de refracção e temperatura e duas redes de Bragg, para interrogação da da rede de período longo e compensação de temperatura. Para discriminação dos parâmetros de interesse foi utilizado o método matricial. A configuração exposta exibe características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, discriminação de índice de refracção e temperatura, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capitulo 5 contém as conclusões e comentários finais ao trabalho. No final da tese seguem-se os anexos, onde se encontram as publicações e comunicações resultantes do trabalho realizado.

Chemical composition of phytoplankton from the estuaries of Eastern Amazonia

O fitoplancton é de grande importância para os estudos das interações solo-água, como indicadores de modificações químicas e biológicas nos ecossistemas naturais. O objetivo desse estudo foi determinar a composição química total do fitoplâncton nos estuários do rio Pará e Mocajuba (Pará, Brasil). As análises químicas foram realizadas na água superficial, sedimento de fundo (amostra total e fração biodisponível) e no fitoplancton, por espectrometria óptica e de massa com plasma indutivamente acoplado. A composição química elementar do fitoplancton é composta por elevadas concentrações de Ca, P, Mn, Fe, Zn, Al, Ba e Pb. O fitoplancton do estuário do rio Mocajuba é rico em Fe (2.967 a 84.750 µg g^-1) e do rio Pará rico em Al (1.216 a 15.389 µg g^-1), provavelmente com contribuição antropogênica. O material fitoplanctonico apresentou elevado fator de bioconcentração proveniente tanto da água quanto da fração biodisponível, e reflete a eficiência desses organismos em concentrar metais.

Toxicidade de cádmio e zinco em Danio rerio: comparação entre valores permitidos em legislação para proteção da vida aquática e a potencial atuação como interferentes endócrinos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da atuação dos metais zinco e cádmio sobre os aspectos reprodutivos da espécie Ceriodaphnia dubia geração parental e F1

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeitos do cobre na macrófita potamogeton pectinatus L. e sua possível utilização o monitoramento ou remediação de ambientes aquáticos contaminados por este metal

O cobre é um metal essencial para as plantas, porém considerado tóxico quando em elevadas concentrações na água. No caso de macrófitas aquáticas já foi demonstrado que este metal inibe o processo fotossintético e provoca alterações pigmentares. Neste contexto, expusemos (96h) a macrófita aquática Potamogeton pectinatus (L.) à diferentes concentrações de cobre 1, 10, 100 e 1000 µM para avaliar o potencial bioacumulador da planta, e às concentrações de 1, 10 e 100 µM de Cu para verificar os possíveis efeitos do metal na taxa fotossintética (24 e 96h) em diferentes intensidades luminosas (17, 100, 300 e 500 µmol/m2 /s), no teor pigmentar (96h) e no crescimento das macrófitas (30 dias). Para os experimentos de bioacumulação mantivemos um grupo de plantas controle (sem adição de cobre no meio), enquanto que para os outros testes mantivemos um grupo controle e um grupo em solução nutritiva de Hoagland 100%, que contem cobre e outros micronutrientes em concentrações ideais para sobrevivência e crescimento de P. pectinatus. Nossos resultados mostram que a macrófita P. pectinatus é capaz de acumular altas concentrações de cobre, sendo que este acúmulo aumenta com a elevação dos níveis do metal na água. Apesar de basicamente não haver diferença estatística entre a concentração do metal nos diferentes órgãos da planta, as raízes mostraram-se capazes de acumular mais cobre que as folhas e caule com base no fator de bioconcentração. Com relação aos teores de clorofila “a”, “b” e carotenoides, estes foram menores nas folhas das plantas controle em comparação com as plantas em solução de Hogland, mas esta diferença só foi significativa nas plantas expostas ao cobre, que apresentaram menor concentração dos teores pigmentares já à 1 µM de Cu. Quanto à fotossíntese, em 24h de exposição, novamente observamos um efeito negativo da ausência e presença de cobre nas concentrações de 1, 10 e 100 µM, bem como, um efeito da luminosidade, de forma que as plantas em solução de Hoagland apresentaram maior taxa fotossintética quando em 100 µmol/m2 /s. Em virtude de um aumento na respiração em 96h, a fotossíntese, quando ocorreu, foi menor que em 24h e não diferiu entre os grupos e luminosidade. Em relação ao crescimento, as plantas perderam biomassa, mas mantiveram seus comprimentos e apenas aquelas em solução de Hoagland aumentaram seu número de folhas. Ainda, verificou-se clorose e necrose nas plantas controle e expostas ao cobre. Diante do exposto, concluímos que a macrófita P. pectinatus acumula altas concentrações de cobre, principalmente na raiz, sendo capaz e refletir as concentrações do metal no meio. Esta condição, sugere seu uso no biomonitoramento e fitorremediação de locais contaminados por cobre. Por outro lado, elas mostram-se sensíveis ao metal pela redução no teor pigmentar e fotossíntese, sugerindo estes como mecanismos toxicidade do cobre.

Multibiomarker assessment of cadmium-based quantum dots effects in the marine mussel Mytilus galloprovincialis

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Ramo: Ciências e Tecnologias do Ambiente, Especialização em Ecotoxicologia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016