Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2013. / Submitted by Luiza Silva Almeida (luizaalmeida@bce.unb.br) on 2013-07-24T12:54:07Z No. of bitstreams: 1 2013_ValériaProtaSalomão.pdf: 2677192 bytes, checksum: 57173296e94f708ad36123c09cc7c2c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2013-07-26T20:32:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_ValériaProtaSalomão.pdf: 2677192 bytes, checksum: 57173296e94f708ad36123c09cc7c2c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-26T20:32:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_ValériaProtaSalomão.pdf: 2677192 bytes, checksum: 57173296e94f708ad36123c09cc7c2c7 (MD5) / As zonas ripárias representam a transição entre ecossistemas terrestres e aquáticos lóticos e dessa maneira existe uma clara interdependência entre riachos e florestas ripárias em termos de fluxo de energia e reciclagem de nutrientes. A decomposição de detritos vegetais alóctones é responsável pelo funcionamento destes ecossistemas. Alguns estudos vêm sugerindo que a decomposição pode ser uma importante ferramenta funcional para avaliar os efeitos de impactos antrópicos nas zonas ripárias. O presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos antrópicos decorrentes do represamento de um riacho do Cerrado sobre a decomposição de quatro espécies de detritos foliares (Maprounea guianensis, Protium heptaphyllum, Copaifera langsdorffii e Calophyllum brasiliense). O estudo foi realizado na Fazenda Água Limpa (APA Gama Cabeça de Veado - DF), em diferentes trechos de um riacho de 4ªordem (Ribeirão do Gama): trecho Referência, trecho Represa e trecho Pós-represa. Para cada espécie foram montados quatro réplicas de litter-bags, que foram incubadas em cada trecho do riacho durante o período chuvoso e coletadas em: 0, 7, 14, 30, 60, 90, 120 dias. Variáveis físicas e químicas da água de cada trecho do riacho foram medidas em campo. Os coeficientes de decomposição foram estimados a partir do modelo de decaimento exponencial negativo. A biomassa microbiana total e de fungos foram estimadas através da concentração de ATP e ergosterol nos detritos foliares, respectivamente. A composição química dos detritos foi avaliada através das concentrações de polifenóis, lignina e celulose. Os resultados revelam que as variáveis ambientais, como temperatura e turbidez da água foram significativamente maiores nos trechos Represa e Pós-represa, enquanto que a velocidade da água foi maior no trecho Referência. A perda de massa dos detritos foliares diferiu significativamente entre os trechos do riacho, em que a perda de massa foi maior no trecho Referência, quando comparado aos demais trechos. Os coeficientes de decomposição foram maiores em Maprounea guianensis no trecho Referencia (k=0,016d-¹), onde em 120 dias de incubação registrou apenas 5% de massa remanescente. Enquanto as demais espécies apresentaram menores coeficientes de decomposição (Protium heptaphyllum, Copaifera langsdorffii e Calophyllum brasiliense), como demonstrado para C. langsdorffii e P. heptaphyllum (k=0,005d-¹) no trecho Pós-represa, e para C. brasiliense no trecho Represa (k=0,003d-¹), que em 120 dias de incubação registrou ainda 78% de massa remanescente. Estes resultados corroboram dados de concentrações de ATP e ergosterol, indicando menor biomassa microbiana em trechos impactados (Represa e Pós-represa). A composição química de detritos foliares corroboram padrões em direcionar as taxas de decomposição das diferentes espécies. Assim como alterações significativas de variáveis físicas da água (vazão, temperatura e turbidez) entre trechos do riacho têm efeitos na comunidade microbiana e consequentemente nas perdas de massa dos detritos. Afinal, resultados confirmam padrões já sugeridos, de que o represamento de riachos pode ter graves consequências ecológicas, prejudiciais ao ecossistema lótico, que decorrem em alterações significativas entre variáveis ambientais, tendo efeito negativo no funcionamento do ecossistema de rios e riachos. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The riparian zones represent the transition between terrestrial and aquatic ecosystems lotic and thus there is a clear interdependence between streams and riparian forests in terms of energy flow and nutrient cycling. The decomposition of leaf litter allochthonous is responsible for the functioning of these ecosystems. Some studies have suggested that the decomposition can be an important tool for evaluating the functional effects of human impacts riparian zones. The present study aimed to evaluate the anthropic effects resulting from damming a stream of Savannah on the decomposition of four species of leaf litter (Maprounea guianensis, Protium heptaphyllum, Copaifera langsdorffii and Calophyllum brasiliense). The study was conducted in the Fazenda Água Limpa (APA Gama Cabeça de Veado - DF) in different parts of a stream of 4th order (Ribeirão do Gama): Reference stretch, Dam stretch and Post-dam stretch. For each species were mounted four replicas of litter-bags, which were incubated in each stretch of the stream during the rainy season and collected at 0, 7, 14, 30, 60, 90, 120 days. Physical and chemical variables of water each section of the creek were measured in the field. The decomposition coefficients were calculated from the model of negative exponential decay. The total microbial biomass and fungi were estimated by the concentration of ATP and ergosterol in leaf litter, respectively. The chemical composition of the detritus was assessed by concentrations of polyphenols, lignin and cellulose. The results show that environmental variables such as temperature and turbidity were significantly higher in Dam and Post-Dam stretch, while the water velocity was higher in the Reference stretch. The mass loss of leaf litter differed significantly between stretches of the stream, where the weight loss was greater in the Reference stretch, when compared to other stretches. The decomposition coefficients were higher for Maprounea guianensis in the Reference stretch (k = 0.016 d-¹), where in 120 days of incubation recorded only 5% of the remaining mass. While other species had lower coefficients of decomposition (Protium heptaphyllum, Copaifera langsdorffii and Calophyllum brasiliense), as demonstrated for C. langsdorffii and P. heptaphyllum (k = 0.005 d-¹) in the Post-dam stretch, and C. brasiliense the Dam stretch (k = 0.003 d- ¹), who in 120 days of incubation also recorded 78% of the remaining mass. These results corroborate data from concentrations of ATP and ergosterol, indicating less microbial biomass in impacted stretches (Dam and Post-Dam). The chemical composition of leaf detritus corroborate patterns in direct decomposition coefficients of different species. Just as significant changes in physical variables of water (velocity, temperature and turbidity) between stretches of the stream have effects on the microbial community and consequently the loss of mass of detritus. After all, results confirmed patterns already suggested l.that the damming of rivers can have serious ecological consequences harmful to lotic ecosystem, arising from significant changes in environmental variables, having a negative effect on the functioning of the ecosystem of rivers and streams.

Trifluralina (a, a, a,trifluoro-2,6-dinitro-N, N-dipropil-p-toluidina) (TFL) é um herbicida pré-emergente, incorporado ao solo que tem sido usado na agricultura desde a década de sessenta; ele é moderadamente persistente em vários tipos de solos do Brasil. O objetivo deste estudo foi isolar - de um solo agrícola contaminado por quatro décadas - e caracterizar bactérias resistentes a TFL, determinar suas habilidades em degradar a TFL, investigar a presença de gens degardadores que possam estar envolvidos na degradação da TFL e propor um método de ensino teórico prático sobre a biodegradação, para cursos de graduação. Oito bactérias foram isoladas, pela técnica de subculturas repetidas em meio contendo TFL como única fonte de carbono, e identificadas, pelo método bioquímico e seqüenciamento do rDNA 16S como Klebsiella oxytoca, Herbaspirillum seropedicae, 3 strains of Bacillus simplex, 2 de Pseudomonas montelli e uma outra Pseudomonas sp. Uma terceira bactéria (iaolado #9), não identificada, que crescia ao redor de cristais de TFL em meio sólido, foi isolada; esta é uma técnica nova que poderá ser útil no isolamento de bactérias que são resistentes a outros compostos pouco solúveis em água. Todas as bactérias isoladas foram submetidas ao teste de biodegradação, em um meio contendo sais minerais, 0,1% succinato, 0,1 % de extrato de leveduras e 50 mg. L-1 de TFL Cinco bactérias reduziram a concentração de TFL no meio, após trinta dias de incubação: Klebsiella oxytoca (24,6 %), Herbaspirillum seropedicae (16,4 %), Bacillus simplex 2 (25.0 %), Bacillus simplex 3 (16.0 %) e isolado 9 (21.0 %). Uma bactéria conhecida como degradadora da TFL, Brevundimonas diminuta (NCIMB 10329) degradou a TFL, neste meio, de maneira semelhantes ao das bactérias isoladas. Os DNAs extraídos das quatro bactérias identificadas degradadoras da TFL, foram sondados para os gens catbólicos ndoB, todC, xylX, catA e xylE, os quais codificam as enzimas naftaleno 1,2-dioxigenase, toluene dioxigenase, toluate 1,2-dioxigenase, catecol 1,2-dioxigenase e catecol 2,3-dioxigenase, respectivamente. Técnicas de PCR e hibridização demonstraram que os DNAs de todas estas quatro bactérias foram fortemente hibridizadas para o gen ndoB, contudo, usando a técnica de ¨zonas claras¨, observou-se que nenhuma delas degradou naftaleno. Estes resultados indicam a presença de gens dioxigenases, nestas bactérias degradadoras da TFL, que poderiam estar transformando a TFL como substrato principal, ou como cometabolismo. O conhecimento sobre processos de biodegradação é necessário para os graduados dos cursos de agronomia, química, biologia, tecnologia de alimentos, etc. Neste trabalho, também, propomos o estudo teórico e prático da compostagem o qual estimula o interesse dos estudantes em aprender sobre o metabolismo envolvido neste, e em outros, processos biotecnológicos.

Esta tese abrange uma série de estudos relacionados ao maior vazamento (cerca de 4 milhões de litros) de óleo cru em área continental ocorrido no Brasil, no ano de 2000, na Refinaria Presidente Getúlio Vargas (REPAR). A evolução da contaminação na área é aqui discutida, enfatizando-se o sistema Banhado 4 e a aplicação do método de polarização induzida na investigação da biodegradação de hidrocarbonetos, a qual foi testada em laboratório. Após o vazamento, a área afetada, constituída principalmente por banhados, sofreu uma série de intervenções. No setor Scraper-Banhado 1, onde diagnosticou-se a maior quantidade de óleo infiltrada (43.000 L de óleo em fase livre), foi implementado um sistema de drenagem subterrânea com recolhimento do óleo em caixas de coleta. Após 10 meses da instalação do sistema de drenagem subterrânea, os dados indicaram que o volume de fase livre reduziu em cerca de 87%. No Banhado 4, um sistema de taipas (barreiras) permitiu a inundação da área para remoção de parte do contaminante por diferença de densidade. Diversos monitoramentos foram realizados em toda a área e a eficiência das técnicas de remediação também pôde ser avaliada. A redução da contaminação em toda a área foi confirmada estatisticamente. A partir de 2003 um novo plano de monitoramento direcionou as investigações para as áreas do Scraper e do Banhado 4 e análises de parâmetros de biodegradação de hidrocarbonetos foram incluídas. Na área do Scraper-Banhado 1, os monitoramentos realizados neste período indicam que o solo atua como fonte de contaminantes, liberando-os para o aqüífero através da infiltração da água pluvial. O Banhado 4 representa um sistema bastante diferenciado em relação aos demais banhados contaminados pelo vazamento por ser influenciado pela dinâmica hidrológica do rio Barigui. A contaminação é maior nas camadas superficiais, entretanto também existe em profundidade. Um modelo de distribuição dos contaminantes é proposto considerando a fonte de contaminantes em profundidade. Sua ascensão às camadas superficiais é controlada essencialmente pela dinâmica do rio Barigui. O processo de biodegradação anaeróbica no Banhado 4 é identificado pela redução de sulfato e Fe3+. O experimento em colunas indicou que a resistividade elétrica foi mais eficiente para demonstrar a biodegradação do que a cargabilidade aparente. A geofísica foi amparada por parâmetros físico-químicos que mostraram uma melhor aplicabilidade nos testes de laboratório do que quando utilizados em campo. / The present thesis involves a number of studies related to the largest oil spill (around 4 million litres) in continental area in Brazil in 2000, in Presidente Getulio Vargas Refinery (REPAR). The evolution of the contamination in the area is here discussed emphasising the Banhado 4 system and the application of the induced polarisation method (IP) to investigate the biodegradation of hydrocarbons tested in laboratory. After the oil spill, the affected area, which is basically a system of wetlands, underwent a series of interventions. In the Scraper- Banhado 1 sector, where the largest oil infiltration was detected (43000 L of free phase LNAPL), an underground drainage system was implemented to direct the oil to collection boxes. After 10 months, the results indicated that the free phase LNAPL reduced around 87%. In Banhado 4, a system of barriers allowed the drowning of the area so that part of the contamination could be removed through density difference. A lot of monitoring was carried out all through the area and the efficiency of the applied remediation techniques could also be evaluated. The reduction of the contamination was statistically confirmed. From 2003 onwards a new monitoring plan directed the investigations to Scraper and Banhado 4 areas and hydrocarbon biodegradation parameters were included. In Scraper-Banhado 1 area, the monitoring indicates that the soil acts as a source of contaminants, releasing them to the aquifer through infiltration of the rain water. Banhado 4 represents a different system compared to other wetlands in the area because it is influenced by the hydrological dynamics of the Barigui River. Contamination is largest in the upper layers, but it also happens in the bottom. A distribution model of contaminants is proposed considering the source of contamination in the bottom. Their uplifting to higher layers is controlled essentially by the dynamics of the Barigui River. The anaerobic biodegradation process in Banhado 4 is identified by the sulphate and Fe3+ reduction. The column experiment indicated that electric resistivity was more efficient than chargeability to monitor the biodegradation. The geophysics was supported by physico -chemical parameters that demonstrated better applicability in laboratory than in field tests.

O antraceno pertence ao grupo dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP) que apresentam elevado potencial poluente e de risco a saúde, e tem sido utilizado como modelo para o estudo da degradação dos HAP, devido à sua menor toxicidade. Para a eliminação dos HAP do ambiente, tem sido proposta a utilização de microrganismos heterotróficos, que apresentam complexos enzimáticos que necessitam do ferro como componente estrutural. A dinâmica do ferro no solo, influenciada por formas e concentrações, pode interferir na biodisponibilidade deste elemento, afetando o potencial de degradação dos HAP no ambiente. Para testar essa hipótese, os objetivos deste trabalho foram: a) isolar microrganismos com potencial de degradação de antraceno; b) caracterizar as condições ótimas para o crescimento; c) avaliar o efeito de fontes e de concentrações de ferro na degradação do antraceno in vitro e no solo. Foram isoladas 26 bactérias com potencial de crescimento em meio contendo antraceno e destas foram selecionadas três, pelo melhor desempenho. Os isolados selecionados apresentaram maior crescimento a pH 7,0, à temperatura de 30ºC e em concentrações de até 2.000 mg L-1 de antraceno Todas as fontes de ferro testadas aumentaram o número de microrganismos crescendo em meio contendo 250 mg L-1 de antraceno, à excessão do Fe2O3. O estímulo ao crescimento dos isolados ocorreu em até 0,2 mM de Fe(NO3)3. A adição de 0,1 mM desta fonte de ferro estimulou um dos isolados para a degradação de até 72% do antraceno e esta degradação foi relacionada, em parte, à diminuição da tensão superficial do meio pelo isolado até 26,2 dinas cm-1. O efeito mais pronunciado do ferro na degradação do antraceno no solo foi maior na presença dos isolados (bioaumentação) e de nutrientes (bioestimulação). Os resultados demonstraram que o ferro estimula a degradação de antraceno, podendo este elemento ser utilizado nas estratégias de biorremediação dos HAP no ambiente.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-16T18:20:55Z No. of bitstreams: 1 2018_JuliannaPeixotoTreptow.pdf: 24300542 bytes, checksum: 30d6b728e8523332791a625c8449560d (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-20T20:32:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_JuliannaPeixotoTreptow.pdf: 24300542 bytes, checksum: 30d6b728e8523332791a625c8449560d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-20T20:32:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_JuliannaPeixotoTreptow.pdf: 24300542 bytes, checksum: 30d6b728e8523332791a625c8449560d (MD5) Previous issue date: 2018-07-16 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / O polietileno (PE) é o polímero sintético mais amplamente utilizado, cuja produção mundial atinge cerca de 150 milhões de toneladas por ano. Como consequência de suas características físico-químicas, o PE é extremamente recalcitrante e resistente ao ataque microbiano, sendo necessários mais de 100 anos para que se decomponha em ambientes naturais. Em virtude da ausência de estratégias eficientes para a gestão dos plásticos pós-consumo, esses materiais inertes acumulam-se nos ecossistemas acarretando dramáticas consequências à sociedade e aos ambientes naturais. Diante do crescente problema imposto pela alta produção desses materiais, foram isoladas a partir de debris plásticos descartados no solo do Cerrado 9 bactérias pertencentes aos gêneros Comamonas, Delftia e Stenotrophomonas capazes de degradar PE de altíssima massa molecular sem a necessidade de pré-tratamentos. Esses isolados apresentaram notáveis atividade metabólica e viabilidade celular após 90 dias de incubação na presença de PE como única fonte de carbono e energia, o que indica que estes são capazes de prosperar por longos períodos expostos a essa condição. As alterações das características físico-químicas e estruturais do PE induzidas pela biodegradação, como composição química, cristalinidade, viscoelasticidade, massa molecular e topografia, foram inferidas por meio do uso de diferentes técnicas espectroscópicas e microscópicas. O perfil químico do PE biodegradado aliado às análises em nível genômico e transcritômico indicam que esses isolados empregam na fragmentação oxidativa desse polímero estratégias metabólicas nunca antes descritas, além do potencial envolvimento de oxidorredutases extracelulares nesta. Uma dessas estratégias é a modificação oxidativa do polímero mediada pela produção biótica de óxido nítrico. Ademais, foram identificadas mais de 15 oxidases potencialmente participantes desse processo degradativo. Até o nosso conhecimento, esse é o primeiro estudo que caracteriza o metabolismo completo de PE em nível celular, o qual foi realizado a partir da integração de abordagens experimentais, genômicas e transcritômicas. O estudo detalhado do metabolismo de PE possibilita a compreensão dos mecanismos moleculares que atuam na biodegradação em nível celular, o que emerge como condição fundamental para o desenvolvimento de estratégias sustentáveis com aplicações práticas na gestão dos resíduos plásticos e na descontaminação dos ambientes naturais, visando à proteção e restauração dos ecossistemas. / Polyethylene (PE) is the most utilized synthetic polymer with a global production that exceeds 150 million tons/year. As a consequence of its physicochemical properties, PE-based materials are extremely recalcitrant and inert requires over 100 years to decompose under natural conditions. In an attempt to address this important global issue, we have isolated from the Brazilian Cerrado soil nine novel bacterial strains of Comamonas, Delftia and Stenotrophomonas capable of degrading unpretreated PE of very high molecular weight (191.000). These bacterial strains showed metabolic activity and cellular viability after a 90-day incubation with PE as the sole carbon and energy source, indicating that they can thrive for long periods under such conditions. Changes in PE chemical composition, crystallinity, viscoelasticity, molecular weight and topography induced by these microbes were assessed by different spectroscopic and microscopic approaches. Intriguingly, the biodegraded PE chemical fingerprint, together with genomic and transcriptomic analysis, indicated not only the reported participation of extracellular oxidoreductases in the oxidative fragmentation of this polymer, but also the involvement of yet undescribed biochemical strategies to cope with this process. One such strategy is the oxidation of the polymer, triggered by the biotic production of nitric oxide. Furthermore, we have identified over 15 extracellular oxidases that potentially participate in the biodegradation process. To the best of our knowledge, this is the first study characterizing the metabolism of high molecular weight PE at a cellular level following an integrated experimental, genomic and transcriptomic approach. The detailed study of PE metabolism increases the understanding of the molecular mechanisms underlying its biodegradation, which is critical for the development of sustainable strategies to address the plastic disposal issue and the recovery of harmed natural environments in order to preserve both human and wild lives.

Resumo: A corrosão microbiológica ou biocorrosão em superfícies metálicas está associada a várias espécies microbianas e seus produtos metabólicos. A colonização destas superfícies por microrganismos é denominada biofilme. A corrosão causada por biofilmes pode levar à danificação de equipamentos e destruição de ligas metálicas e outros materiais minerais. O objetivo deste trabalho foi o isolamento e identificação de microrganismos presentes em corpos-de-prova metálicos (CP’s) instalados em estações de corrosão em duas Usinas Hidrelétricas (Usina hidrelétrica de Balbina – “Presidente Figueiredo/AM” e Usina hidrelétrica de Salto Pilão – “Ibirama/SC”). Os CP’s foram imersos em caixas acrílicas, onde circulava água do reservatório das usinas. Os microrganismos foram isolados em meios seletivos e posteriormente identificados por meio de macromorfologia, micromorfologia (microscopia ótica e eletrônica de varredura), provas bioquímicas e quando apropriado, por oligonucleotídeos específicos e sequenciamento de DNA. Foram isoladas Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS) e bactérias oxidantes do ferro em CP’s com tubérculo de corrosão. Outras bactérias associadas à formação de biofilme também foram encontradas, como Pseudomonas sp, Enterobactérias e Bacillus sp, principalmente em aço carbono. Os principais gêneros de fungos isolados foram Aspergillus sp, Paecilomyces sp e Penicillium sp. O aço carbono foi o metal mais afetado pela biocorrosão e também apresentou maior diversidade de microrganismos. Foi verificado que com a utilização de técnicas de metagenômica é possível acelerar o processo de identificação das Bactérias redultoras de sulfato envolvidas com o “biofouling” e biocorrosão.

A ampla aplicação dos polímeros, em função dos avanços tecnológicos em diferentes áreas, aliada a motivos econômicos, tem elevado a suas quantidades em lixões, aterros domésticos e industriais. Polímeros termoplásticos degradam de forma gradual ou rápida, dependendo da sua natureza química e condições ambientais. Polímeros contendo aditivos pró-degradantes, a base de metais, cuja função é acelerar o processo de degradação, têm despertado interesse da academia e da indústria. No entanto, avaliar as reais condições de degradação destes polímeros com aditivos pró-degradantes e os subprodutos de seus processos de degradação no meio ambiente são de interesse científico e tecnológico. Neste trabalho, filmes feitos a partir da mistura de polietileno de alta densidade (HDPE) e polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) com diferentes percentuais de aditivo pró-degradante foram estudadas em dois ambientes distintos: em compostagem em escala real por 505 dias e em solo simulado, segundo norma ASTM G 160-3 por 90 dias. Diferentes formas de iniciação à degradação, envelhecimento acelerado, natural e calor em estufa, foram testadas sobre as amostras de HDPE/LLDPE aditivadas. Testes de biosorção de metais por fungos do gênero Pleorotus sajor-caju, além do teste fitotoxicidade avaliando a germinação e crescimento das plantas, foram realizados sobre o aditivo pró-degradante. Para monitorar os processos de degradação dos filmes, as seguintes técnicas foram empregadas: Espectroscopia na Região do Infravermelho, Calorimetria Exploratória Diferencial, Termogravimetria, Microscopia Eletrônica e Ótica e Espectroscopia de Absorção Atômica. Quanto aos processos abióticos de iniciação à degradação, concluiu-se que o processo de exposição das amostras à ação do calor foi o mais efetivo, promovendo a oxidação da cadeia dos filmes contendo aditivos pródegradantes, após 113 dias de exposição. Contudo, 180 dias de exposição ao envelhecimento natural não foram suficientes para observar esse fenômeno nos filmes, independente da presença do aditivo pró-degradante. A iniciação da degradação dos filmes de polietileno aditivados por ação de envelhecimento acelerado (72 e 144h) favoreceu os processos bióticos subsequentes em solo simulado. Os diferentes microrganismos presentes nos diferentes meios (compostagem e solo simulado) foram fundamentais para que ocorresse a degradação dos filmes de polietileno com aditivos pró-degradantes. Foram observadas alterações de cor na superfície dos filmes (decorrentes da formação do biofilme), saliências, fissuras, poros e fragmentação, características do processo de biodegradação. Os fungos Pleorotus sajor-caju mostraram-se eficientes na remoção de alguns metais (Al, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, K, Na e Zn) presentes no aditivo pró-degradante e no masterbatch. Os resultados observados na germinação e no crescimento das plantas mostraram que o aditivo pró-degradante não causou efeitos fitotóxicos nos meios, favorecendo o desenvolvimento das raízes e possibilitando um maior crescimento vegetativo das culturas. A eficiência dos aditivos pró-degradantes na degradação biótica de filmes de polietileno somente se evidencia mediante oxidação induzida por processos abióticos de envelhecimento acelerado e calor, para os tempos de exposição citados neste estudo. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-23T13:21:09Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Jalma Maria Klein.pdf: 23754733 bytes, checksum: 612ea4e6dea4e507de382e5f36753327 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-23T13:21:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Jalma Maria Klein.pdf: 23754733 bytes, checksum: 612ea4e6dea4e507de382e5f36753327 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The extensive application of polymers, due to technological progress in several areas and to economic reasons, has increased the amount of this material in landfills and home and industrial embankments. Thermoplastic polymers degrade gradually or fast, depending on the chemical nature and environmental conditions. Polymers with prooxidant, based on metals, whose function is to accelerate the degradation process, have called attention of academy and industry. However, it is of technological and scientific interest the valuation of their real degradation conditions and the byproducts from their degradation processes on the environment. In this work, films prepared from the mixture of high density polyethylene (HDPE) and linear low density polyethylene (LLDPE) with different fractions of pro-oxidant were studied in two distinct environments: in composting (in real scale for 505 days) and in soil burial test (according to ASTM G 160-3 for 90 days). Different degradation initiation processes of the polyethylene samples (with prooxidant) were tested by accelerated aging, weathering and heat. Pro-oxidant was studied by biosorption of metals by fungals of genus Pleorotus sajor-caju, besides phytotoxicity tests to valuate the germination and growth of plants. In order to follow the degradation processes of the films, the following techniques were used: Infrared Spectroscopy, Differential Scanning Calorimetry, Thermogravimetry, Optical and Scanning Electronic Microscopy and Atomic Absorption Spectroscopy. Concerning the abiotic processes of degradation initiation, we concluded that the process of exposure to heat was the most effective, promoting the chain oxidation of the films containing pro-oxidant, after 113 days of exposure. However, 180 days of exposure to weathering were not enough to observe this phenomenon, regardless the presence of pro-oxidant. The degradation initiation by accelerated aging (72 and 144 h) of polyethylene films with pro-oxidant favoured the subsequent biotic processes in soil burial. The different microrganisms present on different environments (composting and soil burial) were essential for the occurrence of degradation of the polyethylene films with pro-oxidant. Changes in surface color of the films (due to biofilm formation), prominences, cracks, pores and fragmentations were also observed, all features of the biodegradation process. The fungals Pleorotus sajor-caju were efficient in removing some metals (Al, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, K, Na e Zn) present in the pro-oxidant and in the masterbatch. The results for germination and growth of the plants showed that the pro-oxidant has not caused phytotoxic effects in the environments, favouring the growth of the roots and enabling a higher vegetative growth of the plants. The efficiency of the prooxidants in biotic degradation of polyethylene films is only evident by means of induced oxidation by abiotic processes of accelerated aging and heat, for the exposure times mentioned in this work.

Orientador: Ederio Dino Bidoia / Banca: Marcelo Henrique Otenio / Banca: Edson Aparecido Abdul Nour / Banca: Dejanira de Franceschi de Angelis / Banca: Maria Aparecida Marin Morales / Resumo: Dos poços e plataformas de petróleo ao transporte e distribuição de petroquímicos, sempre há o risco de acidentes que resultam em incêndios. Nesses casos são muitas vezes utilizadas espumas formadoras de filme aquoso (AFFF), pois compostos fluorados em grandes quantidades nas misturas das AFFFs contribuem com a capacidade extintora de incêndio. Em situações de emergência, toneladas de AFFF são liberadas no ambiente e, portanto, podem afetar em longo prazo o ambiente mesmo depois do incêndio ser apagado, pois contém substâncias que escoam para corpos d'água. Os flúor-carbonados são altamente resistentes à biodegradação e, por isso, têm prolongada persistência ambiental. As vias de biodegradação dos organo-halogenados são bastante específicas e lentas. Nesse estudo foi determinado o potencial de biodegradação de diferentes microbiotas sobre misturas da AFFF em hidrocarbonetos, e estudado o processo de biotransformação dos compostos presentes na formulação da AFFF. Pela combinação de metodologias foi possível conhecer melhor sobre o impacto dos compostos flúor-carbonados no ambiente. Foram realizados estudos com a técnica de espectrometria de massa, para determinar as vias de biotransformação dos componentes perfluorcarbonados; técnicas respirométricas, para estudar a biodegradabilidade da AFFF em associação com hidrocarbonetos de petróleo; bioensaios com plantas, para determinar a toxicidade da AFFF; e técnicas de biologia molecular, para análise metagenômica de alteração no perfil da comunidade microbiana de solo após a introdução da AFFF ao meio. Os hidrocarbonetos de petróleo influenciaram, durante a aplicação de espumas de incêndio, o processo de transformação de fluorcarbonados, alterando o metabolismo de comunidades microbianas. Em geral, a biotransformação de fluorcarbonados foi mais lenta por uma interferência mútua entre BTEX e AFFF, mas a produção de CO2 foi maior pelo... / Abstract: From oilrigs extraction to transport and distribution of petrochemicals, there is always the risk of accidents resulting in fires. In such cases, the release of aqueous film forming foams (AFFF) are a usual practice. These compounds are comprised of compounds containing fluorine-carbon, which contribute to their fire extinguishing capabilities when released in large amounts. Tons of AFFF are released into the environment during emergencies and thus causing long term harnessing of the environment even long after the fire is extinguished, since such substances end up in water bodies. Fluorine and carbon bonds are highly resistant to degradation and therefore have long environmental persistence. Biodegradation pathways of organic halogens are quite specific and slow. In this study, we determined the potential microbiota in different biodegradation AFFF mixtures of hydrocarbons, and studied the biotransformation of compounds in the formulation of AFFF. Thus, it was possible to better understand the impact of fluorinated compounds into the environment. A wide variety of techniques was applied, involving a combination of mass spectrometry techniques to determine the biotransformation pathways of perfluorcarbonados components; respirometric techniques to study the biodegradability of AFFF in association with petroleum hydrocarbons; bio-assays to determine the phyto-toxicity of AFFF; and molecular biology techniques for metagenomic analyzes evaluating changes in the profile of soil microbial communities after AFFF was introduced in the medium. It was observed that petroleum hydrocarbons during application of fire foams fluorocarbon influenced the overall biotransformation process, altering the metabolism of the microbial communities. In general, the fluorocarbon biotransformation is slower by a mutual interference between AFFF and BTEX, but the CO2 production is increased by the effect of the perfluorinated surfactant combined with the ... / Doutor

Orientador: Dejanira de Franceschi de Angelis / Banca: Newton La Scala Júnior / Banca: Aurora Mariana Garcia de França Souza / Resumo: O aumento da população humana tem acrescentado ao meio ambiente grande quantidade e diversidade de compostos. Isto acopla-se ao desenvolvimento das atividades industriais acrescentando novas técnicas que geram novos resíduos. Essas substâncias podem ou não ser degradadas dentro dos processos edáficos. Os microrganismos têm sido por muito tempo os agentes controladores dos resíduos produzidos em nosso planeta, porém, os seres humanos ultrapassaram a capacidade de suporte do ecossistema. Sendo assim, a microbiota necessita de auxílio na biodegradação dos xenobióticos, estes têm sido adicionados aos solos. "Landfarming" consiste na aplicação do contaminante na camada arável do solo, onde esse resíduo é misturado mecanicamente por aração e gradeamento. Nestes sítios as condições físicoquímicas são ajustadas para maximizar a atividade microbiana. Este trabalho buscou verificar mediante estudos de respirometria, a biodegradação da matéria orgânica presente no solo de "landfarming" de refinaria de petróleo. Os resultados apontam que a evolução de CO2 ocorre neste solo e que sua eficiência de biodegradação aumenta (13,9%) quando se adiciona casca de grão de arroz em associação com vinhaça, resíduo proveniente das destilarias de etanol. Também detectou-se que a mistura de solo de cerrado, contendo baixa quantidade de matéria orgânica, pode estimular o aumento na liberação de CO2 (15,8%). Contudo, quando a essa mistura acrescenta-se casca de grão de arroz e vinhaça, o aumento da evolução de CO2 é mais pronunciado (78%). A atividade das bactérias e fungos também foi avaliada, mediante contagem das UFC/g/ss, e observou-se aumento de até 300 vezes no número de colônias nos tratamentos em que foram adicionados casca de arroz e vinhaça. / Abstract: The increase of human population added great amount and diversity of composts into the environment. This occurs because of the industrial activities development that adds new technologies, generating new wastes. These substances can or not be degraded by soil processes. The microorganisms have been for much time the controlling agents of residues produced in our planet. However, the human being had exceeded the ecosystem support capacity. So, microbial community needs help in biodegradation of xenobiotics added to soil. "Landfarming" consists in contaminants application at the arable layer of soil, where these wastes are mechanically mixed by tillage and the physico-chemical conditions are adjusted to maximize the microbial activity. This work verified, using respirometric methods, the biodegradation of organic matter present in "landfarming" soil of an oil refinery. The results showed that CO2 evolution occurs in this soil, and that its biodegradation efficiency increases (13,9%) when added rice grain husk in association with vinasse, an alcohol prodution waste. We also detected that the mixture with brazilians savanna soil, that has low organic matter amount, can stimulate the increase in CO2 release. However, when vinasse and rice grain husk are added to this mixture, CO2 evolution rises up (78%). The activity of the bacteria and fungus was also evaluated by means of UFC/g/ss counting. An increase of 300 times of colonies number was observed at the treatments where rice husk and vinasse had been added. / Mestre

A fotofuncionalização de superfícies poliméricas é um método simples, prático, de baixo custo e complexidade experimental que possibilita obter superfícies poliméricas com controle das propriedades superficiais dependendo do tipo de tratamento aplicado. As superfícies obtidas são estáveis e livres de contaminantes (resíduos de reagentes ou solventes), o que é de grande importância para aplicações biotecnológicas. Neste trabalho, filmes de polissulfona (PSU), polihidróxibutirato (PHB) e poliuretana (PU) foram caracterizados e funcionalizados com radiação UV em presença de uma atmosfera reativa (O2) para melhorar a sua molhabilidade, adesão e crescimento celular. As superfícies obtidas foram caracterizadas e submetidas a testes para avaliação para a aplicabilidade do método de fotofuncionalização em dois focos diferenciados da biotecnologia: engenharia de tecidos e biodegradação de materiais poliméricos. Resultados das técnicas de análise de superfícies mostraram a conversão eficaz das superfícies de polímeros hidrofóbicos para hidrófílicos com enxerto de novos grupos funcionais oxidados durante os tratamentos fotoquímicos. Alguns dos filmes tratados mostraram um maior número de células tronco mezenquimais aderidas em comparação com os filmes não tratados e este número é comparável com o número de células aderidas no grupo de controle. Os resultados demonstraram que a resposta de células não depende apenas da hidrofilicidade, mas também das alterações na química da superfície, que ocorrem como resultado do tratamento com radiação UV na presença de oxigênio. Melhor adesão e crescimento celular nos substratos políméricos modificados pela presente metodologia fotofuncionalização confirmam a biocompatibilidade das superfícies tratadas. O mesmo método de funcionalização da superfície foi usada como passo inicial para atingir a degradação controlada de PHB, PSU e PU filmes por fungo entomopatogênico. As superfícies tratadas foram investigados por meio de técnicas de análise de superfície (WCA, FTIR–ATR, XPS, NEXAFS, GPC, Microscopia Óptica, MEV, Gravimetria e Tof-SIMS). Após os tratamentos, foram detectados novos grupos oxigenados em novos ambientes químicos sobre a superfície de polímeros. A atmosfera oxidante não permitiu a formação de ligações C=C, indicando que reações de fotodegradação são suprimidas durante/pelos tratamentos, resultando em enxerto de oxigênio nas cadeias de polímeros. Quanto maior a hidrofilicidade e a concentração de grupos funcionais oxigenados na superfície dos filmes tratadas melhor a biodegradação dos filmes. Observou-se um claro aumento no crescimento deste fungo quando grupos oxigenados foram enxertados na maior parte das superfícies de polímeros. Esta metodologia simples pode ser utilizada para melhorar e controlar a taxa de degradação de polímeros em aplicações que requerem uma taxa de degradação controlável, ou, no manejo de resíduos de materiais poliméricos. / The photofunctionalization of polymer surfaces is a simple, practical, low cost and experimental complexity, and enables to obtain polymer surfaces with controlled chemical selectivity and surface properties depending on the type the treatment applied. The surfaces obtained are stable and free from contaminants (residues of reactants or solvents), very important characteristic for material applied in biotechnological applications. The surface of Polihidroxibutirate (PHB), Polysulfone (PSU) and Polyurethane (PU) films were treated with ultraviolet radiation (UV) in the presence of oxygen to improve their wettability, adhesion and cell spreading properties. Surface analysis results illustrated the effective conversion of the polymers surfaces from hydrophobic to hydrophilic with grafting of new oxidized functional groups during the photochemical treatments. Some of treated films showed a larger number of adhered mezenquimal stem cells compared to the untreated films and that number of adhered cells was comparable to the number of adhered cells in the control group. The results showed that the cell response does not only depend on the hydrophilicity but on the chemical surface alterations which occur as a result of UV-assisted treatment in the presence of oxygen. Better cell adhesion, spreading and growing on the polymers substrates modified by the present fottofunctionalization methodology confirmed the biocompatibility of the treated surfaces. The same method of surface functionalization was used as initial step to achieve controlled degradation of PHB, PSU and PU films by entomopathogenic fungi. Treated surfaces were investigated by surface analysis techniques (WCA, FTIR-ATR, XPS, NEXAFS, GPC, Optical Microscopy, SEM, Gravimetry, and Tof-SIMS). After the UV-assisted treatments, new carbonyl groups in new chemical environments were detected on the polymers surface. The oxidizing atmosphere did not allow the formation of C=C bonds, indicating photodegradation reactions are suppressed during or by the treatments, resulting on oxygen grafting in the polymers chains. The higher hydrophilicity and concentration of oxygenated functional groups at the surface of the treated films possibly improved the biodegradation of the films. It was observed a clear increase in the growth of this fungus when oxygenated groups were grafted on the most part of polymers surfaces. This simple methodology can be used to improve and control the degradation rate of polymers films in applications that require a controllable degradation rate, or on waste manegement of polymeric materials.