Soils have been contaminated with cadmium (Cd) by the use of fertilizers, calcareous, pesticides and industrial and/or domestic effluents. It can be leached to groundwater, as well as be taken up by plants potentially leading to reduce growth and yield. It causes different damages to the cell, generating oxidative stress which is responsible for its toxicity, affecting all living organism. A balance in the redox state of the cell to maintain cellular integrity and metabolism is essential for organism tolerance. Thus, the antioxidant response of bacteria exposed to Cd was studied to understand the tolerance mechanism, and be able to develop a methodology to bioremediate contaminated soils. MDA and hydrogen peroxide contents and different enzymes activity of antioxidant system (SOD, CAT, GR and GST) of two strains from Burkholderia genus, one from a soil contaminated with Cd in high concentrations (strain SCMS54) and the other from soil without Cd (strain SNMS32) in two exposure time (5 and 12 h), were analyzed. Stress measurement (MDA and hydrogen peroxide content) and antioxidant enzyme activities (SOD, CAT, GR and GST) increased in almost all treatments in the presence of Cd. These results also indicate that strain SCMS54 (isolated from Cd contaminated soil) presents a higher metabolic diversity and plasticity due the expression of more isoforms of the enzymes SOD, CAT and GR. The strain also accumulates 50% more Cd. We also analyzed the response to Ni of these two strain, observing a similar response to Cd, except for GST enzyme expression, which in strain SCMS54 this enzyme was induced in the presence of Ni, indicating that this enzyme can be essential on Ni tolerance. After that, the strain isolated from Cd contaminated soil (SCMS54) was selected to proceed the studies to evaluate the benefits of tolerant microorganism-tomato plant interaction. The use of plants to remove heavy metals from contaminated soilhas less impact and a lower cost. Soil microorganisms can be able to solubilize or mobilize soil metals acting also as bioremediator. Besides the high tolerance to Cd, the strain SCMS54 can produce indole-acetic acid (IAA), solubilize inorganic phosphate and produce siderophore, revealing its potential in plantmicroorganism mutual and beneficial interaction. When interacting with tomato plants exposed to Cd, this bacterium led to decrease in plant peroxide concentration and chlorosis levels, promoted relative plant growth and reduced the root absorption of Cd resulting in an increase in plant tolerance to this highly toxic heavy metal. Indicating that inoculation of tomato plants with Burkholderia sp. SCMS54 promotes better growth when cultivated in the presence of Cd by a mechanism that appears to decrease Cd concentration in roots as a result of a bacterial-plant root beneficial interaction. / O cádmio (Cd) tem contaminado solos pelo uso de fertilizantes, calcário, agrotóxicos e resíduos industriais e/ou domésticos. Podendo ser lixiviado ao lençol freático ou absorvido pelas plantas,resultando na redução do crescimento e da produtividade. Esse metal afeta todos os organismos vivos e causa diferentes danos às células. A tolerância a esse metal se deve principalmente ao balanço do estado redox da célula para manter a integridade celular e metabolismo.Assim, foram isoladas bactérias de solo contaminado e não contaminado com Cd, selecionando isolados tolerantes a altas concentrações de diferentes metais (Cd, Ni e Zn), em seguida, foi observado a resposta do sistema antioxidante da bactéria na presença do Cd, a fim de auxiliar no desenvolvimento de metodologias para biorremediar solos contaminados. Foi quantificado MDA e peróxido de hidrogênio e a atividade de diferentes enzimas do sistema antioxidante (SOD, CAT, GR e GST) de duas estirpes do gênero Burkholderia tolerantes a todos os metais testados, uma isolada do solo contaminado com altas concentrações de Cd (estirpe SCMS54) e a outra do solo sem Cd (estirpe SNMS32) em dois tempos de exposição (5 e 12 h). Na estirpe SCMS54, as medidas de estresse (peroxidação lipídica e peróxido de hidrogênio) e a atividade das enzimas antioxidantes (SOD, CAT, GR e GST) da maioria dos tratamento com cádmio aumentaram, esta estirpe também expressa mais isoformas de SOD, CAT e GR, além de acumular 50% mais Cd. Esses resultados mostram que a estirpe SCMS54 (isolada do solo contaminado com Cd) apresenta uma maior diversidade metabólica e plasticidade. Foram analisadas também a resposta dessas duas estirpes ao Ni, observando uma resposta semelhante ao Cd, exceto na expressão da enzima GST, que no estirpe SCMS54 foi induzida na presença do Ni, indicando que essa enzima pode ser essencial na tolerância ao Ni. Portanto, a estirpe isoladado solo contaminado com Cd (SCMS54) foi selecionada para prosseguir os estudos e avaliar os benefícios da interação entre microrganismos tolerantes-plantas de tomate na fitorremediação. Essa técnica é usada remover para metais pesados do solo com um menor impacto e baixos custos. Os microrganismos do solo podem solubilizar e mobilizar metais do solo, atuando como biorremediador. Além da alta tolerância ao Cd, a estirpe SCMS54 produz ácido indol acético (AIA), solubiliza fosfato inorgânico e produz sideroforo, mostrando seu potencial na interação benéfica planta-microorganismo. Quando interagindo com as plantas de tomate expostas ao Cd, essa bactéria diminui a concentração de peróxido da planta e a clorose ocasionado pelo Cd,e reduz a absorção de Cd pela raiz resultando em um aumento da tolerância da planta ao metal pesado altamente tóxico. Assim, a inoculação de plantas de tomate com Burkholderia sp. SCMS54 promove crescimento da planta na presença de Cd, desencadeando um mecanismo que diminui a concentração de Cd nas raízes devido a essa interação benéfica bactéria-raiz da planta.

Nas últimas décadas tem havido uma grande preocupação com os níveis de poluição ambiental, uma vez que esta tem causado problemas à saúde humana e perdas significativas na produção agrícola. A contaminação do ambiente por metais pesados vem se tornando um problema global, sendo uma ameaça cada vez mais presente em muitos ecossistemas, especialmente próximo a áreas industriais e urbanas. A poluição por metais pesados, particularmente pelo cádmio (Cd), considerado um dos mais tóxicos é gerada principalmente pelas atividades de mineração e industriais, (manufatura de baterias, produção de fertilizantes, estabilização de plásticos), além da utilização de lodo de esgoto e fertilizantes fosfatados. Quando há exposição aos metais pesados, danos oxidativos freqüentemente ocorrem, devido à intensificação na produção de espécies ativas de oxigênio (EAOs), as quais estimulam a produção de enzimas responsáveis por sua desintoxicação, dentre elas as peroxidases, superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa redutase (GR), guaiacol peroxidase e outras. O estudo dessas variações pode fornecer dados importantes relativos aos níveis de tolerância, especificidade da resposta e níveis de poluição no ambiente. Esses dados também podem ser úteis para obtenção de microrganismos mais tolerantes, além de estudos relacionados a biorremediação, técnica que consiste na remoção de íons tóxicos do ambiente com o auxílio de organismos vivos. Há pouca informação na literatura com referência à resposta antioxidante de fungos ao efeito do metal pesado cádmio. O objetivo desse trabalho foi estudar variações nas enzimas antioxidantes em resposta à exposição a diferentes concentrações de Cd em uma linhagem do fungo Aspergillus sp., a CadG1, por possuir tolerância ao cádmio. Para conhecer o comportamento enzimático dessa linhagem em resposta ao Cd, foram realizados experimentos para determinação de massa seca e para estudar as respostas enzimáticas, nas concentrações de 0; 0,2; 0,6; 1,2 e 2,0 mM de cloreto de cádmio (CdCl2), e tempos de exposição de 6, 9, 12, 24 e 48 horas, a partir de um crescimento de 12 horas em meio mínimo. A linhagem CadG1 apresentou variações nas atividades de SOD e CAT e GR nos tempos de exposição e concentrações estudados. Observou-se um efeito significativo de tempo, concentraçao e da interação entre esses fatores sobre o crescimento da linhagem e também sobre a quantidade de proteínas totais extraídas do micélio da linhagem CadG1. Os resultados obtidos sugerem o cádmio induziu a formação de peróxido de hidrogênio (H2O2), que por sua vez, induziu a atividade de CAT e GR. / In the last decades there has been a great deal of concerning towards environmental pollution levels, due to the problems it has caused to the human health and also contributing to agricultural yield decreasing. Contamination of the environment with heavy metals is becoming a serious global problem, threatening seriously different ecosystems, particularly those near urban and industrial areas. Heavy metal pollution, caused mainly by cadmium (Cd), is considered one of the more toxic, which is generated by mining and industrial activities (battery manufacturin) and the usage of sewage sludge and phosphate fertilizers. When things are exposed to heavy metals, oxidative damage often occurs, due to the generation of reactive oxygen species (ROS), which can stimulate enzymes responsible for their detoxification, such as peroxidases, superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione reductase (GR), guaiacol peroxidase and others. The study of these variations may allow obtaining the tolerance levels evaluation, specificity of response and levels of pollution in the environment. These data may be useful in breeding programs to select tolerant microrganisms, besides the studies related to the bioremediation, technique that involves the toxic ions removal, by living organisms, from the environment. There is little information in literature about the antioxidant response of fungus to the effects of the heavy metal cadmium. This work aims to study the variation of antioxidant enzymes in response to different concentrations of cadmium in one Aspergillus sp. strain, CadG1, which is cadmium tolerant. To know the enzymatic behaviour of this strain in response to cadmium, experiments were conducted to determine the dried mass and to study the enzymatic responses in concentrations of 0; 0,2; 0,6; 1,2 and 2,0 mM of CdCl2, and in different times of exposure, 6, 9, 12, 24 e 48 hours, after initial growth for 12 hours in minimum medium. The CadG1 strain show variation in the activities of SOD, CAT and GR in the exposure and concentrations studied periods. It has observed a significant effect on the time, concentration and interaction among these factors on the strain growing and the total proteins amount extracted from the strain mycelium. The results suggest that cadmium induced the formation of hydrogen peroxide (H2O2), which induced the activities of CAT and GR as well.

Os metais pesados são elementos químicos com alta densidade (>5 g.cm-3), presentes naturalmente na crosta terrestre, e o aumento das atividades antropogênicas vêm acelerando a liberação destes elementos nos ecossistemas. Tais elementos podem ser extremamente tóxicos (ex. mercúrio, chumbo, cádmio) ou tóxicos quando em concentrações elevadas (zinco e cobre). A fitorremediação é uma técnica de descontaminação que utiliza as plantas para remover poluentes do ambiente ou transformá-los em formas menos perigosas para os seres vivos, sendo que o impacto ambiental e custos de implementação são muito inferiores àqueles alcançados pelos métodos físico-químicos. Uma cultura para ser utilizada com sucesso na recuperação de áreas contaminadas, deve ser eficiente na acumulação de metais, produzir grandes quantidades de biomassa e ser capaz de se adaptar as condições do ambiente contaminado. A cana-de-açúcar apresenta características fisiológicas, que a tornaram uma das culturas mais importantes e difundidas nas regiões tropicais, com alta produtividade de biomassa e rusticidade, possuidora de genes que codificam peptídeos quelantes de metais, já identificados no projeto genoma da cana-de-açúcar (SUCEST). Neste trabalho foi estudada a expressão gênica de metalotioneínas em plântulas de canade- açúcar. As plântulas foram cultivadas em hidroponia contendo níveis elevados de Cu+2 (50, 100, 250 e 500 µM) e Cd+2 (100, 250 e 500µM). A concentração do metal foi determinada nos tecidos de raiz e partes aéreas de plantas coletadas após 11 e 33 dias de tratamento. As maiores doses de Cu (250 e 500 µM) foram letais para as plantas após 11 dias de cultivo, entretanto o efeito das menores dosagens no crescimento foi comparável ao controle aos 33 dias de tratamento. As plantas foram capazes de acumular quantidades significativas de cobre e cádmio, principalmente nas raízes. Todas as dosagens de cádmio limitaram significativamente o crescimento, mas não o impediram. Extratos de RNA total foram analisados para a expressão dos genes de metalotioneína dos tipos I, II e III mediante Northern blot. Os resultados mostraram que houve expressão dos genes para metalotioneínas dos três tipos constitutivamente, sendo mais elevada para MT I e MT II, tanto em folhas como em raízes de cana de açúcar. A expressão de MT I foi maior nas raízes que nas folhas. Já os genes MT II e MT III foram mais expressos em folhas que em raízes. Os genes de metalotioneínas de cana-deaçúcar são pouco afetados ou não são modulados por Cobre. Em relação ao Cd, ocorre um acúmulo de transcritos de MT nas raízes aos 11 dias levemente proporcional à concentração do metal, (exceto para MT III) que é seguido de um decréscimo de transcritos, também paralelo aos teores de Cd na solução, aos 33 dias. Da mesma forma, existe uma indução de MT II e principalmente MT III na parte aérea, com o aumento da concentração de cádmio na solução, mais acentuada aos 11 dias. Estes resultados evidenciam a capacidade da cana-de-açúcar de tolerar e acumular Cu e Cd, sugerindo um potencial fitorremediador para recuperação de áreas contaminadas com esses metais. / Heavy metals are elements with high density (>5 g.cm-3), naturally occurring in soils, and with the increase of anthropogenic activities has accelerated the release of these elements in ecosystems. Heavy metals can be highly toxic (e.g. Mercury; Lead; Cadmium) or toxic at high concentration (Zinc and Copper). Phytoremediation is a clean up technology based on the use of plants to remove pollutants from the environment or to transform them in less toxic forms to living organisms, with less environmental impact at a lower cost than physic-chemical methods. A crop to be successfully used to recover contaminated areas must be efficient in metal accumulation, must yield large amounts of biomass and to be able to adapt to contaminated conditions. Sugarcane (Saccharum spp.) presents physiological characteristics that allowed this crop to become widely adopted in tropical, with high biomass production and with genes associated with chelating peptides already identified by the Sugarcane genome project (SUCEST). In this work, metallothionein gene expression was investigated in sugarcane plantlets. The young plants were growth in ¼ Hoagland solution containing elevated levels of Cu+2 (50, 100, 250 and 500 µM) or Cd+2 (100, 250 and 500µM). Metal concentration were determined in root and shoot tissues harvested at 11 and 33 days of treatment. The highest Cu doses (250 and 500 µM) killed the plants after 11 days of culture, however the effect of the lowest dosages were comparable to the control after 33 days of treatment. The plants were capable of accumulate large amount of Cu and Cd, mainly in roots. All Cd dosages significantly limited growth, but without stopping it. Total RNA was analyzed for metallothionein Type I, II and III gene expression by northern. Results indicated that expression of the three types of metallothionein genes was constitutive, with more expression of MT I and MT II, in leaves and roots. MT I expression was greater in roots than in shoots. But MT II and MT III genes were more expresses in shoots. Metallothionein gene expression was poorly affected or not at all by Cu. But for Cd, there was an accumulation of MT transcripts in roots at 11 days slightly proportional to Cd concentration, except for MT III, which was followed by a decrease in transcripts, also parallel to Cd levels in solution at 33 days. Similarly, there as an induction of MT II and mainly MT III in shots with the increase of Cd concentration in solution, more pronounced at 11 days of treatment. These results demonstrated the ability of sugarcane to tolerate and accumulate Cu and Cd, suggesting a potential application in phytoremediation of areas contaminated with heavy metals.

Sabe-se que dentre os principais contaminantes ambientais estão os metais pesados, decorrentes da intensa atividade agroindustrial das últimas décadas. Em especial, o cádmio (Cd) é um elemento não essencial que está entre os poluentes ambientais mais tóxicos a humanos, animais e plantas, mesmo em baixas concentrações. Considerando a relevância da problemática da toxicidade por Cd, a caracterização da resposta de um sistema modelo largamente usado como o Micro-Tom, é essencial para o maior conhecimento dos processos fisiológicos, bioquímicos e genéticos envolvendo a toxicidade e a resistência ao Cd. Outro fator a ser considerado é a importância econômica do tomate para a agricultura mundial, aliando as perdas de produtividade à falta de conhecimento sobre os mecanismos de toxicidade. A proposta do projeto foi o estudo do comportamento de plantas de Micro-Tom expostas ao Cd, através do processo de estresse oxidativo decorrente da exposição ao metal. Por meio de todos os parâmetros analisados ao longo do projeto, foi possível caracterizar o modelo Micro-Tom quanto à toxicidade por Cd. Após toda esta parte exploratória de caracterização dos níveis de atividade antioxidativa, foi possível a inclusão de mutantes hormonais (auxina, etileno) já introduzidos nesse cultivar, tornando o estudo mais investigativo com novas perspectivas da relação hormonal com os mecanismos de toxicidade e resistência a fatores de estresse em geral. / It is known that among the main environmental contaminants are included the heavy metals, a result of the intense industrialized activity. Cadmium (Cd) is a non essential element that is among the most dangerous heavy metals, leading to considerable losses in plant productivity and hazardous health effects, even in low concentrations. Considering the high Cd toxicity, the characterization of the responses by a model system like Micro-Tom may be essential to understanding about physiological, biochemistry and genetic processes involved with the toxicity and resistance to Cd. Another major aspect to be considered is the economical importance of tomato in world agriculture and the possible losses of productivity caused by Cd. The main objective of this part of the work was to study Cd-induced oxidative stress in Micro- Tom plants. Through the parameters analysed, it was possible to characterize the Micro-Tom model related to Cd toxicity. After this initial characterization based mainly on antioxidative activities, it was possible to include in the study hormonal mutants (auxin, ethylene, introduced into the Micro-Tom line), in order to investigate whether these mutants respond differently from the wild-type when Cd-induced oxidative stress is concerned.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The amount of areas contaminated with heavy metals is constantly increasing. Zinc is a micronutrient and also a contaminant when found in larger quantities. Contaminated areas require recovery, and one of the techniques is the use of plant species, but studies are needed to identify suitable species. The objective of this study was to evaluate the initial development and tolerance Senna multijuga and Erythrina crista-galli the soil contaminated with zinc and use of peat. Thus it was conducted three experiments. The first studied the growth, tolerance and copper accumulation in seedlings of Senna multijuga and Erythrina crista-galli. In the second study evaluated the effect of peat (200 ml of peat kg-1 in soil) and the growth and tolerance Senna multijuga in soil contaminated with zinc. In the third, we evaluated the use of Erythrina crista-galli L. and peat zinc contaminated soil phytoremediation. In the first study, E. crista-galli and S. multijuga decreased in morphological parameters with increasing doses, while the zinc concentration in the aerial part and root increased with doses in both species. Both species have low translocation of zinc and were sensitive soil contamination with zinc. The species is capable of phytostabilization of zinc. With the use of peat, zinc levels in the shoot and roots are smaller and soil contaminated with zinc tolerance of Senna multijuga seedlings is higher. In Erythrina crista-galli translocation of Zn is greater with the use of the peat, but still shows moderate tolerance to Zn. The use of peat does not allow the species to be considered phytoextractor of Zn. / A quantidade de áreas contaminadas com metais pesados aumenta constantemente. O zinco é um micronutriente e também um contaminante, quando encontrado em grandes quantidades. As áreas contaminadas necessitam de recuperação, e uma das técnicas é o emprego de espécies vegetais, porém são necessários estudos que identifiquem as espécies aptas. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento inicial e a tolerância de Senna multijuga e Erythrina crista-galli a solo contaminado com zinco e com utilização de turfa. Desse modo foram realizados três experimentos. O primeiro estudou o crescimento, tolerância e acúmulo de cobre em mudas de Senna multijuga e Erythrina crista-galli. No segundo trabalho avaliou-se o efeito da turfa (200 mL de turfa kg-1 de solo) e no crescimento e tolerância de Senna multijuga em solo contaminado com zinco. No terceiro, avaliou-se a utilização de Erythrina cristagalli L. e turfa para fitorremediação de solo contaminado com zinco. No primeiro trabalho, a E. crista-galli e a S. multijuga apresentaram redução nos parâmetros morfológicos com o aumento das doses, enquanto que os teores de zinco na parte aérea e radicular aumentaram com as doses em ambas as espécies. Ambas as espécies apresentaram baixa translocação de zinco e foram sensíveis a contaminação do solo com zinco. As espécies estudadas tem capacidade de fitoestabilizar o zinco. Com a utilização de turfa, os teores de zinco na parte aérea e radicular são menores e a tolerância a solo contaminado com zinco das mudas de Senna multijuga é maior. Na Erythrina crista-galli a translocação de Zn é maior com o uso de trufa, porém mesmo assim apresenta tolerância moderada ao Zn. A utilização de turfa não permite que a E. crista-galli acumule Zn para ser considerada espécie fitoextratora do metal.

Foram conduzidos dois experimentos em casa-de-vegetação com solo contaminado acidentalmente com metais pesados. No primeiro deles objetivou-se avaliar o potencial das espécies vegetais Brassica juncea, Raphunus sativus L., Hybiscus cannabinus e Amaranthus crentus em absorver, translocar e acumular zinco, cobre, manganês, chumbo e boro na parte aérea e assim atuarem na recuperação do solo estudado. No segundo experimento avaliou-se a aplicação dos materiais orgânicos: Solomax, turfa e concentrado húmico mineral como amenizantes de toxidez dos elementos citados para Brassica juncea. Em um terceiro experimento em laboratório, avaliou-se a capacidade de retenção de zinco pelos materiais orgânicos estudados. As variáveis avaliadas foram: produção de material vegetal; quantidades absorvida e acumulada de Zn, Cu, Mn, Pb e B; índices de translocação e remoção desses elementos pelas plantas. No solo foram determinados os teores total e disponível (DTPA e CaCl2 0,01 mol L-1) de Zn, Cu, Mn e Pb. No extrato de saturação foram determinados os teores solúvel (ICP-OES) e livre (eletroforese capilar) dos elementos citados, que também foram determinados na parte aérea da Brassica juncea. Resultados das determinações analíticas também foram introduzidos no programa de especiação iônica MINTEQ. Foram avaliados ainda os efeitos dos materiais orgânicos na distribuição dos metais pesados nas frações do solo. No ajuste dos dados do experimento de retenção de zinco foi a empregado o modelo de Freundlich e calculado o coeficiente de distribuição Kd. Embora as espécies tenham sido capazes de acumular quantidades elevadas dos elementos na parte aérea, elas não puderam ser consideradas hiperacumuladoras. O Amaranthus crentus e a Brassica juncea apresentaram os maiores índices de remoção para Zn, Mn e B. Os materiais orgânicos apresentaram valores elevados de Kd refletindo a alta afinidade do zinco pela fase sólida e elevada capacidade dos materiais orgânicos em imobilizar o elemento. Os elevados coeficientes de correlação obtidos para as isotermas de adsorção indicam que o modelo Freundlich pode ser utilizado para descrever a adsorção do Zn pelos materiais. A quantidade de Zn removida pelos materiais, em termos percentuais variou com o material e com o pH, sendo favorecida nos valores mais elevados. A turfa e o concentrado húmico reduziram os teores de metais extraídos por DTPA e CaCl2 sendo esta redução refletida nos teores acumulados pela Brassica juncea, contudo esta redução não foi suficiente para impedir os efeitos fitotóxicos dos elementos. A especiação dos metais mostrou que o Zn e o Mn encontraram-se principalmente na forma livre, enquanto que o Cu e o Pb apresentaram-se complexados à matéria orgânica dissolvida. Não foram observadas correlações significativas entre os teores dos metais determinados diretamente por eletroforese capilar e indiretamente pelo programa de especiação. O fracionamento seqüencial dos metais indicou que grande parte dos metais está ligada a frações pouco disponíveis do solo. Conclui-se que a aplicação da turfa e do concentrado húmico mineral juntamente com o cultivo do Amaranthus crentus e da Brassica juncea podem auxiliar na recuperação a longo prazo de solos contaminados com Zn, Mn Pb e B. / Two pot trials were carried out using a heavy metal accidentally contaminated soil. In the first one it was evaluated the plant absorbing, translocating and accumulating power for zinc, copper, manganese, lead and boron by the following vegetal species: Brassica juncea, Raphunus sativus L., Hybiscus cannabinus and Amaranthus crentus, so they could help in the rehabilitation of the studied soil. In the second pot trial it was evaluated the application of the following organic materials: Solomax, peat, and humic mineral concentrate for heavy metal toxicity amelioration for Brassica juncea. In a laboratory experiment it was evaluated the zinc retention capacity for the above mentioned organic materials. The measured variables were plant dry matter yield, absorbed and accumulated amounts of Zn, Cu, Mn, Pb and B; the translocation index and the removal index of metal by the mentioned plant species. The total and available (DTPA and CaCl2 001 mol L-1) content of Zn, Cu, Mn and Pb, were determined in soil samples. Concerning the soil saturation extract, the soluble and free forms of the mentioned elements were determined by ICPOES and capillary electrophoresis respectively. The same metals were also determined in the plant tissue of Brassica juncea. Analytical results were introduced in the chemical equilibrium program MINTEQ in order to calculate the concentration of the free forms of Zn, Cu, Mn, and Pb. A fractioning scheme for metals in soil was carried out in order to evaluate the effect of adding sources of organic carbon. The Freundlich model was used to account for zinc adsorption by the studied organic materials and the distribution coefficient Kd was also calculated. Although the plant species were able to accumulate high amounts of metal in the aerial part, that could not be considered as a hipper-accumulation process. The highest metal removal indexes were observed for Brassica juncea and Amaranthus crentus. Organic materials showed high values of Kd, reflecting its high affinity for zinc and a great capacity of zinc immobilization as well. Freundlich model was very effective in describing the adsorption isotherms as indicated by the high determination coefficients. Zinc retention was affected by the organic material type and pH, being favored by the highest studied pH values. Peat and humic mineral concentrate reduced the amounts of metals extracted by DTPA and CaCl2 in soil but the reduction was not great enough to avoid toxic effects in plants. Zn and Mn were present mostly as free cations in soil saturation extract while Pb and Cu were complexed by dissolved organic matter. It was not detected any significant correlation between free metal contents directly determined by capillary electrophoresis and those estimated by MINTEQ. Metal sequential extraction showed that most of them occurred in the least available fractions of soil. Peat and humic mineral concentrate application to soil associated with Amaranthus crentus and Brassica juncea cultivation may be used in long term amelioration of soils contaminated with Zn, Mn, Pb and B.

Os órgãos de monitoramento ambiental necessitam de indicadores de referência para a avaliação continuada dos impactos ambientais. Indicadores são obtidos por meio da comparação dos teores totais de elementos tóxicos de um solo com valores determinados em condições naturais (não poluídos) ou com valores de referência. No Brasil, com a crescente demanda social pela melhoria e manutenção da qualidade ambiental, alguns estudos foram realizados com o objetivo de estabelecer valores orientadores para metais pesados em solos. Estes são valores préestabelecidos quanto à presença de substâncias químicas que possibilitam a verificação de possível contaminação. A legislação brasileira estabelece três valores orientadores: Valores de Referência de Qualidade (VRQs), de Prevenção (VP) e de Investigação (VI). O VRQ indica o limite de qualidade para um solo considerado limpo a ser utilizado em ações de prevenção da poluição do solo e no controle de áreas contaminadas. Foram coletadas amostras de solo dos estados de Mato Grosso e Rondônia, nas profundidades de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm, em áreas de vegetação nativa (sem ou mínima intervenção antrópica). Objetivou-se com essa dissertação: (i) determinar os valores de referência de metais pesados em solos de Mato Grosso e Rondônia; (ii) avaliar métodos de extração de teores pseudototais de metais pesados (EPA 3051 e Água Régia); (iii) correlacionar estes valores com atributos físicos e químicos dos solos; (iv) correlacionar os resultados desse estudo com valores já estabelecidos para solos de outros estados brasileiros. Partiu-se das hipóteses: i) não ocorrerão diferenças entre os teores naturais de metais pesados nos solos de Mato Grosso e Rondônia pelos dois métodos de extração de teores pseudototais de metais; ii) os VRQ de metais pesados para os solos de Mato Grosso e Rondônia são diferentes dos VRQ obtidos para solos de outros estados brasileiros; e iii) haverá correlação significativa entre os teores naturais de metais pesados e os atributos físicos e químicos dos solos. Houve diferença entre os métodos da água régia e EPA 3051 para recuperação dos metais Co, Ni, Pb e Zn, sendo a água régia o método que mais extraiu esses elementos, enquanto os teores de Cr e de Cu não diferiram entre os métodos. A água régia, em geral, apresentou maiores recuperações dos teores pseudototais de metais pesados nos solos. Os teores dos óxidos de Fe e Mn foram as variáveis que, de forma geral, mais correlacionaram com os metais pesados. O teor de carbono orgânico não contribuiu para avaliação da variação geral dos teores de metais por não correlacionar significativamente com nenhuma variável. As variações encontradas entre os teores de metais pesados dos solos do mundo e de outros estados brasileiros reafirma a necessidade da obtenção de valores de referência para cada estado ou para cada tipo de solo, dependendo da variação das características geomorfológicas, pedológicas e geológicas do estado. / Environmental monitoring institutions need benchmarks for continuous assessment of environmental impacts. Indicators are obtained by comparing the total levels of toxic elements in soils with values determined in natural conditions (unpolluted) or with reference values. Because of the growing social demand for improvement and maintenance of environmental quality in Brazil, some studies have been carried out to establish guideline values for heavy metals in soils. These are pre-set values for the presence of chemicals that enable the verification of possible contamination. The Brazilian National Environmental Agency establishes three guideline values: Reference Value (RV); Prevention Value and Intervention Value. The RV indicates the quality threshold for a considered clean soil to be used in actions to prevent pollution of soil and control of contaminated areas. Soil samples were collected from the states of Mato Grosso and Rondônia, Brazil, at 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm layers, in areas of native vegetation (no or minimal human intervention). The objectives of this thesis were: (i) to determine the reference values of heavy metals in soils of Mato Grosso and Rondonia, (ii) to evaluate extraction methods for pseudototais levels of heavy metals (EPA 3051 and aqua regia), (iii) to correlate these values with physical and chemical soils attributes, and (iv) to correlate the results of this study with values established for soils from other Brazilian states. It started from following assumptions: i) no differences will be observed between the natural contents of heavy metals in soils of Mato Grosso and Rondônia by the two extraction methods, ii) the RV of heavy metals for Mato Grosso and Rondônia soils are different from RV obtained for soils from other Brazilian states, and iii) there are significant correlations between natural levels of heavy metals and the physical and chemical attributes of soils. Differences between aqua regia and EPA 3051 were found for Co, Ni, Pb and Zn, the aqua regia method extracting a higher amount of these elements, while the levels of Cr and Cu did not differ between the methods. The aqua regia, in general, had a better recovery of the pseudototal levels of heavy metals in the soils. Contents of Fe and Mn oxides were the variables that, in general, more correlated with the contents of heavy metals in the soils. The organic carbon content did not contribute to assessment of the overall variation of the metal levels because it did not correlate significantly for any variable. Differences between the levels of heavy metals in soils of the world and from other Brazilian states reaffirm the necessity of obtaining reference values for each state or each type of soil, depending on the variation of geomorphological, pedological and geological features of the state.

Avaliou-se o efeito das doses dos metais, cádmio e níquel, na velocidade de degradação da matéria orgânica adicionada ao solo através de torta de filtro em ensaios de respirometria. O solo utilizado, Latossolo Vermelho Amarelo de textura média, foi amostrado a uma profundidade de 0-20 cm. Foram aplicadas doses de 0; 28; 56; 112 e 200 mg kg-1 de cádmio e 0; 62,5; 125; 250 e 500 mg kg-1 de níquel como CdCl2.2,5H2O e NiCl2.6H2O, respectivamente. As doses de torta de filtro foram de 0, 40, 80 e 120 Mg ha-1, definidas com base nas doses normalmente aplicadas no cultivo de cana. Na instalação dos experimentos, as massas requeridas dos metais foram adicionadas a 800 g de solo, após a incorporação da torta de filtro. Foram empregados potes de vidro com tampa vedante e capacidade de 2 L, contendo solo umedecido para atingir 80% da capacidade máxima de retenção de água. A incubação foi conduzida à temperatura de 28oC durante 72 dias. Os dois ensaios de incubação, um para cádmio e outro para níquel, foram conduzidos em esquema fatorial 5 x 4, em delineamento inteiramente casualizado, com 3 repetições. O CO2 liberado do solo foi absorvido em solução de NaOH e quantificado por método condutimétrico. No solo, após o período de incubação, foram determinados: pH (H2O) e a fração do metal extraído por solução DTPA-TEA pH 7,3. Curvas de respiração foram estabelecidas a partir das quantidades acumuladas de CO2 liberado e ajustadas ao modelo duplo de cinética de primeira ordem. O efeito dos metais foi avaliado em função das constantes de velocidade obtidas nos ajustes. Considerando-se o pH do solo, medido no final da incubação, observou-se tendência de elevação do pH em função das doses de cádmio aplicadas nas maiores doses de torta de filtro. Para o níquel, na ausência de torta de filtro ou na dose de 40 Mg ha-1 não ocorreu resposta, por outro lado, observou-se um efeito mais expressivo a elevação do pH na dose de 120 Mg ha-1 de torta de filtro e na presença de 500 mg kg-1 de níquel. De maneira geral, a extração de cádmio do solo, ao final do experimento, através da solução DTPA-TEA pH 7,3 foi maior que a de níquel. A torta de filtro afetou mais a eficiência de extração do níquel do que do cádmio. A produção total de CO2 acumulada foi afetada negativamente tanto pelo cádmio como pelo níquel em proporção direta às doses dos metais. Observou-se ainda um efeito positivo dos metais sobre a velocidade de degradação, ou seja, os parâmetros cinéticos indicaram que, sob efeito dos metais estudados, a torta de filtro é degradada em menor proporção, mas de maneira mais rápida. Considerando-se a porcentagem de degradação da matéria orgânica, conclui-se que o efeito negativo de cádmio e níquel estudados foi similar, com uma redução de 46 e 48 %, respectivamente. O efeito do cádmio na degradação foi mais pronunciado na dose de 50 mg kg-1, enquanto que o efeito do níquel variou linearmente com o aumento das doses do metal. / It was evaluated the effect of doses of nickel and cadmium on the degradation of the organic matter applied to soil by means of filter cake in a respirometry trial. Soil employed was Latossolo Vermelho Amarelo, sampled in the field at depth of 0-20 cm. It were applied doses of 0; 28; 56; 112 and 200 mg kg-1 Cd and 0; 62,5; 125; 250 and 500 mg kg-1 Ni as CdCl2.2,5H2O and NiCl2.6H2O, respectively. The filter cake doses were 0, 40, 80 e 120 Mg ha-1, defined in a sugarcane crop basis. In the start of the experiment, a require metals mass was added to 800g soil mass, after filter cake incorporation. It were applied 2 liter glass flask with a closed stopple. Soil moisture was adjusted to 80% of the water holding capacity value and the incubation carried out at 28 degrees Celsius during 72 days. The two trials, one for nickel and the other for cadmium, were established in a 5 x 4 factorial and fully randomized design with 3 replications. The CO2 gas evolved from soil due to microbial respiration was absorbed in a fixed volume of NaOH solution and its amount was then estimated by a condutometric method. After the incubation period the soil pH and the metal content extracted by the DTPA-TEA pH 7,3 solution were determined. Respiratory curves were established through the accumulated amount of CO2 evolved from soil using a double phase first order kinetics model and the metal effect was analyzed with basis on the first order rate constants. The metals effect was evaluated in constant velocity role obtained by adjusts. Considering the soil pH, measured at the end of the incubation period, it was observed a trend of pH increasing as doses of cadmium increase, applied on the greater filter cake doses. Concerning nickel, in filter cake absence or in the 40 Mg ha-1 dose of there was no response and the most expressive effect of pH rising occurred in dose of 120 Mg ha-1 of filter cake in the presence of 500 mg kg-1 nickel. In general the extraction of cadmium in the soil, at the end of the experiment, by solution DTPA-TEA pH 7,3 was greater than nickel. The filter cake affected more the efficiency extraction of nickel than cadmium. The accumulated total CO2 production was affected negatively as cadmium as for nickel in direct ratio to the doses of the metals. It was still observed a positive effect of metals on the degradation speed of filter cake organic matter. The kinetic parameters indicated that, under effect of studied metals, the filter cake is degraded in a lesser ratio, but in a faster manner. Considering the percentage of organic material degradation, it was concluded that the negative effect of cadmium and nickel was similar, with a reduction of 46 and 48 %, respectively. The cadmium effect on the degradation was more pronounced with 50 mg kg-1, while the nickel effect rose linearly with metal doses increase.

Dentre os processos envolvidos no comportamento e biodisponiblidade dos metais pesados nos solos, aqueles relacionados com a adsorção são de grande importância. Tendo em vista a natureza multielementar do sistema solo-solução e a complexidade das reações envolvidas, o conhecimento dos mecanismos de adsorção em sistemas competitivos permite uma avaliação mais realista do comportamento dos metais no solo. Os objetivos desse trabalho foram (i) avaliar a adsorção competitiva de cádmio, cobre, níquel e zinco, tomadas da camada mais superficial (horizonte A) de 14 solos representativos dos do Estado de São Paulo; (ii) obter isotermas de adsorção em sistemas competitivo e não-competitivo, utilizando a equação matemática de Langmuir para simular a adsorção; (iii) estabelecer seqüências de afinidade metálica para cada solo e (iv) estabelecer a relação entre o comportamento adsortivo dos metais e alguns atributos dos solos, mediante estudos de correlações simples e regressões múltiplas. Ao correspondente a 2,0 g de terra foram adicionados 20 mL de solução 0,01 mol L-1 de NaNO3 (relação 1:10) contendo concentrações equimolares (0,017; 0,034; 0,085; 0,17; 0,255; 0,51; 0,85 e 1,275 mmol L-1) de Cu, Ni, Cd e Zn, na forma isolada (sistema não competitivo) e em conjunto (sistema competitivo). O conjunto foi agitado por 1 h e, em seguida, as amostras foram centrifugadas a 1.100 rpm durante 10 minutos e filtradas. As concentrações dos metais em solução foram determinadas por espectrofotometria de absorção atômica. A quantidade de metal adsorvida foi estimada pela diferença entre a concentração inicial e a concentração de equilíbrio. O Latossolo Vermelho eutroférrico, o Nitossolo Vermelho eutroférrico, o Argissolo Vermelho-Amarelo (textura argilosa e muito argilosa) e o Chernossolo Argilúvico foram os solos que apresentaram maior capacidade de adsorção dos metais, enquanto que os menores valores de metais adsorvidos foram do Neossolo Quartzarênico e do Argissolo Vermelho-Amarelo (textura arenosa). A competição entre os metais diminuiu, de maneira, a adsorção máxima dos mesmos. A seqüência de afinidade mais comum encontrada no sistema não-competitivo foi Cu > Zn > Ni > Cd. No sistema competitivo, a seqüência mais comum foi Cu > Cd > Zn > Ni. Em geral, o modelo de Langmuir simulou de maneira satisfatória a adsorção dos metais. Os atributos que apresentaram correlação positiva com a adsorção máxima dos metais foram pH, MnO, CTC efetiva e silte. A correlação foi negativa com os teores de areia dos solos. Na regressão múltipla, as adsorções máximas de Zn, Cd e Ni estiveram relacionadas a CTC efetiva e com MnO. Para o Cu, somente o conteúdo de MnO relacionou-se com a adsorção máxima. Tais resultados reforçam a importância desse óxido no comportamento de metais pesados em solos de regiões tropicais úmidas. / Among the processes involved in the behavior and the bioavailabilty of heavy metals in soil, those related with the adsorption are of great importance. Despite of the multielementary nature of the soil-solution system and the complexity of the involved reactions, the knowledge of the adsorption mechanisms in competitive systems allows a more realistic evaluation of the metals behavior in the soil. The objectives of this work was (i) to evaluate the competitive adsorption of cadmium, copper, nickel and zinc in surface samples (A horizons) of 14 representative soils of the State of São Paulo, Brazil; (ii) to obtain adsorption isotherms in competitive and non-competitive systems, using the Langmuir model in order to simulate the adsorption; (iii) to establish metal affinity sequences for each soil and (iv) to establish relationships between the adsorptive behavior of metals and some soils attributes using simple correlations and multiple regressions analysis. Two grams soil subsamples were set into 50 mL centrifuge tubes, adding 20 mL of 0.01 mol L-1 NaNO3 solution (relation 1:10) at equimolar concentrations (0.017; 0.034; 0.085; 0.17; 0.255; 0.51; 0.85 and 1.275 mmol L-1) of Cu, Ni, Cd and Zn, in the isolated form (non-competitive system) and in set (competitive system). The obtained suspensions were shaked during one hour, centrifuged afterwards (1,100 rpm) through 10 min and filtered. The metals concentrations in solution were determined by atomic absorption spectrophotometry. The adsorbed metal amounts were assumed to be equal to the difference between the initial amount and the metal remaining content at the ending of the reaction period. The Rhodic Eutrudox, Kandiudalf Eutrudalf, Typic Hapludult-2 (clayey-textured), Typic Hapludult (clayeytextured) and Typic Haplaquoll presented the highest metals adsorption capacity, whereas the lowest was observed for Typic Quartzipsamment and for Arenic Hapludult. In general, the competition between metals diminished their maximum adsorption. In the non-competitive system, the most common affinity sequence was Cu > Zn > Ni > Cd, whereas in the competitive system, the most common sequence was Cu > Cd > Zn > Ni. In general, the Langmuir model simulate satisfactorily the adsorption of metals of the studied soils. The soils attributes presenting positive correlation with the maximum adsorption of metals were pH, MnO, CTC and silt. The correlation was negative with the soil sand content. Employing the multiple regression, the maximum adsorption of Zn, Cd and Ni was found to be related with CTC and MnO, while for Cu only the MnO content was related with it maximum adsorption. Such results pointed out the importance of the manganese interactions as a controlling factor related to the behavior of heavy metals in soils from tropical humid areas.

Soil pollution by heavy metals caused by anthropogenic activities is a problem in many countries. Cadmium (Cd) is one of the most hazardous elements due to its relatively high mobility in soils and transfer to plants. The main human exposure pathway to Cd is through the vegetable consumption and depends on the exposure scenario. Thus, defining a critical limit of Cd in soil is necessary. Barium is an earth alkaline element that can be toxic to humans and plants when it is present in the free form (Ba2+). However, only few studies have focused on Ba in soil. Soil characteristics influence Cd and Ba availability for plant uptake. Both metals may affect plant growth and metabolism and cause oxidative stress. The aims of this study were: (i) to compare tropical and temperate datasets to establish critical soil Cd concentrations for the State of São Paulo, Brazil; (ii) to evaluate the influence of liming on Cd availability and accumulation in lettuce in order to calculate site specific critical soil Cd concentrations for two typical tropical soils from the State of São Paulo; (iii) to evaluate the effects of Cd and Ba concentrations on plant growth, lipid peroxidation and activities of antioxidant enzymes in leaves of soybean, grown in tropical soils with contrasting properties. The Cd uptake from the tropical dataset was higher as compared to the temperate dataset. Critical soil Cd concentrations were from 1.7 to 3.2- fold lower when tropical soil data were used. It is suggested that only literature data, regarding Cd in soils and vegetables, from tropical regions should be used for the State of São Paulo to derive critical soil Cd concentrations. Cadmium accumulated linearly in lettuce at soil concentrations up to 12 mg kg-1. In both soils, a slight reduction on Cd uptake was observed as a response to liming. The calculated critical soil Cd concentrations were lower in the Ultisol because of the differences in soil characteristics. Besides, there was a positive correlation with the vegetable consumption rates. Cadmium strongly reduced soybean growth at concentrations from 5.2 mg kg-1, while Ba only slightly reduced at 600 mg kg-1 in the sandy Entisol. The activities of superoxide dismutase, catalase and glutathione reductase were dependent mainly on the soil type: soybean plants grown in the Entisol suffered higher oxidative stress than those grown in the clayey Oxisol and, consequently, responded less to the increase of metal concentrations. / A poluição do solo por metais pesados causada principalmente por atividades antrópicas é um problema em muitos países. Cádmio (Cd) é um dos elementos mais perigosos devido à sua mobilidade relativamente alta em solos e transferência para as plantas. A principal via de exposição humana ao Cd é por meio do consumo de vegetais e depende do cenário de exposição. Assim, a definição de um limite crítico de Cd no solo é necessária. O bário (Ba) é um elemento alcalino-terroso que pode ser tóxico aos seres humanos e às plantas, quando absorvido na sua forma livre (Ba2+). No entanto, há poucos estudos sobre Ba em solos. As características do solo influenciam na disponibilidade de Cd e Ba para absorção pelas plantas. Ambos os metais podem afetar o crescimento e metabolismo das plantas e causar estresse oxidativo. Os objetivos deste estudo foram: (i) comparar resultados oriundos de regiões tropicais e temperadas para determinar concentrações críticas de Cd em solos para o Estado de São Paulo; (ii) avaliar a influência da calagem na disponibilidade e no acúmulo de Cd em plantas de alface, a fim de calcular as concentrações críticas de Cd específicas para solos do Estado de São Paulo; e (iii) avaliar os efeitos das concentrações de Cd e Ba no crescimento das plantas, na peroxidação lipídica e na atividade de enzimas antioxidantes em folhas de soja, cultivada em solos tropicais com propriedades contrastantes. A absorção de Cd a partir do conjunto de dados de solos tropicais foi maior em relação ao de dados de clima temperado. As concentrações críticas de Cd no solo foram de 1,7 a 3,2 vezes menores quando os dados de solos tropicais foram utilizados. Sugere-se que apenas resultados de literatura de regiões tropicais, em relação a Cd em solos e vegetais, sejam utilizados para o Estado de São Paulo para derivação de concentrações críticas de Cd em solo. O Cd acumulou linearmente em alface em concentrações de até 12 mg kg-1 no solo. Apenas uma leve redução na absorção de Cd em resposta à calagem foi observada tanto no Latossolo quanto no Argissolo. As concentrações críticas de Cd foram menores no Argissolo do que no Latossolo, devido às diferenças nas características dos mesmos. Tais concentrações críticas tiveram correlação positiva com o consumo de hortaliças. O Cd reduziu fortemente o crescimento da soja em concentrações a partir de 5,2 mg kg-1, enquanto Ba causou apenas ligeira redução na dose de 600 mg kg-1 no Neossolo Quartzarênico. As atividades das enzimas superóxido dismutase, catalase e glutationa redutase dependeram, principalmente, do tipo de solo. Assim, as plantas de soja cultivadas no Neossolo sofreram mais estresse oxidativo do que as cultivadas no Latossolo. Conseqüentemente, a resposta das enzimas ao aumento das concentrações de metais foi pequena.