A maioria dos municípios brasileiros dispõe os resíduos sólidos domiciliares em locais a céu aberto, sem controle e critério, contribuindo para a poluição das águas superficiais e do lençol freático. Estudos da contaminação de solos e seus mecanismos são cada vez mais explorados devido à necessidade de segurança, a longo prazo, exigida para sistemas de contenção de resíduos. A movimentação de chorume dos aterros para os solos, águas superficiais e subterrâneas coloca em risco a saúde pública pela contaminação. Estudos recentes constataram a existência de processos que permitem a atenuação natural dos contaminantes presentes nestes percolados. O adequado entendimento destes processos pode dar origem a uma série de benefícios possíveis de serem aplicados em aterros antigos, novos ou naqueles que ainda serão concebidos. O presente trabalho avaliou a atenuação de contaminantes, presentes no chorume, pelo solo por meio de experimento desenvolvido em colunas de percolação. O chorume e o solo utilizados neste experimento são provenientes do aterro sanitário de São Carlos - SP. O solo utilizado foi caracterizado quanto à composição físico-química para verificar o transporte do percolado nas colunas e a interação solo-contaminante. As curvas características do transporte de contaminantes traçadas apresentaram baixas concentrações de Pb (Chumbo), Cd (Cádmio), Fe (Ferro), Zn (Zinco) e Mn (Manganês) nas amostras efluentes. Já o Na (Sódio), K (Potássio), Cl (Cloro), Ni (Níquel) e Cu (Cobre) foram preferencialmente lixiviados com o chorume percolante, evidenciando a variação da faixa de concentração de cada elemento no percolado. Os perfis de concentração dos metais pesados mostraram que existe uma frente de contaminação, apresentando uma relação entre a concentração do metal sorvido no solo e sua concentração no percolado. As curvas de retenção de metais no solo mostraram que o Cd, Pb, Cr, Cu e Mn foram preferencialmente sorvidos no solo em relação ao Fe, Zn e Ni. O solo em questão apresentou bom potencial para retenção dos contaminantes presentes no chorume, apesar de ser classificado como arenoso e de suas características químicas não se enquadrarem nos parâmetros adequados para sua utilização em áreas de disposição de resíduos sólidos urbanos. Seu uso em base de aterros sanitários de pequeno porte pode ser considerado, desde que suas características sejam melhoradas por meio da mistura com geossintéticos. Este procedimento acarreta certa economia na construção de camadas impermeabilizantes, pois dispensa o uso de argilas e evita seu transporte de locais distantes do aterro. / The most of brazilian municipal cities disposes solid waste in places at opened sky, without control and criterion, contributing to the pollution of the surface and groundwater. Studies concerning soil contamination and their mechanisms have been explored more and more due to the long term security requirements demanded for residue containment systems. The movement of leachate from the landfill to the soils, surface and groundwaters put on risk the public health because of the contamination. Recent studies verify the existence of processes that allow the attenuation in natural way of the present pollutants in these leachates. The appropriate understanding of these processes propitiates a series of possible benefits of they be applied in old landfill, new or in those that will be implanted. The present work evaluated the attenuation of pollutants, presents in the leachate by the soil through experiment developed in percolation columns. The leachate and soil used in this experiment have came from the sanitary landfill of São Carlos - SP. The collected soil was characterized as to composition physical-chemical to verify the transport of the leachate in the columns and the interaction soil-pollutant. The breakthrough curves traced have been observed that Pb (Lead), Cd (Cadmium), Fe (Iron), Zn (Zinc) and Mn (Manganese) came in low concentration in the effluents leachate. Already the Na (Sodium), K (Potassium), Cl (Chlorine), Ni (Nickel) and Cu (Copper) have been preferably leached with the leachate, showing occurrence of a wide range of concentrations of each species at leachate. Concentration profiles of the heavy metals indicated the existence of a contamination plume, showing relationship between concentration of the metal absorved in the soil and in the leachate. The curves of material´s retention for the soil showed that the Cd, Pb, Cr, Cu and Mn were preferably absorved by the soil in relation to the Fe, Zn and Ni. The soil in subject has presented good potential of retention for the present pollutants in the leachate in spite of being classified as sandy and they chemical characteristics don\'t frame in the appropriate parameters for use in areas of solid waste disposal. Your use in base of sanitary landfill of small load can be considered, since your characteristics have been improved through the mixture of this soil with geo synthetics, involving certain economy at construction of waterproof layers, exempting the clay use and avoid the transport of this material for distant places of the landfill.

Existe uma grande preocupação com relação aos efeitos a longo prazo que muitos poluentes químicos possam ter sobre a saúde e o ambiente. Tal é o número de diferentes poluentes e a complexidade de suas interações que seus efeitos não podem ser prontamente definidos em programas de monitoramento que determinam a presença de poluentes no ambiente. Recentemente, pesquisas identificaram um grupo de enzimas conhecidas coletivamente como proteínas antioxidantes, que são induzidas em resposta aos poluentes, como os metais pesados e parecem proteger as células contra os possíveis danos causados por estes agentes. É possível que a análise da indução e acumulação de proteínas antioxidantes e/ou de defesa, possa fornecer um sistema biológico versátil de monitoramento dos efeitos da poluição. E assim, o estudo da atividade enzimática poderá vir a se configurar como um critério de avaliação da fitotoxicidade de metais pesados em plantas. Com esse propósito, foi desenvolvido um trabalho com o objetivo de estudar as alterações de crescimento e bioquímicas causadas pelo efeito do Cádmio (Cd) em arroz. Experimentos foram montados utilizando 8 diferentes genótipos de arroz da espécie Oryza sativa: F222, IAC202, Caipó, J199, IAC165, J79, F133, F35 e mais duas espécies: Arg2 (Oryza latifolia) e Oryza glumaepapulo nos quais foram submetidas a diferentes concentrações de Cd em solução nutritiva (0mM, 0,05mM, 0,5mM) durante um período de 3 e 7 dias para avaliação do efeito desse metal pesado no comprimento do sistema radicular. Foi realizado um segundo ensaio utilizando a cultivar IAC165, submetida a diferentes concentrações de CdCl2 (0mM, 0,01mM, 1,0mM). Nestas concentrações, coletas de folhas e raízes foram feitas em períodos de tratamentos constituídos de 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60, 66, 72horas. Com relação ao crescimento radicular do 1° ensaio foram identificados três padrões de resposta: um primeiro, cuja resposta à menor dosagem (0,05 mM de CdCl2) é significativa e esta se mantém na dosagem seguinte (0,5 mM); um segundo, onde também é significativa a resposta à menor dosagem, mas esta se intensifica significativamente com o aumento da dosagem e um terceiro, no qual as linhagens mostraram-se resistentes às dosagens testadas, não sendo afetadas em seu padrão de crescimento de raízes no tempo desse estudo. O parâmetro bioquímico analisado no 2° ensaio foi relativo aos níveis de atividade de enzimas antioxidantes, como Catalase e Glutationa Redutase. que mostraram padrões semelhantes de resposta tanto para Catalase como para Glutationa Redutase, observando-se elevação das atividades dessas enzimas antioxidantes em folhas e raízes, sendo o aumento de atividade da Glutationa Redutase nas raízes altamente significativo, sugerindo que a síntese de Glutationa reduzida possa estar estimulada para subseqüente síntese de fitoquelatinas. / The response of a group of rice genotypes to cadmium exposure was tested using the root growth as a parameter during the time length of the treatment. Three distinct response patterns were identified: a significant initial (0.01 mM) dosage effect, which was maintained with the increase of CdCl2 concentration to 1 mM; a significant initial effect, which was intensified with the increase of CdCl2 concentration, and a group of varieties resistant ot the CdCl2 concentration tested. Significant interactions between dosage and varieties were observed. Enzymatic assays for catalase and gluthatione reductase were also carried out for in plants exposed to CdCl2. Similar response patterns for both enzymes were observed. The activities of catalase and gluthatione reductase in leaves and roots were increased and in the case of gluthatione reductase in roots, such an increase was highly significant, suggesting that the synthesis of reduced gluthatione may be stimulated for subsequent synthesis of phytochelatins.

O destino de metais pesados em solos é principalmente controlado por reações de sorção e de precipitação em superfícies minerais. Resultados de pesquisa têm evidenciado certa contradição quanto à mobilidade dos metais pesados em solos tratados com lodo de esgoto. Parte dos resultados permite afirmar que a mobilidade dos metais nesses solos é baixa ou nula, enquanto que outra parcela questiona a capacidade do solo em reter esses elementos, sendo esta capacidade função de fatores como tempo, nível de contaminação, condições climáticas, alterações químicas e degradação da matéria orgânica. O objetivo do trabalho foi avaliar a dessorção de Cd, Cu, Ni e Zn em função do pH, a capacidade adsortiva e a fitodisponibilidade desses metais em um Latossolo tratado por cinco anos consecutivos com doses de lodos provenientes das estações de tratamento de Barueri (LB) e de Franca (LF). Amostras de solo foram coletadas da camada 0-0,2m, dos seguintes tratamentos: testemunha; dose de lodo estabelecida para adubação nitrogenada da cultura do milho (1N); duas vezes (2N), quatro vezes (4N) e oito vezes a dose de lodo recomendada (8N). O efeito do pH na dessorção dos metais foi avaliado por meio da determinação da concentração dos mesmos em extratos obtidos em agitações seqüenciais, a primeira de 24 horas e as seguintes de 2 horas cada até a dessorção máxima, usando solução de Ca(NO3)2 0,01 mol L-1 (relação solo:solução de 1:10) e pH ajustado com HNO3 ou NaOH 1 mol L-1. A faixa de variação de pH investigada foi de 3,5 a 7,5. A adsorção dos metais foi avaliada nas amostras de solo agitadas com solução de Ca(NO3)2 0,01 mol L-1 e concentrações crescentes de cada metal. Plantas de arroz foram cultivadas pelo método de Neubauer para avaliação da fitodisponibilidade dos metais. A dessorção dos metais foi crescente com o aumento das doses dos lodos e o LB exibiu maiores valores comparativamente ao LF. A redução do pH proporcionou o aumento dos teores de metais dessorvidos. A capacidade adsortiva do solo também aumentou com a dose de lodo. As amostras tratadas com LF adsorveram mais metais que as tratadas com LB, concordando com os resultados de dessorção. As quantidades de metais nas plantas de arroz apresentaram boa correlação com os teores dessorvidos e com os extraídos do solo com DTPA, indicando que a fitodisponibilidade aumenta com o uso de lodo. Conclui-se que o pH do solo é fator importante no controle da disponibilidade dos metais e sua redução implica em menor capacidade do solo tratado com lodo em reter os metais estudados, além de existir também diferenças importantes relacionadas com as doses aplicadas e origem e características dos lodos de esgoto. / The fate of metals in the soil environment is mostly controlled by sorption reactions on the surface of soil constituents. There have been many studies on the mobility of metals in sludge-amended soils and some contradictions arise from them. Several results indicated a low or even null degree of mobility while others questioned the capacity of soils components in retaining those elements, which is dependent on degree of contamination, climatic conditions, chemical alterations and decomposition of organic matter. This thesis reports the evaluation of the of Cd, Cu, Ni and Zn dessorption from soils as function of pH; the adsorptive capacity and the biovailability of those metals in soil samples collected in a field trial where sewage sludge was applied during 5 consecutive years. The waste was collected in two sewage treatment plants: Barueri (LB) and Franca (LF) in São Paulo state, Brazil. Soil was sampled (0-20 cm) in the trail plots of the following treatments: check; sewage rate corresponding to the amount of total nitrogen recommended for maize (1N) and rates of 2, 4 and 8 times the 1N rate, which were identified as 2N, 4N and 8N, respectively. The pH effect on metal desorption was evaluated by a sequential extractions procedure with Ca(NO3)2 0.01 mol L-1 solution: the first step lasted 24 h and the subsequential ones 2 h till no significant amount of metal could be extracted. The soil: extractant solution ratio was 1:10 and the pH ranged from 3,5 to 7,5 obtained after proper additions of HNO3 or NaOH 1 mol L-1 solutions aliquots. Metal adsorption was carried out in Ca(NO3)2 0.01 mol L-1 solution with increasing metal concentration. A Neubauer-type trial was carried out with rice plants to evaluate metal bioavailability. Metal desorption increased with sewage rates and higher amounts were obtained for LB as compared to LF. Metal desorption also increased as pH decreased. Soil samples where LB sewage was applied adsorbed higher metal amounts, which is in accordance with desorption results. Metal bioaccumulation in rice plants in the Neubauer experiment was well correlated with the desorbed amounts and with the DTPA extracted values thus indicating that bioavailability rises when sewage sludge is applied. Soil pH appears as the key factor in controlling Cd, Cu, Ni and Zn availability and the more it decreases the less they are retained by soil. It should also be mentioned the striking effects of and sludge characteristics and rates.

Foram coletadas amostras de solo de várzea em cinco perfis e em quatro profundidades (0-10, 10-20, 20-40 e 40-80 cm) para identificar e quantificar os minerais da fração argila, determinar as diferentes formas de chumbo (Pb) e avaliar o potencial de contaminação ocasionado por efluentes de uma empresa recicladora de sucatas de baterias, no município de Paula Freitas - PR. Também foram coletadas amostras testemunhas em solo sob mata e classificados como LATOSSOLO VERMELHO Distrófico húmico. Os solos de várzea foram classificados como GLEISSOLO MELÂNICO Distrófico típico (perfis P1 e P3), GLEISSOLO MELÂNICO Alumínico típico (perfis P2 e P5) e ORGANOSSOLO HÁPLICO Sáprico típico (perfil P4). Após tratamentos específicos a fração argila foi analisada por difratometria de Raios-X (DRX), análise termodiferencial (ATD), análise termogravimétrica diferencial (ATGD) e métodos de extrações químicas (oxalato de amônio (OA) -extração de óxidos de alumínio e ferro amorfos e ditionito-citrato- bicarbonato (DCB) -extração de óxidos de ferro cristalinos). As características cristalográficas da hematita (Hm), goethita (Gt), gibbsita (Gb) e caulinita (Ct) foram determinadas por DRX (distância interplanar, relação GU(Gt+Hm), diâmetro médio do cristal, superfície específica, substituição isomórfica e índice de cristalinidade). Para avaliar o comportamento do Pb no solo foram realizadas a digestão total e extração fracionada seqüencial do metal determinando-se as formas Pb - solúvel, Pb - trocável, Pb - ligado à matéria orgânica, Pb - ligado aos óxidos de alumínio, Pb -ligado aos óxidos de ferro e Pb -residual. Os solos de várzea apresentaram alto potencial adsortivo de metais em decorrência dos elevados teores de matéria orgânica e argila. A fração argila é constituída principalmente por caulinita, com menor participação dos óxidos de Fe e AI e quantidades traços de vermiculita com AI hidroxi entre camadas (VHE). Os teores de óxidos de ferro cristalinos (Hm e Gt) para os perfis P1 a P5 foram baixos, em função da natureza do material de origem e as condições de redução e remoção de ferro da várzea. Os maiores teores de óxidos de Fe e AI amorfos dos solos da várzea em relação à testemunha foram atribuídos ao efeito negativo da matéria orgânica e do excesso de água na cristalização destes óxidos. Devido a alta superfície específica, estes minerais foram os mais importantes na adsorção de Pb nos solos contaminados da várzea (P1 a P5). O método de extração seletiva e seqüencial mostrou-se eficiente na estimativa das formas de Pb no solo. Todos os solos da várzea apresentaram teores de Pb bem superiores aos encontrados no solo sob mata (testemunha), evidenciando a contaminação ambiental em decorrência da atividade industrial na área. Maiores riscos ambientais estão associados a presença de altos teores de Pb na solução do solo ou adsorvidas de forma não específica na CTC de minerais, principalmente aqueles do tipo 2: 1, como a VHE. Desta forma o solo do perfil P2 possui o maior potencial de contaminação do nível hidrostático pois apresentou o maior teor de Pb total (2.399,6 Mg cm-3), associado com elevado teor do metal na forma trocável (adsorção não específica)

Mercury (Hg) is a highly toxic non-essential heavy metal. Soil, water and air contamination by Hg leads to its accumulation in fish, birds and mammals, thus entering human food. Due to the hazardous effects to the ecosystem, it is necessary that contaminated soils be rehabilitated. Phytoremediation is a cheap technique that can be utilizated with this objective, however, it is necessary to be knowledgeable about plant behavior during metal exposure. Therefore, the aim of this study was to characterize biological and biochemical aspects of Hg toxicity and the role of Zn to alleviate these effects in P. glomerata plants. For both experiments, plants were grown in vitro and acclimated ex vitro, for the application of treatments. Nine days later, growth and biochemical parameters of oxidative stress were evaluated. In the first experiment, plants were exposed to four concentrations (0.0, 1.0, 25 and 50 μM Hg). In the second experiment, four treatments of Hg and Zn were added to the nutrient solution (without Zn or Hg (control); 50 μM Zn; 50 μM Hg and; 50 μM Zn + 50 μM Hg). The Hg concentration was higher in shoot than in roots only in treatments without Hg (control and 50 μM Zn). Fresh and dry weight of roots and shoot decreased and a high malondialdeide (MDA) concentration was observed at 50 μM Hg, indicating that tissue damage occurred. The antioxidant enzyme activity and non-enzymatic concentration increased with the presence of Zn+Hg. Plants exposed to Zn showed a decrease in fresh and dry weight, but there was no significant increase in MDA production. There was an interaction between Zn and Hg. The antioxidant system of P. glomerata plants was important in oxidative damage regulation, however, at 50 μM Hg these mechanisms were not able to revert the damage caused by Hg. Zinc addition parcially prevented Hg damage, observed by the significant decrease in lipid peroxidation and higher survival percentage. / O mercúrio (Hg) é um metal pesado não-essencial altamente tóxico aos organismos. A contaminação dos solos, ar e água por este metal leva a sua acumulação em peixes, aves e mamíferos e a intoxicação humana, através da alimentação. Devido aos efeitos danosos do Hg ao ecossistema, é necessário que estas áreas sejam reabilitadas. A fitorremediação é uma técnica de baixo custo que pode ser utilizada com tal objetivo. Para que a planta seja utilizada na fitorremediação, no entanto, é necessário haver conhecimento sobre o comportamento vegetal quando exposto ao contaminante. Portanto, o objetivo deste trabalho foi caracterizar aspectos fisiológicos e bioquímicos da toxidez do Hg e o papel do Zn em aliviar estes efeitos em plantas de P. glomerata. Foram realizados dois experimentos, cujas plantas foram cultivadas in vitro e aclimatizadas ex vitro, quando foram aplicados os tratamentos. Após nove dias de exposição aos tratamentos, foram avaliados parâmetros de crescimento e parâmetros bioquímicos ligados ao estresse oxidativo. No primeiro experimento, as plantas foram expostas a quatro concentrações de Hg (0,0, 1,0, 25 e 50 μM). Já no segundo experimento, o Hg e o Zn foram adicionados à solução nutritiva de modo a formar quatro tratamentos (sem Zn e Hg (controle); 50 μM Zn; 50 μM Hg; 50 μM Zn + 50 μM Hg). A concentração de Hg foi maior nas raízes do que na parte aérea das plantas expostas ao Hg e sua presença induziu o estresse oxidativo, bem como causou danos aos tecidos vegetais nas concentrações de 25 e 50 μM Hg. A concentração de Hg foi maior na parte aérea do que nas raízes apenas nos tratamentos em que o Hg não foi adicionado à solução nutritiva (controle e 50 μM Zn). A massa fresca e seca das raízes e da parte aérea diminuiu e foi observado aumento da concentração de malondialdeído (MDA) nos tecidos em relação ao controle, quando expostos a 50 μM Hg, indicando que houve dano aos tecidos. A atividade das enzimas antioxidantes e a concentração de antioxidantes não enzimáticos aumentaram com a presença de Hg e com a adição de Zn. O tratamento de Zn diminuiu a massa fresca e seca das plantas, por outro lado não houve alteração na peroxidação lipídica. Houve interação entre os elementos Zn e Hg quando fornecidos simultaneamente na solução nutritiva. O sistema antioxidante de P. glomerata foi importante na regulação do dano oxidativo. No entanto, em 50 μM Hg, estes mecanismos não foram suficientes para reverter o dano causado por este elemento. O Zn parcialmente evitou os danos causados pelo Hg, observados pela significante diminuição da peroxidação lipídica e pela maior porcentagem de sobrevivência de plantas neste tratamento.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlfredoJFS_DISSERT.pdf: 1130528 bytes, checksum: d7a64b847a80a2de8b89250f09f06bd0 (MD5) Previous issue date: 2012-11-05 / Copper is one of the most used metals in platingprocesses of galvanic industries. The presence of copper, a heavy metal, in galvanic effluents is harmful to the environment.The main objective of this researchwas the removal ofcopperfromgalvanic effluents, using for this purpose anionic surfactants. The removal process is based on the interaction between the polar head group of the anionic surfactant and the divalent copper in solution. The surfactants used in this study were derived from soybean oil (OSS), coconut oil (OCS), and sunflower oil (OGS). It was used a copper synthetic solution (280 ppm Cu+2) simulating the rinse water from a copper acid bath of a galvanic industry. It were developed 23and 32 factorial designs to evaluate the parameters that have influence in theremoval process. For each surfactant (OSS, OCS, and OGS), the independent variables evaluated were: surfactant concentration (1.25 to 3.75 g/L), pH (5 to 9) and the presence of an anionic polymer (0 to 0.0125 g/L).From the results obtained in the 23 factorial design and in the calculus for estimatingthe stoichiometric relationship between surfactants and copper in solution, it were developed new experimental tests, varying surfactant concentration in the range of 1.25 to 6.8 g/L (32 factorial design).The results obtained in the experimental designs were subjected to statistical evaluations to obtain Pareto charts and mathematical modelsfor Copper removal efficiency (%). The statistical evaluation of the 23 and 32factorial designs, using saponifiedcoconut oil (OCS), presented the mathematical model that best described the copper removal process.It can be concluded that OCS was the most efficient anionic surfactant, removing 100% of the copper present in the synthetic galvanic solution / O cobre ? um dos metais mais utilizados nos processos decorativos das ind?strias galv?nicas. A presen?a do cobre nos efluentes galv?nicos, por ser um metal pesado, compromete a vida das pessoas e dos animais. O principal objetivo deste trabalho ? remover o cobre destes efluentes, utilizando para este prop?sito tensoativos ani?nicos. O processo de remo??o consiste em utilizar a partepolar do tensoativo ani?nico para interagir com o cobre bivalente em solu??o. Os tensoativos utilizados neste estudo foram derivados dos ?leos de soja, coco e girassol. Utilizou-se a ?gua de lavagem do processo de cobre ?cido de uma ind?stria galv?nica como base para a obten??o do efluente sint?tico (280 ppm Cu+2). Para avaliar os par?metros que influenciam no processo foram desenvolvidos planejamentos experimentais fatoriais 23 e 32.Para cada tensoativo derivado dos ?leos vegetais avaliados (OSS, OCS e OGS) as vari?veis independentes utilizadas no planejamento foram: a concentra??o de tensoativo (1,25 a 3,75 g/L), pH (5 a 9) e presen?a de um pol?mero ani?nico (0 a 0,0125 g/L).A partir dos resultados colhidos neste primeiro planejamento experimental e dos c?lculos obtidos atrav?s da rela??o estequiom?trica entre os tensoativos e o cobre em solu??o foram realizados novos ensaios experimentais, variando a concentra??o do tensoativo na faixa de 1,25 a 6,8 g/L. Os resultados obtidos atrav?s do planejamento experimental foram submetidos a avalia??o estat?stica para obten??o de gr?ficos de pareto e do modelo matem?tico que descreve a efici?ncia do processo na remo??o do cobre. A avalia??o estat?stica dos planejamentos experimentais fatoriais 23 e 32,onde se utilizou ?leo de coco saponificado, apresentou o modelo matem?tico que melhor descreveu o processo de remo??o do cobre. Conclui-se que, atrav?s da utiliza??o de metodologias de planejamento experimental e da varia??o da concentra??o dos 3tensoativos(1,25 a 6,8g/L), o OCS foi o tensoativo mais eficiente, chegando a remover 100% do cobre presente na solu??o

Submitted by (edna.saturno@ufrpe.br) on 2016-06-17T16:31:52Z No. of bitstreams: 1 Fernando Scherner.pdf: 1240338 bytes, checksum: f5d748da0f0317493176e1e0823d858f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-17T16:31:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Scherner.pdf: 1240338 bytes, checksum: f5d748da0f0317493176e1e0823d858f (MD5) Previous issue date: 2013-06-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Human activities have been causing environmental alterations with consequences to marine biological communities. These changes have been occurring at local scale, such as urbanization and coastal pollution, and globally, throught climate change and ocean acidification caused by higher CO2 concentrations in the atmosphere. Coastal urbanization is rapidly expanding worlwide. This phenomenon has been leading to the contamination of the marine environment by a variety of pollutants, such as heavy metals. However, the effects of coastal urbanization on marine macroalgae communities still need further studies that consider their latitudinal limits of distribution. Likewise, studies on the effects of climate change, such as temperature increases and ocean acidification, on macroalgal communities are recent and still relatively limited. Thus, the aims of the present study were: 1) Evaluate the impacts of urbanization on marine macroalgae communities within different phycogeographycal regions along the Brazilian coast; 2) Assess the physiological effects of heavy metal contamination at concentrations observed in polluted regions within the temperature ranges of distribution of the seaweed Halimeda cuneata Hering in the SW Atlantic; 3) Evaluate the effects of increased temperatures and CO2 driven ocean acidification on the photosynthesis of marine macroalgae. For the first, a significant fraction of the Brazilian coast was studied, including sampling areas on the three phycogeographycal regions (warm temperate, tranzition zone, and tropical) where the structure and composition of the communities were determined in urban and reference areas. For the second, an experiment of metal enrichment was performed in laboratory, assessing the effects of metals at temperatures that occur within the limits of distribution of H. cuneata on the Brazilian coast and its recovery potential at the different temperatures. The third consisted of performing experiments in a reef mesocosms in a tropical region on the Brazilian coast, using calcified macroalgae species, evaluating the effects of temperature increases and CO2 driven acidification on the macroalgae photosynthetic performance. The results are presented here in three chapters. The first shows that urbanization leads to substantial declines in species number and causes drastic changes on marine macroalgae communities. The second provides evidence of the negative effects of heavy metals on the physiology of H. cuneata, which showed no photosynthetic recover at temperatures that occur on its limit of distribution in the south Atlantic. The third indicates a high photosynthetic adaptability of the studied macroalgae in face of temperature increases and acidification, which can be related to the possibilities of utilization of different inorganic carbon species by these algae. / As atividades humanas têm causado alterações ambientais com consequências sobre comunidades biológicas marinhas. Essas alterações vêm ocorrendo em escala local, como é o caso da urbanização e poluição costeira, e global, por meio das mudanças climáticas e acidificação dos oceanos causado por maiores concentrações de CO2 na atmosfera. A urbanização costeira está se expandindo rapidamente no mundo todo. Este fenômeno tem levado à contaminação do ambiente marinho por diversos poluentes, entre eles os metais pesados. Os efeitos da referida urbanização sobre as comunidades de macroalgas ainda necessitam de estudos que considerem os limites de distribuição latitudinal destes organismos. Semelhantemente, estudos sobre os potenciais efeitos das mudanças climáticas, como o aumento da temperatura e acidificação oceânica, sobre comunidades macroalgais, são recentes e ainda relativamente escassos. Nesse contexto, esse estudo teve como objetivos: 1) Avaliar os impactos da urbanização sobre comunidades de macroalgas marinhas nas diferentes províncias ficogeográficas do litoral brasileiro; 2) Compreender os mecanismos fisiológicos da contaminação do ambiente marinho por metais pesados sobre a alga pantropical Halimeda cuneata Hering em temperaturas que ocorrem em seus limites de distribuição no sudoeste do Atlântico; 3) Avaliar os efeitos do aumento de temperatura e da acidificação oceânica por adição de CO2 sobre a fotossíntese de macroalgas marinhas. Para o primeiro, uma fração significativa do litoral brasileiro foi estudada, incluindo áreas amostrais nas três províncias ficogeográficas brasileiras (Temperada quente, Zona de transição e Tropical) onde a estrutura e composição das comunidades foram determinadas em áreas urbanizadas e áreas referências. Para o segundo, um experimento com enriquecimento por metais foi realizado em laboratório, avaliando o efeito de metais em temperaturas que ocorrem dentro dos limites de distribuição de H. cuneata na costa brasileira e o seu potencial de recuperação nas diferentes temperaturas. Com relação ao terceiro, experimentos foram realizados em mesoscosmos recifal em região tropical no litoral brasileiro, utilizando espécies de macroalgas calcificadas, avaliando o efeito de aumentos de temperatura e da acidificação da água por adição de CO2 sobre a performance fotossintética das macroalgas. Os resultados são apresentados aqui em três capítulos. O primeiro mostra que a urbanização leva a diminuições substanciais no número de espécies e causa alterações profundas em comunidades macroalgais marinhas. O segundo evidencia os efeitos deletérios de metais pesados sobre as funções fisiológicas de H. cuneata, com destaque para a ausência de recuperação fotossintética em temperaturas que ocorrem no seu limite de distribuição no Atlântico sul. O terceiro indica uma alta adaptabilidade fotossintética das macroalgas estudadas diante de elevações de temperatura e acidificação, o que pode estar relacionado às possibilidades de utilização de diferentes espécies de carbono inorgânico por estas algas.

Submitted by (edna.saturno@ufrpe.br) on 2016-07-26T13:23:51Z No. of bitstreams: 1 Elainy Virginia dos Santos Pereira.pdf: 331613 bytes, checksum: fd1ce032c90754e480ff37f32d701a3e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-26T13:23:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elainy Virginia dos Santos Pereira.pdf: 331613 bytes, checksum: fd1ce032c90754e480ff37f32d701a3e (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / Ethyl carbamate (EC, C2H5OCONH2) or urethane is a known carcinogen and genotoxic substance that occurs in various fermented foods, in particular spirits. In 2005, after several studies had shown that cachaça, the most consumed spirit in Brazil, was heavily contaminated with EC, the Brazilian Ministry of Agriculture, Livestock and Food Supply (MAPA) established an EC limit (150 μg.L-1) for the beverage (to come into effect in June 2012), but other consumed spirits in Brazil, such as vodka, were not subjected to any EC control. Given the lack of information on EC levels and chemical profiles of Brazilian vodkas, along with the effects of new EC regulation for cachaça, the objective of this study was to determine the levels of congeners (volatile acidity, aldehydes, esters, higher alcohols and furfural), EC and other contaminants (methanol, copper, lead and arsenic) in vodkas and cachaças produced in Brazil. Twenty three brands of “industrial” cachaças (i.e. cachaças produced on a large scale and distilled in columns) and twenty one brands of vodkas were sampled. The brands were low-priced (below US$11.00 per 600-1000 mL bottle) and recorded (licit). All sampled cachaças and vodkas complied with MAPA regulation for alcoholic strength, volatile acidity, methanol, aldehydes, esters, higher alcohols, furfural, total congeners, copper, lead and arsenic. EC levels in cachaça ranged from 10 μg.L-1 (limit of detection, LD) to 713 μg.L-1, average 245 μg.L-1, with 15 brands (65 %) exceeding 150 μg.L-1. EC levels in all sampled vodkas were below the LD. The vodka results are probably related to its distillation process, in particular the use of extractive and rectification columns (column rectification system), which allow production of high strength spirits with very low levels of congeners. This is not the case usually found in “industrial” cachaça plants, where a smaller single distillation column, with fewer trays, is used. This cachaça distillation system does not seem to promote the same efficiency in congeners reduction, especially for highly volatile “head” products (including cyanide, precursor of EC), when compared to the column rectification system used in vodka. / Carbamato de etila (CE, C2H5OCONH2) ou uretana é uma substância reconhecidamente genotóxica e carcinógena que ocorre em vários alimentos fermentados, em especial, bebidas alcoólicas destiladas. Em 2005, após constatação que a cachaça, a bebida alcoólica destilada mais consumida no Brasil, possuía elevado nível deste contaminante, o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) estabeleceu uma tolerância de 150 μg de CE por litro de cachaça (a entrar em vigor em junho de 2012), porém outras bebidas destiladas de consumo popular, tal como a vodca, ficaram livres deste controle. Assim, diante do desconhecimento do perfil químico e do nível de CE nas vodcas brasileiras, aliada a iminência da entrada em vigor do limite de CE para cachaça, este trabalho teve como objetivo determinar os níveis de congêneres (acidez volátil, aldeídos, ésteres, alcoóis superiores e furfural), CE e outros contaminantes (metanol, cobre, chumbo e arsênio) em cachaças e vodcas produzidas no Brasil. Foram amostradas 23 marcas de cachaça do tipo “industrial” (produzidas em larga escala e destiladas em coluna) e 21 marcas de vodca, todas de consumo “popular”, definidas neste trabalho com base no preço (até R$20,00 por embalagem de 600 a 1000 mL). Tomando como referência a legislação vigente, observou-se que as cachaças e vodcas analisadas apresentaram adequação quanto aos níveis de etanol, acidez volátil, metanol, aldeídos, ésteres, alcoóis superiores, furfural, somatório de congêneres, cobre, chumbo e arsênio. Os níveis de CE encontrados nas 23 marcas de cachaça variaram entre 10 μg.L-1 (limite de detecção do método, LD) e 713 μg.L-1, com média de 245 μg.L-1, sendo que 15 (65%) apresentaram concentrações acima do limite tolerado pelo MAPA. Quanto ao nível de CE nas vodcas, todas apresentaram valores abaixo do LD. Os resultados observados nas vodcas podem ser atribuídos ao processo de destilo-retificação da bebida, em especial o emprego de colunas depuradora, destiladora e retificadora, as quais possibilitam atingir altas concentrações de etanol e níveis muito baixos de congêneres. Esse não é o caso encontrado nas destilarias de cachaças “industriais”, as quais comumente empregam destilação em coluna de baixo grau, com menor número de pratos, processo que não apresenta a mesma capacidade de redução de congêneres, notadamente dos proodutos de “cabeça” (entre eles o cianeto, precursor do CE), quando comparado a uma destiloretificação.

Foi investigada a resposta antioxidante de culturas em suspensão celular de café (Coffea arabica L.) ao cádmio (Cd) e níquel (Ni). As células de café foram tratadas por doze dias com zero (controle), 0,05 e 0,5 mM de NiCl2 ou CdCl2. O Cd e o Ni acumularam rapidamente nas células e este acúmulo foi diretamente correlacionado com o aumento na concentração de metal no meio externo. Em 0,05 mM CdCl2 e 0,05 mM NiCl2, o crescimento foi estimulado, mas em 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2 a taxa de crescimento foi reduzida. As alterações no metabolismo do oxigênio ativo foram detectadas pela análise visual, assim como pelo aumento na peroxidação lipídica, nos tratamentos com 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2. As atividades das enzimas catalase (CAT; EC 1.11.1.6), glutationa redutase (GR; EC 1.6.4.2) e superóxido dismutase (SOD; EC 1.15.1.1) aumentaram após exposição ao Cd, particularmente na maior concentração de CdCl2. A atividade da ascorbato peroxidase (APX; EC 1.11.1.11) foi elevada por 0,05 mM CdCl2, mas não pode ser detectada em células cultivadas na maior concentração de CdCl2 após 24 h de cultivo, enquanto que a guaiacol peroxidase (GOPX; EC 1.11.1.7) não demonstrou um padrão claro de resposta ao tratamento com Cd. As atividades das enzimas CAT, GR, APX, GOPX e SOD foram aumentadas, particularmente nos períodos iniciais de exposição ao NiCl2 e as atividades foram maiores na dosagem 0,5 mM NiCl2, na maioria dos tempos de exposição testados. A análise em PAGE não desnaturante seguido pela revelação da atividade enzimática, apresentou uma isoenzima da CAT, nove isoenzimas da SOD e quatro isoenzimas da GR. As isoenzimas da SOD foram diferencialmente afetadas pelo tratamento com CdCl2 e NiCl2 e uma isoenzima da GR mostrou responder especificamente ao CdCl2 e ao NiCl2. Os resultados sugerem que 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2 podem levar ao estresse oxidativo. O CdCl2 e o NiCl2 a 0,05 mM não induziram peroxidação lipídica e a principal resposta aparenta ser via indução das atividades das enzimas SOD, CAT e APX nas células tratadas com Cd e das enzimas SOD, CAT, GOPX e APX nas células tratadas com Ni, para a remoção das espécies ativas de oxigênio (EAOs), e pela indução da GR para garantir a disponibilidade de glutationa reduzida. A síntese de peptídeos de ligação ao Cd, deve também estar relacionada com a inibição da atividade da APX, provavelmente devido ao esgotamento da glutationa e ascorbato na maior concentração de CdCl2. / The antioxidant responses of coffee (Coffea arabica L.) cell suspension cultures to cadmium (Cd) and nickel (Ni) were investigated. Coffee cells were treated for twelve days with 0 (control), 0.05 and 0.5 mM NiCl2 or CdCl2. Cd and Ni accumulated very rapidly in the cells and this accumulation was directly correlated with an increase in applied metal concentration in the external medium. At 0.05 mM CdCl2 and 0.05 mM NiCl2, growth was stimulated, but at 0.5 mM CdCl2 and 0.5 mM NiCl2 the growth rate was reduced. An alteration in activated oxygen metabolism was detected by visual analysis as well as by an increase in lipid peroxidation at 0.5 mM CdCl2 and 0.5 mM NiCl2. Catalase (CAT; EC 1.11.1.6), glutathione reductase (GR; EC 1.6.4.2) and superoxide dismutase (SOD; EC 1.15.1.1) activity increased after Cd exposure, particularly at the higher concentration of CdCl2. Ascorbate peroxidase (APX; EC 1.11.1.11) activity was higher at the lower CdCl2 concentration used, but could not be detected in cells growing in the higher CdCl2 concentration after 24 h of growth, whilst guaiacol peroxidase (GOPX; EC 1.11.1.7) did not show a clear response to Cd treatment. CAT, GR, APX, GOPX and SOD activities were increased due to Ni treatment, particularly at earlier NiCl2 exposure times and the activities were higher at 0.5 mM NiCl2 for most of exposure times tested. An analysis by non-denaturing PAGE followed by staining for enzyme activity, revealed one CAT isoenzyme, nine SOD isoenzymes and four GR isoenzymes. The SOD isoenzymes were differently affected by CdCl2 and NiCl2 treatment and one GR isoenzyme was shown to specifically respond to CdCl2 and NiCl2. The results suggest that the higher concentrations of CdCl2 and NiCl2 may lead to oxidative stress. CdCl2 and NiCl2 at 0.05 mM did not induce lipid peroxidation and the main response appeared to be via the induction of SOD, CAT and APX activities in Cd treated cells and SOD, CAT, GOPX and APX activities in Ni treated cells, for the removal of reactive oxygen species (ROS), and by the induction of GR to ensure the availability of reduced glutathione. The synthesis of Cd-binding proteins may also be related to the inhibition of APX activity probably due to glutathione and ascorbate depletion at higher CdCl2 concentration.

Existe uma grande preocupação com relação aos efeitos a longo prazo que muitos poluentes químicos possam ter sobre a saúde e o ambiente. Tal é o número de diferentes poluentes e a complexidade de suas interações que seus efeitos não podem ser prontamente definidos em programas de monitoramento que determinam a presença de poluentes no ambiente. Recentemente, pesquisas identificaram um grupo de enzimas conhecidas coletivamente como proteínas antioxidantes, que são induzidas em resposta aos poluentes, como os metais pesados e parecem proteger as células contra os possíveis danos causados por estes agentes. É possível que a análise da indução e acumulação de proteínas antioxidantes e/ou de defesa, possa fornecer um sistema biológico versátil de monitoramento dos efeitos da poluição. E assim, o estudo da atividade enzimática poderá vir a se configurar como um critério de avaliação da fitotoxicidade de metais pesados em plantas. Com esse propósito, foi desenvolvido um trabalho com o objetivo de estudar as alterações de crescimento e bioquímicas causadas pelo efeito do Cádmio (Cd) em arroz. Experimentos foram montados utilizando 8 diferentes genótipos de arroz da espécie Oryza sativa: F222, IAC202, Caipó, J199, IAC165, J79, F133, F35 e mais duas espécies: Arg2 (Oryza latifolia) e Oryza glumaepapulo nos quais foram submetidas a diferentes concentrações de Cd em solução nutritiva (0mM, 0,05mM, 0,5mM) durante um período de 3 e 7 dias para avaliação do efeito desse metal pesado no comprimento do sistema radicular. Foi realizado um segundo ensaio utilizando a cultivar IAC165, submetida a diferentes concentrações de CdCl2 (0mM, 0,01mM, 1,0mM). Nestas concentrações, coletas de folhas e raízes foram feitas em períodos de tratamentos constituídos de 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60, 66, 72horas. Com relação ao crescimento radicular do 1° ensaio foram identificados três padrões de resposta: um primeiro, cuja resposta à menor dosagem (0,05 mM de CdCl2) é significativa e esta se mantém na dosagem seguinte (0,5 mM); um segundo, onde também é significativa a resposta à menor dosagem, mas esta se intensifica significativamente com o aumento da dosagem e um terceiro, no qual as linhagens mostraram-se resistentes às dosagens testadas, não sendo afetadas em seu padrão de crescimento de raízes no tempo desse estudo. O parâmetro bioquímico analisado no 2° ensaio foi relativo aos níveis de atividade de enzimas antioxidantes, como Catalase e Glutationa Redutase. que mostraram padrões semelhantes de resposta tanto para Catalase como para Glutationa Redutase, observando-se elevação das atividades dessas enzimas antioxidantes em folhas e raízes, sendo o aumento de atividade da Glutationa Redutase nas raízes altamente significativo, sugerindo que a síntese de Glutationa reduzida possa estar estimulada para subseqüente síntese de fitoquelatinas. / The response of a group of rice genotypes to cadmium exposure was tested using the root growth as a parameter during the time length of the treatment. Three distinct response patterns were identified: a significant initial (0.01 mM) dosage effect, which was maintained with the increase of CdCl2 concentration to 1 mM; a significant initial effect, which was intensified with the increase of CdCl2 concentration, and a group of varieties resistant ot the CdCl2 concentration tested. Significant interactions between dosage and varieties were observed. Enzymatic assays for catalase and gluthatione reductase were also carried out for in plants exposed to CdCl2. Similar response patterns for both enzymes were observed. The activities of catalase and gluthatione reductase in leaves and roots were increased and in the case of gluthatione reductase in roots, such an increase was highly significant, suggesting that the synthesis of reduced gluthatione may be stimulated for subsequent synthesis of phytochelatins.