Phytoremediation is considered to be an economically promising and an
ecologically correct technology for the removal of toxic materials from the environment
since it employs natural physico-chemical and biochemical processes for the clean up of
degraded areas. Guadua angustifolia (Bambusoideae, Poacea), a bamboo that is native in
Central and South America and which presents tall, robust and prickly culms, shows
considerable potential in the phytoremediation of toxic metals for the following reasons: a)
it presents an extraordinary capacity for multiplication and vegetative reproduction; b) it is
efficient at fixing CO2 from the atmosphere, thus contributing to the reduction in the socalled
'greenhouse effect'; c) it is not part of the human food chain; d) it presents
ornamental traits that can be used to advantage in the landscaping of polluted areas, such as
those previously occupied by landfills; and e) the aerial biomass may be used either in civil
construction or in the furniture industry after completing its phytoextractive function. The
objective of the present study was to investigate the potential of G. angustifolia for the
phytoremediation of zinc and cadmium. The absorption and translocation of these metals
from roots to leaves, together with their distribution in the different tissues, were analysed.
Additionally, the production of metal transporter proteins (phytochelatins) and the
formation of complexes between metals and low molecular weight organic compounds
were investigated. The experiments were conducted in hydroponic and soil conditions. Soil
that had been artificially contaminated with zinc or cadmium sulphate solutions, was
distributed in perforated plastic bags. Bamboo shoots, previously maintained in vermiculite,
were transplanted to the contaminated soil and kept in the greenhouse at room temperature
for 180 days with periodical watering. The washed plants were dried at room temperature
and root, culm, leaf and soil samples were digested with a mixture of nitric and perchloric
acids (3:1; v/v) for 3 h at room temperature and for 3 4 h at 120°C. The determination of
zinc and cadmium in the samples was performed using atomic absorption spectroscopy at
213.9 and 228.8 nm respectively. Based on the absolute average concentration values, the
bioconcentration and translocation factors (BCF and TF, respectively) were calculated. The
accumulation of metals in organs of the plants cultivated in contaminated soil followed the
order roots > culms > leaves. The accumulation of zinc in the roots was 57.2% (2720
mg/kg dry weight), whilst in the aerial parts it was 42.8% (2032 mg/kg). The accumulation
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of cadmium in the roots was 79.9% (770 mg/kg), whilst in the aerial parts it was 20.1%
(194 mg/kg). Thus, G. angustifolia fulfils one of the criteria employed to define
hyperaccumulator plants in that the concentration of zinc in the aerial parts of plants grown
in contaminated substrate was approximately 20.2-fold higher than the average value found
in plants grown under control (non-polluted) conditions, whilst the concentration of
cadmium was 194-fold higher than the control value. Further analyses showed that the
concentration of zinc in contaminated soil that had supported the cultivation of bamboo was
reduced by 65.5%, whilst the level of cadmium was reduced by 60.2%. The high values of
BCF (> 1) related to zinc indicated that the roots and aerial tissues had not attained
saturation and/or that the transport systems were still active under the experimental
conditions employed such that even larger quantities of metal could be absorbed and
transported. Regarding cadmium, the values of BCF indicated that saturation and/or
inactivation of roots had not been attained, as in the case of zinc, whereas this was not valid
for the aerial tissues. TF values for both metals were low (< 1) indicating that zinc and
cadmium transport in G. angustifolia tissues was not very efficient. One of the greatest
obstacles to the use of G. angustifolia in phytoremediation of these metals appears to be
related to the translocation in the tissues, mainly from culms to leaves. Although this aspect
limits the applicability of G. angustifolia in the phytoremediation of zinc and cadmium, it is
clear that this species offers significant potential since the larger portion of its biomass is
represented by the culms. Such potential could be exploited by using appropriate
agronomic techniques in order to allow the growth of plants in polluted soils, and genetic
engineering technology to facilitate the mobility of metals from roots to shoots. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / A fitorremediação é considerada uma tecnologia economicamente promissora e
ecologicamente correta porque utiliza processos físico-químicos e bioquímicos naturais
para a limpeza de áreas degradadas. A Guadua angustifolia (Bambusoideae, Poacea), um
bambu nativo da América do Sul e Central, que apresenta colmos robustos, altos e
espinhosos, apresenta considerável potencial para a fitorremediação de metais tóxicos pelas
seguintes razões: a) possui extraordinária capacidade de multiplicação e reprodução
vegetativa; b) pode resgatar CO2 da atmosfera eficientemente, contribuindo para a
diminuição do chamado 'efeito estufa'; c) não faz parte da cadeia alimentar; d) possui
atributos ornamentais que podem ser utilizados no paisagismo de áreas poluídas, como
aquelas previamente ocupadas pelos lixões; e) a biomassa aérea pode ser aproveitada na
construção civil ou na indústria moveleira, após cumprido o papel fitoextrator. O objetivo
do presente estudo foi investigar o potencial da G. angustifolia para a fitorremediação dos
metais pesados zinco e cádmio. Os processos de absorção e translocação dos metais das
raízes para as partes aéreas e sua distribuição nos diferentes tecidos foram analisados. Além
disso, a produção de proteínas transportadoras de metal (fitoquelatinas) e a formação de
complexos de metal com compostos orgânicos de baixo peso molecular foram investigados.
Os experimentos com G. angustifolia foram conduzidos tanto em condições hidropônicas,
quanto no solo. O solo artificialmente contaminado com soluções de sulfato de zinco ou
cádmio foi distribuído em saquinhos de plástico perfurados. As mudas de bambu,
previamente mantidas em vermiculita, foram transplantadas para o solo contaminado e
conservadas na casa de vegetação, à temperatura ambiente, durante 180 dias, com regas
periódicas. As plantas foram então lavadas e dessecadas à temperatura ambiente e as
amostras de raízes, colmos, folhas e solo foram digeridas com uma mistura de ácido nítrico
e ácido perclórico (3:1; v/v) durante 3 h à temperatura ambiente e posteriormente por 3 a 4
h à 120 °C. A determinação da concentração de zinco e cádmio nas diferentes amostras foi
realizada através de espectroscopia de absorção atômica a 213,9 e 228,8 nm
respectivamente. Com base nos valores médios absolutos da concentração, os fatores de
bioconcentração (FBC) e de translocação (FT) foram calculados. O acúmulo de zinco e
cádmio nas plantas cultivadas no solo obedeceram à ordem raízes > colmos > folhas. O
acúmulo de zinco nas raízes do bambu foi de 57,2% (2720 mg/kg peso seco), enquanto que
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nas partes aéreas foi de 42,8% (2032 mg/kg peso seco). O acúmulo de cádmio nas raízes foi
de 79,9% (770 mg/kg) e nas partes aéreas foi de 20,1% (194 mg/kg). As análises
demonstraram que ocorreu uma redução de 65,5% na concentração de zinco e 60,2% na
concentração de cádmio, no solo contaminado, após o cultivo com bambu. No que diz
respeito ao zinco, os altos valores de FBC (> 1) indicaram que as raízes e os tecidos aéreos
ainda não haviam sido saturados e/ou os sistemas de transporte ainda estavam ativos nas
condições experimentais empregadas e uma quantidade ainda maior de metal poderia ser
absorvida e transportada. Com relação ao cádmio, os valores de FBC indicaram que ainda
não havia ocorrido saturação e/ou a inativação dos sistemas de transporte nas raízes, ao
contrário dos tecidos aéreos que já se encontravam saturados. Os valores de FT para ambos
os metais foram baixos (< 1) indicando que o sistema de transporte de zinco e cádmio nos
tecidos da G. angustifolia não são muito eficientes. Assim, a G. angustifolia atende um dos
um dos critérios usados para definir plantas hiperacumuladoras, em que a concentração de
zinco nas partes aéreas das plantas desenvolvidas em substrato contaminado foi
aproximadamente 20.2 vezes maior do que o valor médio encontrado em plantas
desenvolvidas em solos não poluídos, enquanto que a concentração de cádmio foi 194
vezes maior. Outras análises mostraram que a concentração de zinco no solo contaminado,
que havia sido cultivado com bambu, foi reduzida em 65,5%, enquanto que o nível de
cádmio foi reduzido em 60,2%. Um dos maiores obstáculos ao emprego da G. angustifolia
para a fitorremediação desses metais parece estar relacionado com a translocação nos
tecidos, principalmente dos colmos para as folhas. Embora esses aspectos limitam a
aplicação da G. angustifolia na fitorremediação do zinco e cádmio, podemos afirmar que
essa espécie apresenta grande potencial, visto que a maior parte da biomassa da planta é
representada pelos colmos. Esse potencial poderia ser explorado através do uso de técnicas
agronômicas adequadas para viabilizar o crescimento das plantas em solos poluídos e de
técnicas de engenharia genética para facilitar a mobilidade dos metais das raízes para as
folhas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufal.br:riufal/1067 |
| Date | 11 June 2007 |
| Creators | Barros, Andréa Carla de Almeida |
| Contributors | Pletsch, Marcia, PLETSCH, M., Melo, Itamar Soares de, MELO, I. S., Machado, Sonia Salgueiro, MACHADO, S. S. |
| Publisher | Universidade Federal de Alagoas, BR, Química; Biotecnologia, Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia, UFAL |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFAL, instname:Universidade Federal de Alagoas, instacron:UFAL |
| Rights | info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
| Relation | bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1067/1/L_Mestrado_AndreaCarladeAlmeidaBarros_Capa_ate_introd_2007.pdf, bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1067/2/L_Mestrado_AndreaCarladeAlmeidaBarros_Capa_ate_introd_2007.pdf.txt |
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