Orientador: Prof. Dr. Antônio Carlos Vargas Motta / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa: Curitiba, 10/03/2017 / Inclui referências: f. 79-91 / Resumo: A infusão feita a partir das folhas processadas de erva-mate (Ilex paraguariensis St.,Hil.,) consiste em bebida não alcoólica tradicionalmente consumida na América do Sul. Outros usos para as folhas de erva-mate são produtos nas indústrias de alimentos, bebidas, cosméticos, fármacos e produtos de limpeza. São incipientes as pesquisas com fertilidade do solo e variação genotípica que estudem uma ampla gama de elementos químicos na erva-mate. Nesse sentido, o objetivo do estudo foi determinar a contribuição de variáveis de solo, fertilização e genótipos para a composição elementar de erva-mate. Foram idealizados três estudos com este propósito: 1) em casa de vegetação, para estudar efeito do solo, adubação com P e clone de erva-mate; 2) a nível de campo, para estudar efeito do clone e adubação com P; 3) avaliando a composição e distribuição espacial de nutrientes e outros elementos no tecido foliar em erval nativo. Em casa-de-vegetação foram cultivadas mudas de dois clones de erva-mate, cada clone em delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 4 (P - sem e com versus quatro solos ácidos). Foi determinado o crescimento de plantas e a os teores totais (C e N via analisador elementar; P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B, Mo, Co, As, Cd, Pb, Ba, Cr e V via espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado ICP-OES) nas folhas e usando microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (C, O, Ca, Mg, K, P, Mn, Al, Si, Na). Em condição de campo, em dois municípios (Itaiópolis e Três Barras) em Santa Catarina, Brasil, foram realizados experimentos envolvendo adubação fosfatada (cinco doses de P) e clones de erva-mate (dois clones). Foi determinada a composição elementar de folhas (Al, B, Ba, Ca, Cd, Cs, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Ni, Pb, Rb, S, Se, Sr, Ti, V e Zn via espectrometria de massa por plasma acoplado indutivamente ICP-MS). Em folhas coletadas em erval nativo no município de Cruz Machado (Paraná, Brasil), foram analisadas utilizando microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (MEV-EDS) e espectroscopia de fluorescência de raios X (XRF) para a realização de microanálises; além disso, os teores totais de elementos (K via espectrometria de emissão por chama; Ca, Mg, P, S, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B, Si, Al, Ba, Pb e Cd usando ICP-OES). Na condição de casa-de-vegetação a adubação fosfatada mostrou grande efeito positivo sobre o crescimento da erva-mate, embora o incremento no crescimento diminui em solo com maior disponibilidade inicial de P ou com alguma limitação nutricional. A adubação fosfatada altera os teores de elementos nutrientes e elementos potencialmente tóxicos das folhas de erva-mate, o que é dependente do tipo de solo e clone, sendo que o tipo de solo e o clone também afetam isoladamente alguns elementos. Porém, resultados contrastantes entre o estudo em casa-de-vegetação e no campo, como, por exemplo, para os teores de Pb, que apresenta aumento ou decréscimo com a adubação fosfatada, impossibilita que generalizações sejam feitas. O fator solo teve grande contribuição para a acumulação de Mn acima de 1000 mg kg-1 nas folhas, que é dependente da elevada acidez do solo e, da disponibilidade desse elemento no solo, associada com teores de Mn-disponível, Mn-baixa cristalinidade e Mn-cristalino. A variação genotípica indica potencial de uso para fins de segurança alimentar, embora para o Se, seria necessário suplementação via fertilizantes ou fortificação dos produtos a base de erva-mate. Com base nas avaliações de microanálise, pode-se dizer que ocorre acúmulo de Si e O, entre a parede celular e a cutícula na face externa da epiderme superior das folhas e, a formação de precipitados com Ca, O e C, sobretudo na nervura central. Também podem ocorrer precipitados com Al, Si e O em estômatos da folha e acumulação de Mn, Ba, Ca e P na estrutura de um possível líquen encontrado na superfície da epiderme superior da folha. O presente estudo contribui para incrementar o conhecimento acerca da composição elementar da erva-mate, sobretudo pela análise em solos, adubação, condições ambientais, tecidos vegetais e materiais genéticos contrastantes, com destaque para elementos pouco conhecidos nessa espécie, como Ba, Cd, Cr, Cs, Mo, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Ti e V. Ao utilizar técnicas de microanálise, demonstrou-se que vários enfoques podem ser dados no estudo da composição elementar nas folhas de erva-mate. Com isso, tem-se a possibilidade de ampliar o debate acerca dos teores de nutrientes e elementos indesejáveis na erva-mate. Palavras-chave: Solos ácidos. Adubação fosfatada. Variação genotípica. Elementos-traço. Microscopia eletrônica. / Abstract: Yerba mate (Ilex paraguariensis St., Hil.) is a plant known for its health benefits. The infusion prepared from the processed leaves of this plant is a non-alcoholic beverage traditionally consumed in South America. Other uses for yerba mate leaves are in the form of food products, other beverages, cosmetics, pharmaceuticals, and cleaning products. Research on soil fertility and genotypic variation that focuses on a wide range of chemical elements in yerba mate is incipient. Thus, the aim of this study was to determine the contribution of soil variables, fertilization, and genotypes to the elemental composition of yerba mate. Three experiments were designed for this study: 1) in a greenhouse, the effect of soil, fertilization with P and, clone of yerba mate was evaluated; 2) at the field sites, to study the effect of the clone and fertilization with P; and 3) evaluation of the composition and spatial distribution of nutrients and other elements in leaf tissues under wild-grown plants. In the greenhouse experiments, two clones of yerba mate were cultivated, each in a completely randomized design in a 2 × 4 factorial scheme (without and with P versus four acid soils). We measured plant growth and total elemental content: C and N via elemental analyzer; P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B, Mo, Co, As, Cd, Pb, Ba, Cr, and V via inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), and C, O, Ca, Mg, K, P, Mn, Al, Si, and Na using scanning electron microscopy with dispersive energy spectroscopy (SEM-EDS). Under field conditions, experiments involving phosphate fertilization (five P rates) and two yerba mate clones were carried out in two municipalities (Itaiópolis and Três Barras) in Santa Catarina, Brazil. The elemental composition of leaves (Al, B, Ba, Ca, Cd, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Ni, Pb, Rb, S, Se, Sr, Ti, V, and Zn) was determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Leaves collected from wild-grown plants in the city of Cruz Machado (Paraná, Brazil) were analyzed using SEM-EDS and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) was used to perform microanalysis. In addition, the total elemental content was determined using flame emission spectrometry (for K) and ICP-OES (for Ca, Mg, P, S, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B, Si, Al, Ba, Pb, and Cd). Under greenhouse conditions, phosphate fertilization had a large positive effect on yerba mate growth, although growth increment decreased in soil with higher initial availability of P or with some nutritional limitation. Phosphate fertilization led to changes in the nutrient content and potentially toxic elements of yerba mate leaves, which were dependent on the soil and clone type. Soil type and clone also affected some elements in isolation. However, contrasting results between greenhouse and field experiments-such as those for Pb contents, which increased or decreased with phosphate fertilization-renders it impossible to draw conclusions. Soil type contributed greatly to the accumulation of Mn (above 1000 mg kg-1) in the leaves; this was dependent on the high acidity of the soil and availability of Mn in the soil (associated with Mn-available, Mn-low crystallinity and Mn-crystalline forms). Genotypic variation indicated potential use for food safety purposes, although for Se, supplementation via fertilizers or fortification of yerba mate products would be necessary. Based on microanalysis evaluations, accumulation of Si and O occurs between the cell wall and the cuticle on the external surface of the upper epidermis of the leaves. Additionally, formation of Ca, O, and C precipitates occurs in the central vein. Aluminum, Si, and O precipitates may also occur in the leaf stomata, while accumulation of Mn, Ba, Ca, and P occurs in the structure of a possible lichen found on the surface of the upper epidermis of the leaf. The present study contributes to an increased knowledge about the elemental composition of yerba mate, mainly by the analysis of soil, fertilization, environmental conditions, plant tissues, and contrasting genetic material, especially for elements not well known in this species, such as Ba, Cd, Cr, Cs, Mo, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Ti, and V). By using several microanalysis techniques, we showed that various approaches can be used in the study of the elemental composition of yerba mate leaves. This research may help to broaden the debate about the contents of nutrients and undesirable elements in yerba mate. Keywords: Acid soils. Phosphate fertilization. Genotype variation. Trace elements. Electron microscopy
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/52606 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Barbosa, Julierme Zimmer |
| Contributors | Motta, Antônio Carlos Vargas, Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Agrárias. Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 94 f. : il. algumas color., mapas, gráfs., tabs., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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