Crescimento, distribuição e acumulação de cádmio em plantas de Jatropha curcas
Introdução
A disposição inadequada de resíduos urbanos e industriais em solos agrícolas é
a principal fonte de entrada de metais pesados no solo. O cádmio (Cd), por
exemplo, um metal altamente tóxico, é frequentemente descartado de forma
inapropriada no ambiente, podendo atingir o solo ou o ar através da queima de
resíduos urbanos e de combustíveis fósseis, poluindo assim o ambiente e
ocasionando danos ao ecossistema (Pino, 2005). A remoção deste metal do
ambiente pode ser realizada por meio de várias técnicas de remediação, como por
exemplo a fitorremediação. Esta é uma técnica de limpeza de solos, águas e
sedimentos contaminados com metais pesados ou compostos orgânicos, com baixo
custo para áreas moderadamente contaminadas, utilizando uma planta como agente
remediador (Weis e Weis, 2004). As plantas remediadoras consideradas
acumuladoras de metais são naturalmente capazes de acumular metais pesados,
como o Cd, nos seus tecidos sem desenvolver qualquer sintoma de toxicidade. A
concentração desse elemento na biomassa seca da folha, pode ser até 100 vezes
maior do que as concentrações no solo.
O pinhão-manso (Jatropha curcasL.) é uma oleaginosa pertencente à família das
Euphorbiaceae, apropriada ao cultivo em região semi-árida devido a sua
rusticidade e resistência às condições adversas de clima e solo (Saturnino et
al., 2005; Dias et al., 2007). O óleo extraído das suas sementes serve para dar
lustro e envernizar móveis, e é também utilizado em saboaria, indústria de
tintas, como combustível nos motores diesel e no fabrico de biodiesel (Laviola
e Dias, 2008). Esta espécie tem sido usada como cerca viva e vem sendo plantada
com sucesso, visando o controle da erosão e a contenção de encostas e dunas,
sendo apontada como uma planta capaz de recuperar áreas degradadas (Saturnino
et al., 2005). Além disso, a sobrevivência e adaptação do pinhão-manso em solos
contaminados por metais pesados, funcionando como planta fitoextratora desses
metais, tem sido estudada devido ao facto desta espécie não ser utilizada na
alimentação humana.
De acordo com Chaves et al.(2010), esta espécie mostrou ser tolerante ao Zn e
Cu do solo em concentrações superiores a 75 e 50 mg dm-3, respectivamente. Da
mesma forma Chaves et al.(2010) e Camargo et al. (2013) observaram que a
acumulação de Zn nas folhas de pinhão-manso foi maior do que a acumulação de Cu
quando foi aplicado biossólido na produção de mudas. Existe pouco informação
sobre o comportamento das plantas de pinhão-manso quando cultivadas em solos
com altos teores de Cd e a possibilidade desta planta vir a ser utilizada na
fitorremediação destes solos. O objetivo deste trabalho consistiu em avaliar o
efeito deste elemento no crescimento inicial da planta quando submetida a
teores elevados do mesmo e a acumulação e distribuição do Cd na planta.
Material e Métodos
O ensaio foi realizado em estufa pertencente à Unidade Académica de Engenharia
Agrícola da Universidade Federal de Campina Grande, Brasil, no período de julho
a outubro de 2011, utilizando-se vasos de plásticos de 10 L de capacidade que
foram preenchidos com 8,6 kg de substrato. O mesmo era constituído de solo
franco arenoso, classificado como Neossolo Quartzarênico (Embrapa, 1999),
colhido na camada superficial do solo (0-0,20 m de profundidade), tendo como
atributos químicos, de acordo com a metodologia descrita por Embrapa (1997), pH
(H2O) = 6,4; Ca = 1,08 cmolckg-1; Mg = 0,82 cmolckg1; Na = 0,07 cmolckg-1; K =
0,18 cmolckg-1; H = 3,85 cmolckg-1; Al = 0,2 cmolckg-1; matéria orgânica = 4,8
g kg-1; P = 4,6 mg kg-1.
O ensaio foi instalado num delineamento inteiramente casualizado,com três
repetições e cinco doses de Cd (0, 10, 20, 30 e 40 mg dm-3), na forma de
sulfato de cádmio, perfazendo o total de quinze unidades experimentais. O
substrato foi incubado com Cd por um período de 25 dias, mantendo a humidade a
50% de capacidade máxima de retenção de água. Após este período foi aplicado em
cada unidade experimental ureia (1,91 g N/unidade experimental), superfosfato
triplo (5,61 g P2O5/unidade experimental) e cloreto de potássio (2,08 g K2O/
unidade experimental). A adubação fosfatada foi aplicada toda em adubação de
fundo e as adubações potássica e azotada foram distribuídas da seguinte forma:
metade das quantidades de K e de N foram aplicadas aos 28 dias após a
sementeira (DAS), e o restante aos 52 DAS.
Cada unidade experimental recebeu cinco sementes de pinhão-manso, tendo
permanecido após o primeiro e o segundo desbaste, realizados 20 e 30 DAS, duas
e uma planta por unidade, respectivamente. Durante todo o período experimental
(90 dias), o solo foi mantido com humidade corresponde a 80% da capacidade
máxima de retenção de água, tendo sido monitorizada diariamente pelo método de
pesagens.
Aos 90 DAS, foram avaliadas a altura caulinar, medida desde a cicatriz
cotiledonar da planta até a inserção da última folha; o diâmetro caulinar,
medido na região do colo da planta com uso de paquímetro; o número e
comprimento das folhas, tendo como critério para a contagem das mesmas o
comprimento mínimo de 0,03 m. A área foliar (AF) foi calculada de acordo com o
método de Wendt (1967), utilizando a equação log (Y) = S{-0,346 + [2,152 x log
(X)]}, sendo Y a área foliar em cm2e X o comprimento da nervura central da
folha em cm.
No final do ensaio, as plantas foram colhidas, sendo o material vegetal
separado em raízes, caules e folhas, os quais, depois de lavados em água
destilada e secos em estufa de circulação forçada de ar a 70 oC, até peso
constante, foram pesados e moídos em moinho tipo Wiley. Posteriormente,
efetuou-se a digestão nitroperclórica do material para determinação, nos
extratos, de Cd por espectrofotometria de absorção atómica. Os teores deste
elemento presentes nos substratos também foram determinados por
espectrofotometria de absorção atómica.
A acumulação (A) de Cd nas folhas, caules e raízes das plantas (mg) foi
calculado pela expressão A = (MSC, ou MSF ou MSR (mg) x concentração do
elemento (mg kg-1)) / 1000, onde MSC representa a massa seca dos caules, MSF a
massa seca das folhas, e MSR a massa seca das raízes. A quantidade total de Cd
acumulada na planta foi calculada pelo somatório das quantidades acumuladas
deste elemento em cada parte da planta. De acordo com Paiva et al.(2002)
calculou-se o índice de translocação (IT) do elemento, expresso em percentagem,
pela relação IT = (Quantidade acumulada na parte aérea / Quantidade acumulada
na planta) x 100.
Os dados foram analisados através da análise de variância e análise de
regressão, utilizando-se o programa Assistat versão 7.5 beta (Silva e Azevedo,
2009).
Resultados e Discussão
A maior dose de Cd provocou uma diminuição sgnificativa na altura das plantas,
diâmetro caulinar, número de folhas e área foliar de 31, 37, 31 e 37%,
respectivamente, em relação à testemunha, mas não influenciou o número de
folhas (Quadro_1).
Em geral, as plantas submetidas às doses crescentes do metal tiveram o seu
crescimento afetado negativamente, sinalizando a fitotoxicidade da espécie ao
metal utilizado. Uma das razões da redução da altura da planta, diâmetro
caulinar e área foliar é a redução da taxa de fotossíntese, em função do efeito
de Cd nas plantas, devido a redução da condutância estomática (Barcelo e
Poschenrieder, 1990). A menor abertura estomática pode reduzir a
disponibilidade de dióxido de carbono para a fotossíntese acarretando a redução
de suas taxas de crescimento. Além disso, a presença de Cd afeta a absorção,
transporte e uso de macronutrientes como o S (Jiang et al., 2005), Ca, P e K,
bem como da água (Das et al., 1997), prejudicando, desta forma, o crescimento
das plantas.
O caule foi a parte da planta mais atingida pelas doses crescentes de Cd
(Quadro_2). A maior dose de Cd causou redução de 74, 62 e 56% nas biomassas
secas do caule, das raízes e das folhas, respectivamente, em relação à
testemunha, corroborando Marques et al. (2000). Estes autores constataram que a
produção de matéria seca da parte aérea de espécies arbóreas foi influenciada
pela contaminação do solo com Cd, onde algumas espécies tiveram o seu
crescimento comprometido, como a Hymenaea courbarilL. e Mimosa
caesalpiniaefoliaBenth. Da mesma forma, Cupertino (2006) observou que na
seringueira Hevea brasiliensis[Willd. Ex. Adr. de Juss.) Muell.-Arg.],
cultivada na presença de Cd, houve inibição do crescimento da raiz e da parte
aérea, redução na produção de massa seca em todos os órgãos da planta, queda na
taxa de fotossíntese e na resistência estomática. No entanto, Zeitouni et al.
(2007) não verificaram diferenças significativas na produção de massa seca da
parte aérea das plantas de tabaco e pimenta em nenhum dos tratamentos com Cd,
Pb, Cu, Ni e Zn, até 1,5; 12,5; 40; 17,5 e 125 mg kg-1, respectivamente.
A adição de doses crescentes de Cd ao solo fez com que houvesse acréscimo nos
teores e, consequentemente, na acumulação de Cd em todas as partes das plantas,
quando comparadas com a testemunha; observou-se um aumento de 16%
(correspondente ao tratamento 30 mg dm-3), 297% (correspondente ao tratamento
30 mg dm-3) e 6452% (correspondente ao tratamento 20 mg dm-3) nos teores de Cd
nas folhas, caules e raízes, respectivamente, em relação à testemunha, apesar
dos tratamentos de Cd não terem efeito significativo nos teores deste elemento
nas folhas das plantas (Quadro_3). Os teores encontrados nas folhas e caules
das plantas de pinhão-manso ficaram dentro da faixa considerada crítica em
plantas, de 5 a 30 mg kg-1(Kabata-Pendias e Pendias, 2010), podendo ocorrer
toxicidade nas mesmas.
Segundo Lombi et al. (2001) a imobilização de Cd externamente, ou na raiz, pode
ser uma das primeiras barreiras de defesa da planta contra a toxicidade a este
metal pesado. Em geral, os níveis de Cd são maiores nas raízes do que nas
folhas, acumulando principalmente no vacúolo ou parede celular, sendo baixo o
nível de transporte deste para a parte aérea (Milner e Kochian, 2008). Esta
conclusão está de acordo com os resultados apresentados no Quadro_3, ou seja, o
maior teor de Cd bem como a maior acumulação ocorreram nas raízes, corroborando
Kim et al.(2003) relativamente ao efeito de Cd em mudas de Pinus sylvestrisL. e
Izadiyar e Yargholi (2010) que observaram maior acumulação de Cd nas raízes de
sorgo, milho, girassol, espinafre e linhaça.
De acordo com Grant et al.(1998) a maior acumulação de Cd nas raízes parece ser
resultado da ligação do Cd às cargas negativas das paredes celulares do sistema
radicular em detrimento de uma maior absorção, e posterior transferência para a
parte aérea. Comparando-se a raiz com a parte aérea, observou-se que há uma
grande diferença nas concentrações de Cd (Quadro_3). Através destes dados pode-
se deduzir que o metal se transloca muito pouco na planta, dada a diferença
expressiva do contaminante encontrada nos dois compartimentos da planta. Assim,
os índices de translocação do Cd para a parte aérea foram menores em relação
aos tratamentos com doses maiores de Cd, cerca de 72,5; 33,2; 5,3; 8,5 e 7,9 %
correspondentes às doses 0, 10, 20, 30 e 40 mg dm-3, respectivamente, mostrando
que houve maior acumulação deste elemento nas raízes das plantas.
O potencial de uma espécie vegetal para fitorremediar solos contaminados pode
ser avaliado de diferentes maneiras. De acordo com Kukier et al. (2004),
plantas hiperacumuladoras são espécies capazes de acumular altas quantidades de
metais pesados nos seus tecidos, em concentrações de 10 a 100 vezes maiores do
que as toleradas pelas plantas cultivadas. Uma planta hiperacumuladora de Cd
pode ter mais de 100 mg kg-1de Cd na parte aérea em comparação ao nível normal
de 0,1 mg kg-1 para a maioria das plantas (Marques et al., 2000). Para plantas
não acumuladoras, a exclusão de Cd da parte área e/ou das raízes e a retenção
dos metais nas paredes celulares das raízes e nos vacúolos é uma defesa,
minimizando a fitotoxidade do metal.
Conclusões
Durante o período experimental o cádmio interferiu no crescimento do pinhão-
manso de forma significativa reduzindo o seu crescimento em altura, diâmetro
caulinar, área foliar e produção de fitomassa. A acumulação de Cd nas plantas
de pinhão-manso obedeceu à seguinte ordem: raiz > caule > folha, sugerindo que
esta planta não é adequada para a fitoextração de Cd a partir de solos
contaminados com este elemento.
