Ervas daninhas comuns como bioindicadores de metais pesados: uma nova abordagem em biomonitoramento

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6926 (2023) Citar este artigo

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A poluição ambiental causada por metais pesados ​​afecta áreas urbanas e não urbanas da Europa e do mundo. A utilização de plantas bioindicadoras para detecção desses poluentes é uma prática comum. Uma propriedade importante dos potenciais bioindicadores é a sua fácil disponibilidade e ampla faixa de distribuição, o que significa que podem ser utilizados de forma prática em uma ampla área. Portanto, ervas daninhas comuns e amplamente distribuídas: Trifolium pratense L., Rumex acetosa L., Amaranthus retroflexus L., Plantago lanceolata L., espécies ornamentais Alcea rosea L. e Lolium multiflorum L. var. Ponto foram selecionados como potenciais bioindicadores de metais pesados ​​(Cd, Pb, Cu, Zn). As plantas foram expostas nas mesmas condições de solo em três locais de amostragem na cidade de Poznań. Verificou-se que todas as espécies apresentaram potencial de acumulação de metais pesados, com destaque para A. rosea, P. lanceolata e L. multiflorum para Zn (BCF = 6,62; 5,17; 4,70) e A. rosea, P. lanceolata para Cd (BCF = 8,51; 6.94). A translocação de Cu e Zn foi mais eficaz em T. pratense (TFCu = 2,55; TFZn = 2,67) e em A. retroflexus (TFCu = 1,50; TFZn = 2,23). A translocação de Cd foi a mais eficiente em T. pratense (TFCd = 1,97), mas PB foi a translocada mais eficaz em A. retroflexus (TFPb = 3,09).. Com base na resposta fisiológica ao estresse, foi detectado um nível crescente de peróxido de hidrogênio (H2O2) nas raízes e folhas de todas as amostras, com maior valor em todos os órgãos de A. rosea. Os níveis de atividade enzimática de CAT, APOX e também do marcador de peroxidação de ácidos graxos poliinsaturados MDA foram maiores após 6 semanas de exposição em comparação às amostras controle e variaram no tempo de exposição e entre espécie e exposição. Após o experimento, em quase todas as amostras detectamos uma redução no teor de clorofila e no teor relativo de água, mas na eficiência dos parâmetros da fotossíntese: taxa líquida de fotossíntese, concentração intercelular de CO2 e condutância estomática, notamos valores aumentados, o que comprovou a condição relativamente boa de as plantas. As ervas daninhas examinadas são bons bioindicadores de contaminação por metais pesados ​​e seu uso combinado possibilita a detecção abrangente de ameaças ambientais.

Com o desenvolvimento intensivo das atividades humanas, as áreas urbanas passaram rapidamente por mudanças rápidas e significativas. Nas áreas urbanas, um dos poluentes urbanos mais importantes são os metais e metalóides1, 2. Os metais e metalóides são objecto de numerosos estudos porque são persistentes e estão entre os poluentes industriais mais amplamente disseminados3. As principais fontes desses elementos são fontes naturais, como o intemperismo natural da crosta, a erosão e as atividades antrópicas, como o escoamento urbano, as atividades agrícolas e industriais, e muitas outras4. A exposição a metais pesados ​​geralmente apresenta sintomas sutis e crônicos; além disso, a exposição a metais transportados pelo ar induz respostas fisiológicas nos organismos e amplos efeitos à saúde dos seres humanos5. Além disso, sabe-se que a contaminação de substâncias dietéticas por metais pesados ​​tem uma série de efeitos adversos em humanos, animais e plantas6, 7. Nas plantas, a sua toxicidade varia dependendo do metal específico, das espécies da planta, do pH, da composição do solo e da substância química. forma. Certos metais pesados ​​são considerados essenciais para o desenvolvimento e crescimento das plantas8. No entanto, quantidades excessivas destes elementos podem tornar-se tóxicas para as plantas9, afectando assim as plantas apenas negativamente10.

A exposição das plantas a condições ambientais desfavoráveis, inclusive em concentrações mais elevadas de metais pesados, pode causar um aumento na produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), como oxigênio singlete [(1) O2], superóxido [(O2)−.) ], peróxido de hidrogênio (H2O2) e radical hidroxila (OH.). As ERO modificam proteínas, danificam o DNA e causam oxidação radicalar de ácidos graxos insaturados ou outros lipídios cujo produto é o MDA. O processo de desintoxicação de ERO nas plantas é essencial para a proteção das células vegetais e, portanto, parece que as plantas hiperacumuladoras de metais deveriam ter mecanismos de defesa antioxidante e desintoxicante extremamente eficientes, permitindo o crescimento e o desenvolvimento em um ambiente poluído11. As respostas das plantas e a tolerância ao estresse por metais pesados ​​dependem de antioxidantes enzimáticos que compreendem ascorbato peroxidase (APOX), catalase (CAT) e o produto final da peroxidação de ácidos graxos poliinsaturados - malondialdeído (MDA). Essas proteínas participam da desintoxicação das EROs nas plantas12 e estão presentes em praticamente todos os compartimentos subcelulares. Normalmente, uma organela possui mais de uma enzima capaz de eliminar um único ROS13. Como resultado do estresse oxidativo, os processos fotossintéticos são perturbados, desde o transporte de elétrons até a ligação do carbono. A limitação de qualquer um desses processos dentro do aparelho fotossintético reduz a capacidade da membrana do cloroplasto de absorver energia luminosa, aumentando a capacidade de formar radicais oxidativos no cloroplasto e, como consequência, limita a produtividade da fotossíntese14.