Adição de cromo hexavalente no crescimento, nodulação e absorção de nutrientes em soja

Hexavalent chromium effects on soybeans growth, nitrogen fixation and nutrients absorption

Resumos

Foram avaliados os efeitos de doses crescentes de Cr6+ sobre a produção de matéria seca, absorção de nutrientes e fixação biológica de nitrogênio em plantas de soja. Antes da semeadura, as sementes foram tratadas com inóculo turfoso contendo Bradyrhizobium japonicum. As plantas foram cultivadas durante 40 dias em vasos "Leonard" que continha areia na parte superior e solução nutritiva sem nitrogênio na parte inferior. Os tratamentos constaram das seguintes doses de Cr6+ (K2Cr2O7) na solução nutritiva: 0, 5, 10, 20 e 40mg<img src="http:/img/fbpe/cr/v31n6/a08img01.gif"> -1. Foi constatado que concentrações de Cr6+ maiores que 5mg<img src="http:/img/fbpe/cr/v31n6/a08img01.gif"> -1 diminuíram a produção de matéria seca da parte aérea e radicular da soja, o número e peso de nódulos secos de Bradyrhizobium, como também a fixação biológica de nitrogênio e a absorção de P, K, Ca e Mg. Teores de Cr na parte aérea de plantas de soja superiores a 3,4mg Kg-1 podem ser considerados fitotóxicos.

cromo hexavalente; soja; Bradyrhizobium japonicum; fixação simbiótica-N2

This study was carried out to evaluate the effect of hexavalent chromium on dry matter production, nutrient uptake and nitrogen fixation in soybeans (Glycine max ) The seeds were inoculated with comercial strains of Bradyrhizobium japonicum (SEMIA 587 and 5019) and the plants were grown in "Leonard Jars" containing washed sand in the upper portion and nutrient solution (without N) in the lower. Five Cr6+ concentrations were used: 0, 5, 10, 20 e 40mg<img src="http:/img/fbpe/cr/v31n6/a08img01.gif"> -1 in the nutrient solution. Concentrations of Cr6+ above 5mg<img src="http:/img/fbpe/cr/v31n6/a08img01.gif"> -1 decreased plants and nodules dry matter production, number of nodules, nitrogen fixation and P, K, Ca e Mg uptake. Chromium concentrations in soybean tops above 3,4mg kg-1 were considered phytotoxic.

Hexavalent chromium; soy bean; Bradyrhizobium japonicum; Symbiotic nitrogen fixation

ADIÇÃO DE CROMO HEXAVALENTE NO CRESCIMENTO, NODULAÇÃO E ABSORÇÃO DE NUTRIENTES EM SOJA

HEXAVALENT CHROMIUM EFFECTS ON SOYBEANS GROWTH, NITROGEN FIXATION AND NUTRIENTS ABSORPTION

Danilo Dufech Castilhos¹ Claudia das Neves Costa² Caio César Passianoto² Ana Claudia Rodrigues de Lima³ Claudia Liane Rodrigues de Lima³ Valberto Muller³

RESUMO

Foram avaliados os efeitos de doses crescentes de Cr⁶⁺ sobre a produção de matéria seca, absorção de nutrientes e fixação biológica de nitrogênio em plantas de soja. Antes da semeadura, as sementes foram tratadas com inóculo turfoso contendo Bradyrhizobium japonicum. As plantas foram cultivadas durante 40 dias em vasos "Leonard" que continha areia na parte superior e solução nutritiva sem nitrogênio na parte inferior. Os tratamentos constaram das seguintes doses de Cr⁶⁺ (K₂Cr₂O₇) na solução nutritiva: 0, 5, 10, 20 e 40mg^-1. Foi constatado que concentrações de Cr⁶⁺ maiores que 5mg^-1 diminuíram a produção de matéria seca da parte aérea e radicular da soja, o número e peso de nódulos secos de Bradyrhizobium, como também a fixação biológica de nitrogênio e a absorção de P, K, Ca e Mg. Teores de Cr na parte aérea de plantas de soja superiores a 3,4mg Kg^-1 podem ser considerados fitotóxicos.

Palavras-chave: cromo hexavalente, soja, Bradyrhizobium japonicum, fixação simbiótica-N₂.

SUMMARY

This study was carried out to evaluate the effect of hexavalent chromium on dry matter production, nutrient uptake and nitrogen fixation in soybeans (Glycine max ) The seeds were inoculated with comercial strains of Bradyrhizobium japonicum (SEMIA 587 and 5019) and the plants were grown in "Leonard Jars" containing washed sand in the upper portion and nutrient solution (without N) in the lower. Five Cr⁶⁺ concentrations were used: 0, 5, 10, 20 e 40mg^-1 in the nutrient solution. Concentrations of Cr⁶⁺ above 5mg^-1 decreased plants and nodules dry matter production, number of nodules, nitrogen fixation and P, K, Ca e Mg uptake. Chromium concentrations in soybean tops above 3,4mg kg^-1 were considered phytotoxic.

Key words: Hexavalent chromium, soy bean, Bradyrhizobium japonicum, Symbiotic nitrogen fixation .

INTRODUÇÃO

O cromo é um metal que ocorre no ecossistema como resultado da intemperização do material de origem dos solos e que pode ser introduzido através de deposições de resíduos de origem industrial como curtumes e siderurgia. A disposição no solo pode causar uma significante poluição de aqüiferos e do próprio solo quando os efluentes dessas indústrias são depositados ou utilizados na irrigação e/ou como insumo agrícola.

O cromo na forma trivalente (Cr³⁺) tem sido considerado um elemento estável no solo. Entretanto, alguns estudos com amostras de solo coletadas e mantidas com umidade natural indicam que o Cr³⁺ pode ser oxidado a Cr⁶⁺ (BARTLETT & JAMES, 1979; MILACIC & STUPAR, 1995). Esses autores atribuem essa oxidação à presença de manganês na forma oxidada (Mn⁴⁺), o qual atua como receptor de elétrons, havendo a transformação do Cr³⁺ para Cr⁶⁺, com permanência de vários meses.

Na natureza, o cromo ocorre tanto na forma trivalente como na forma hexavalente. Devido à sua maior solubilidade, o Cr⁶⁺ apresenta maior toxicidade do que o Cr³⁺. A presença de algumas dessas formas em quantidades prejudiciais para as plantas pode resultar em danos como clorose, redução de crescimento foliar e radicular e morte (MERTZ,1969). Devido ao alto poder de oxidação do Cr⁶⁺, danos à membrana de células das plantas e de microrganismos tem sido observada (HUNTER & VERGNANO, 1953; BARCELO et al., 1985; SHARMA et al., 1995). OGAWA et al. (1989) observaram que a presença de Cr⁶⁺ causou a inativação da enzima DNA polimerase e conseqüente decréscimo da divisão celular em Bacillus subtilis. Os efeitos tóxicos do Cr⁶⁺ nas plantas são causados por alterações no conteúdo de nutrientes essenciais e decréscimo da taxa de fotossíntese como conseqüência do fechamento de estômatos, alteração de cloroplastos e redução do espaço intercelular (VASQUES et al., 1987).

O presente trabalho teve por objetivos avaliar os efeitos de doses crescentes de Cr⁶⁺ sobre a produção de matéria seca, absorção de nutrientes e fixação simbiótica de nitrogênio em plantas de soja .

MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi conduzido no Laboratório de Microbiologia do Solo do Departamento de Solos da FAEM/UFPel. Para o cultivo da soja, foi utilizado areia pura, peneirada (< 2,0mm) e lavada com HCl 0,25Mol

^-1 e água destilada, acondicionada em vasos "Leonard" previamente esterilizados em autoclave por 30 minutos. A parte inferior do vaso recebeu 400m de solução nutritiva, específica para a cultura da soja, cuja composição é apresentada na tabela 1.

O nitrogênio foi suprimido da solução nutritiva para não causar interferência no processo de fixação biológica deste elemento. Antes da semeadura da soja as sementes foram peletizadas utilizando-se inóculo turfoso específico, açúcar como adesivo e calcário. O inóculo continha um mínimo de 10⁸ cél. g^-1 de Bradyrizobium japonicum composto de um consórcio das estirpes "SEMIA" 587 e "SEMIA" 5019 selecionadas pelo Serviço de Microbiologia da FEPAGRO /RS. Em cada vaso foram plantadas 6 sementes de soja da variedade "Embrapa 48". Após 7 dias da emergência foi feito o desbaste para 3 plantas por vaso.

Foram utilizadas 5 doses de Cr⁶⁺ adicionado à solução nutritiva na forma de K₂Cr₂O₇. As doses foram de 0, 5, 10, 20 e 40mg de Cr⁶⁺

^-1, com 3 repetições, sendo os vasos dispostos em um delineamento completamente casualizado. A solução nutritiva bem como os tratamentos de Cr⁶⁺ foram repostos a cada 4 dias de cultivo para que fossem mantidas as concentrações de nutrientes da tabela 1 e do Cr⁶⁺. Após 40 dias da emergência, as plantas foram colhidas separando-se a parte aérea do sistema radicular. Após a lavagem das raízes os nódulos foram destacados, coletados e secos em estufa (65⁰C) durante 72h, juntamente com a parte vegetal.

O número de nódulos foi determinado logo após a coleta. Após a secagem foi determinado o peso seco da parte aérea, do sistema radicular e dos nódulos das plantas. Na parte aérea determinaram-se os teores de N, P, K, Ca e Mg conforme metodologia descrita em TEDESCO et al. (1995). Os teores de Cr foram determinados em espectrofotômetro de absorção atômica equipado com forno de grafite. Com base no peso seco das plantas e na concentração de nutrientes calculou-se a quantidade de cada elemento absorvida por planta. Os dados foram estudados pela análise da variância, comparação de médias pelo teste Tukey (5%) e regressão polinomial com utilização do programa "Sistema de Análises Estatísticas e Genéticas" (SAEG 6.0), da Universidade Federal de Viçosa.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Aos 14 dias após a emergência das plantas, foram observados sintomas de clorose e podridão apical nas plantas cultivadas nos tratamentos contendo 10, 20 e 40mg Cr⁶⁺

^-1. Na dose 40mg de Cr⁶⁺

^-1, ocorreu a morte das plantas aos 19 dias de cultivo. Esta tolerância da soja a pequenas concentrações de Cr⁶⁺ também foi observada em cultivos hidropônicos com feijão (BONET et al.,1991) e trigo (SHARMA et al., 1995). A redução no crescimento foliar, pela presença de cromo, somente foi observada em concentrações superiores a 13mg de Cr⁶⁺

^-1. No presente trabalho, a produção de matéria seca da parte aérea e das raízes de soja bem como o número e o peso seco dos nódulos não foram afetados pela presença de 5mg de Cr⁶⁺

^-1 na solução nutritiva, cujos valores foram estatisticamente semelhantes aos obtidos com a ausência de Cr⁶⁺ (Tabela 2).

Alguns mecanismos microbianos de tolerância ao Cr⁶⁺ têm sido estudados, como a bioacumulação de metais na forma aniônica em quantidades de até 2% do peso celular. A acumulação intracelular de CrO₄^2- pode ocorrer pelo mesmo sistema de transporte do SO₄^2- (ROSSI, 1990). A adaptação microbiana ao Cr⁶⁺ através da sua redução para Cr³⁺,forma considerada de baixa toxicidade, foi também observada em isolados de amostras de solo (WANG & XIAO, 1995), água ( LULI et al., 1983), sedimentos (DE LEO & EHRLICH, 1994) e lodo de esgoto (WANG et al., 1989). A redução biológica pode ocorrer em nível radicular, pela ação da enzima cromato redutase, sendo o íon cromato (Cr⁶⁺) receptor de elétrons oriundos de substratos como a glicose (LOVLEY, 1993), comum em raízes de plantas como a soja, comumente associada a microrganismos diazotróficos.

A redução do número de nódulos nas raízes de soja com o aumento das doses de Cr⁶⁺ indica o efeito tóxico deste metal sobre os microrganismos, principalmente a bactéria do gênero Bradyrhizobium responsável pela fixação do N₂. Tem sido observado que quantidades excessivas de Cr⁶⁺ provocam menor divisão celular, aumento do tempo de geração e inibição da síntese de DNA, devido à inativação da enzima DNA polimerase (OGAWA, 1989).

O aumento da concentração de Cr⁶⁺ na solução nutritiva provocou um aumento nos teores desse metal no tecido da soja (Tabela 3 ); o aumento nos teores dos macronutrientes N, P, K, Ca e Mg no tecido podem ser devidos ao efeito de concentração, à medida que a produção de matéria seca foi reduzida pela presença do cromo.

A análise de regressão entre as concentrações de Cr⁶⁺ na solução nutritiva e os teores de cromo no tecido foliar da soja mostrou um coeficiente r²=0,98, significativo ao nível de 1%, o que demonstra a alta relação entre a absorção deste metal e a sua disponibilidade. A toxicidade do Cr⁶⁺ para as plantas varia conforme a capacidade de tolerância das diversas espécies. CHANG et al. (1992) verificaram que teores no tecido acima de 5,9mg kg^-1 causaram 50% de retardamento no crescimento de plantas de milho. LOSI et al. (1994) afirmam que efeitos tóxicos para a maioria das plantas são comuns quando a concentração nas folhas é superior a 18mg kg^-1. No presente trabalho foi observado uma redução de 49% na produção de matéria seca total das plantas de soja no tratamento com adição de 10mg de Cr⁶⁺ na solução, sendo a concentração de Cr⁶⁺ no tecido das plantas igual a 14,5mg kg^-1.

A menor fixação biológica de nitrogênio e absorção dos macronutrientes pela presença do Cr⁶⁺ provocou significativa redução das quantidades de N, P, K, Ca e Mg e aumento de cromo, absorvidos pelas plantas de soja, principalmente nas dosagens superiores a 5,0mg de Cr⁶⁺

^-1 (Tabela 4).

BISHNOI et al.(1993) também observaram maiores danos ao sistema radicular e redução na absorção de nutrientes em plantas de ervilha cultivadas com doses crescentes de Cr⁶⁺.

CONCLUSÕES

A produção de matéria seca da parte aérea e radicular da soja, o número e peso de nódulos de Bradyrhizobium, , como também a fixação biológica de nitrogênio e a absorção de P, K, Ca e Mg decresceram em cultivos com concentrações de Cr⁶⁺ superiores a 5mg ^-1. Teores de Cr na parte aérea de plantas de soja maiores que 3,4mg kg^-1 podem ser considerados fitotóxicos.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Recebido para publicação em 02.10.00. Aprovado em 21.03.01

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²

Engenheiro Agrônomo, Pós-graduando em Ciência do Solo, FAEM, UFPel, bolsista CNPq.

³

Engenheiro Agrícola, Pós-graduando em Ciência do Solo, FAEM, UFPel, bolsista CNPq.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  03 Nov 2003
• Data do Fascículo
  Dez 2001

Histórico

• Aceito
  21 Mar 2001
• Recebido
  02 Out 2000