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Ciência Rural

versão impressa ISSN 0103-8478versão On-line ISSN 1678-4596

Cienc. Rural v.31 n.6 Santa Maria dez. 2001

http://dx.doi.org/10.1590/S0103-84782001000600008 

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 CrO42- pode ocorrer pelo mesmo sistema de transporte do SO42- (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

 

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1 Engenheiro Agrônomo, Doutor, Professor Adjunto, Departamento de Solos, Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel (FAEM), Universidade Federal de Pelotas (UFPel), 96001-970, Pelotas/RS. E-mail: danilodc@ufpel.tche.br. Autor para correspondência.

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.

Recebido para publicação em 02.10.00. Aprovado em 21.03.01

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