Caracterização morfométrica e efeitos ecotoxicológicos do chumbo na germinação de sementes de Schinus terebinthifolius Raddi

Morphometric characterization and ecotoxicological effect of lead in seed germination of Schinus terebinthifolius Raddi

RESUMO:

Schinus terebinthifolius Raddi é uma árvore perenifólia, encontrada em diversos biomas brasileiros e utilizada no reflorestamento de áreas degradadas que podem estar contaminadas por metais pesados. Esta pesquisa determinou as características morfométricas e avaliou os efeitos ecotoxicológicos do chumbo (Pb) no desenvolvimento germinativo da aroeira pimenteira (S. terebinthifolius). Foram determinadas a umidade (%) e 12 medidas morfométricas das sementes (n = 230), a saber: peso de 1.000 sementes, comprimento, largura, espessura, alongamento em 3 dimensões (comprimento, largura e espessura), diâmetro médio geométrico, área superficial, volume, esfericidade e densidade volumétrica. Os efeitos ecotoxicológicos do Pb foram avaliados em 8 diferentes concentrações (0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 2,0; 4,0 e 6,0 mM) em triplicatas com 40 sementes por replicata. As variáveis resposta foram: volume da semente durante o desenvolvimento germinativo, porcentagem de germinação e velocidade de germinação. O Pb presente em baixas concentrações causa efeitos tóxicos que afetam o percentual (0,2 mM) e a velocidade de germinação (0,4 mM). Apesar desses efeitos, eles não se elevaram quando a S. terebinthifolius foi exposta a concentrações maiores de Pb. Assim, é provável que a S. terebinthifolius tenha tolerância ou adaptação fisiológica ao Pb. Entretanto, em ambientes contaminados por esse metal, o seu estabelecimento inicial pode ser comprometido ou impossibilitado devido a esse estresse químico.

PALAVRAS-CHAVE:
biometria; contaminação; metal pesado

ABSTRACT:

Schinus terebinthifolius Raddi is an evergreen tree found in several Brazilian biomes and used in the reforestation of degraded areas that may be contaminated by heavy metals. This research determined the morphometric characteristics and evaluated the ecotoxicological effects of lead (Pb) in the germinal development of pepper mastic (S. terebinthifolius). The moisture (%) and 12 morphometric measurements of seeds (n = 230) were determined: 1,000 seed weight, length, width, thickness, elongation in three dimensions (length, width and thickness), geometric mean diameter, surface area, volume, sphericity and bulk density. Ecotoxicological effects of lead on the germination of seed development were evaluated in eight different concentrations (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 2.0, 4.0 and 6.0 mM) in triplicate with 40 seeds per replicate. The response variables were: volume of seed germination during development, germination percentage, mean germination time and germination speed index. Pb present in low concentrations causes toxic effects that affect the percentage (0.2 mM) and germination speed index (0.4 mM). Despite these effects, they did not increase when the S. terebinthifolius was exposed to higher concentrations of Pb. Thus, it is likely that S. terebinthifolius have tolerance or physiological adaptation to Pb. However, in Pb contaminated environments, its initial establishment may be compromised or made impossible, due to this chemical stress.

KEYWORDS:
biometrics; contamination; heavy metal

INTRODUÇÃO

S. terebinthifolius Raddi pertence à família Anacardiaceae, conhecida como pimenta brasileira, e apresenta ampla distribuição geográfica por todo o mundo (GOMES et al., 2013a3). É uma árvore de tamanho médio (SANTANA et al., 2012), com folhas compostas por folíolos lanceolados e pontiagudos, numerosas flores, pequenas e brancas ou amarelo-esverdeadas, e seu fruto é drupa vermelha e lustrosa (OLIVEIRA JUNIOR et al., 2013).

É uma planta utilizada em recuperação de áreas degradadas e ciliares, devido a possuir caráter de espécie pioneira e agressiva, sendo dispersa por zoocoria (MORAIS et al., 2012). Todavia, o plantio de mudas é o mais difundido método para recuperação de áreas degradadas, sendo mais recomendado o uso tanto de espécies pioneiras quanto espécies clímax (GOMES et al., 2013b).

S. terebinthifolius possui diversas utilidades, tanto madeireiras quanto energéticas e medicinais, pois é uma espécie que pode ser utilizada como fonte principal de extrativismo para uso dos frutos e sementes na forma de pimenta rosa (GOMES et al., 2013b).

A germinação envolve processos iniciais do desenvolvimento da planta (SILVA et al., 2014) e a caracterização biométrica para avaliar os caracteres morfológicos da planta é importante para a uniformização de emergência das plântulas, promovendo a obtenção de mudas de melhor vigor (SILVA et al., 2017a).

Estudos sobre a germinação de sementes são fundamentais para ampliar os conhecimentos sobre a influência dos fatores ambientais no desenvolvimento morfofisiológico do embrião e da plântula (GORDIN et al., 2012).

O chumbo (Pb) é considerado, na lista da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, como um dos metais pesados mais ameaçadores (ATSDR, 2008), sendo potencialmente tóxico, provocando danos ao desenvolvimento das plantas (SILVA et al. 2015) e com tendência a se acumular no solo.

As plantas cultivadas em ambientes com concentração desse metal podem ter o seu crescimento e desenvolvimento radicular afetado, o qual possibilita a avaliação do grau de tolerância ou sensibilidade do Pb por diferentes espécies (SOUZA et al., 2011). Os efeitos tóxicos do Pb podem ser observados no crescimento das mudas, na inibição da germinação, na redução do crescimento das raízes, na redução da produção de biomassa vegetal, bem como nas alterações no metabolismo da planta (MISHRA; CHOUDHURI, 1998; SHARMA; DUBEY, 2005; BORGES et al., 2016).

A técnica de fitorremediação tem sido indicada como uma maneira de restaurar locais contaminados por metais pesados, utilizando espécies de plantas tolerantes para a remoção desses poluentes do solo (RIBEIRO et al., 2015). Para que essa técnica seja possível, é preciso identificar plantas hiperacumuladoras, necessitando de mais estudos fisiológicos e morfológicos (PEREIRA, 2010).

Em geral, as espécies vegetais que toleram a exposição a concentrações significativas de metais possuem poucos efeitos inibitórios em seu desenvolvimento germinativo e crescimento inicial. A S. terebinthifolius Raddi utilizada em uma determinada área poluída com altas concentrações de Pb pode ter limitações para estabelecimento de suas gerações futuras, que serão desenvolvidas naturalmente pela dispersão e germinação de suas sementes no solo degradado.

O objetivo desta pesquisa foi avaliar as características morfométricas e os efeitos ecotoxicológicos do Pb no desenvolvimento germinativo da aroeira pimenteira (S. terebinthifolius).

MATERIAL E MÉTODOS

As sementes de S. terebinthifolius Raddi, provenientes da colheita de 2012, foram adquiridas no Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais (IPEF, Piracicaba, São Paulo).

O peso de mil sementes foi determinado a partir da contagem de oito subamostras de cem sementes selecionadas ao acaso, expresso em gramas (g), conforme BRASIL, (2009). A umidade (%) foi determinada pelo método da estufa a 105 ± 3ºC por 24 horas (BRASIL, 2009), com 2 repetições de sementes inteiras, em que os percentuais de umidade foram calculados em base seca.

As medidas de comprimento, largura e espessura das sementes (n = 230) foram aferidas com o auxílio de um paquímetro digital (0,01 mm). O diâmetro médio geométrico (DMG) foi calculado segundo SAHAY; SINGH (2004). Enquanto o alongamento das sementes em três orientações (comprimento, largura e espessura) foi determinado segundo método de FIRATLIGIL-DURMUS et al. (2010). O DMG e o alongamento foram expressos em milímetros (mm).

As medidas de área superficial (em mm²) e volume (em mm³) das sementes foram determinadas segundo equações de MCCABE et al. (1993). A esfericidade (em %) foi calculada utilizando os valores do DMG e do comprimento das sementes, segundo método proposto por MOHSENIN (1983).

A densidade volumétrica foi quantificada pela relação massa/volume, pela média das massas (10 repetições) de sementes necessárias para preencher um volume de 25 mL. Os resultados foram convertidos e expressos em kg.m^-3.

No teste de germinação, as sementes foram previamente desinfetadas em solução de hipoclorito de sódio (NaClO 2,5%) por 10 minutos. Foram utilizadas 200 sementes, com 4 repetições de 50 sementes semeadas em placas de Petri com camada dupla de papel de germinação esterilizado e umedecido com 11 mL de água destilada.

O teste de embebição foi realizado simultaneamente ao teste de germinação, pela quantificação diária, durante 16 dias, da variação das medidas de comprimento, largura, espessura e massa das sementes semeadas. O resultado desse teste foi analisado a partir da variação do volume das sementes e da quantificação indireta do volume de água consumida.

Para a avaliação dos efeitos ecotoxicológicos do Pb no desenvolvimento germinativo de sementes de S. terebinthifolius, as sementes foram imersas, por 30 minutos, em 20 mL das respectivas concentrações experimentais de Pb. As sementes foram semeadas em placas de Petri (150 mm de diâmetro) para germinação em camada dupla de papel de germinação.

O papel de semeadura foi embebido em solução em 8 concentrações (0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 2,0; 4,0 e 6,0 mM) em triplicatas com 40 sementes em cada replicata. O pH das soluções e da água destilada utilizada no experimento controle foi de cerca de 6,0. A placa de Petri contendo apenas água deionizada para embebição do papel foi usada para controle da variância.

O teste de embebição foi repetitivo para os experimentos, para verificar possíveis efeitos no aumento do volume das sementes no período que precede a emergência da radícula.

A porcentagem de germinação e o índice de velocidade de germinação (IVG) foram quantificados segundo MAGUIRE (1962). As alterações dos parâmetros morfológicos (comprimento, largura, espessura e medidas de partes aéreas e da raiz das plântulas) e de volume de água de crescimento foram observadas diariamente durante todo o período do experimento (30 dias).

Os estudos laboratoriais foram conduzidos sob condições controladas, em que todas as placas com as sementes foram mantidas na temperatura de 30 ± 2ºC e com fotoperíodo de 16 horas de luz e 8 horas de escuro.

As análises estatísticas dos resultados das medidas foram realizadas no software estatístico SPSS 20.0. Quando necessário, os dados foram transformados em arc sen[(x+0,5)/100]^0,5 para garantir a sua homocedasticidade, que foram avaliados por meio da análise de variância (ANOVA) seguida do teste de Tukey para determinar significância estatística da diferença entre as variâncias. A análise do crescimento das partes da plântula, ao longo do tempo, foi realizada por meio do modelo de regressão linear polinomial. Para todas as análises estatísticas, foi considerado o nível de significância com p < 0,05.

RESULTADOS

Os valores médios das diversas medidas morfométricas das sementes de S. terebinthifolius estão descritos na Tabela 1. Observou-se baixa variância na maioria das medidas, indicando homogeneidade da amostra quanto aos seus aspectos morfométricos. As sementes apresentaram peso médio de 1.000 sementes de 30,90 g; 6,13% de umidade (em base seca); e densidade volumétrica média de 1,73 ± 0,14 (g.cm^-3). Suas medidas dimensionais (comprimento, largura e espessura) apresentaram maiores valores (em mm) para o comprimento (4,22 ± 0,24) e a largura (3,55 ± 0,25), o que confere menor alongamento na orientação do comprimento (Ec = 1,19 ± 0,09) e alta esfericidade (74,33%).

Tabela 1:
Valores morfométricos, percentual de germinação e velocidade de germinação das sementes de Schinus terebinthifolius (n = 230).

Parâmetro	Média ± DP	Mín - Máx	CV (%)
Peso de 1.000 sementes (g)	30,90 ± 3,09	24,91 - 36,92	10,02
Umidade (%, em base seca)	6,13 ± 0,23	5,87 - 6,32	3,82
Densidade (g cm-3)	1,73 ± 0,14	1,71 - 1,75	0,80
Comprimento (mm)	4,22 ± 0,24	3,62 - 4,72	5,58
Largura (mm)	3,55 ± 0,25	2,98 - 4,16	7,11
Espessura (mm)	2,06 ± 0,18	1,61 - 2,50	8,89
DMG (mm)	3,13 ± 0,16	2,82 - 3,43	5,02
E - Vertical (mm)	1,73 ± 0,19	1,36 - 2,30	10,98
E - Comprimento (mm)	1,19 ± 0,09	1,01 - 1,40	7,19
E - Espessura (mm)	2,06 ± 0,21	1,63 - 2,67	10,12
Área superficial (mm²)	30,90 ± 3,09	24,91 - 36,92	10,00
Volume (mm³)	16,21 ± 2,42	11,69 - 21,10	14,94
Esfericidade	74,30 ± 3,33	65,18 - 81,69	4,48
Germinação (%)	39,78 ± 10,34	29,32 - 49,92	26,00
IVG	0,45 ± 0,12	0,31 - 0,56	15,46

• DP: desvio padrão; CV: coeficiente de variação; DMG: diâmetro médio geométrico; E: alongamento; IVG: índice de velocidade de germinação.

Os histogramas de frequência para as medidas (em mm) de comprimento, largura e espessura das sementes (Fig. 1) demonstram que a maior parte das sementes de S. terebinthifolius apresentou faixa de comprimento entre 4,04 e 4,31 mm. Para a largura e a espessura, as faixas de medidas mais frequentes foram 3,28-3,72 e 1,97-2,20 mm, respectivamente.

Figura 1:
Histogramas das frequências do comprimento, largura e espessura (em mm) das sementes de Schinus terebinthifolius (n = 230).

Os resultados do teste de embebição estão descritos na Fig. 2. Houve elevado aumento do volume das sementes no período anterior à sua germinação (entre o primeiro e o quinto dia), a partir do sexto dia (dia de emergência da radícula: germinação) se observou redução gradual do volume das sementes. A correlação entre a variação volumétrica e os dias de desenvolvimento germinativo é melhor explicada pelo modelo de regressão polinomial, apresentando valor de R² = 0,858.

Figura 2:
Teste de embebição e volume das sementes de Schinus terebinthifolius durante o seu desenvolvimento germinativo.

O consumo de água diário foi melhor interpretado por meio do modelo linear de regressão (y = 0,5148x - 0,3782; R² = 0,984), apresentando consumo médio diário de 12,87 µL de água por semente.

No caso da germinação da S. terebinthifolius, a preocupação com o consumo de água durante o processo germinativo é maior devido às sementes necessitarem de 10 a 30 dias para que se processe a emergência da radícula e o desenvolvimento da plântula.

A avaliação do efeito no volume das sementes da S. ­terebinthifolius durante o desenvolvimento germinativo está descrita na Fig. 3. Não houve variação significativa (p < 0,001) do volume das sementes entre as diferentes concentrações e o tratamento controle.

Figura 3:
Avaliação do efeito do chumbo no volume das sementes de Schinus terebinthifolius durante o desenvolvimento germinativo.

O Pb interferiu significativamente no percentual de germinação (G%) a partir de 0,2 mM, entretanto, o G% não apresentou correlação significativa com o aumento da concentração de Pb (Fig. 4). O potencial inibitório variou entre 30,9% (6,0 mM) e 61,1% (0,6 mM) em relação ao controle.

Figura 4:
Percentual de germinação e potencial inibitório do chumbo em sementes de Schinus terebinthifolius.

Os resultados do IVG reportaram que concentração de Pb influencia na redução da velocidade de germinação da S. ­terebinthifolius a partir de 0,4 mM (Fig. 5), com valor de IVG (0,26) cerca de 42,2% menor que o controle (0,45). A sua inibição máxima foi de 1,0 mM, com IVG igual a 0,14 e inibição de cerca de 68,9%.

Figura 5:
Índice de velocidade de germinação do chumbo em sementes de Schinus terebinthifolius.

DISCUSSÃO

As análises morfométricas são importantes para verificar possíveis variações fenotípicas em indivíduos de mesma espécie. Assim, as variações morfométricas podem estar relacionadas aos fatores genéticos, e esse aspecto é importante para estudos de melhoramento genético da espécie (SILVA et al., 2017b).

Os estudos sobre as espécies florestais utilizadas em recomposição florestal, de uma maneira geral, são escassos (NASCIMENTO et al., 2012) e a análise morfométrica para o S. terebinthifolius tem sido pouco reportada na literatura.

SOUZA et al. (2013), avaliando a morfometria e a viabilidade de sementes de S. terebinthifolius em três diferentes regiões (Brejo Grande; Neópolis e Propriá) da região do Baixo São Francisco Sergipano, encontraram as seguintes faixas de medidas morfométricas: comprimento (3,33-4,02 mm); largura (2,89-3,37 mm); e espessura (1,58-2,07 mm).

A umidade das sementes de S. terebinthifolius reportada na literatura tem grande faixa de variação: 11,9 a 13,2% (PACHECO et al., 2011) e de 11,59 a 33,26% (SOUZA et al., 2013).

O percentual de germinação do experimento controle foi similar aos percentuais germinativos reportados por SOUZA et al. (2013) e PACHECO et al. (2011), que apresentaram valores percentuais muito variados para a germinação, encontrando, respectivamente, faixas de 4,0-83,0% e 38-74%.

A S. terebinthifolius reduziu o seu G% para outro metal pesado tóxico (cádmio) somente a 0,6 mM, mas apresentou tendência similar de manter constante o G%, mesmo aumentando as concentrações do metal (SILVA et al., 2017a).

Foi observada maior variabilidade para os valores de IVG entre as pesquisas com a espécie de S. terebinthifolius. Os valores aqui reportados (0,14-0,45) são similares aos de SOUZA et al. (2013), que encontraram IVG variando de 0,00 a 0,98. O IVG encontrado por PACHECO et al. (2011) para a mesma espécie foi bem mais elevado (2,5-4,63).

A contaminação ambiental por metais pesados pode tornar os solos com altas concentrações desses poluentes. As plantas que crescem nesses solos metalíferos podem apresentar modificações morfofisiológicas e anatômicas, mas os efeitos tóxicos do metal na planta dependem de sua tolerância para cada elemento químico (PORTO, 1986).

Os resultados aqui encontrados reportam que o Pb não interferiu no volume da semente de S. terebinthifolius durante os dias que antecederam a emergência da radícula.

A S. terebinthifolius teve seu desenvolvimento germinativo afetado pelo Pb, mas mostrou-se tolerante a condições de estresse químico provocado pela maior concentração de Pb. Esse comportamento foi também reportado por PEREIRA et al. (2013b) para a espécie S. molle.

A reidratação das sementes por meio da pré-embebição em água tem a função de prepará-las para a semeadura, de maneira que intensifica as atividades metabólicas, desencadeando o crescimento do eixo embrionário; além disso, o processo de germinação se inicia e se acelera à medida que as sementes são postas para embeber em água (SANTOS, 2007).

Apesar do Pb interferir no percentual germinativo e no IVG de S. terebinthifolius já na concentração 0,2 mM e 0,4 mM, respectivamente, resultados similares na redução do G% foram reportados por PEREIRA et al. (2013b) na germinação de sementes de S. molle submetidas às concentrações de 0,5 a 5,0 mM de Pb, provocando a redução do G% a partir de 0,5 mM de Pb e a redução significativa do crescimento das partes aéreas e das raízes das plântulas.

O Pb é absorvido pelas raízes, provocando diversas alterações morfológicas, fisiológicas e bioquímicas, tais como: inibição da germinação de sementes (RIBEIRO et al., 2015), redução do crescimento das raízes ou de toda a planta, clorose foliar, modificações nas atividades enzimáticas e na fotossíntese (PEREIRA et al., 2013a). Além disso, ele pode provocar mudanças na permeabilidade e na composição da membrana celular e alterações em atividades enzimáticas (WÓJCIK; TUKIENDORF, 2014).

CONCLUSÃO

Os efeitos tóxicos do Pb sobre as sementes e as plântulas de S. terebinthifolius foram observados a partir da concentração de 0,2 mM de Pb, com a inibição do desenvolvimento germinativo; e aquelas expostas a 0,4 mM de Pb têm sua velocidade germinativa também reduzida significativamente. Entretanto, esses efeitos não foram elevados quando a S. terebinthifolius foi exposta a concentrações maiores de Pb.

AGRADECIMENTOS

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio para desenvolver este trabalho de pesquisa.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  2017

Histórico

• Recebido
  03 Abr 2016
• Aceito
  11 Out 2017