Respostas morfofisiológicas de plantas de Acacia magium Willd. e Mimosa caesalpiniaefolia Benth., inoculadas com rizóbio e micorriza arbuscular, sob efeito de arsênio

Abstract

Embora o As possa ser encontrado naturalmente no solo e em rochas, atividades humanas, como a mineração e o uso indiscriminado de agrotóxicos, podem levar ao aumento da concentração de As na superfície. A fitorremediação pode ser uma alternativa para descontaminar solos com elevadas concentrações de As, contudo, sua eficácia depende do estabelecimento, sobre o substrato, de plantas com alta capacidade de absorção do elemento. As leguminosas Acacia mangium Willd. e a Mimosa caesalpiniaefolia Benth., por sua rusticidade e rápido crescimento, possuem grande potencial para fitorremediação, que pode ser melhor aproveitado com o uso de bactérias fixadoras de nitrogênio (rizóbio) e fungos micorrízicos arbusculares (FMAs). Além do crescimento, respostas morfofiosiológicas à toxidez de As podem auxiliar na identificação de espécies tolerantes. Destarte, o objetivo deste estudo foi avaliar as respostas morfofisiológicas de plantas de A. mangium e M. caesalpiniaefolia, inoculadas com rizóbio e micorriza arbuscular, sob efeito de As. O experimento foi conduzido em casa-de-vegetação, utilizando-se vasos com 2,5 kg de um substrato esterilizado por autoclavegem composto de três partes de um Latossolo Vermelho distrófico e uma parte de areia lavada (v/v) forrados com sacos plásticos. Devido à sua elevada acidez e baixíssimo teor de P, o substrato recebeu calagem (30 dias antes da semeadura) e 0,30 g kg-1 CaHPO4 (nove dias antes da semeadura). O experimento foi montado em esquema fatorial 2 x 2 x 2 x 5 completo, com quatro blocos, sendo duas espécies de plantas, dois tratamentos com rizóbio (sem rizóbio e com rizóbio), dois tratamentos com FMAs (sem FMA e com FMA) e cinco doses de arsênio (0, 50, 100, 200 e 400 mg kg-1). As estirpes de rizóbio foram adquiridas do CNPAB/Embrapa e inoculadas por imersão da imersão das sementes em água contendo o inoculante. Os FMAs foram extraídos de solo de mata nativa e inoculados por pipetagem de suspensão (±400 esporos por vaso). O As foi fornecido na forma de solução de As2O3 com KOH e peróxido de hidrogênio. Aos 90 dias de cultivo, não sendo detetados indícios de nodulação, descartou-se o tratamento com rizóbio e sem micorriza. No mesmo momento, o tratamento rizóbio + micorriza foi coletado para confecção de lâminas com cortes de fragmentos das raízes para avaliação da anatomia radicular. Aos 120 dias de cultivo as plantas restantes foram coletadas, fotografadas e avaliadas quanto ao comprimento de raiz, parte aérea e total. Em seguida, foram secas em estufa para avaliação da matéria seca de raiz, de parte aérea e total, e moídas para avaliação dos teores de P, S e As na raiz e na parte aérea. As trocas gasosas foram avalidas por IRGA uma semana antes da coleta do experimento, somente nas plantas de A. mangium. O índice SPAD foi avaliado em ambas as espécies no dia da coleta. Os dados foram submetidos à ANOVA e a análise de regressão. Foram observados danos morfofisiológicos às plantas de A. mangium e M. caesalpiniaefolia, como morte do meristema apical e de primórdios de raízes; mudanças no desenvolvimento das células do sistema vascular; redução do teor de clorofila, evidenciada pelo aparecimento de clorose (em M. caesalpiniaefolia) e redução do índice SPAD (em ambas as espécies); e redução de crescimento. Na A. mangium, também foi observada redução da taxa fotossintética e da eficiência instantânea do uso da água. De maneira geral, foi observado que, quanto maior a dose de As, menor o teor de P na raiz e na parte aérea e maior o teor de S na raiz. Os teores elevados de As nas raízes de ambas as espécies indicam que elas podem ser eficazes no processo de fitoestabilização de áreas contaminadas com As. Os FMAs reduziram a absorção e o acúmulo de As pelas plantas de ambas as espécies, o que poderia aliviar a toxicidade do elemento, permitindo maior crescimento. Estudos de longa duração são necessários para verificar essa hipótese.

Although As can be naturally found in soil and rocks, human activities likem mining and the indiscriminate use of pesticides can lead to increased concentration of this metalloid on surface. Phytoremediation may be an alternative to decontaminate soils with high concentrations of As, however, its effectiveness depends on the establishment of plants with high As-absorption capacity on the substrate. Due to their hardiness and fast growth, the leguminous species Acacia mangium Willd. and Mimosa caesalpiniaefolia Benth., have great potential for phytoremediation, which can be best availed with the use of nitrogen-fixing bacteria (rhizobia) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). Apart from growth, morphophysiological responses may help identifying tolerant species. Thus, the aim of this study was to evaluate the morphophysiological responses of plants of A. mangium and M. caesalpiniaefolia inoculated with rhizobia and arbuscular mycorrhiza under effect of arsenic. The experiment was carried out in a greenhouse, using pots with 2.5 kg of a steamed substrate composed of three parts of an Oxisol and one part of sand (v/v) lined with plastic bags. Due to its high acidity and very low P content, the substrate received lime (30 days before sowing) and 0,30 g kg-1CaHPO4 (nine days before sowing). The experiment was arranged in a 2 x 2 x 2 x 5 complete factorial with four blocks, being two plant species, two treatments with rhizobia (with and without rhizobia), two treatments with AMF (with and without AMF) and five arsenic rates (0, 50, 100, 200 and 400 mg kg-1). The rhizobia strains were acquired from CNPAB/Embrapa and inoculated by the immersion of the seeds in water containing the inoculant. The AMF were extracted from native forest soil and inoculated by suspension pipetting (± 400 spores per pot). The As was provided in the form of asolution of As2O3, KOH and hydrogen peroxide. After 90 days of breeding, since no signs of nodulation were detected, the treatment with rhizobium and without mycorrhiza was discarded. At the same time, the mycorrhizae + rhizobia treatment was collected for preparation of slides with fragments of the roots for the evaluation of the root anatomy. After 120 days of breeding the remaining plants were collected, photographed and evaluated for root, shoot and total lengths. They were then dried in an oven for evaluation of root, shoot and total dry matter, and ground to assess the levels of P, S and As in the root and shoot. Gaseous exchanges were measured by IRGA one week before the collection of the experiment only in plants of A. mangium. The SPAD index was evaluated in both species on the collection day. Data were submitted to ANOVA and regression analysis. Morphophysiological damages were observed on plants of A. mangium and M. caesalpiniaefolia, such as death of the apical meristem and primordia of roots; changes in the development of the vascular system cells; reduction in chlorophyll content, as evidenced by the appearance of chlorosis (on M. caesalpiniaefolia) and reduction of the SPAD index (of both species); and reduced growth. In A. mangium, a decrease in photosynthetic rate and instantaneous water use efficiency was also observed. Overall, it was observed that the higher the As rate, the lower the P content in root and shoot and the higher the S content in the root. The high levels of As in the roots of both species indicate that they may be effective in phytostabilization of As-contaminated areas. The AMF reduced the absorption and accumulation of As in both species. This could alleviate As toxicity, allowing further growth. Long-term studies are needed to verify this hypothesis.