Tolerance of <i>Cordia americana</i> plants exposed to excess copper

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/1980509885568

Keywords:

Guajuvira, Metal toxicity, Morphophysiological variables, Oxidative stress, Phytoremediation

Abstract

Copper (Cu) is an essential micronutrient for plants; however, it contaminates air, water, and soil in high concentrations. Phytoremediation is an alternative to using plants that are tolerant to excess metals in the soil. The study aimed to assess the tolerance of Cordia americana species to excess Cu using morphological, physiological, and biochemical variables. The plants were grown in a greenhouse under five Cu concentrations (0 (complete nutrient solution), 15, 30, 45, and 60 μM) in the nutrient solution. Twenty trays (16 liters each) were used, with five plants per tray. The morphological variables of the shoot and root system, photosynthetic variables, chlorophyll a fluorescence, photosynthetic pigments, antioxidant enzyme activity, hydrogen peroxide content, and Cu content accumulated in the tissues were evaluated. Root morphology, photosynthetic variables, chlorophyll a fluorescence, and photosynthetic pigments were not negatively affected by adding Cu to the cultivation system. Biochemical analyses demonstrated that the species used defense techniques against excess Cu, accumulating the metal in its root system and preserving the shoot for photosynthesis. The growth in shoots and roots and biomass production were not affected by increasing Cu concentrations. Therefore, the Cordia americana species has the potential to be used in areas contaminated with Cu.

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Author Biographies

Luana da Rosa Lovato, Federal University of Santa Maria

Graduanda de Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Santa Maria. Atualmente participo como bolsista do Laboratório de Colheita Florestal (MECANIZA), voluntária em projetos dos laboratório de Análise e Mensuração Florestal (LAMF) e secretária executiva do Diretório Acadêmico do Curso de Engenharia Florestal. Anteriormente, fiz parte, como bolsista de projetos de Iniciação científica do Laboratório de Biotecnologia Vegetal do Departamento de Biologia da UFSM (01/05/2019 - 31/08/2023).

Marcos Vinícius Miranda Aguilar, Federal University of Santa Maria

Engenheiro Florestal graduado pelo Instituto Federal do Norte de Minas Gerais - IFNMG Campus Salinas (2014-2019). Mestre em Engenharia Florestal na Universidade Federal de Santa Maria (2019-2021). Atualmente é Doutorando no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal, junto ao Laboratório de Fisiologia Vegetal e Nutrição de Plantas.

Flaiane Catarine Rosa da Rosa, Federal University of Santa Maria

Graduanda do Curso de Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Santa Maria. Atuante de iniciação científica no Laboratório de Biotecnologia e Bioquímica de Plantas pelo departamento de Biologia da Universidade Federal de Santa Maria.

Thomas Wink Peixoto, Federal University of Santa Maria

Graduando do Curso de Ciências Bioógicas pela Universidade Federal de Santa Maria. Atuante de iniciação científica no Laboratório de Biotecnologia e Bioquímica de Plantas pelo departamento de Biologia da Universidade Federal de Santa Maria.

Gerâne Silva Wertonge, Federal University of Santa Maria

Possui graduação em Engenharia Florestal (conclusão em 2017), graduação no Programa Especial de Graduação de Formação de Professores Para A Educação (conclusão em 2020), Mestrado em Agrobiologia (conclusão em 2020), ambos pela Universidade Federal de Santa Maria. Atualmente é doutoranda no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal da UFSM e cursa Especialização em Pós-Graduação Lato Sensu em Gestão, Licenciamento e Auditoria Ambiental (UNOPAR).

Daniel Vinicios Valsoler, Federal University of Santa Maria

Graduando de Ciências Biológicas na UFSM (Universidade Federal de Santa Maria), bolsista de Iniciação Científica no laboratório de fisiologia vegetal.

Tais Dorneles de Azevedo, Federal University of Santa Maria

Graduanda de Ciências Biológicas na UFSM (Universidade Federal de Santa Maria), bolsista de Iniciação Científica no laboratório de fisiologia vegetal e em busca de novos aprendizados em diversas áreas.

Lucas Caye da Silva, Federal University of Santa Maria

Minha trajetória acadêmica se iniciou no ano de 2016 onde ingressei no curso Bacharelado em Meteorologia. Cursei o mesmo durante 5 semestres. Nesse período, participei como voluntário do laboratório de Agrometeorologia da UFSM, fiz parte por 2 anos do Diretório Acadêmico da Meteorologia como vice-presidente, além disso, fui bolsista do Programa de Educação Tutorial Ciências Sociais Aplicadas (PET CiSa). Atualmente sou Acadêmico do Curso de Engenharia Florestal, no qual ingressei no 2º Semestre de 2018.

Luciane Almeri Tabaldi, Federal University of Santa Maria

Possui graduação em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Santa Maria (2000), mestrado em Ciências Biológicas (Bioquímica Toxicológica) pela Universidade Federal de Santa Maria (2003) e doutorado em Agronomia pela Universidade Federal de Santa Maria (2008). Foi professora substituta do Departamento de Biologia, da Universidade Federal de Santa Maria durante os anos de 2003-2004 e 2006-2008, e Bolsista DCR CNPq/FUNDECT na Universidade Federal da Grande Dourados. Atualmente é professora associada 3 no Departamento de Biologia da Universidade Federal de Santa Maria.

References

AGUILAR, M. V. M.; KUINCHTNER, C. C.; WERTONGE, G. S.; BIRCK, T. P.; PEIXOTO, T. W.; KULMANN, M. S. S.; ARAUJO, M. M.; BRUNETTO, G.; TABALDI, L. A. Tolerance and sensitivity of Inga marginata and Allophylus edulis to copper excess. Trees, v. 37, n. 3, p. 781-796, 5 jan. 2023. Springer Science and Business Media LLC.

AGUILAR, M. V. M.; MATTOS, J. P. O.; WERTONGE, G. S.; ROSA, F. C. R.; LOVATO, L. R.; VALSOLER, D. V.; AZEVEDO, T. D.; NICOLOSO, F. T.; TABALDI, L. A. Silicon as an attenuator of the toxic effects of aluminum in Schinus terebinthifolius plants. Brazilian Journal of Biology, v. 83, p. 1-8, 10 jul. 2023. FapUNIFESP (SciELO)

AGUILAR, M.V.M.; SASSO, V. M.; TABALDI L. A. Handroanthus heptaphyllus as bioindicator of chromium-contaminated environments. South African Journal of Botany, v. 155, p. 34-44, abr. 2023.

AMBROSINI, V. G.; ROSAB, D. J.; MELO, G. W. B. de; ZALAMENA, J.; CELLA, C.; SIMÃO, D. G.; SILVA, L. S. da; SANTOS, H. P. dos; TOSELLI, M.; TIECHER, T. L.; BRUNETTO, G. High Copper content in Vineyard soils promotes modifications in photosynthetic parameters and morphological changes in the root system of ‘Red Niagra’ plantlets. Plant Physiology and Biochemistry, v.128, p. 89-98, jul. 2018.

AMBROSINI, V. G.; SORIANI, H. H.; ROSA, D. J.; TIECHER, T. L.; GIROTTO, E.; SIMÃO, D. G.; MELLO, G. W. B. de; ZALAMENA, J.; BRUNETTO, G. Impacto do excesso de cobre e zinco no solo sobre videiras e plantas de cobertura. In: MELLO, G. W. B. de; ZALAMENA, J.; BRUNETTO, G.; CERETTA, C. A. Calagem, adubação e contaminação em solos cultivados com videiras. Bento Gonçalves, RS: Embrapa uva e Vinho, p. 91-110, 2016.

AYRES, G. Diagnóstico da fertilidade do solo e níveis críticos de nutrientes em folhas de videiras ‘Bordô’ e ‘Moscato Branco’. Santa Maria: 2022.

BORGHI M., TOGNETTI, R., MONTEFORTI, G., SEBASTIANI, L. Responses of two poplar species (Populus alba and Populus x canadensis) to high copper concentrations. Environmental and Experimental Botany, v. 62, p. 290-299, abr. 2008.

CARVALHO, P. E. R. Espécies arbóreas brasileiras. 1. ed. Brasília, DF, 2003.

CARVALHO, P.E.R. Guajuvira - Patagonula americana: taxonomia e nomenclatura. 97. ed. Colombo: Embrapa, 2004. 10 p.

COVRE, W.P.; PEREIRA, W. V. da S.; GONÇALVES, D. A. M.; TEIXEIRA, O. M. M.; AMARANTE, C. B. do.; FERNANDES, A. R. Phytoremediation potential of Khaya ivorensis and Cedrela fissilis in copper contaminated soil. Journal of Environmental Management, v. 286, p. 1-8, 15 ago. 2020.

EMBRAPA - EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. 2009. Manual de análises químicas de solos, plantas e fertilizantes, 2a ed., Brasília, 627 p.

FERREIRA, D. F. SISVAR: A computer analysis system to fixed effects split plot type designs: Sisvar. Brazilian Journal of Biometrics, v. 37, n. 4, p. 529-535, 2019.

GIANNOPOLITIS, C. N.; RIES, S. K. Purification and quantitative relationship with water-soluble protein in seedlings. Journal of Plant Physiology, v. 48, n. 59, p. 315-318, 1977.

HISCOX, J. D.; ISRAELSTAM, G. F. A method for the extraction of chlorophyll from leaf tissue without maceration. Canadian Journal of Botany, v. 57, p.1132-1334, 1979.

KUINCHTNER, C. C.; AGUILAR, M. V. M.; SENHOR, D. F.; BIRCK, T. P.; BRUNETTO, G.; TABALDI, L. A. Morpho-physiological and biochemical mechanisms of copper tolerance in Handroanthus heptaphyllus. CIÊNCIA E AGROTECNOLOGIA (ONLINE), v. 47, p. 01-13, 2023.

KUINCHTNER, C. C.; WERTONGE, G. S.; AGUILAR, M.V.M.; BERNARDY, D.; BERGER, M.; TABALDI, L. A. Can species Cedrela fissilis Vell. be used in sites contaminated with toxic aluminum and cadmium metals? Iforest - Biogeosciences and Forestry, v. 14, n. 6, p. 508-516, 31 dez. 2021. Italian Society of Sivilculture and Forest Ecology (SISEF).

LEITE, M.; GUAJAJARA, E. P. V.; SILVA, S.; SILVA, W. L. da; SANTOS, S. C. dos. Fitorremediação de Solo Contaminado por Metais Pesados. Cadernos de Prospecção, v. 12, n. 2, p. 327, 2019.

LICHTENTHALER, H. K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. In: PACKER L, DOUCE R (eds). Methods in Enzimology, London: Academic Press. v. 148, p. 350-381, 1987.

LORETO, F.; VELIKOVA, V. Isoprene produced by leaves protects the photosynthetic apparatus against ozone damage, quenches ozone products, and reduces lipid peroxidation of cellular membranes. Plant Physiology, v.127, n.9, p.1781-1787, 2001.

LUNKES, A. M. Z.; MANTOVANI, N. C.; SORIANI, H. H.; JUNIOR, F. S. R. Crescimento e tolerância de mudas de Ilex paraguariensis A.St.-Hil. cultivadas em solo contaminado com cobre. Ciência Florestal, v. 32, n. 4, p. 1948-1963, 23 nov. 2022. Universidade Federal de Santa Maria.

MARQUES, D.M. Morfofisiologia de espécies arbóreas expostas ao cobre. 2016. 138 p. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais) - Universidade Federal de Alfenas, Alfenas, MG, 2016.

OLIVEIRA, G. S. W. Efeitos do cádmio na morfofisiologia e bioquímica das espécies Peltophorum dubium (Spreng.) Taub. e Mimosa scabrella Benth. em cultivo hidropônico. 2020. 71 p. Dissertação (Mestrado em Agrobiologia) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, 2020.

SILVA, R. F. da; ANTONIOLLI, Z. I.; LUPATINI, M.; TRINDADE, L. L.; SILVA, A. S. da; Comportamento de Peltophorum dubium (Spreng.) Taub., Parapiptadenia rigida (Benth.) Brenan e Enterolobium contortisiliquum (Vell.) Morong cultivadas em solo contaminado com cobre. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 21, n. 1, p. 103-110, jan-mar. 2011.

SILVA, R. F. da; SAIDELLES, F. L. F.; SILVA, A. S. da; BOLZAN, J. S. Influência da contaminação do solo por cobre no crescimento e qualidade de mudas de açoita-cavalo (Luehea divaricata Mart. & Zucc.) e aroeira-vermelha (Schinus therebinthifolius Raddi). Ciência Florestal, v. 21, n. 1, p. 111-118, 30 mar. 2011. Universidad Federal de Santa Maria.

SILVA, T. J. da; HANSTED, F. A. S.; TONELLO, P. S.; GOVEIA, D. Phytoremediation of Soils Contaminated with Metals: current outlook and prospects of use of forest species. Revista Virtual de Química, v. 11, n. 1, p. 18-34, 2019. Sociedade Brasileira de Química (SBQ).

TRENTIN, E., CESCO, S., PII, Y., VALENTINUZZI, F., CELLETTI, S., FEIL, S. B., ZULUAGA, M. Y. A., FERREIRA, P. A. A., RICACHENEVSKY, F. K., STEFANELLO, L. O., DE CONTI, L., BRUNETTO, G., & MIMMO, T. (2022). Plant species and pH dependent responses to copper toxicity. Environmental and Experimental Botany, 196, 104791.

ZERAIK, A.E. et al. Desenvolvimento de um spot test para o monitoramento da atividade da peroxidase em um procedimento de purificação [Spot test development to monitor peroxidase activity in purification procedure]. Química Nova, v. 31, p.731-734, 2008.

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Published

2024-09-19

How to Cite

Lovato, L. da R., Aguilar, M. V. M., Rosa, F. C. R. da, Peixoto, T. W., Wertonge, G. S., Valsoler, D. V., Azevedo, T. D. de, Silva, L. C. da, & Tabaldi, L. A. (2024). Tolerance of <i>Cordia americana</i> plants exposed to excess copper. Ciência Florestal, 34(4), e85568. https://doi.org/10.5902/1980509885568

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