Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10923/5395
Type: doctoralThesis
Title: Avaliação do impacto no ambiente de compostos hidrossolúveis de Pinus taeda e Araucaria angustifolia (Coniferae) utilizando indicadores biológicos
Author(s): Dutra, Bibiana Kaiser
Advisor: Oliveira, Guendalina Turcato
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Graduate Program: Programa de Pós-Graduação em Zoologia
Issue Date: 2012
Keywords: ZOOLOGIA
ECOTOXICOLOGIA
ECOFISIOLOGIA
BIOINDICAÇÃO
INDICADORES AMBIENTAIS
ANFÍPODOS
ECOSSISTEMA
LIPOPEROXIDAÇÃO
Abstract: O impacto mais importante das coníferas no ambiente é atribuído à liberação de fitotoxinas/aleloquímicos (predominantemente compostos fenólicos) da biomassa no solo (Singh et al. , 1999). Os polifenóis são considerados um dos grupos mais amplamente distribuídos entre as substâncias químicas produzidas pelas plantas e têm potencial aleloquímico devido à sua alta solubilidade em água e sua propriedade de inibir o crescimento de outras espécies de plantas (Inderjit 1996;. Graça et al 2002 ). A plantação de Pinus surgiu como uma solução para substituir a fonte de matéria-prima para produção de móveis, painéis, celulose, papel, compensado, entre outros, e é economicamente viável devido ao uso de espécies de crescimento rápido.A preocupação com o desenvolvimento desta atividade são as conseqüências do uso de espécies exóticas na prática da monocultura sobre o ecossistema local. Este estudo avaliou os efeitos do extrato aquoso de Pinus taeda (espécie exótica) e Araucaria angustifolia (espécie nativa): (1) sobre a composição bioquímica, estresse oxidativo e parâmetros reprodutivos de Hyalella castroi; (2) determinou as concentrações de compostos fenólicos hidrossolúveis em folhas de P. taeda e A. angustifolia coletados nos meses de inverno e verão de 2009 e 2010 no sul do Brasil, (3) quantificou a biomassa produzida por P. taeda e A. angustifolia; (4) determinou, em condições de laboratório, o tempo necessário para a lixiviação de compostos fenólicos hidrossolúveis das folhas; (5) quantificou a concentração de compostos fenólicos hidrossolúveis em corpo d’água perto das plantações; (6) avaliou o efeito de aleloquímicos extrato aquoso da P. taeda e A. angustifolia em sementes de Lactuca sativa, (7) determinou, por HPLC, o perfil dos compostos fenólicos no extrato hidrossolúvel de P. taeda e A. angustifolia; (8) avaliou o efeito de material vegetal seco de duas coníferas, P. taeda e A. angustifolia na atividade do sistema de transporte de elétrons (ETS) de H. castroi e (9) avaliou as alterações dos parâmetros físico-químicos e os níveis de compostos fenólicos hidrossolúveis em um corpo de água perto e outro distante das plantações de P. taeda. Os anfípodos foram coletados no verão e inverno, no Rio Grande do Sul, Brasil.Parte dos animais foi congelado no campo e o restante transportado para o laboratório. Os animais foram aclimatados por 7 dias e congelados, os outros animais foram expostos por mais 7 dias ao extrato aquoso de ambas as árvore, contendo diferentes concentrações de compostos fenólicos hidrossolúveis (0,10, 0,25, 0,5, 0,75 mg/L), e um grupo foi mantido até os experimentos terminarem apenas com a dieta (14 dias). Após o cultivo, os animais foram imediatamente congelados e dividido em cinco pools para determinar os níveis de arginina, arginina fosfato, glicogênio, proteínas, lipídeos, triglicerídeos, glicerol, o colesterol, a lipoperoxidação, e a atividade da catalase, SOD, GST, Na+/K+ ATPase e ETS por técnicas espectrofotométricas. Parâmetros reprodutivos (número de casais reprodutivos, fêmeas ovígeras e ovos no marsúpio) foram analisados em animais expostos a ambos os extratos e nos grupos de controle. Folhas de P. taeda e A. angustifolia foram coletadas de árvores com mais de 20 anos de idade cultivadas em uma floresta comercial no município São Francisco de Paula. A atividade de radicais livres dos extratos aquosos de plantas também foi avaliado. Foram coletadas amostras em duas corpos d’águas: um no município de São José dos Ausentes (28°47'00"S - 49°50'53"W; 1200m de altitude) distante da plantação de P. taeda, e outro em São Francisco de Paula (29°23'36. 2"S - 50°22'50. 7"W; 900m de altitude), perto da plantação de P. taeda, no Rio Grande do Sul, Brasil durante o verão e inverno de 2009 e 2010.Os parâmetros medidos foram os níveis de compostos fenólicos totais, coliformes totais e fecais, dureza, nitrito, nitrato, sólidos totais, sulfato, demanda biológica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), oxigênio dissolvido, pH e temperatura da água. Nossos resultados revelaram que o extrato aquoso de P. taeda induz uma diminuição em todos os metabólitos e parâmetros reprodutivos estudados. Por outro lado, os níveis de lipoperoxidação e atividades de catalase, SOD e GST aumentaram durante a exposição. Já os animais expostos ao extrato de A. angustifolia não alterou a composição bioquímica e os parâmetros reprodutivos. Este extrato determinou uma diminuição nos níveis de lipoperoxidação, esta resposta sugere um efeito antioxidante do extrato da espécie nativa. As análises das folhas sugerem que os compostos produzidos por extrato hidrossolúvel de espécies Coniferae têm potenciais antioxidantes diferentes e afetam a anfípodos de forma divergente em termos da ETS. Dos parâmetros analisados no presente trabalho apenas DBO, oxigênio dissolvido e pH alteraram com a presença da plantação de P. taeda perto do corpo d’água e os resultados sugerem que a alteração está relacionada com a presença das acículas, bem como a alta concentração de compostos fenólicos verificada na água. Depois de analisar o perfil dos compostos fenólicos foi observada a presença de outros compostos fenólicos nos extratos de P. taeda, e esta combinação é provavelmente o fator que determinou o efeito deletério do extrato de P. taeda. Este padrão de resposta pode ajudar a explicar como as espécies exóticas de coníferas, como P. taeda, modificam o ambiente natural e podem causar alterações graves nos ecossistemas de água doce.
The most important impact of conifers in the environment is attributed to the release of phytotoxins/allelochemicals (predominantly phenolic compounds) from the fallen litter layers (Singh et al. , 1999). Polyphenols are considered to be one of the most widely distributed groups of the chemical substance produced to plants and had a potential allelochemicals due to its high water solubility and properties to inhibit growth of others species of the plants (Inderjit 1996; Graça et al. 2002).Pinus plantation has emerged as a solution to replace the source of feedstock for production of furniture, paneling, particle board, paper, cellulose, among others, and economically viable due to the use of fastgrowing species. The concern for the development of this activity is the consequences of the use of exotic species and the practice of monoculture on the local ecosystem. This study assesses the effects the aqueous extract of Pinus taeda (exotic species) and Araucaria angustifolia (native species) has: (1) on the biochemical composition, oxidative stress, and reproductive parameters of Hyalella castroi; (2) determine the concentrations of hydrosoluble phenolics in leaves of P. taeda and A. angustifolia collected in months of winter and summer of 2009 and 2010 in the south of Brazil; (3) quantify the litter produced by P. taeda and A. angustifolia; (4) determine, in laboratory conditions, the time required for leaching of hydrosoluble phenolics from leaves; (5) quantify the concentration of hydrosoluble phenolics in body water near the plantations; (6) evaluate the allelochemicals effect of aqueous extract of the P. taeda and A. angustifolia in seeds of Lactuca sativa; (7) determine, by HPLC, the profile of phenolics in the hydrosoluble extract from P. taeda and A. angustifolia; (8) evaluate the effect of plant dry material of two conifers, P. taeda and A. angustifolia in the activity of the respiratory electron transport system (ETS) of H. castroi and (9) evaluated the changes physical-chemical parameters and hydrosoluble phenolics in one body water near and another distant from the plantations of Pinus taeda. Amphipods were collected in summer and winter, in Rio Grande do Sul, Brazil. Part of the animals was frozen in the field and the remainder transported to the laboratory.Animals were acclimated for 7 days and frozen, the other animals were exposed for a further 7 days to the aqueous extract of both tree, containing different concentrations of hydrosoluble phenolics (0. 10, 0. 25, 0. 5, 0. 75mg/L), and one group was kept until the experiments finish only with diet (14 days). After cultivation, the animals were immediately frozen and divided into five pools for determining the levels of arginine, arginine phosphate, glycogen, proteins, lipids, triglycerides, glycerol, cholesterol, lipid peroxidation, and the activity of catalase, SOD, GST, Na+/K+ATPase and ETS by spectrophotometric technique. Reproductive parameters (number of breeding pairs, ovigerous females and eggs in the pouch) were analyzed in animals exposed to both extracts and the control groups. Leaves of P. taeda and A. angustifolia were collected from trees older than 20 years old cultivated in a commercial culture in São Francisco de Paula Municipality. The radical scavenging activity of the plant aqueous extracts was also evaluated. We collected samples in two body waters: one in São José dos Ausentes Municipality (28°47'00"S – 49°50'53"W; 1200 m a. s. l. ) distant of the Pinus taeda plantation, and other in São Francisco de Paula Municipality (29°23'36. 2"S – 50°22'50. 7"W; 900 m a. s. l. ) near the P. taeda plantation, both in Rio Grande do Sul, Brazil during summer and winter of 2009 and 2010. The parameters measured were total levels of phenolic compounds, total and fecal coliforms, hardness, nitrite, nitrate, total solids, sulphate, biological oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), dissolved oxygen, pH and water temperature. Our results revealed that the aqueous extract from P. taeda induces a decrease in all metabolites and reproductive parameters studied. On the other hand, the levels of lipoperoxidation and activities of catalase, SOD and GST increased during exposition.Already the animals exposed to the extract of A. angustifolia showed no alteration of the biochemical composition and reproductive parameters. This extract determined a decrease in the lipoperoxidation levels, this response suggests an antioxidant effect of the extract of native wood. The analyses of the leaves suggest that hydrosoluble compounds produced by extract of coniferae species have different antioxidant potentials and affect the amphipods in a divergent form in terms of the ETS. Out of the parameters analyzed in the present work only BOD, oxygen dissolved and pH seemed to change by the presence of the Pinus taeda plantation near of the body water and results suggest that the alteration are related with the presence of the needles as well as the high concentration of the phenolic compounds verified in the body water. After analyze of the profile of the phenolic compounds we observed that others phenolic compounds are present in the extracts of P. taeda, and this combination is probably the factor that determined the deleterious effect of the extract of P. taeda. This pattern of response can help to explain how exotic species of conifers such as P. taeda, modify the natural environment and can cause severe alterations in freshwater ecosystem.
URI: http://hdl.handle.net/10923/5395
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