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1 LÍVIA DORSCH ROCHA EFEITOS DOS ÁCIDOS HÚMICOS EXTRAÍDOS DE LODO DE ESGOTO EM Zea mays L. SOB RESTRIÇÃO HÍDRICA E ESTRESSE SALINO VITÓRIA - ES 2018 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA VEGETAL

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LÍVIA DORSCH ROCHA

EFEITOS DOS ÁCIDOS HÚMICOS EXTRAÍDOS DE LODO DE ESGOTO EM Zea mays L. SOB RESTRIÇÃO HÍDRICA E ESTRESSE

SALINO

VITÓRIA - ES

2018

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADDEE FFEEDDEERRAALL DDOO EESSPPÍÍRRIITTOO SSAANNTTOO

CCEENNTTRROO DDEE CCIIÊÊNNCCIIAASS HHUUMMAANNAASS EE NNAATTUURRAAIISS

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LÍVIA DORSCH ROCHA

EFEITOS DOS ÁCIDOS HÚMICOS EXTRAÍDOS DE LODO DE ESGOTO EM Zea Mays L. SOB RESTRIÇÃO HÍDRICA E ESTRESSE

SALINO

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Biologia Vegetal do Centro de Ciências

Humanas e Naturais da Universidade Federal do Espírito

Santo como parte dos requisitos exigidos para a obtenção

do título de Doutor em Biologia Vegetal.

Área de concentração: Fisiologia Vegetal.

Orientador(a): Prof.ª. Dr.ª Silvia Tamie Matsumoto

VITÓRIA - ES

2018

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EFEITOS DOS ÁCIDOS HÚMICOS EXTRAÍDOS DE LODO DE ESGOTO

EM Zea mays L. SOB RESTRIÇÃO HÍDRICA E ESTRESSE SALINO

LÍVIA DORSCH ROCHA

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Biologia

Vegetal do Centro de Ciências Humanas e Naturais da Universidade Federal do

Espírito Santo como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de

Doutor em Biologia Vegetal na área de concentração Fisiologia Vegetal.

Aprovada em 16 de Março de 2018.

Comissão Examinadora:

___________________________________

Dr.a Silvia Tamie Matsumoto - UFES Orientador(a) e Presidente da Comissão

___________________________________

Dr. Antelmo Ralph Falqueto - UFES Examinador Interno

___________________________________

Dr.aCamila Dias Milanez - UFES Examinador Interno

_________________________________

Dr.a Dania Elisa Christofoletti Mazzeo Morales- UNESP Examinador Externo

___________________________________

Dr. Leonardo Barros Dobbss - UFVJM Examinador Externo

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Aos familiares, namorado, amigos e

docentes que possibilitaram e torceram

pela realização desta tese, dedico.

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AGRADECIMENTOS

À Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), funcionários e docentes,

agradeço pela estrutura, vivência e aprendizado que ao longo de dez anos

possibilitaram uma formação científica, profissional e pessoal de excelência.

Ao Programa de Pós Graduação em Biologia Vegetal da Universidade Federal do

Espírito Santo, reconheço e sou grato aos esforços dos funcionários e docentes que

ao longo da minha formação me concederam ensino, estrutura de qualidade e meios

para a realização desta tese.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) que

subsidiou a bolsa de pesquisa, agradeço pelo apoio financeiro, essencial ao longo

desta caminhada.

Ao Grupo de Estudos de Mutagênese e Toxicologia (GEMUT) da Universidade

Federal do Espírito Santo que ao longo de anos mostrou-se unido e estruturado para

a realização dos trabalhos científicos. Neste, agradeço aos amigos Me. Ian Drumond

Duarte, Ma. Francielen Barroso Aragão, Me. Edvar Junior Roncetti Coelho e Ian de

Oliveira Martins pela parceria e colaboração na realização desta tese. Aos novos e

mais recentes amigos, também agradeço.

À Profª Drª Marisa Narciso Fernandes, por disponibilizar seu laboratório para realização

de parte do projeto e por abrir portas para um novo caminho a seguir.

À todos os professores e profissionais do Programa de Pós-graduação em Biologia

Vegetal, pelo conhecimento transmitido, dedicação e valiosas contribuições.

À Profª. Dra. Silvia Tamie Matsumoto, pela amizade, por ter aceitado orientar este

trabalho e por todo o apoio durante a minha formação.

Agradeço aos membros da banca, que aceitaram corrigir este trabalho e por todas

as contribuições.

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Aos velhos companheiros do GEMUT (Marina, Lívia, Ian e Iara), por dividirem cada

detalhe deste trabalho comigo, pela força, amor e respeito que recebi de vocês

todos esses anos.

Ao meu namorado Carlos Fernando Ávila Gratz sou imensamente grato pelo

companheirismo, essencial para a realização desta tese e todo estudo envolvido.

Mais que isso, agradeço à união estabelecida ao longo desses anos, seja na

pesquisa, seja em nossas vidas.

Aos meus nobres amigos que sempre me fortaleceram com suas belas palavras e

ajudas.

Aos colegas do PPGBV, pelo apoio e por todos os momentos excepcionais que

passamos juntos.

À minha amada família, pela confiança, suporte, amor e carinho. Sem vocês e seu

suporte emocional e financeiro eu não conseguiria.

A Deus, gratidão.

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RESUMO

A falta de destinação de resíduos sólidos gerados por tratamentos de lodo de esgoto

sanitário tem motivado pesquisas na área da ciclagem destes materiais. Uma das

alternativas que vem sendo investigada é a extração de substâncias húmicas e/ou

de suas frações bioativas. O ácido húmico é uma das frações mais investigada

devido sua alta interatividade com o vegetal promovendo seu crescimento por meio

do desenvolvimento fisiológico e bioquímico. Sabe-se também que estresses

abióticos causados pela deficiência hídrica compromete o desenvolvimento

fisiológico da planta bem como seu crescimento. Neste sentido, o presente trabalho

visa investigar as respostas à aplicação de ácido húmico proveniente de lodo de

esgoto (AH-LE- 2.0 mM C L-1) em plântulas de milho estressada por NaCl-100mM

(estresse salino) e por PEG 6000 (restrição hídrica) por meio da integração de

análises elementares, fisiológicas, bioquímicas, toxicogenéticas e do crescimento

vegetal buscando avaliar os potenciais benefícios/ riscos da utilização deste

bioestimulante. A fim de investigar a atuação do ácido húmico de lodo de esgoto, foi

realizada hidroponia em plântulas de milho com imposição de restrição hídrica (PEG

6000 + NaCl) com aplicação do ácido (2.0 mM C L-1). Resultados da quantificação

dos elementos C, H, N e O do AH-LE indicaram-no como fonte de nutrientes para as

plantas devido a disponibilização destes elementos. Taxas da fotossíntese, como

assimilação de carbono, transpiração e condutância mostraram-se amenizadas em

tratamentos com adição do ácido húmico, tanto em estresse salino quanto em déficit

hídrico. Taxas de crescimento corroboraram com resultados da fotossíntese

indicando menores perdas de biomassas dos órgãos vegetais e maior crescimento

de raízes quando relacionados aos tratamentos com ácido húmico sob estresses.

Além disso, marcadores bioquímicos antioxidantes (SOD, APX) ratificaram o

potencial bioquímico do AH-LE em aumentar a defesa de plantas sob deficiência

hídrica contra espécies reativas de oxigênio. Foi observada também, maior atividade

das enzimas ligadas à permeabilidade da membrana plasmática tais como H+-

ATPases em tratamentos com material húmico confirmando esta característica

intrínseca. Outro indicador bioquímico de estresse abiótico foi o acúmulo do

aminoácido prolina que se mostrou mais eficiente em plantas sob estresse com

adição do AH-LE. Estas mesmas plantas tiveram redução da peroxidação lipídica

(LPO) e do extravasamento de eletrólitos apresentando-se menos afetadas quanto

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aos seus teores relativos de água. Adicionalmente, a análise toxicogenética não

indicou potenciais citotóxicos, genotóxicos e mutagênicos nos tratamentos

evidenciando, desta forma, maior segurança com a utilização AH-LE a nível celular.

Diante destes resultados, é possível sugerir a utilização do ácido húmico em plantas

estressadas por restrição hídrica como remediador dos efeitos causados pela

deficiência hídrica.

Palavras-chave: material húmico • efluente sanitário • fisiologia vegetal • estresse

abiótico • milho •

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ABSTRACT

The lack of disposal of solid waste generated by sewage sludge treatment has

motivated research in the area of cycling of these materials. One of the alternatives

that has been investigated is an extraction of chemical substances and / or their

bioactive fractions. Humic acid is one of the fractions most investigated due to its

high interactivity with the vegetable promoting its growth through the biochemical

development. It is also known that abiotic stress caused by water deficiency

compromises the physiological plant development as well as its growth. (AH-LE- 2.0

mM C L-1) in maize seedlings stressed by NaCl-100 mM (saline stress) and by PEG

6000 (water restriction) by integrating elemental, physiological, biochemical,

toxicogenic and of plant growth, seeking to evaluate the potential benefits / risks of

using this biostimulant. A solution for the application of humic acid from sewage

sludge was performed with hydroponics in maize seedlings with water restriction

(PEG 6000 + NaCl) with application of acid (2.0 mM C L-1). Results of the

quantification of the elements C, H, N o O AH-LE indicated it as a source of nutrients

for the plants due to the availability of these elements. Photosynthesis rates, such as

carbon assimilation, transpiration and conductance, are shown to be attenuated in

treatments with the addition of humic acid, both in saline stress and in water deficit.

Growth rates corroborated with photosynthesis results indicating lower biomass loss

of plant organs and higher root growth when related to treatments with humic acid

under stress. In addition, biochemical antioxidant markers (SOD, APX) ratified the

biochemical potential of AH-LE in increasing the defense of plants under water

deficiency against reactive oxygen species. It was also observed higher activity of

enzymes bound to plasma membrane permeability such as H + -ATPases in

treatments with humic material confirming this intrinsic characteristic. Another

biochemical indicator of abiotic stress was the accumulation of the amino acid proline

that was shown to be more efficient in stress plants with AH-LE addition. These

plants are successful in LPP and electrolyte leakage and are less affected by their

effects. In addition, a toxicogenic analysis did not indicate cytotoxic, genotoxic and

mutagenic potentials in the treatments, thus evidencing greater safety with the use of

AH-LE alection cell. Considering these results, it is possible to suggest a use of

humic acid in plants stressed by water restriction as a remedy of the effects caused

by water deficiency.

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Keywords: humic material • sanitary effluent • plant physiology • abiotic stress • corn

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LISTA DE TABELAS

CAPITULO 1 –RESPOSTAS FISIOLÓGICAS, BIOQUÍMICAS, CITOGENÉTICAS E

DO CRESCIMENTO EM Zea mays L. SOB RESTRIÇÃO HÍDRICA TRATADA COM

ÁCIDO HÚMICO PROVENIENTE DO LODO DE ESGOTO

Tabela 1: Caracterização Elementar do Ácido Húmico de Lodo de Esgoto..........121

Tabela 2: Análise de Troca Gasosa em Zea mays.................................................122

Tabela 3: Parâmetros Foliares em Zea mays..........................................................122

Tabela 4: Análise do Crescimento Vegetal de Zea mays .......................................122

Tabela 5: Análise de Marcadores Bioquímicos em raízes e folhas de Zea mays..123.

Tabela 6: Análise Citogenética em raízes de Zea mays..........................................123

CAPITULO 2 –RESPOSTAS FISIOLÓGICAS, BIOQUÍMICAS, CITOGENÉTICAS E

DO CRESCIMENTO EM Zea mays L. SOB ESTRESSE SALINO TRATADA COM

ÁCIDO HÚMICO PROVENIENTE DO LODO DE ESGOTO

Tabela 1: Caracterização Elementar do Ácido Húmico de Lodo de

Esgoto..........Erro! Indicador não definido.124

Tabela 2: Análise de Troca Gasosa em Zea mays................................................125

Tabela 3: Parâmetros Foliares em Zea mays.............................................Erro!

Indicador não definido.............125

Tabela 4: Análise do Crescimento Vegetal de Zea mays ......................................125

Tabela 5: Análise de Marcadores Bioquímicos em raízes e folhas de Zea mays..126

Tabela 6: Análise Citogenética em raízes de Zea mays..........................................126

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO GERAL ........................................................................................... 155

2. OBJETIVO GERAL ................................................................................................. 157

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................... 177

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.................................................................................... 199

4.1 Lodo de Esgoto Sanitário ...................................... Erro! Indicador não definido.9

4.2 Substâncias Húmicas e Ácidos Húmicos .............. Erro! Indicador não definido.9

4.3 Déficit Hídrico ......................................................... Erro! Indicador não definido.

4.4 Ácidos Húmicos e Estresses hídricos..........................................................24 4.5 Milho ................................................................. Erro! Indicador não definido...24

4.6 Investigação Biológicas............................................................................. 25

CAPITULO1– RESPOSTAS FISIOLÓGICAS, BIOQUÍMICAS, CITOGENÉTICAS E

DO CRESCIMENTO EM Zea mays L. SOB ESTRESSE SALINO TRATADA COM ÁCIDO

HÚMICO PROVENIENTE DO LODO DE ESGOTO SANITÁRIO........................................

42

RESUMO .................................................................................................................. 43

ABSTRACT .............................................................................................................. 44

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 45

2. MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................................... 47

2.1. Preparo das amostras ................................................................................... 47

2.2. Extração de substâncias húmicas ................................................................. 47

2.3. Análise elementar do ácido húmico ............................................................... 48

2.4. Ensaio com Zea mays L. ............................................................................... 48

2.5. Análise de trocas gasosas e concentração relativa da clorofila ..................... 48

2.6. Densidade estomática ................................................................................... 49

2.7 Extravasamento de eletrólitos.........................................................................49

2.8 Determinação do status hídrico da Zea mays................................................49

2.9 Análises Quantitativas do Crescimento Vegetal.............................................50

3.0 Análises bioquímicas em Zea mays L.............................................................50

3.1 Análise Citogenética em Zea mays L..............................................................51

3.2 Análises Estatísticas................................................................................51

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO.....................................................................51

3.1 Análise Elementar CHN .................................................................................. 51

3.2 Análises de Trocas Gasosas ......................... Erro! Indicador não definido.52

3.3 Status hídrico de Zea mays L. ....................................................................... 54

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3.3.2 Tolerância Protoplasmática ......................................................................... 54

3.3.3 Densidade Estomática....................................................................................56

3.4 Análises Quantitativas do Crescimento Vegetal em Zea mays L....................57

3.5 Biomarcadores Bioquímicos em Raízes e Folhas de Zea mays L...................59

3.6 Avaliação Citogenética em Raízes de Zea mays L...........................................62

4. CONCLUSÕES .................................................................................................... 63

6. REFERÊNCIAS .................................................................................................... 63

CAPITULO 2 – INFLUÊNCIA DO ÁCIDO HÚMICO DE LODO DE ESGOTO SANITÁRIO EM

PLÂNTULAS DE Zea mays L. SOB REGIME DE DÉFICIT HÍDRICO QUANTO AOS

PARÂMETROS BIOQUÍMICOS, CITOGENÉTICOS, FISIOLÓGICOS E DE

CRESCIMENTO....................................................................................................................87

ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.RESUMO ...................................................... 88

ABSTRACT .............................................................................................................. 89

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 90

2. MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................................... 93

2.1 Preparo das amostras ................................................................................... 93

2.2 Extração de substâncias húmicas ................................................................. 93

2.3 Análise Elementar do Ácido Húmico .............................................................. 94

2.4 Condições experimentais Ensaio com Zea mays L. ...................................... 94

2.4.1 Análises de Trocas Gasosas e Concentração Relativa da Clorofila............. 94

2.4.2 Parâmetros Foliares.......................................................................................94

2.4.3 Densidade Estomática....................................................................................95

2.4.4 Extravasamento de Eletrólitos........................................................................96

2.4.5 Determinação do Status Hídrico de Zea mays............................................96

2.4.6 Análises do Crescimento Vegetal................................................................96

2.4.7. Análises Bioquímicas em Zea mays...........................................................96

2.4.8 Análise Citogenética em Zea mays.............................................................97

2.5 Análises Estatística........................................................................................97

3. RESULTADOS e DISCUSSÃO ......................................................................... .100

3.1 Análise Elementar CHN ............................................................................ ...100

3.2 Análises de Trocas Gasosas...........................................................................101

3.3 Parâmetros Foliares .................................................................................... 103

3.3.1 Status hídrico de Zea mays...........................................................................103

3.3.2 Tolerância Protoplasmática.......................................................................104.

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3.3.3 Densidade Estomática ...............................................................................105

3.4 Análises do Crescimento Vegetal em Zea Mays L.......................................106

3.5 Análise Bioquímica em Raízes e Folhas de Zea mays L..............................108

3.6 Avaliação Citogenética em Raízes de Zea mays L. ....................................111

4. CONCLUSÃO .................................................................................................... 111

5. AGRADECIMENTOS.............................................................................................112

6. REFERÊNCIAS .................................................................................................. 112

7. CONCLUSÃO GERAL.............................................................................................120

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1. INTRODUÇÃO GERAL

O lodo de esgoto sanitário (LES) vem se tornando uma problemática na sociedade

devido a sua alta produção sem destinação adequada, pois se trata de um resíduo

sólido que muitas vezes pode apresentar contaminantes e poluentes químicos e

biológicos em sua composição, embora também apresente micro e macronutrientes

na sua elevada carga orgânica. O Brasil produz cerca de 150 mil a 220 mil toneladas

de matéria seca por ano onde apenas 37% da população urbana tem seu esgoto

devidamente coletado e tratado. Diante desta situação, diversas aplicações, com o

uso direto tratado ou não do lodo vêm sendo desenvolvidas no sentido de reduzir a

geração deste resíduo, sendo que a principal é o seu uso na agricultura como

condicionador e fertilizante do solo.

Outra alternativa que vem sendo estudada para destinação final do LES é a extração

de substâncias húmicas (SH). As SH representam o maior componente da matéria

orgânica do solo e é produzida a partir da ação microbiana, por meio da

decomposição biológica, que formam agregados supramoleculares com domínios

hidrofílicos (ácidos fúlvicos - AF), e/ou hidrofílico-hidrofóbicos (ácidos húmicos- AH).

Essas substâncias promovem diversos benefícios nos vegetais podendo influenciar

no transporte, biodisponibilidade e complexação de metais e pesticidas no ambiente,

são capazes de adsorver diversos poluentes orgânicos, são reguladoras de troca

catiônica, promovem crescimento radicular, aumentam o conteúdo de clorofila,

auxiliam o sistema bioquímico de defesa entre outras características.

Os ácidos húmicos (AH) são uma fração com bioatividade alta por apresentarem

componentes de fácil interação com compostos orgânicos e inorgânicos. Estes

ácidos são solúveis em meio alcalino e decantam em meio ácido. Pesquisas

apontam diversos benefícios gerados pelo uso deste ácido orgânico como

tratamento ou bioestimulantes em conjunto com outros fertilizantes por baratear o

custo final do cultivo. São muitas as colaborações que o AH promove no

desenvolvimento vegetal, dentre elas podemos citar: atuação na permeabilidade da

membrana celular, na entrada de oxigênio e outros nutrientes, no aumento da

respiração e fotossíntese, na maior absorção do sistema radicular e estimulando

atividade de diversas enzimas e metabólitos que agem na defesa. Por estes motivos,

essa fração foi escolhida como objeto de estudo neste trabalho.

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Embora as frações húmicas estejam estabelecidas em promover benefícios

fisiológicos na planta, pouco se sabe sobre o potencial do AH na interação com o

vegetal frente a estresses causados pela deficiência hídrica. O estresse salino é

estresse abiótico que provoca deficiência hídrica devido ao ajuste osmótico interagir

com soluções de alta concentração de solutos que acabam aumentando o potencial

osmótico/solutos que colaboram para passagem de água a compartimentos mais

concentrados por meio da osmose. Ambos os estresses causados pela deficiência

hídrica geram mecanismos de proteção para amenizar a perda de água pela planta.

Ações mecânicas, biológicas e químicas em plantas são modificadas no sentido de

prevenir a queda no potencial de água nos tecidos vegetais provocada pela

desidratação celular sem que haja danos fatais nos processos metabólicos.

Respostas anatômicas e fisiológicas são ativadas, tais como, o aprofundamento do

sistema radicular, aumento da razão raiz/parte aérea, ajuste da osmorregulação das

raízes e folhas, redução da condutância (menor transpiração), diminuição da

superfície evaporativa (área foliar e estômatos) e ajuste osmótico (acúmulo de

solutos). Apesar de existir uma reação intrínseca do vegetal buscando a redução de

danos, prejuízos em processos metabólicos são gerados, principalmente se tratando

da fotossíntese que é a responsável pela produção de energia e esqueleto

carbônico. Com o fechamento e redução dos estômatos a capacidade difusiva dos

gases diminui, reduzindo a entrada de CO2 que é o subtrato principal do processo de

fotossíntese, desta forma acaba comprometendo a produtividade da planta caso o

estresse seja prolongado e, se estabelecido por muito tempo pode causar sua morte.

Ao se tratar de efeitos antagônicos tanto os promovidos pelos estresses hídricos

quanto os pelo AH foi percebido a necessidade da investigação a nível fisiológico e

bioquímico em plântula de milho. O milho foi escolhido como organismo teste devido

sua grande importância econômica global, também por ser usado tanto em testes

fisiológicos e citogenéticos e por ser um vegetal de literatura científica ampla que

facilita correlações futuras já que o presente assunto no meio científico ainda é

escasso.

Diante deste exposto, foi realizada uma investigação da atuação do ácido húmico,

proveniente do lodo de esgoto sanitário, sobre plântulas de milho em solução

hidropônica tratadas com PEG 6000, mimetizando o estresse hídrico para

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estabelecer a comparação e o efeito biológico esperado. Análises de crescimento,

da fisiologia, citogenética e bioquímicas do vegetal foram realizadas a fim de se

complementarem quanto ao resultado final. Concomitante, foi realizada também a

investigação do mesmo ácido húmico frente a estresse salino, por meio do sal NaCl,

em plântulas de milho seguidas das mesmas análises onde foram descritas e

discutidas no segundo capítulo.

2. OBJETIVO GERAL

O presente trabalho teve como objetivo investigar os efeitos dos ácidos húmicos

provenientes de lodo de esgoto sanitário sobre plântulas de milho sob déficit

hídrico (PEG-6000) e estresse salino (NaCl), no aspecto fisiológico, bioquímico e

toxicogenético.

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Quantificar os elementos (C, H, N e O) do ácido húmico proveniente de lodo

de esgoto sanitário (AH-LE);

2. Avaliar por meio de parâmetros foliares o potencial hídrico, teor relativo de

água, extravasamento de eletrólitos e densidade estomática em folhas de

plântulas de Zea mays L. sob imposição de restrição hídrica (PEG-6000) e

estresse salino (NaCl) com tratamento com AH-LE.

3. Investigar a taxa de crescimento e o teor de clorofila relativo do Zea mays L.

sob restrição hídrica imposta por PEG 6000 e NaCl tratados com AH-LE.

4. Quantificar as atividades dos marcadores bioquímicos superóxido dismutase

(SOD), peróxido de ascorbato (APX), glutationa reduzida (GSH), protoatpase

(H+-ATPase) e protoatpase total, bem como avaliar os teores do aminoácido

prolina e da peroxidação lipídica (LPO) da membrana plasmática em raízes e

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folhas de plântulas de Zea mays sob tratamento com ácido húmico após

imposição de restrição hídrica por meio do PEG 6000 e NaCl.

5. Avaliar os efeitos toxicogenéticos (citotoxicidade, genotoxicidade e

mutagenicidade) dos tratamentos PEG 6000 e NaCl aplicados nas raízes de

Zea mays com adição do AH-LE.

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4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1 Lodo de Esgoto Sanitário

Lodo de esgoto sanitário (LES) é um resíduo sólido gerado nos processos de

tratamento de efluente sanitário, constituindo-se de uma fonte de matéria orgânica e

de nutrientes com alto potencial de riscos à saúde pública e ao ambiente devido à

chance de proliferação de vetores de moléstias e organismos nocivos (Resolução

CONAMA 375/2006). O Brasil produz, anualmente, cerca de 150 a 220 mil toneladas

de matéria seca de lodo de esgoto (LE) (Pedroza, 2010) sendo que apenas 37,9%

da população urbana têm seu esgoto devidamente coletado e tratado (SNIS, 2010).

Até a década de 60, a disposição final do lodo, resultante de sistemas de tratamento

de efluentes, era feita em aterros sanitários. Mas, devido ao aumento na geração

deste resíduo, essa destinação a ser ineficaz do ponto de vista físico e ambiental

(GEYER, 2001). Mundialmente, têm-se aplicado diferentes métodos de

reaproveitamento deste material, variando conforme as características intrínsecas de

cada caso.

O lodo de esgoto tem sido fortemente sugerido para a aplicação na agricultura como

condicionador e fertilizante do solo, pois apresenta em sua composição altos teores

de matéria orgânica (BETTIOL e CAMARGO, 2006; LIMA et al., 2011). Entretanto,

como o lodo pode conter elevadas concentrações de contaminantes químicos e

biológicos, essa prática pode levar à adição direta de diversos patógenos e

substâncias químicas não desejadas ao solo agriculturável e, consequentemente, na

cadeia alimentar. Outro fator de preocupação é a composição variável do resíduo

nas diferentes regiões e épocas do ano, dificultando o monitoramento dos

contaminantes (SAITO, 2005).

Umas das alternativas de ciclagem deste composto, que possui elevada carga

orgânica, é a extração de substâncias húmicas, seguida da extração do ácido

húmico. Sendo este último composto caracterizado por apresentar maior

bioatividade em vegetais, dentre as frações constituintes das SH, colaborando para

a sua aplicação em modelos de cultivo. A alta bioatividade inerente ao AH (ácidos

húmicos) nos vegetais é resultante de mecanismos que favorecem a agregação de

complexos organominerais (OADES, 1984), contribuem para a solubilização de P

(fósforo) e diminuição da energia de fixação nos óxidos (SANTOS, 1984). Também

apresentam capacidade de adsorção de metais pesados (CANELLAS et al., 2002) e

servem de forte poder tampão da solução do solo (SIQUEIRA et al., 1990). Além de

servir como reserva de nutrientes às plantas (STEVENSON, 1994) podendo fornecer

estratégias para melhorar a qualidade do solo e restaurar sua sustentabilidade.

4.2 Substâncias Húmicas e Ácidos Húmicos

Para melhor compreensão dos ácidos húmicos é necessário entender

primordialmente as substâncias húmicas (SH). Elas representam o maior

componente da matéria orgânica do solo (65-70%) (ABBAS et al., 2009, ABBAS et

al., 2014), e é objeto de estudo de diversas áreas da agricultura como a química do

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solo, fertilidade, fisiologia da planta assim como ciência do meio ambiente por causa

das múltiplas funções aplicadas por esses materiais que podem contribuir

beneficamente com o crescimento das plantas (TAN, 1998, NARDI et al., 2002,

BALDOTTO et al., 2014). É amplamente utilizada na suplementação de fertilizantes

químicos (ABBAS et al., 2014) com finalidade de reduzir o custo final bem como

melhorar o rendimento (HARRON et al., 2010, ABBAS et al., 2014).

Definem-se substâncias húmicas como compostos orgânicos condensados

(macromoléculas ou supramoléculas), produzidos pela ação microbiana onde são

formados agregados supramoleculares, organizados em associações de diversos

compostos orgânicos de baixa massa molecular, contendo domínios

predominantemente hidrofílicos (ácidos fúlvicos - AF), ou hidrofílico-hidrofóbicos

(ácidos húmicos- AH) (Baldotto et al ., 2014). A diferença entre substâncias não

húmicas e húmicas está vinculada a estrutura química de seus compostos, onde

aminoácidos, carboidratos, proteínas e ácidos orgânicos representam substancias

não húmicas, enquanto que as substâncias de estrutura química indefinida são

consideradas húmicas (STEVENSON, 1994). São substâncias consideradas

bioestimulantes por promoverem o desenvolvimento/ crescimento vegetal por meio

de pequenas quantidades (ZHANG e SCHMIDT, 1997, JANNIN et al., 2012).

São diversas as contribuições promovidas por este material em plantas, dentre elas

têm-se a promoção do crescimento radicular (VAUGHAN e MALCOM, 1985, NARDI

et al., 2002), maior aquisição de Fe pelas plantas (PINTON et al., 1999b, NARDI et

al., 2002) a complexação de metais onde aumenta-se a disponibilidade de

micronutrientes de hidróxidos pouco solúveis (STEVENSON et al., 1991, NARDI et

al.,s 2002), a promoção de entrada de nutrientes (VARANINI e PINTON, 1995,

NARDI et al., 2002), o aumento da respiração em plantas superiores (VAUGHAN e

MALCOM, 1985, NARDI et al., 2002), o aumento do conteúdo de clorofila (SLADKY,

1959, NARDI et al., 2002) e controle das propriedades químicas e biológicas da

rizosfera representando, desta forma, componente chave da fertilidade do solo

(NARDI et al., 2005, TREVISAN et al., 2009, AMERI et al., 2012). Notadamente, as

substâncias húmicas alteram o desenvolvimento das plantas (CHEN e AVAID, 1990;

NARDI et al., 2002; CANELLAS et al., 2002; CHEN et al., 2004, BALDOTTO et al.,

2014).

Um grupo predominante das substâncias húmicas são os ácidos húmicos (AH), que

são importantes componentes de fácil interação com contaminantes orgânicos e

inorgânicos (CANELLAS et al., 2010, JANNIN et al., 2012). Esta fração bioativa é

caracterizada por apresentar baixo peso molecular e, sua atividade biológica deriva

de sua estrutura química e peso molecular, sendo estas características, as

responsáveis pelo crescimento vegetal e realização de ligações iônicas (JANNIN et

al., 2012). Esses compostos de baixo peso molecular (AH) possuem alta capacidade

de ligar-se a metais por apresentarem grande número de grupos funcionais em sua

estrutura aromática (grupos carboxílicos e OH-fenólicos) que promovem a maior

assimilação de nutrientes e, consequentemente, melhora o metabolismo vegetal

atuando de forma simplástica (NARDI et al., 2002).

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Estrutura química de ácido húmico proposta por Schulten (1995).

O mecanismo da atividade do ácido húmico em promover o crescimento vegetal

ainda é desconhecido, porém várias hipóteses foram geradas por diversos estudos

destacando, o aumento da permeabilidade da membrana celular, a promoção de

maior entrada de oxigênio, o auxílio na respiração, fotossíntese e entrada de

fosfatos bem como promovem elongação da célula da raiz (BALDOTTO et al., 2014).

Umas das funções destaques na utilização do AH é a promoção do desenvolvimento

radicular (AMERI et al., 2012) que envolvem formação de raízes laterais

(CANELLAS et al., 2002; TREVISAN et al., 2010b; BALDOTTO et al., 2011b; JINDO

et al., 2012; MORA et al., 2012; BALDOTTO et al., 2014), formação de raízes

adventícias (BALDOTTO et al., 2012; BALDOTTO e BALDOTTO, 2014a, b, c), o

alongamento radicular (MALIK e AZAM, 1985; SILVA et al., 2000; BALDOTTO et al.,

2014) e a formação de pelos radiculares (CANELLAS et al., 2011; SILVA et al.,

2011; BALDOTTO et al., 2014). Outras funções também importantes foram

observadas, por meio do uso do AH, como, modificações nas atividades de diversas

enzimas e conteúdo de metabólitos intracelulares, variação na síntese de pigmentos

e atividade tipo hormonal (GARCÍA, et al., 2016).

Também são atribuídas atuações a nível celular e molecular destes ácidos

orgânicos, como a estimulação da atividade e promoção da síntese das enzimas H+-

ATPases da membrana plasmática, num efeito semelhante ao auxínico (NARDI et

al., 1991; FAÇANHA et al., 2002; CANELLAS et al., 2002; JINDO et al., 2012;

BALDOTTO et al., 2014). Vale lembrar, que enzimas H+-ATPases são

transmembranares capazes de hidrolizar ATP (HAGER et al., 1991; Frias et al.,

1996), promovendo melhor rendimento energético para o vegetal (BALDOTTO et al.,

2014). Também foi observado o estímulo da síntese de ácidos nucleicos e das

atividade de várias enzimas (NANNIPIERI et al., 1983).

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Na fisiologia, plantas como morango, uva e maçã, apresentaram maior atividade

fotossintética, incremento da clorofila total e estimulação da abertura estomatal,

respectivamente (NERI et al., 2002; CIMRIN e YLIMAZ, 2005; WU et al., 2008;

IFTIKHAR et al., 2017). Aumentos nas taxas de condutância estomática, de

fotossíntese líquida (LIU, 1998; AZCONA et al., 2011), de nutrição foliar relativo a

conteúdo de clorofila (BARAKAT et al., 2012, IFTIKHAR et al., 2017) e de

transpiração (IFTIKHAR et al., 2017) foram observados por vários autores que

estudaram o AH a nível de fisiológico.

Por estes motivos, estudos com aplicação de AH em plantas sob estresses abióticos

estão em avanço no meio científico devido a ambos fatores apresentarem efeitos

antagônicos nos vegetais. Mais especificamente, o estresse causado pela falta de

água é um dos principais fatores adversos que limitam o crescimento vegetal e a

produtividade da planta (HONG-BO et al., 2008) enquanto que o AH é conhecido

pela promoção do crescimento (TREVISAN et al., 2011, BALDOTTO et al., 2014).

Em vista disso, faz-se necessário a investigação da utilização do AH em plantas que

sofrem estes estresses.

4.3 Déficit hídrico

A água é essencial para todos os vegetais, estando presente na sua composição

(podendo representar até 90% da constituição física das plantas) bem como

participa como reagente em numerosas reações metabólicas (PIMENTEL, 2004) e, a

sua falta, pode afetar os aspectos do crescimento e desenvolvimento dos vegetais.

Ela é também a fonte do oxigênio molecular existente na atmosfera, que é produzido

na fotossíntese, assim como do hidrogênio para reduzir o CO2 a carboidrato

(PIMENTEL, 2004).

O termo estresse é definido como desvio significativo das condições ótimas para a

vida que induz mudanças e respostas em todos os níveis funcionais do organismo,

podendo ser reversíveis ou permanente (LARCHER, et al., 2000). Plantas estão

constantemente expostas aos estresses ambientais que exercem influência

desvantajosa (TAIZ e ZEIGER, 2002) sendo que a deficiência hídrica é considerada

uma das principais restrições ambientais que causa prejuízo à produção das culturas

(CHAVES e OLIVEIRA, 2004). A capacidade das plantas em resistir a este estresse

é de grande importância para o desenvolvimento da agricultura (SHAO et al., 2008)

e manejo ambiental.

O estresse abiótico causado pela deficiência de água é conhecido por promover

impacto negativo no desenvolvimento vegetal (CHAVES et al., 2002) pois, o

mecanismo de defesa da planta se resume em fechar os estômatos para diminuir a

perda de água por evapotranspiração porém, também reduz-se a assimilação de

CO2 para produção de carboidratos (TAIZ e ZEIGER, 2009). Naturalmente, plantas

podem apresentar déficit hídrico de curto prazo onde a transpiração foliar excede a

absorção de água pelas raízes, apresentando assim um balanço hídrico negativo

(SOUZA e CARDOSO, 2003; PIMENTEL e PEREZ, 2000), porém, a manutenção da

absorção de água pelas raízes ao longo de um período noturno com controle da

abertura estomática (diminuindo a transpiração) reverte este déficit hídrico (DH) de

curto prazo (BIANCHI et al., 2004). Durante períodos de deficiência hídrica, a

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manutenção do crescimento da planta depende de sua capacidade de conservar a

turgescência das células, por meio do ajustamento osmótico (NIU et al., 2003).

Um dos grandes problemas enfrentados pela biologia vegetal é o prejuízo causado

pela deficiência hídrica que limita o crescimento das plantas devido a reduções do

equilíbrio na planta no controle da interação entre fotossíntese e respiração

(FLEXAS et al., 2006). Quando ocorre estresse hídrico severo, há a inibição da

fotossíntese em razão da maior resistência difusiva e da consequente redução na

assimilação do CO2 da atmosfera para o sítio de carboxilação (PEAK et al., 2004,

CHAVES et al., 2009, PINHEIRO e CHAVES, 2011). Esta resistência é imposta pela

de falta de água, que promove a redução do turgor celular das células-guardas

seguidas do fechamento dos poros estomáticos (PINHEIROS e CHAVES, 2011).

Fatores não estomáticos também podem estar envolvidos na inibição das taxas

fotossintéticas em situações de restrição hídrica, tais como problemas no transporte

de elétrons, na fotofosforilação (FLEXAS et al., 2006) e redução na síntese de ATP.

Esta última é considerada resposta inicial à deficiência hídrica, podendo causar

diminuição da capacidade de regeneração da ribulose bifosfato (RuBP) que reduz a

fotossíntese potencial da planta (LAWLOR e TEZARA, 2009; PINHEIRO e CHAVES,

2011, CATUCHI et al., 2012).

Segundo Bergamaschi et al. (2006), o déficit hídrico afeta quase todos os aspectos

relacionados ao desenvolvimento das culturas: reduz a área foliar (por diminuir o

crescimento ou pela senescência das folhas); reduz a fotossíntese (devido à

diminuição da área foliar, murchamento e enrolamento de folhas e fechamento dos

estômatos) e afeta vários outros processos como: brotação, polinização, absorção

de nutrientes e translocação de fotossintatos. Outros trabalhos relataram alterações

nas propriedades das membranas, aumento da respiração, inibição da fotossíntese,

menor produção de matéria seca, senescência prematura e redução na produção e

em seus componentes (UPADHYAY et al. 2011, PEREIRA et al. 2012, DUARTE et

al. 2013).

O estresse hídrico também pode ser ocasionado pela alta salinidade em que

se encontra a planta, sendo denominado como estresse salino. Estudos recentes

relataram maiores depósitos de sais no solo próximos a costas devido ao

agravamento do aquecimento global por meio do aumento dos níveis de mares e

tempestades (JAMES et al., 2012). Adicionalmente, na agricultura tem-se observado

maior salinização devido a baixa precipitação pluviométrica, alta evaporação,

irrigação mal conduzida, drenagem inadequada (DANTAS et al., 2006, LIMA et al.,

2011), intemperismo físico e químico de rochas, materiais geológicos e biológicos,

bem como atividades humanas (RENGASAMY, 2010). Mundialmente, cerca de 800

milhões de hectares de solo são impactados pela salinidade (RENGASAMY, 2010),

atingindo um terço de água irrigada no planeta (TAIZ; ZEIGER, 2013) e, em relação

a terras agricultáveis, cerca de 2 milhões de km2 (NEVES et al., 2010).

No Brasil, em sua maioria, solos salinos e sódicos ocorrem no Rio Grande do

Sul, na região do Pantanal Mato-grossense e, com predomínio na região semiárida

do Nordeste (RIBEIRO et al., 2003). Apesar de ser um país com grande potencial no

cultivo de cultivares, a aplicação excessiva de fertilizantes com índice salino elevado,

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tais como cloreto de potássio, nitrato de amônia e formulações comerciais, de forma

indiscriminada e excessiva, pode induzir a um incremento da pressão osmótica na

solução do solo, prejudicando a germinação das sementes e o desenvolvimento de

plantas muito jovens (FIGUEIRÊDO, 2005; WANDERLEY, 2009).

A salinidade afeta as plantas de duas formas: aumenta o potencial osmótico

do solo, fazendo com que o vegetal consuma mais energia para absorver água e

outros elementos nutricionais; e por meio da toxidez de determinados elementos,

principalmente sódio, boro, bicarbonatos e cloretos, que em concentração elevada

causam distúrbios fisiológicos (BATISTA et al., 2002). As plantas respondem ao

estresse salino primeiramente, diminuindo seu potencial osmótico que acaba

limitando o crescimento da parte aérea devido à falta de água e, posteriormente, se

mantido, ocorre à fase iônica onde a velocidade da toxicidade e morte foliar se

encontra maior que a produção de novas folhas afetando a fotossíntese causando

redução do crescimento e produtividade (MUNNS; TESTER, 2008). Diante disto, o

estresse salino é considerado um dos maiores problemas abióticos por causar

diminuição na produção e rendimento de culturas (PATADE et al., 2011; SHOMEILI

et al., 2011; JAMES et al., 2012; PLAZEK et al, 2013; MUNNS; GILLIHAM, 2015).

O prejuízo na absorção de água é um dos fatores mais importantes no que se refere

ao prejuízo do crescimento das plantas sob alta salinidade (BHATT et al., 2008),

prejudicando diretamente sua fotossíntese, bem como seu crescimento (KUMAR et

al., 2014). Os problemas causados na fotossíntese ocorrem, principalmente, pela

diminuição da área foliar da planta, redução dos teores de clorofilas e condutância

estomática, além de prejudicar a eficiência do fotossistema II (FSII) (SENGAR et al.,

2013). Além disso, também são relatados aumento na produção de espécies

reativas de oxigênio (EROs), desidratação celular (PLAZEK et al, 2013) e toxicidade

por íons causada pela diminuição na absorção de nutrientes (DEINLEIN et al., 2014;

RODRIGUES et al., 2014).

4.4 Ácidos húmicos e estresses hídricos

Estudos com ácidos húmicos (AH) vêm mostrando seu grande potencial na

promoção do desenvolvimento em plantas relacionado à parte fisiológica e

bioquímica. Embora tenham bastantes estudos na área da fisiologia, a literatura

encontra-se escassa quando se trata da investigação da atuação do AH em plantas

sob estresses hídricos. Estudos recentes apontaram efeito protetivo do AH em

plantas sob deficiência hídrica, como por exemplo, no arroz houve proteção da

permeabilidade da membrana celular e restabelecimento do nível hormonal de ABA

(ácido abscísico). Outros estudos também reportaram a estimulação das atividades

das enzimas da defesa antioxidante Superóxido dismutase (SOD) e Ascorbato

peroxidase (APX), (CORDEIRO et al., 2011; SCHIAVON et al., 2010;

VASCONCELOS et al., 2009) corroborando com Muscolo e colaboradores (2007)

que observaram a promoção da síntese de proteínas e enzimas em diversos órgãos

do vegetal com a aplicação deste ácido.

Quanto ao estresse hídrico causado pela salinidade, também foram observados

estudos relacionados a respostas mitigadoras promovidas pelo uso de AH em

plantas, dentre eles tem-se a indução de mecanismos de ajuste osmótico, como a

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produção de prolina e glicina betaína no milho (HAJLAOU et al., 2010); incremento

do N e P, redução na salinidade do solo, aumento no crescimento e disponibilização

de nutrientes em plantas de feijão (AYDIN et al., 2012); aumento no conteúdo de

metabólitos orgânicos e redução da formação de EROs (espécies reativas de

oxigênio) na cevada (JAROSOVA et al., 2016). Apesar dos trabalhos citados acima,

estudos concentrados no uso de substâncias húmicas e suas frações, como

mitigadores de estresses salinos, são limitados na ciência (ÇIMRIN et al. 2010;

AYDIN et al. 2012; KHALESRO et al. 2015).

4.5 Milho

Para realização da investigação do AH em plantas estressadas pela deficiência da

água faz-se necessário à utilização de um organismo teste com interesse econômico

e de fácil analogia já que o assunto ainda é limitado. Neste sentido, o cereal milho foi

escolhido, por ser utilizado amplamente em diversos ensaios fisiológicos para

detecção de poluentes e na detecção das atividades biológicas das substâncias

húmicas, apresentando notável sensibilidade a estes compostos (TAN;

NOPAMORNBODI, 1979; SILVA et al., 1999; GRANT; OWENS, 2006; PALANIVELL

et al., 2013). Além disso, é um vegetal de fácil manipulação, rápida formação de

biomassa em curto período de tempo, com rápida resposta fisiológica e boa

adaptação a hidroponia, o que facilita a sua manipulação num pequeno espaço

físico.

O milho (Zea mays L.) constitui uma importante fonte de nutrientes para a população

mundial (HENG et al., 2009) e, é o principal cereal produzido no Brasil, com uma

área plantada de 14,2 milhões de hectares, em 2012, e produtividade média

nacional de 4,721 Mg ha-1 (IBGE, 2012, CHIEZA et al., 2017). Ele pertence ao

grupo de plantas com metabolismo fotossintético do tipo C4, que se caracteriza pelo

elevado potencial produtivo (BERGAMASHI et al., 2004) e é uma planta de ciclo

anual, pertencente à família gramineae, que apresenta baixo ponto de compensação

de CO2 , alta taxa fotossintética e baixo consumo de água para a formação de

matéria fresca (AZEVEDO NETO & TABOSA, 2000). É uma cultura considerada

sensível a deficiência hídrica (SHAO et al., 2008) e moderadamente sensível à

salinidade sofrendo redução de 7,4% na produção de matéria seca por unidade de

incremento de condutividade elétrica, embora esse efeito difira entre os cultivares

(MASS, 1993).

Estudos de tolerância à seca envolvendo o milho podem trazer melhorias no

crescimento e no rendimento da cultura em regiões com limitação hídrica, já que o

milho é conhecido por apresentar alta sensibilidade à falta de água (SHAO et al.,

2008). Reduções no seu crescimento em função de decréscimos da área foliar, da

biomassa e da transpiração geralmente são observados quando é aplicada a

restrição hídrica (BERGAMASCHI et al., 2007, WU et al., 2011). Na fase de

enchimento de grãos do milho é observado fechamento de estômatos, reduzindo a

taxa fotossintética e, consequentemente, a produção de fotoassimilados e sua

translocação para os grãos (EMPRAPA, 2008).

Diversos estudos reportaram diferentes respostas de cultivares de milho quando

submetidas ao estresse salino, considerando as diferentes exposições

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(HAJIBAGHERI et al., 1987; ALBERICO; CRAMER, 1993; AZEVEDO NETO, 1997).

Estes estudos são de fundamental importância para trabalhos de seleção de

cultivares tolerantes, tanto no melhoramento clássico, como na engenharia genética,

para a obtenção de plantas transgênicas mais resistentes (WILLADINO et al.,1995).

Em sua maioria, pesquisadores relataram redução da matéria seca da raiz (CARPICI

et al., 2009) e redução na parte aérea e no desenvolvimento radicular (AZEVEDO e

TABOSA, 2000). Geralmente, reduções significativas no crescimento e na

produtividade das plantas de milho são obsevadas quando tratadas com soluções

salinas (CARVALHO et al., 2012; SILVA et al., 2014).

4.6 Investigação Biológicas

Diversas variáveis fisiológicas são utilizadas com o objetivo de explicar e entender

as diferenças de comportamento das espécies vegetais (ALVAREZ et al., 2012) sob

diferentes investigações. A análise de crescimento, por exemplo, é uma técnica que

detalha as mudanças morfofisiológicas da planta, em função do tempo, avaliando,

também, a produção fotossintética, por meio do acúmulo de matéria seca

(FALQUETO et al. 2009, CONCENÇO et al. 2011). É considerada uma análise

simples e de baixo custo onde podem ser realizadas avaliações periódicas da

quantidade de fitomassa produzida pela planta e suas estruturas (folhas, caules,

flores e grãos) e do tamanho da unidade fotossintetizadora (área foliar), durante o

desenvolvimento da planta (BENINCASA 2003, TAIZ e ZEIGER 2009, ALVAREZ et

al., 2012). A avaliação aferida ao final de seu crescimento permite avaliar a

contribuição de cada órgão no seu desenvolvimento total (BENINCASA, 2003 TAIZ e

ZEIGER, 2009). A variável mais utilizada é o índice de área foliar (IAF), que mensura

a intensidade de competição por luz entre plantas individuais, dentro de uma

população (TAIZ e ZEIGER 2009).

Grandes avanços na área de microeletrônica levaram ao desenvolvimento de

aparelhos complexos, como o IRGA (Infra-Red Gas Analyser), para mensurar os

processos fisiológicos de fotossíntese e respiração, ao mesmo tempo em que

avanços na área de processamento digital de dados simplificaram esses sistemas,

tornando as medições desses processos mais rápidas e precisas (HUNT, 2003).

Este equipamento (IRGA) mensura a troca gasosa, possibilitando uma avaliação

fisiológica e não destrutiva para o vegetal. Por meio desta análise é possível obter

variáveis inerentes ao processo de fotossíntese tais como: assimilação de carbono

(A), condutância (gs), transpiração, carbono interno (Ci) entre outras.

O estresse hídrico é caracterizado por envolver sutis alterações na estrutura

bioquímica das células, que parecem ser o resultado da acumulação de solutos

compatíveis e de proteínas específicas que podem ser rapidamente induzidas por

estresse osmótico (SHAO et al., 2005). Outro produto do déficit hídrico é a formação

de espécies reativas de oxigênio (EROs), sendo estas responsáveis pela inativação

de enzimas e danificação dos componentes celulares importantes, além de causar

degradação de fosfolipídios presentes na membrana (BARTOLI, 2012,

ABOGADALLAH, 2012). As EROs possuem alta reatividade e alta citotoxicidade,

pois em altas quantidades, interferem no ciclo de Calvin (inibindo a fixação de C) e,

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portanto, não permitem a realização da fotossíntese, devido à oxidação do aparato

fotossintético.

As formas predominantes de EROs incluem radical superóxido (O2¯), dotado de

baixa capacidade oxidativa; peróxido de hidrogênio (H2O2) capaz de romper a

membrana nuclear e causar danos ao DNA e radical hidroxil (•OH) que possui baixa

capacidade de difusão, porém alta reatividade, provocando lesões em uma série de

moléculas em meio celular (SCANDALIOS, 2000). Radicais do tipo O2 e H2O2 não

são tão reativos, mas na presença de íons metálicos (ex.: Fe) eles ativam reações

que levam a formação de •OH na reação de Haber-Weiss (BOWLER et al., 1992).

Este •OH possui grande potencial oxidativo degradando macromoléculas levando a

sérios danos celulares (SCANDALIOS, 2000) tais como: peroxidação lipídica,

desnaturação protéica e mutação no DNA (BOWLER et al., 1992) causando

disfunções metabólicas irreparáveis e morte celular (SCANDALIOS,2000).

A planta pode reagir com o aumento da expressão de genes de enzimas com

funções antioxidantes e com a síntese de espécies sequestradoras dos ROS

(MUNNÉ-BOSCH, 2013). Muitas enzimas parecem estar envolvidas no mecanismo

de proteção à presença destes radicais livres, entre elas, as catalases, superóxido

dismutases, peroxidases, glutationa redutases (MUNNÉ-BOSCH et al., 2013). Tais

enzimas evidenciam a resposta da planta/organismo frente a um estresse por meio

da quantificação das suas atividades ou de suas dosagens.

A superóxido dismutase (SOD) é considerada a primeira linha de defesa com os

danos causados pelas ERO’s atuando na dismutação de O2•- em H2O2 (ALSCHER

et al., 2002), desta forma, interferindo na concentração das duas ERO’s envolvidas

na reação de Haber-Weiss, fazendo parte do mecanismo central de defesa dos

organismos, evitando a formação do radical •OH – ERO mais reativa (LEÓN et al.,

2002).

A ascorbato peroxidase (APX) é uma das principais enzimas envolvidas na

eliminação rápida de H2O2, por possuir alta afinidade com essa molécula,

removendo-a mesmo em baixas concentrações. Ao contrário da catalase, que atua

removendo o excesso de peróxido de hidrogênio (MITTLER, 2002). A APX é

responsável pela degradação do H2O2 utilizando o ascorbato como substrato e

agindo na defesa de tecidos fotossintéticos contra o estresse fotoxidativo. Pode ser

encontrada também no citosol das células não fotossintetizantes, atuando na

redução dos níveis de ERO’s (ASADA, 1999).

A GSH (glutationa reduzida ) é uma molécula importante dentro do sistema celular,

participando do ciclo ascorbato-glutationa (NOCTOR et al., 2002), ou da síntese de

fitoquelatinas (GRATÃO et al., 2005). As glutationas S-transferases são enzimas que

catalisam a conjugação de GSH à substratos hidrofóbicos eletrofílicos, como

xenobióticos (DIXON et al., 2002), sendo essas proteínas encontradas

preferencialmente no citoplasma (MARRS, 1996).

A enzima H+-ATPase, situada na membrana plasmática, tem como atividade a

clivagem de moléculas de ATP para geração de um gradiente eletroquímico que

fornece energia para os transportes secundários da célula, promovendo a força

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necessária para a entrada e fluxo de íons e metabólitos na membrana (SZE, 1985;

CANELLAS et al., 2012). A enzima tem atividade influenciada por contextos

temporais e espaciais, bem como por mudanças químicas e ambientais e é

codificada por uma família de multigenes (NIU et al., 1996; HASEGAWA et al.,

2000).

A produção de EROS também pode iniciar o processo de peroxidação lipídica (LPO)

nas membranas celulares, formando hidroperóxidos de lipídeos (LOPEZ et al., 2005)

por meio da ação de radicais livres que capturam elétrons dos lipídios das

membranas celulares. A formação desses hidroperóxidos pode ser controlada pela

ação das GSTs (Glutationa-S-Transferase) (PRABHU et al., 2004). Este evento do

estresse oxidativo é considerado significativo por causar a diminuição da fluidez,

modificações de permeabilidade iônica e de outras funções associadas às

membranas (QUEIROZ et al., 1998). Respostas bioquímicas são geradas em razão

da diminuição da fluidez das membranas, tais como: interferência nas funções das

proteínas, a redução do suprimento de energia, a perda de compartimentalização, a

liberação acentuada de íons e outros eventos que rompem o metabolismo normal e

levam ao desbalanço e perda das funções essenciais (AZIZ e LARHER, 1998).

O potencial hídrico foliar (Ψ) e o teor relativo de água também são medidas usadas

na compreensão dos mecanismos envolvidos no controle do déficit hídrico pelo

vegetal. Estas medidas respondem o status hídrico do vegetal por meio da

mensuração de pecíolos foliares realizados pela bomba de Scholander, e o teor

relativo de água é avaliado pelo conteúdo de água presente em um disco circular

retirado da folha. Quando o conteúdo de água no substrato decresce, o potencial da

água na folha também decresce e, como consequência, o deficit hídrico se

desenvolve nas folhas, pois, as células guardas perdem turgor, causando

fechamento estomático (BIANCHI, 2004). Plantas que passaram por déficits hídricos

e acionaram mecanismos de tolerância, podem apresentar diferenças no potencial

de água na folha (GUIMARÃES et al., 2006).

A avaliação citogenética também é importante análise com o objetivo de investigar a

vulnerabilidade do material genético às agressões impostas pelo ambiente/fatores

por meio de agentes químicos, físicos e biológicos. Esses agentes capazes de

causar mudanças no DNA são chamados genotóxicos, e a ciência que estuda o

processo de indução de danos no DNA pela ação de tais agentes é conhecida como

mutagênese (ERDTMANN et al., 2003). O índice de genotoxicidade remete a

alterações cromossômicas que ocorrem durante a divisão celular e podem ser

passíveis de reparo (LEME e MARIN-MORALES, 2008, FERNANDES et al., 2009)

diferente da avaliação da mutagenicidade que não sofre reparos e é, portanto,

fixada.

A avaliação da mutagenicidade é realizada por meio da quantificação de

micronúcleos (MN) que são descritos por Fenech et al. (2000) como pequenas

massas de cromatina presentes no citoplasma morfologicamente semelhantes ao

núcleo principal que não são incorporados no núcleo principal durante o ciclo de

divisão celular. Apesar de originarem-se naturalmente, sua indução é indicativo da

exposição a agentes mutagênicos, sendo resultado de eventos de quebras

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cromossômicas ou aneuploidias (HEDDLE et al., 1983; AL-SABTI; METCALFE,

1995; FENECH, 2000). A avaliação da genotoxicidade é realizada por meio da

quantificação de aberrações cromossômicas que são considerados indicadores de

instabilidade genômica, porém, podem sofrer reparo pela maquinaria do DNA da

célula (FENECH et al., 2003, MOROZESK et al., 2017).

Com relação à avaliação da citotoxicidade, é investigada a divisão celular (mitose)

por meio do índice mitótico (IM). A citotoxicidade é ferramenta importante que

averigua a normalidade em que ocorre a mitose nas células. A partir da análise das

células meristemáticas do Zea mays L., é possível determinar os potenciais

citotóxicos, genotóxicos e mutagênicos de diversas amostras, tendo em vista a alta

sensibilidade desta espécie a compostos químicos.

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CAPITULO 2 – RESPOSTAS FISIOLÓGICAS, BIOQUÍMICAS, CITOGENÉTICAS E

DO CRESCIMENTO EM PLANTULAS DE Zea mays L. SOB ESTRESSE SALINO

TRATADAS COM ÁCIDOS HÚMICOS EXTRAÍDOS DE LODO DE ESGOTO

SANITÁRIO.

Autores: Lívia Dorsch Rocha1, Ian Drumond Duarte1, Leonardo Vallandro Zanetti1,

Ian de Oliveira Martins1, Edvar Junior Roncetti Coelho1, Mariana Morozesk2, Marina

Marques Bonomo2, Marisa Narciso Fernandes2 e Silvia Tamie Matsumoto1*.

1 Departamento de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Espírito Santo, Av.

Fernando Ferrari, 514, 29075-910, Vitória, Espírito Santo, Brasil.

2 Departamento de Ciências Fisiológicas, Universidade Federal de São Carlos, Av.

Washington Luiz, Km 235, 13565-905, São Carlos, São Paulo, Brasil.

Periódico a ser submetido: Environmental and Experimental Botany

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RESUMO

Apesar de apresentar elevada carga orgânica, a produção incessante de resíduos

sólidos (lodo de esgoto sanitário) sem destinação apropriada tem causado preocupação

em todo o mundo. Uma alternativa final para este resíduo é a extração de substancias

húmicas ou de suas frações, bem como a extração de ácido húmico (AH) que é

conhecida por apresentar alta bioatividade em vegetais. Estes ácidos orgânicos

promovem melhor desenvolvimento e crescimento vegetal por meio de mecanismos a

níveis celulares até sistemáticos. Efeitos antagônicos aos do AH são observados em

plantas sob estresse salino despertando desta forma o interesse da investigação destes

fatores. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo investigar as respostas à

aplicação de ácido húmico proveniente de lodo de esgoto (AH-LE- 2.0 mM C L-1) em

plântulas de milho estressada com NaCl (100mM) por meio da integração de análises

fisiológicas, bioquímicas, toxicogenéticas e do crescimento vegetal visando elucidar os

potenciais benefícios/ riscos da utilização deste ácido. Para isto, foi realizada

hidroponia em casa de vegetação com Zea mays L. crescendo em soluções

nutritivas com adição dos tratamentos e regulação constante da aeração e pH.

Elevados teores de carbono, nitrogênio e oxigênio foram observados na composição

elementar do AH, podendo constituir fonte de nutrientes para as plantas. Resultados

das taxas fotossintéticas e do crescimento vegetal do tratamento sob estresse salino

com AH apresentaram amenização das respostas negativas geradas pelo sal.

Adicionalmente, análises dos marcadores antioxidantes confirmaram o potencial

bioquímico do AH em estimular a defesa antioxidante, por meio de enzimas (SOD,

APX), metabólitos (GSH) e aminoácidos (prolina). Além disso, parâmetros foliares

refletiram maior hidratação celular e menor peroxidação (LPO) da membrana

plasmática seguida de menor extravasamento de eletrólitos. Resultados da análise

citogenética apontaram maior segurança a nível celular do uso do AH que não

apresentou potencial genotóxico, citotóxico e mutagênico. Por fim, a integração

destas análises permitiu indicar/sugerir o AH-LE como alternativa complementar em

plantas que sofrem estresse salino.

Palavras-chaves: material húmico • milho • análises biológicas • salinidade • estresse

abiótico.

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ABSTRACT

Despite the high organic load, the incessant production of solid waste (sanitary

sewage sludge) without proper disposal has caused concern all over the world. A

final alternative for this residue is the extraction of humic substances or their

fractions, as well as the extraction of humic acid (HA), which is known to have high

bioactivity in vegetables. These organic acids promote better plant growth and growth

through mechanisms at the cellular until systematic levels. Effects antagonistic to

those of HA are observed in plants under salt stress, thus arousing the interest of

investigating these factors. In this context, the present study aimed to investigate the

responses to the application of humic acid from sewage sludge (AH-LE- 2.0 mM C L-

1) to seedlings of maize stressed with NaCl (100 mM) by integrating analyzes

physiological, biochemical, toxicogenic and plant growth in order to elucidate the

potential benefits / risks of using this acid. For this, hydroponics was performed in a

greenhouse with Zea mays L. growing in nutrient solutions with addition of treatments

and constant regulation of aeration and pH. High levels of carbon, nitrogen and

oxygen were observed in the elemental composition of the AH, and could be a

source of nutrients for the plants. Results of the photosynthetic and plant growth

rates of the treatment under salt stress with AH presented attenuation of the negative

responses generated by salt. In addition, analyzes of the antioxidant markers

confirmed the biochemical potential of AH in stimulating the antioxidant defense,

through enzymes (SOD, APX), metabolites (GSH) and amino acids (proline). In

addition, leaf parameters showed higher cellular hydration and lower peroxidation

(LPO) of the plasma membrane followed by lower electrolyte extravasation. Results

of the cytogenetic analysis indicated greater safety at the cellular level of the use of

AH that did not present genotoxic, cytotoxic and mutagenic potential. Finally, the

integration of these analyzes allowed to indicate / suggest the AH-LE as a

complementary alternative in plants that undergo saline stress.

Keywords: humic material • corn • biological analyzes • salinity • abiotic stress.

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1. INTRODUÇÃO

O Brasil produz, anualmente, cerca de 150 a 220 mil toneladas de matéria seca de

LE (PEDROZA, 2010) sendo que apenas 37,9% da população urbana têm seu

esgoto devidamente coletado e tratado (SNIS, 2010). O lodo de esgoto sanitário

(LES) é definido como o resíduo gerado nos processos de tratamento de efluente

sanitário, constituindo-se de uma fonte de matéria orgânica e de nutrientes

(Resolução CONAMA 375/2006). A presença de elevada carga orgânica presente

neste resíduo sólido permite a possibilidade de extração de substâncias húmicas e

posterior extração do ácido húmico para sua aplicação em solos agricultáveis.

Um grupo predominante das substâncias húmicas são os ácidos húmicos (AH), que

são importantes componentes de fácil interação com contaminantes orgânicos e

inorgânicos (CANELLAS et al., 2010, JANNIN et al., 2012). Além disso, os AH são

conhecidos como promotores do crescimento vegetal por meio do aumento da

permeabilidade da membrana celular, maior entrada de oxigênio, respiração e

fotossíntese, entrada de fosfatos e elongação da célula da raiz (BALDOTTO et al.,

2014). Também são atribuídas atuações a nível celular e molecular destes ácidos

orgânicos como estimulação da atividade e promoção da síntese das enzimas H+-

ATPases da membrana plasmática, num efeito semelhante ao auxínico (NARDI et

al., 1991; FAÇANHA et al., 2002; CANELLAS et al., 2002; JINDO et al., 2012;

BALDOTTO et al., 2014). Na fisiologia, plantas como morango, uva e maçã,

apresentaram maior atividade fotossintética, incremento da clorofila total e

estimulação da abertura estomatal, respectivamente (NERI et al., 2002; CIMRIN e

YLIMAZ, 2005; WU et al., 2008; IFTIKHAR et al., 2017). Além de servir como reserva

de nutrientes às plantas (STEVENSON, 1994) constitui uma forma de reutilização,

representando uma alternativa para reciclagem agrícola.

O agravamento do aquecimento global vem aumentando o nível de mares e

tempestades, e contribuindo para maior depósito de sal no solo próximo a costas

(JAMES et al., 2012). Há mais de 800 milhões de hectares de solo em todo mundo

atingidos pela salinidade (RENGASAMY, 2010), atingindo um terço de água irrigada

no planeta (TAIZ; ZEIGER, 2013) e, em relação a terras agricultáveis, cerca de 2

milhões de km2 é atingido pela salinidade em todo o mundo (NEVES et al., 2010). O

prejuízo na absorção de água é um dos fatores mais importantes no que se refere

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ao prejuízo do crescimento das plantas sob solos salinos (BHATT et al., 2008)

prejudicando de forma direta sua fotossíntese, bem como seu crescimento (KUMAR

et al., 2014). Além disso, também são relatados aumento na produção de espécies

reativas de oxigênio (EROs), desidratação celular (PLAZEK et al, 2013) e toxicidade

por íons causada pela diminuição na absorção de nutrientes (DEINLEIN et al., 2014;

RODRIGUES et al., 2014). Em trabalhos com milho observa-se redução do seu

crescimento em função de decréscimos da área foliar, da biomassa e da

transpiração (BERGAMASCHI et al., 2007, WU et al., 2011). Estudos de tolerância à

seca envolvendo o milho podem trazer melhorias no crescimento e no rendimento da

cultura em regiões com limitação hídrica, já que o milho é conhecido pela sua alta

sensibilidade a este estresse (SHAO et al., 2008).

Trabalhos com ácidos húmicos vêm mostrando seu grande potencial na promoção

do desenvolvimento em plantas relacionados à parte fisiológica e bioquímica.

Hajlaou e colaboradores (2010) observaram redução de massa seca e indução de

mecanismos de ajuste osmótico, como a produção de prolina e glicina betaína em

milho com AH. Pinali e Kaplan (2003) também verificaram efeito mitigador com

aplicação deste ácido orgânico no milho corroborando desta forma com Serenella e

pesquisadores (2002) que observaram aumento na tolerância diante do estresse por

meio da aplicação do AH. Aydin e colaboradores (2012) relataram melhoras

significativas nas variáveis afetadas por estresse salino, tais como, incremento do N

e P na planta, redução na salinidade do solo, aumento no crescimento da planta,

permitindo que os nutrientes fossem incorporados na matriz AH e liberando-a para o

feijão. Apesar dos trabalhos citados acima mostrarem resultados favoráveis, estudos

concentrados no uso de substâncias húmicas e suas frações como mitigadores de

estresses salinos ainda são limitados na ciência (ÇIRIM et al. 2010; AYDIN et al.

2012; KHALESRO et al. 2015).

Neste contexto, a avaliação do composto ambiental pode ser realizada através da

aplicação de vários biomarcadores, em que variáveis fisiológicas são utilizadas com

o objetivo de explicar e entender as diferenças de comportamento das espécies

vegetais (ALVAREZ et al., 2012), bem como variáveis bioquímicas que refletem o

aumento da expressão de genes de enzimas com funções antioxidantes e com a

síntese de espécies sequestradoras dos EROs (MUNNÉ-BOSCH, 2013).

Adicionalmente, a avaliação de danos citogenéticos representa uma ferramenta

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importante na avaliação toxicológica (CARITÁ e MARIN-MORALES, 2008; FENECH

et al., 2003) do composto.

Ao se tratar de efeitos antagônicos tanto os promovidos pelo estresse salino quanto

os pelo AH, foi percebido a necessidade da investigação a nível

fisiológico,bioquímico e citogenético em plântulas de milho que é considerado uma

espécie de grande importância agronômica. Neste contexto, o objetivo deste estudo

foi avaliar as respostas da planta quanto à atuação do ácido húmico derivado do

lodo de esgoto frente à salinidade.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Preparo das amostras

Amostras de lodo de esgoto doméstico bruto foram disponibilizadas pela empresa

responsável pelo saneamento no estado CESAN (Companhia Espírito Santense de

Saneamento, ABNT, 2004). A amostra foi pulverizada e estocada para extração de

SH e análise química.

2.2 Extração de substâncias húmicas

A substancias húmicas foram extraídas conforme protocolo recomendado pela

Sociedade Internacional de Substâncias Húmicas (IHSS) usando solução de 0.5 M L-

1 NaOH. Para a extração de ácido húmico foi necessário aplicar solução ácida de

HCl (6 M L-1) reduzindo o pH até o valor 1 provocando desta forma a precipitação do

AH. O mesmo foi lavado com água deionizada, dializado em membrana com poro 14

kDa e por fim liofilizado (MOROZESK, 2017).

2.3 Análise Elementar do Ácido Húmico

A concentração de 2.0 mM C L-1 de AH proveniente de lodo de esgoto sanitário (AH-

LE) foi escolhida seguindo trabalhos relativos ao vegetal milho e, consequentemente

a sua bioatividade quanto ao AH (ZANDONADI et al., 2013 CANELLAS et al., 2012;

DOBBSS et al., 2010). Para a determinação desta dose, foram necessários

mensurar percentuais de carbono total, hidrogênio total, nitrogênio total e oxigênio

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total (AYUSO et al., 1996), usando-se o Analisador Elementar Automático (Leco,

CHN e S 932– Alemanha) (Tabela 1).

2.4 Ensaio Z.mays

Sementes de Z. mays (Híbrido Embrapa - BR 206) foram desinfetadas em solução

de NaClO (1,0 %) por 30 minutos, sendo posteriormente banhadas em água

destilada por 3 horas. As mesmas foram colocadas em papel-filtro umedecido,

protegido da luz com temperatura média de 28°C para a promoção da germinação.

Após cinco dias, plântulas de milho com aproximadamente 0,5 cm de raiz foram

selecionadas e transferidas para vasos contendo solução Hoagland (HOAGLAND E

ARNON, 1950) modificada para ¼ de força molar e, posteriormente foram então

adicionados os tratamentos seguindo o esquema de identificação à frente: ES:

estresse salino (NaCl 100 mM) com solução nutritiva; ES-AH: estresse salino (NaCl

100 mM) mais AH-LE (2.0 mM C L-1); AH-LE: ácido húmico (2.0 mM C L-1) e CN:

solução nutritiva. O experimento decorreu por 14 dias em casa de vegetação (Setor

de Botânica, -20° 16' 29.46"S e -40° 18' 17.04”, Departamento de Ciências

Biológicas) com temperatura média de 28 graus Celsius e umidade relativa de 78%.

O sistema de cultivo se deu em hidroponia com aeração (compressor de ar), onde

foram ajustados diariamente a condutividade (524 ±80 mS) e o pH (5,8 a 6,0).

2.5 Análises de Trocas Gasosas e Concentração Relativa de Clorofila

Medidas de variáveis relativas a trocas gasosas como: assimilação de CO2 (A, μmol

CO2 m-2 s-1), taxa de transpiração (E, mol H2O m-2 s-1), condutância estomática (gs,

mol H2O m-2 s-1), concentração subestomática de CO2 (Ci, μmol CO2 mol ar-1) foram

realizadas usando analisador de gases infravermelho portátil (IRGA), modelo LI 6400

(LI-COR, USA), em irradiância de 1000 μmol de fótons m-2 s-1. Como análise

complementar da fisiologia, foi mensurada a concentração relativa de clorofila sendo

realizada também na folha basal mais desenvolvida, por meio do medidor de clorofila

SPAD (Soil Plant Analysis Development) (SPAD-502, Minolta, Japão).

2.6 Parâmetros Foliares

2.6.1 Densidade Estomática

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A densidade estomática (n˚ estômatos mm-2) foi realizada com o uso de adesivo

instantâneo universal éster de cianoacrilato (Super-Bonder, EUA) em uma lâmina

histológica. Amostras de folhas de milho de dez indivíduos foram retiradas e

armazenadas em álcool etílico 70% para fixação do material. Posteriormente, foram

realizadas impressões abaxiais e adaxiais do terço mediano da região internervural

em doze campos ópticos por indivíduo, sendo cinco indivíduos por tratamento.

2.6.2 Extravasamento de Eletrólitos (E.E.) (%)

Discos foliares de 1 cm de diâmetro, foram retirados por meio de um perfurador, de

folhas do 2º ou 3º nó, e lavados três vezes em água destilada. Posteriormente os

mesmos foram secos em papel absorvente e colocados em tubos contendo 20 mL

de água ultrapura a 25ºC por 6h sob agitação constante, para posterior análise da

condutividade elétrica (C1) com o auxílio de um condutivímetro portátil (Sanxin,

modelo SX723, China). Depois, os discos foram em colocados em tubos falcons a

90ºC por 2h e após este período, esperou-se o material atingir temperatura

ambiente. Frascos contendo apenas água foram utilizados como branco (B1) antes

da fervura e (B2) após a fervura. Após atingir o equilíbrio na temperatura, a

condutividade elétrica máxima foi medida (C2) e o extravasamento de eletrólitos

calculado pela fórmula: [(C1-B1) / (C2-B2)] 100. A análise de extravazamento de

eletrólitos é uma técnica de investigação da viabilidade das membranas e foi descrita

por Bajji et al. (2001).

2.6.3 Determinação do status hídrico da planta

O status hídrico da planta foi determinado medindo-se o potencial hídrico da planta

(Ψw) ao final do experimento, na antemanhã, utilizando uma bomba de pressão tipo

Scholander (SCHOLANDER et al., 1965) PMS Instrument, modelo 600, USA. A

determinação consistiu na coleta de amostras da 2ª ou 3ª folha completamente

expandida a partir do ápice do eixo ortotrópico com bom estado fitossanitário, sendo

retirada e colocada na câmara da bomba de pressão para ser aplicada pressão até a

exsudação de líquido pelo pecíolo da folha onde então é feita a leitura da pressão

aplicada (TURNER, 1981). Adicionalmente, o status hídrico da planta também foi

determinado por meio do teor relativo de água (TRA) da folha, conforme protocolo de

Cairo (1995). O TRA foi mensurado por meio da retirada de dois discos foliares de

aproximadamente 1 cm de diâmetro do centro do limbo foliar, evitando as nervuras.

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Após a retirada dos discos, os mesmo foram imediatamente pesados em balança de

precisão de miligramas, para obtenção a massa da matéria fresca (MF). Logo após,

os discos foram submersos em água destilada para atingirem saturação hídrica, e

mantidos à aproximadamente 4ºC durante o período de 24 horas, em recipientes

escuros. Finalizado o período, os mesmos foram retirados da água, e enxugados

delicadamente com papel absorvente para serem pesados novamente para

obtenção da massa túrgida (MT). Por fim, os discos foram colocados na estufa e

observados diariamente até atingirem massa constante, onde se obteve a massa

seca (MS). O TRA foi calculado segundo a equação TRA = [(MF – MS) / (MT – MS)]

100, elaborada por Klar (1984).

2.7 Análises Quantitativas do Crescimento Vegetal

Após os 21 dias de condução experimental, foram coletadas aleatoriamente cinco

espécimes de Zea mays L. de cada repetição, a fim de mensurar a altura (cm), a

área foliar total (Area Meter, LI-COR 3100, USA), massa fresca (MF) e seca (MS)

(estufa 60º C) de todos os órgãos das plantas, altura parte aérea (cm), diâmetro do

caule (mm) e número de folhas (NF). (HUNT, 1978; ROCHA et al., 2009).

2.8 Análises Bioquímicas em Zea mays L.

Seis biomarcadores bioquímicos foram investigados com finalidade de verificar a

resposta do estresse oxidativo. As atividades das enzimas superóxido dismutase

(SOD) seguiram protocolo de McCord e Fridovich (1969), a glutationa reduzida

(GSH) seguiu White et al. (2003) com modificações por Gallagher et al. (1992), a

peroxidase do ascorbato (APX) foi conforme Nakano e Asada (1981), as ATPase

total/ H+-ATPase seguiramo metodologia de Gibbs e Somero (1989) com

adaptações (KULTZ E SOMERO, 1995; GONZALES et al., 2005). A taxa de

peroxidação lipídica (LPO) seguiu método de Fox (Ferrous Oxidation / Xylenol

Orange Method) baseada no protocolo de Jiang et al., (1991, 1992) e o teor do

aminoácido prolina também foi quantificado conforme Bates et al. (1973). Para a

avaliação das atividades das enzimas do estresse oxidativo extratos enzimáticos

foram preparados a partir de amostras de folha e raiz de Z. mays L. coletadas após

14 dias de exposição. A concentração de proteína total das amostras foi

determinada de acordo com o método de Bradford (1976) à 595 nm, utilizando

albumina bovina sérica para determinação da curva padrão em microplaca (Dynex

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Technologies Ltd., EUA). Todos os experimentos foram realizados em triplicata e

adaptados para microplaca (SpectraMax M5, Molecular Devices, USA).

2.9 Análise Citogenética em Zea mays L.

A análise citogenética em Z. mays foi realizada conforme Morozesk et al. (2017)

seguindo o protocolo de Grant (1982) com modificações (LEME e MARIN-

MORALES, 2008). Sementes de milho foram germinadas em papel filtro após serem

esterilizadas em solução de NaClO 1%. Após 4 dias, 20 sementes com 1 cm de raiz

foram selecionadas e expostas aos tratamentos seguintes por 15 dias: ES-(NaCl 100

mM) com água destilada ES-AH- NaCl (100 mM) mais AH (2.0 mM C L-1); AH- (2.0

mM C L-1) e CN-água destilada, durante 72 horas segundo Morozesk e

colaboradores (2017). Após o aparecimento das radículas, lâminas foram

preparadas por meio das células meristamáticas encontradas na extremidade da

raiz, onde foram contadas mil por lâmina em microscópio de luz, totalizando 5

lâminas por tratamento para calcular os índices genotóxicos, mutagênicos e

mitóticos.

3. ANÁLISES ESTATÍSTICAS

Os dados quantitativos seguiram a distribuição normal e foram submetidos a uma

análise de variância (ANOVA) seguida do teste de média Tukey a 5%. Todas as

análises foram executadas pelo programa Infostat (versão para estudantes) e seus

dados foram reportados com valores da média ± erro padrão.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Análise Elementar CHN

Os resultados da análise de composição elementar dos ácidos húmicos estão

dispostos na Tabela 1. Foi realizada análise elementar dos elementos C (carbono),

H (hidrogênio), N (nitrogênio) e O (oxigênio) para posterior formação da

concentração de 2 mM C-1 escolhida conforme Dobbss et al. (2010), Canellas et al.

(2012) e Zandonadi et al. (2013). O teor de nitrogênio no ácido húmico proveniente

de lodo de esgoto sanitário (AH-LE) foi maior do que os valores quantificados no

vermicomposto, indicando maior grau de evolução destes materiais húmicos

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(KONONOVA, 1982; ADANI et al., 2006). O teor de nitrogênio elevado encontrado

nos materiais húmicos, indica-os como uma fonte importante de compostos

nitrogenados (STEVENSON, 1994). Altos teores de oxigênio observados indicam a

predominância de grupos funcionais oxigenados nos ácidos húmicos, usualmente

classificados como carboxílicos (COOH), hidroxílas (OH), carbonilas (C=O),

metóxilas (OCH3) e ocasionalmente ésteres (COOR) e éteres (COC) (HAYES et al.,

1989; SILVA et al., 1999). As relações entre C/N são muitas vezes utilizadas para

monitorar as alterações estruturais das frações húmicas das substâncias húmicas de

diferentes fontes (ADANI et al., 2006), indicando o grau de incorporação do

nitrogênio e o grau de humificação na estrutura das substâncias húmicas

(STEVENSON, 1994; LU et al., 2000). A menor relação C / N em AH-LE foi devido a

altos níveis de nitrogênio nesses compostos, evidenciando seu potencial como uma

fonte nitrogenada importante como já enfatizado por Stevenson (1994) e por

Morozesk et al. (2017).

4.2 Análises De Trocas Gasosas e Teor Relativo de Clorofila

Sabe-se que a salinidade afeta a absorção de água e diversos processos

bioquímicos resultando na redução do crescimento do vegetal, particularmente

devido ao declínio nas taxas relacionadas à fotossíntese como, por exemplo, o efeito

negativo na assimilação de CO2 e excessivo decréscimo na entrada de nutrientes

(PARIDA e DAS, 2005; CHA-UM e KIRDMANEE, 2009, TURAN et al., 2011).

Resultados de trocas gasosas mostraram que os tratamentos controle (CN) e ácido

húmico (AH-LE) tiveram diferenças significativas na análise de variância dos dados

quanto aos parâmetros de assimilação de carbono (A: CN= 7,66 mmol CO2 mol-1

H2O e AH-LE= 5.73 mmol CO2 mol-1 H2O), condutância estomática (gs: CN=0,05 mol

H2O m-2 s-1 e AH-LE= 0,05 mol H2O m-2 s-1) e transpiração (E: CN= 1,0 mol H2O m-2

s-1 e AH-LE= 0,92 mol H2O m-2 s-1) com relação ao tratamento do estresse salino

(ES) (A: 3,2 mmol CO2 mol-1 H2O; gs: 0,03 mol H2O m-2 s-1, E: 0,54 mol H2O m-2 s-1)

que obteve resultados com taxas inferiores as do CN (tabela 2). Era esperado que o

sal interferisse causando um prejuízo na absorção de água e diminuindo a

capacidade fotossintética (KUMAR et al., 2014). No entanto, foi observado que a

adição do AH-LE no tratamento de estresse salino (ES-AH) possivelmente,

amenizou as taxas das trocas gasosas prejudicadas pelo estresse salino, tais como:

A (5,56 mmol CO2 mol-1 H2O), gs (0,04 mol H2O m-2 s-1) e E (0,81 mol H2O m-2 s-1)

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(tabela 2). A melhora nas taxas de fotossíntese, promovidas pelos AH, podem ser

fundamentadas por meio da ativação da H+-ATPases que despolariza a membrana

plasmática ativando transportadores secundários, responsáveis pelo incremento da

absorção de macro e micronutrientes (BALDOTTO et al., 2014). Outra proposta

investigada, com o uso do AH, é o aumento da entrada de nutrientes, tais como N e

P em plantas de feijão (AYDIN et al., 2012) e N em plantas de milho, ambas plantas

estressadas pelo sal (KHALED et al., 2011), sendo estes elementos considerados

essenciais ao funcionamento do aparato fotossintético. HAGHIGHI et al. (2013)

investigando alfaces com aplicação de AH em solução nutritiva também concluiu que

o AH acelera a entrada de N e NO3- e o metabolismo do N por meio do aumento da

atividade da nitrato redutase resultando na produção de proteínas. Vale ressaltar

que níveis de metabólitos nitrogenados na planta estão diretamente associados com

as taxas de pigmentos fotossintéticos (DEBAEKE et al., 2006; ERTANI et al., 2013) e

um dos efeitos relacionados ao tratamento de plantas com material húmico é o

aumento no teor de clorofila (NARDI et al., 2002; ERTANI et al., 2013, IBRAHIM et

al., 2017). O aumento destes pigmentos podem influenciar diretamente as taxas

fotossintéticas das plantas por meio da maior absorção de luz com consequente

aumento do rendimento da etapa bioquímica. Por exemplo, nos alfaces houve

aumento da atividade fotossintética devido ao aumento do teor de clorofila e

condutância mesofílica com o uso de AH (HAGHIGHI et al., 2013), bem como em

plantas de tomate que apresentaram aumento de 63% no teor de clorofila com

aplicação de SH (SLADKY et al., 1959a, 1959b). Estes trabalhos corroboram com o

resultado do presente trabalho onde a quantificação do verde foi feita pelo

equipamento SPAD e tratamentos CN e AH-LE apresentaram maiores valores do

teor do verde (CN=22,6 e AH-LE= 23.4), estatisticamente diferente do ES (18,23)

que apresentou menores teores (tabela 2). Mais uma vez, foi possível observar

atenuação do estresse salino, quanto ao parâmetro do teor de clorofila relativo do

tratamento ES-AH (21,83) onde o AH-LE minimizou a queda desta variável.

Contudo, o estudo que melhor corrobora com o aumento da clorofila relativa é o

apresentado por Rocha et al. (2014) que investigando o arroz, nas mesmas

condições experimentais e em doses crescentes do mesmo AH-LE (proveniente do

lodo de esgoto), relataram elevado teores das clorofilas a e b e carotenóides

conforme dose crescente do ácido. Vale destacar que os carotenóides têm potencial

para melhorar a qualidade nutricional e o rendimento das plantas, além de

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desempenhar um papel importante na eliminação de espécies reativas de oxigênio

(ERO) (DAVISON et al. 2002, MUCHATE et al., 2016). Enquanto que a clorofila é o

pigmento responsável pela absorção, transferência e conversão de energia luminosa

em energia química no processo de fotossíntese (GUO et al., 2005, JIANG et al.,

2007, FAN et al., 2014). Embora houvesse o incremento nos valores das variáveis

gs, E e A (no tratamento ES-AH), o mesmo não foi observado em relação ao

carbono interno (Ci), onde era esperado a sua redução devido ao processo de

carboxilação. O Ci localiza-se no mesófilo foliar e, é usado como substrato do

processo da fotossíntese. Seu aumento verificado nos tratamentos AH-LE e ES-AH

pode ser justificado, possivelmente, por uma limitação na maquinaria bioquímica da

fotossíntese ou pelo aumento na taxa de respiração provocado pelo AH (SYLTIE et

al., 1985, LIU et al., 1998). Em suma, o tratamento com AH-LE não gerou resultados

superiores estatisticamente, nas taxas de fotossíntese em relação ao CN como

relatado por Canellas et al. (2013) e Liu et al. (1998), no entanto foram observados a

minimização dos prejuízos causados pelo sal.

4.3 Parâmetros Foliares

4.3.1 Status hídrico do Z. mays

Resultados relativos ao status hídrico do milho apresentam-se na Tabela 3. O

potencial hídrico foliar (Ψ) é uma medida importante e sensível do estado hídrico da

planta em que varia de valores próximos de zero em plantas sem estresse, até

valores bem abaixo de zero ou igual ao potencial osmótico, em plantas com estresse

(HSIAO et al., 1973). É também usado para o entendimento dos mecanismos

envolvidos e os processos afetados no controle do déficit hídrico pela própria planta

(MARTINS et al., 2010). Para avaliar o grau de déficit hídrico de uma planta é

comum utilizar-se de variáveis relacionadas às folhas, como conteúdo relativo de

água foliar e o potencial hídrico, sendo este último o mais utilizado em estudos

fisiológicos (ANGELOCCI et al., 2002). No caso deste estudo, tratamentos CN (-0,72

MPa) e AH-LE (-0,62 MPa) tiveram resultados diferentes estatisticamente dos

tratamentos com sal - ES (-2,36 MPa) e ES-AH (-2,03 MPa) - que apresentaram

valores mais negativos de potencial hídrico, como esperado. Bono et al. (2001)

classificaram plantas de milho quanto ao potencial, em três intervalos

representativos das condições hídricas nos seguintes níveis: Ψ< -1,5MPa como alto

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déficit, Ψ entre -1,5 e -0,8MPa como médio déficit e Ψ > - 0,8MPa como sem

condição de déficit hídrico. Conforme classificação de Bono, os tratamentos CN e

AH-LE estavam sem condição de déficit hídrico enquanto que os tratamentos ES e

ES-AH estavam em condições de alto déficit. Valores menores que -1,5 MPa podem

provocar condições limitantes de disponibilidade de água às plantas (BERGONCI et

al., 2000, MARTINS et al., 2010) prejudicando processos fisiológicos como a

fotossíntese. Quanto aos resultados do teor relativo de água (TRA) foi possível

observar resultados satisfatórios quanto ao uso do AH-LE, pois, o tratamento AH-LE

apresentou o melhor índice de TRA com 92,66%, diferindo estatisticamente do

tratamento ES (80,58%) que apresentou menor percentagem de água entre os

tratamentos. Adicionalmente, foi observada a minimização da perda de água no

tratamento de sal com AH (ES-AH: 86,4%) que estatisticamente teve similaridade

com o tratamento CN (86,4%) e apresentou valores atenuados quando comparado

ao ES. O seguinte resultado apontou grande minimização da desidratação celular

em plantas sob estresse salino, fato este que pode ser justificado pela síntese ou

menor degradação do ABA promovida pelo AH (GARCÍA et al., 2014, MORA et al.,

2014) já que este hormônio é um componente fundamental do mecanismo que

permite a planta satisfazer a demanda de água e otimizar o crescimento e

sobrevivência em resposta a deficiência hídrica (ZHANG e DAVIES, 1990) por meio

da modulação da expressão de um grande número de genes cujos produtos

protegem a célula dos efeitos negativo da desidratação (BRAY, 2000; LI et al.,

2014). Vários estudos relataram que a regulação da condutividade hidráulica

radicular (Lpr) via ABA está funcionalmente relacionada com o aumento na

expressão dos genes que codificam várias proteínas intrínsecas da membrana

plasmática (PIPs) das células de raiz denominados aquaporinas (QUINTERO et al.,

1999; BEAUDETTE et al., 2007; VANDELEUR et al., 2014) que são responsáveis

pela entrada de água na célula. Este aumento significativo na expressão gênica das

principais aquaporinas da membrana plasmática da raiz está associado ao aumento

da condutividade hidráulica da raiz causada pelo modelo de ácido húmico

(OLAETXEA et al., 2015). Ambos os parâmetros confirmaram a presença de um

estresse causado pela deficiência da água e, adicionalmente mostraram a

atenuação desta com o uso do AH-LE.

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4.3.2 Tolerância Protoplasmática e Peroxidação da Membrana Plasmática

A integridade da membrana plasmática (MP) celular foi analisada por meio da

análise de extravasamento de eletrólitos onde membranas mais prejudicadas

extravasam mais íons. É uma variável importante para inferir sobre a integridade da

membrana plasmática (TARHANEN et al. 1999; MUNNÉ- BOSCH et al., 2002) na

avaliação de dano celular. O teste de significância (p>0,05) indicou que no

tratamento ES (23,64%) ocorreram danos às membranas celulares e diferiu

estatisticamente do tratamento AH-LE (92,66%) que demonstrou melhor integridade

da membrana plasmática (tabela 3). Os tratamentos ES-AH (83,4%) e CN (86,4%)

não diferiram entre si (tabela 3) e, baseado neste resultado, é possível observar

atuação do AH-LE na proteção da integridade da membrana plasmática bem como,

García et al. (2016) e Mohamed et al. (2017) estudando AH em arroz também

relataram. O extravasamento de eletrólitos (EE) é considerado confiável indicador

fisiológico do grau de injúria sob condições de estresse (GAO et al., 2011), assim

como quantificação da peroxidação da membrana (LPO), sendo estes dois

parâmetros complementares e inerentes a avaliação de danos em membranas

celulares. No presente estudo, resultados da LPO também corroboraram com os de

EE, indicando menor peroxidação lipídica nas células de folhas (2,18 nM/mg) e

raízes (3,21 nM/mg) do milho sob estresse salino e adição de AH-LE (ES-AH), onde

houve similaridade estatística com o CN (folha= 1,89 nM/mg, raiz= 2,02 nM/mg)

(tabela 4). O tratamento ES, como esperado, apresentou maior peroxidação dos

lipídeos da MP (folha=2,81 nM/mg, raiz= 5,47 nM/mg) e diferiu dos tratamentos CN e

ES-AH e AH-LE (folha= 2,21 nM/mg, raiz= 2,32 nM/mg) (tabela 4). Garcia et al.

(2012; 2014; 2016) também observaram mitigação dos danos causados por

estresses osmóticos nas MP por meio do uso de AH-LE. Vale lembrar que ácidos

húmicos, dependendo da concentração, podem interferir na expressão de genes que

codificam aquaporinas e controlar os níveis de espécies reativas de oxigênio e a

ocorrência de peroxidação lipídica, ou seja, estimulam os mecanismos de defesa

das plantas às situações de estresse (GARCÍA et al., 2012, GARCÍA et al., 2014,

BALDOTTO et al., 2014). Tartoura et al. (2014) investigando tomate sob estresse

salino, atribuiu ao AH o papel da estabilização da membrana plasmática, como

evidenciado pela redução do EE, LPO e produção de H2O2, por meio do aumento

da atividade da nitrato redutase (NR).

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4.3.3 Densidade Estomática

Resultados sobre a densidade estomática abaxial e adaxial não mostrou diferenças

significativas entre os tratamentos CN, AH, ES e ES-AH (Tabela 3). Diferente de

Palanivell et al., 2013, no estudo com materiais húmicos com diferentes massas

moleculares observaram aumentos na quantidade de estômatos em plantas de

milho.

4.4 Análises do Crescimento Vegetal em Z. mays

Resultados do crescimento do milho encontram-se na Tabela 4. Em condições

salinas, as atividades fisiológicas e metabólicas das plantas são prejudicadas pelo

estresse osmótico, estresse iônico, desequilíbrios nutricionais, ou uma combinação

desses fatores (ASHRAF et al., 2004; SLAMA et al., 2015) que podem prejudicar o

crescimento do vegetal. Resultados da análise de crescimento do milho, por meio da

análise de variância (p>0,05), mostraram maior crescimento radicular (CR) no

tratamento CN (CR= 58 cm). Porém, tratamentos AH-LE (CR=32,4 cm) e ES-AH

(30,4 cm) tiveram similaridade estatística com o mesmo nível de significância e

diferenciando-se do tratamento ES que obteve a pior taxa de crescimento com

apenas 17 cm. Também foi observada maior massa seca radicular (MSR) nos

tratamento CN (0,32 g) e AH-LE (0,35 g) que diferiram estatisticamente dos

tratamentos ES (0,09 g) e ES-AH (0,21 g) que apresentaram menor massa seca.

Sabe-se que o NaCl diminui o crescimento de raízes (JAMAL et. al., 2011,

JAROSOVA et. al., 2016) enquanto que o ácido húmico é conhecido por promover

benefícios no desenvolvimento do sistema radicular (BALDOTTO et al., 2014). No

presente estudo, o tratamento com AH-LE não apresentou crescimento e massa

seca radicular melhor que o CN, contudo, quando adicionado sobre o tratamento

com estresse salino (ES-AH), observou-se aumento no comprimento e na massa

seca da raiz quando comparado ao tratamento ES. Estes dois fatores contribuem

para o aumento da área de superfície das raízes, possibilitando maior absorção de

água e de nutrientes (EYHERAGUIBEL et al., 2008, BALDOTTO et al., 2014). Outro

mecanismo relatado, com uso de AH, é o aumento na disponibilidade e assimilação

de nutrientes por meio da estimulação a exsudação de ácidos orgânicos e de

açúcares pelas raízes, alterando a química e a dinâmica microbiana da rizosfera

(CANELLAS et al., 2008b; PUGLISI et al., 2013, BALDOTTO et al., 2014). Quanto

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aos resultados relacionados à parte aérea (PA) também foi observado maior altura

no tratamento AH-LE (33 cm) e CN (34 cm). Porém, o tratamento ES-AH (24 cm)

obteve leve crescimento em relação ao ES que apresentou menor altura com 21,2

cm. No caso da massa seca da parte aérea (MSPA), resultados mostraram maior

incremento no tratamento AH-LE (0,28 g), seguido do CN (0,34 g) que diferiram

estatisticamente do ES (0,13 g). Enquanto que o tratamento ES-AH (0,24 g) mostrou

leve aumento da MSPA quando comparado ao ES. Na variável sobre área foliar

(AF), tratamentos CN (97,71 mm2) e AH (88,09 mm2) apresentaram maior área e

diferiram significativamente dos tratamentos que sofreram estresse salino ES (33,93

mm2) e ES-AH (47,3 mm2). Tal resultado estava previsto, pois, folhas são órgãos

responsáveis pela maior transpiração de água pelas plantas, assim, a redução da

área foliar é um recurso adotado no sentido de reduzir a perda de água por

transpiração (OLIVEIRA et al., 2013). Na variável sobre número de folhas (NF), o

melhor resultado obtido foi no tratamento AH-LE (5,8), seguido do tratamento CN

(5,6), ES-AH com média de 5 folhas e o tratamento ES foi o que apresentou menor

quantidade de folha, com apenas 4. Com relação à biomassa, analisada por meio da

massa seca total (MST), tratamentos CN (0,88 g) e AH-LE (0,95 g) obtiveram

maiores massas diferente dos tratamentos com sal ES (0,35 g) e ES-AH (0,45 g) que

tiveram sua biomassa reduzida possivelmente devido à diminuição das taxas de

assimilação de CO2, gs e área foliar, apresentados em resultados anteriores, sendo

estes fatores limitantes para seu crescimento. No entanto, o tratamento ES-AH

mostrou incremento de massa, com diferença estatística do ES corroborando com a

atuação dos AH em promover aumento dos pigmentos de clorofilas (ROCHA et al.,

2014, KAYA et al., 2018) colaborando desta forma com o aumento da fotossíntese e,

consequente, elevação de biomassa. O diâmetro do caule (DC) (termo errado não

existe caule) não apresentou diferenças estatísticas entres os tratamentos. No geral

os parâmetros relativos ao crescimento vegetal mostraram atenuação, por meio do

uso do AH-LE, nos tratamentos que foram aplicados estresse salino. Os resultados

acima colaboram com a hipótese de que o AH favorece o crescimento vegetal

apresentando melhores rendimentos nas biomassas dos órgãos vegetais (MSR,

MSPA e MST) e maiores taxas de crescimento (altura da planta e comprimento

radicular) (CANELLAS et al. 2002; ZANDONADI et al. 2007, JANNIN et al., 2012)

apresentando efeito análogo às auxinas em estimular o crescimento de raízes e

partes aéreas (BALDOTTO et al., 2012; BALDOTTO; BALDOTTO, 2013). A

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habilidade do AH em melhorar as taxas de crescimento pode ser justificada pelo

aumento da permeabilidade da membrana plasmática por meio da atividade de PM

H+ - ATPase na raiz (MORA et al., 2010), pela captação de potássio e fosfato, pelo

aumento nas taxas fotossíntese e taxas de respiração, pela síntese de proteínas e

hormônios e alongamento das células-raiz (BOHME e THI, 1997; NARDI et al., 2002,

CIRIM et al., 2010; SARUHAN et al., 2011, ZHNAG et al., 2013). O estresse salino é

reconhecido por dificultar numerosos atributos morfofisiológicos, como massa seca e

fresca da raiz e da PA, e taxa fotossintética, reduzindo o teor de clorofilas (ALI et al.,

2011b, ABBASI et al., 2012) assim como foi relatado neste estudo com o tratamento

ES que também apresentou taxas de crescimento reduzidas no milho (HAJLAOUI et

al., 2010, LIMA et al., 2011, ABBASI et al., 2012). Além de estimular o crescimento,

estudos recentes mostraram que AH promove o aumento da resistência da planta a

estresses (NARDI et al., 2002, ESRINGU et al., 2016, IBRAHIM et al., 2017). Nardi

et al. (2002), Buyukkeskin e Akinci (2011), Çelik et al. (2011), Tahir et al. (2011) e

Humintech (2012) relataram efeitos benéficos de substâncias húmicas no

crescimento, germinação de sementes, desenvolvimento de crescimento de raiz e a

absorção de macro e microelementos - além da afirmação de que 1 kg de AH pode

substituir por 1 tonelada de estrume.

4.5 Biomarcadores Bioquímicos em Raízes e Folhas de Zea mays L.

Resultados dos marcadores antioxidantes em raízes e folhas de milho se encontram

na Tabela 5. No combate ante o estresse osmótico e iônico, plantas desenvolveram

diferentes mecanismos bioquímicos e moleculares como indução de enzimas

antioxidantes e hormônios vegetais para combater os efeitos deletérios da produção

de ERO (espécies reativas de oxigênio) (PARIDA e DAS, 2005; ROY et al., 2014,

MUCHATE et al., 2016). As EROs são geradas intracelularmente pelas organelas

cloroplastos, mitocôndrias e peroxissomas em células de plantas, e podem provocar

danos oxidativos sob estresse abiótico (MELONI et al., 2003, LOFTI et al., 2015).

São normalmente referidas como subprodutos de reações redox (KOVALCHUK et

al., 2010, BARBOSA et al., 2014) tais como a respiração aeróbica, fotossíntese e

fotorrespiração. São categorizadas em dois grupos, radicais livres (radicais

superóxido, radical hidroxilo, radical peridroxil e radicais alcoxi) e formas não-

radicais (moléculas de peróxido de hidrogênio e oxigênio singlet), ambas formas

prejudicam estruturalmente proteínas, lipídios, carboidratos e ácidos nucleicos (BIAN

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et al., 2009) quando o equilíbrio entre a produção de EROs e a atividade

antioxidante é rompido a favor dos compostos oxidantes (KIM e KWAK, 2010). A

capacidade de acionar mecanismos de defesa antioxidantes pode prevenir o

acúmulo dessas EROs e o estresse oxidativo extremo (BHATTACHARJEE, 2010).

São diversos os marcadores bioquímicos envolvidos na resposta contra o estresse

oxidativo, e no presente trabalho foram investigadas as atividades do superóxido

dismutase (SOD), peroxidase de ascorbato (APX), glutationa reduzida (GSH), PM

H+- ATPase e ATPase total e do aminoácido prolina nas raízes e folhas de Zea

mays. Dados das raízes de milho mostraram maiores atividades da SOD no ES-AH

(3,34 U SOD/mg de prot), da APX nos tratamentos ES (10,94 mM Asc. Ac. mg Pt-1

min-1) e ES-AH (12,84 mM Asc. Ac. mg Pt-1 min-1) e da GSH no tratamento ES (2,67

mMmg Pt-1 min-1). Estudos recentes, igualmente, observaram aumento da atividade

da SOD e APX em raízes de arroz e milho (ROCHA et al., 2014, MOROZESK et al.,

2017) contrariando resultados relatados por Jarosova et al. (2016) na cevada. Garcia

et al. (2016) e Garcia et al. (2012) também verificaram elevação da SOD nas raízes

de arroz tratadas com AH. Em folhas, resultados significativos foram observados

quanto à atividade da SOD no estresse salino, onde o tratamento com maior

atividade foi o ES-AH (8,98 SOD/mg de prot) com diferença estatística com os

tratamentos ES (4,9 SOD/mg de prot) e AH-LE (4,02 SOD/mg de prot) que também

apresentaram aumento de atividade, porém menor quando comparada ao CN (2,64

SOD/mg de prot). Resultados similares descreveram o aumento da SOD em folhas

de plantas tratadas com AH (GARCIA et al., 2012, ROCHA et al., 2014, MOROZESK

et al., 2017, KAYA et al., 2018). Quanto a atividade da APX nas folhas de milho, não

foram verificadas diferenças entre os tratamentos, refutando deste modo, os

resultados obtidos por Lotfi et al. (2015) na planta canola. Aumentos da atividade da

GSH foram observados no ES-AH (0,67 mMmg Pt-1 min-1), seguido dos tratamentos

ES (0,48 mMmg Pt-1 min-1) e AH-LE (0,39 mMmg Pt-1 min-1). Ambos marcadores,

SOD e GSH apresentaram maior atividade nos tratamentos ES-AH sugerindo desta

forma, que o uso do AH-LE estimulou o desempenho da defesa antioxidante.

Jarosova et al. (2016) estudando o efeito do AH em cevada frente estresse salino,

também observou aumento da concentração da GSH no tratamento NaCl+AH. Vale

lembrar que a GSH (glutationa S-transferase ) é um metabólito importante dentro do

sistema celular que participa do ciclo ascorbato-glutationa (NOCTOR et al., 2002),

da síntese de fitoquelatinas (GRATÃO et al., 2005) e da redução de dissulfetos de

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proteínas (NORDBERG e ARNÉR, 2001). Sabe-se que a ativação destas enzimas é

de extrema importância, pois, mediante a um estresse abiótico, a SOD como

primeira linha de defesa catalisa a dismutação de radicais superóxido para a

produção de H2O2 e O2 (BARBOSA et al., 2014) e modula seu nível em cloroplastos,

mitocôndrias, citosol e peroxissomos (MITTLER, 2002; BHATTACHARJEE, 2010).

Posteriormente, a APX participa na detoxificação por meio do ciclo ascorbato-

glutationa, no qual o H2O2 formado pela ação da SOD é reduzido pelo ascorbato

(MITTLER, 2002; LOCATO et al., 2010). A remoção de H2O2 por peroxidases requer

uma pequena molécula redutora para agir como um co-fator de regeneração

gerando água como produto da reação (MHAMDI et al., 2012). A sua alta afinidade

com o H2O2, permite a sua eliminação mesmo em baixas concentrações (LOCATO

et al., 2010; SHARMA et al., 2012). As enzimas H+-ATPases também foram

quantificadas quanto a suas atividades em raízes e folhas de milho e, maiores

valores foram observados nos tratamentos com AH-LE como o ES-AH (raiz = 18,84

mM Pi mg Pt_1 h_1, folha = 2,77 mM Pi mg Pt_1 h_1) e AH-LE (raiz = 8,77 mM Pi mg

Pt_1 h_1, folha = 8,77 mM Pi mg Pt_1 h_1). Este resultado vai ao encontro dos

resultados apresentados por Rocha et al. (2014) e Morozesk et al. (2017) que

verificaram aumento expressivo destas enzimas com utilização do AH. Aumentos

nas atividades da enzima ATPase total também foram observados, ratificando o

resultado apresentado acima, onde raízes do milho sob tratamento com AH

apresentaram-se com maior atividade nos tratamentos AH-LE (23,27 mM Pi mg Pt_1

h_1) e ES-AH (28 mM Pi mg Pt_1 h_1) (tabela 5). Em folhas, igualmente, maiores

valores foram encontrados nos tratamentos ES-AH (3,18 mM Pi mg Pt_1 h_1) e AH-LE

(2,31 mM Pi mg Pt_1 h_1) enquanto valores reduzidos encontraram-se nos

tratamentos ES e CN. As H+-ATPases têm papel central no balanço energético

celular e na promoção do enraizamento, uma vez que fornecem energia para os

transportadores de íons localizados na membrana plasmática e geram o gradiente

eletroquímico responsável pela polarização da membrana plasmática (DOBBSS et

al., 2010) tornando-a mais permeável. Conforme demonstrado em diversos estudos

(FAÇANHA et al., 2002; CANELLAS et al. 2002; ZANDONADI et al., 2007,

CANELLAS et al., 2010) os AH produzem estímulos sobre a atividade de hidrólise e

transporte de H+ das H+-ATPases. Vale ressaltar que o AH também promove o

aumento da energia celular induzindo a síntese H-ATPase e, consequentemente,

estimula o crescimento celular e a entrada de nutrientes nas plantas através da

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63

formação de complexos solúveis com vários íons (CANELLAS et al., 2010). A prolina

é um aminoácido que induz a expressão de proteínas responsivas ao estresse salino

e pode melhorar a adaptação da planta (KHEDR et al., 2003, EL-SHARKAWY et al.,

2017). O acúmulo deste aminoácido é apontado como um índice fisiológico sensível

da resposta da planta a vários estresses abióticos (SHI et al., 1992, EL-SHARKAWY

et al., 2017) e também é considerado um mecanismo de adaptação, que regula a

permeabilidade da água das membranas nas células e influencia o movimento da

água entre os tecidos e órgãos (ASHRAF et al., 2004). No presente trabalho foi

observado acúmulo deste soluto nas raízes de milho de dois tratamentos salinos ES

(0,87 umol-1 MS) e ES-AH (1,22 umol-1 MS), sendo este último portador de maior

acúmulo. O mesmo resultado foi observado nas folhas de milho dos tratamentos ES

(0,95 umol-1 MS) e ES-AH (1,28 umol-1 MS). Estudos recentes também verificaram o

mesmo acúmulo diante do uso do AH em plantas estressadas (HAJLAOU et al.,

2010, AYDIN et al., 2012, JAROSOVA et al., 2016, KAYA et al., 2018). Ele

desempenha uma função importante como ajuste osmótico, desintoxicação de

espécies reativas de oxigênio, atua como antioxidante, estabilização de proteínas e

complexos protéicos (MUCHATE et al., 2016). No geral, foi possível observar a

redução dos danos oxidativos provocados pelo sal, por meio da modulação do

balanço oxidativo promovida pelo AH (JAROSOVA et al., 2016).

4.6 Avaliação Citogenética em Raízes de Zea mays L.

Dados de Z. mays com exposição aos tratamentos de AH-LE e sal para análise

citogenética se encontram na Tabela 6. Resultados sobre a avaliação citogenética

relativos a aberrações cromossômicas (AC) e micronúcleos (MN) que investigam a

genotoxicidade e mutagenicidade, respectivamente, não mostraram diferenças entre

os tratamentos refutando resultados obtidos por Morozesk et al. (2017). Rocha et al.

(2014) também não verificaram potenciais mutagênicos e genotóxicos no AH de

concentração similar. Quanto aos dados que avaliam a citotoxicidade, o tratamento

AH-LE apresentou maiores índices de divisão celular (IM) confirmando o potencial

do AH-LE em promover o crescimento. Tratamentos CN e ES-AH tiveram

similaridade estatística na análise de variância (p>0,05) diferentemente do ES que

apresentou menor IM. Em geral, o comprimento da raiz é correlacionado com índice

mitótico que reflete diretamente a proliferação a nível celular (SETH et al., 2008,

MOROZESK et al., 2017). Estes resultados ratificam a hipótese de que os AH

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influenciam o crescimento de raízes de diferentes espécies de plantas (DOBBSS et

al., 2010) e ainda, permitem inferir o uso seguro deste AH-LE em relação ao material

genético.

5. CONCLUSÕES

O tratamento com estresse salino (ES) reduziu significativamente o crescimento da

planta como observado pela diminuição da altura da planta, da área da folha, do

comprimento de raiz, do peso seco dos órgãos vegetais. Tmabém foram verificados

redução nos teores relativos de água (TRA), no índice de estabilidade da membrana

(EE), na transpiração taxa (E), na taxa de assimilação de carbono (A), na

condutância estomática (gs) bem como aumento das atividades de marcadores

bioquímicos antioxidantes, superóxido dismutase (SOD), peroxidase do ascorbato

(APX), glutationa reduzida (GSH), peroxidação lipídica (LPO) e acúmulo de prolina a

100 mM de NaCl. Enquanto que a presença de AH-LE nas plantas sob estresse

salino amenizaram os efeitos desfavoráveis da salinidade no crescimento do milho

favorecendo a capacidade fotossintética, de crescimento e bioquímica das plantas

de milho contra o estresse oxidativo induzido por salinidade. Nenhum efeito

mutagênico e genotóxico foram relatados nos tratamentos, o que se permite

recomendar o uso deste ácido orgânico como alternativa em plantas de milho que

sofrem estresse por sal.

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CAPITULO 2 – INFLUÊNCIA DO ÁCIDO HÚMICO DE LODO DE ESGOTO

SANITÁRIO EM PLÂNTULAS DE Zea mays L. SOB REGIME DE DÉFICIT

HÍDRICO QUANTO AOS PARÂMETROS BIOQUÍMICOS, CITOGENÉTICOS,

FISIOLÓGICOS E DE CRESCIMENTO.

Autores: Lívia Dorsch Rocha1, Ian Drumond Duarte1, Leonardo Vallandro Zanetti1,

Edvar Júnior Roncetti Coelho1, Ian de Oliveira Martins1, Marisa Narciso Fernandes2 e

Silvia Tamie Matsumoto1.

1 Departamento de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Espírito Santo, Av.

Fernando Ferrari, 514, 29075-910, Vitória, Espírito Santo, Brasil.

2 Departamento de Ciências Fisiológicas, Universidade Federal de São Carlos, Av.

Washington Luiz, Km 235, 13565-905, São Carlos, São Paulo, Brasil.

Periódico a ser submetido: Environmental and Experimental Botany

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RESUMO

Lodo de esgoto é considerado um biossólido e, portanto, possui condições para a aplicação

na agricultura. O ácido húmico (AH) é uma fração da substancia húmica (SH) que apresenta

maior bioatividade quando comparado ao ácido fúlvico (AF) e humina. O déficit hídrico (DH)

é considerado a maior restrição na estabilidade da produtividade do vegetal promovendo

alterações na fisiologia que podem ser irreversíveis dependendo dos danos gerados em

resposta. O presente trabalho teve como objetivo investigar, por meio da integração de

análises fisiológicas, bioquímicas, citogenéticas e do crescimento vegetal, os possíveis

efeitos do AH-LE (2.0 mM C L-1) sobre a plântula de milho com imposição de restrição

hídrica promovida com o PEG 6000. O experimento ocorreu em casa de vegetação, por

meio de hidroponia com adição dos tratamentos e regulação constante da aeração e do pH,

onde plântulas de Zea mays L foram cultivadas por 14 dias crescendo em soluções

nutritivas como base. Resultados da fisiologia demonstraram que parâmetros relativos à

assimilação líquida, condutância estomática, concentração interna de CO2, transpiração,

biomassa e crescimento de raízes quando relacionados aos tratamentos aditivados com

ácido húmico, indicaram amenização do estresse hídrico mantendo taxas saudáveis na

fisiologia do milho. Quanto aos parâmetros bioquímicos, estimulação de compostos

antioxidantes tais como, SOD e APX foram observados, bem como a redução do

extravasamento de eletrólitos e da peroxidação lipídica da membrana plasmática. Maior

hidratação celular foi relatada por meio do teor relativo de água corroborando com maiores

atividades das enzimas H+-ATPases promovidas pelo ação do AH-LE. Análises

citogenéticas permitiram assegurar a utilização deste ácido orgânico já que não apresentou

potenciais genotóxicos ou mutagênicos diante dos tratamentos. Diante destes resultados, é

possível sugerir a utilização do ácido húmico em plantas, de forma complementar, como

mitigador de malefícios causados por deficiência hídrica.

Palavras-chaves: deficiência hídrica • milho • material húmico • lodo de esgoto • respostas

fisiológicas.

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89

ABSTRACT

Sewage sludge is considered a biosolid and thus has conditions for application in

agriculture. Humic acid (AH) is a fraction of the humic substance (SH) that presents

higher bioactivity when compared to fulvic acid (FA) and humina. Water deficit (DH)

is considered the greatest constraint on plant productivity stability promoting changes

in physiology that may be irreversible depending on the damage generated in

response. The objective of the present work was to investigate the possible effects of

AH-LE (2.0 mM C L-1) on the maize seedling with the imposition of promoted water

restriction through the integration of physiological, biochemical, cytogenetic and plant

growth analyzes with PEG 6000. The experiment was carried out in a greenhouse by

means of hydroponics with addition of treatments and constant regulation of aeration

and pH, where seedlings of Zea mays L were cultivated for 14 days growing in

nutrient solutions as a base. Results of the physiology showed that parameters

related to liquid assimilation, stomatal conductance, CO2 internal concentration,

transpiration, biomass and root growth when related to humic acid additive

treatments indicated a decrease in water stress while maintaining healthy rates in

maize physiology. Regarding the biochemical parameters, stimulation of antioxidant

compounds such as, SOD and APX were observed, as well as the reduction of

electrolyte extravasation and lipid peroxidation of the plasma membrane. Increased

cell hydration was reported by the relative water content corroborating with higher

activities of the H + -ATPases enzymes promoted by the AH-LE action. Cytogenetic

analyzes allowed to ensure the use of this organic acid since it did not present

genotoxic or mutagenic potentials before the treatments. In view of these results, it is

possible to suggest the use of humic acid in plants, in a complementary way, as a

mitigator of malfunctions caused by water deficiency.

Key words: water deficiency • corn • humic material • sewage sludge • physiological

responses.

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1. INTRODUÇÃO

O lodo de efluente sanitário é um resíduo sólido gerado durante os processos de

tratamento do esgoto sanitário (Resolução CONAMA 375/2006) e é conhecidamente

rico em matéria orgânica e nutrientes. Entretanto, pode apresentar patógenos,

metais pesados e outros poluentes que acabam o tornando grande problema para a

saúde pública e ambiental. A produção de lodo no Brasil está estimada em 150 a

220 mil toneladas de matéria seca por ano. Considerando que apenas 30% deste

resíduo é coletado e tratado, estima-se que sua geração real seja maior que 400 mil

toneladas por ano (SOARES, 2004, PEDROZA et al., 2010).

Apesar de problemático, o lodo de esgoto apresenta características orgânicas e

biológicas em sua composição que o enquadram como biossólido e, portanto, possui

condições para a aplicação na agricultura (ANDREOLI et al., 2006, PEDROZA et al.,

2010). Devido à alta carga de matéria orgânica (MO) este vem sendo utilizado como

insumo agrícola de diversas formas. Uma delas é por meio da extração de

substâncias húmicas (SH) e ou de suas frações referentes ao ácido húmico (AH),

ácido fúlvico (AF) e humina que vem se tornando prática comum na agricultura

(BALDOTTO et al., 2014).

Os ácidos húmicos em especial são considerados a fração mais bioativa das SH

apresentando maior rendimento e produtividade nos diferentes níveis de

organização dos vegetais interferindo em sua fisiologia, causando por exemplo, o

acúmulo de nutrientes foliares (BALDOTTO et al., 2009B; MORA et al., 2010;

JANNIN et al., 2012), a biossíntese de clorofilas (AMERI e TEHRANIFAR 2012;

JANNIN et al., 2012; AHMAD et al., 2013), da biossíntese de carotenoides (TEJADA

e GONZALEZ, 2003; BALDOTTO et al., 2009b), da presença de cloroplastos

(JANNIN et al., 2012) e do processo fotossintético (AMERI e TEHRANIFAR 2012;

JANNIN et al., 2012) que resultam no incremento dos teores de macro e

micronutrientes (BALDOTTO, 2014). Contudo os efeitos mais estudados dos AH

remetem-se ao sistema radicular, especificamente com relação à formação de raízes

laterais (CANELLAS et al., 2002, JINDO et al., 2012, MORA et al., 2012),

alongamento radicular (SILVA et al., 2000), formação de raízes adventícias

(BALDOTTO et al., 2012; BALDOTTO e BALDOTTO, 2014) e formação de pelos

radiculares (CANELLAS et al., 2011; SILVA et al., 2011). Esses fatores em especial

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permitem o aumento da massa radicular e área de superfície das raízes,

proporcionando maior absorção de água e nutrientes (EYHERAGUIBEL et al., 2008),

contribuindo, por exemplo, na promoção da defesa ou melhoramento fisiológico de

uma planta.

O estresse causado pela deficiência hídrica é considerado a maior restrição na

produção e estabilidade das culturas de planta (HEINEMANN, 2010). A falta de água

em plantas provoca alterações nas propriedades das membranas, aumento da

respiração, inibição da fotossíntese, menor produção de matéria seca, senescência

prematura e redução na produção e em seus componentes (UPADHYAY et al. 2011,

PEREIRA et al. 2012, DUARTE et al. 2013). Ainda assim, plantas conseguem se

proteger apresentando respostas adaptativas como redução no teor de água,

diminuição do potencial hídrico foliar e a perda de turgor, fechamento dos estômatos,

diminuição de crescimento celular (JALEEL et al., 2009), desenvolvimento da área

radicular e raízes laterais. Apesar de possuir uso seguro na agricultura, pouco se

sabe sobre o efeito do AH sobre a deficiência hídrica. Contudo, GARCIA et al (2012)

verificaram que o AH protegeu a permeabilidade da membrana celular frente ao

estresse hídrico e ainda minimizou o efeito do estresse salino no crescimento do

feijão (AYDIN et al., 2012). Nesse aspecto, ASLI e NEUMANN (2010) propuseram

que AH podem se agrupar em raízes para afetar a transpiração e, promovendo

assim, alterações na condutividade hidráulica das raízes por meio do estresse

coloidal.

A sensibilidade das plantas à seca pode ser avaliada utilizando diferentes

parâmetros do estado fisiológico da planta, como por exemplo, o potencial hídrico,

os processos de troca gasosa e a concentração de pigmentos cloroplastídicos,

(CENTRITTO et al., 2003; BACELAR et al., 2007). Os princípios e as práticas da

análise quantitativa do crescimento vegetal têm como objetivo descrever e

interpretar o desempenho de determinada espécie crescendo em condições de

ambiente natural ou controlado (HUNT, 1990, PEIXOTO, 2011). O método tem como

objetivo estimar a produtividade biológica ou produtividade primária de comunidades

vegetais (PEIXOTO, 1998; PEIXOTO, 2002; CRUZ, 2007; PEIXOTO e PEIXOTO,

2009; TSUMANUMA, 2009, PEIXOTO, 2011) a fim de interpretar respostas e

utilidade da planta (HUNT et al., 2002). A avaliação de trocas gasosas, assimilação

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líquida de CO2 e potencial hídrico são complementares e muitas vezes podem

indicar mecanismos de adaptações em sua fisiologia neste tipo de estudo.

O milho (Zea mays L.) é uma gramínea com alto índice nutritivo ocupando o primeiro

lugar no mundo de cereais cultivados em diversos ambientes e climas do planeta

(WERLE et al., 2011). Além disso, é utilizado como organismo teste eficiente, pois

possui sensibilidade a respostas fisiológicas, habilidade fisiológica na conversão de

compostos minerais em orgânicos (SEVERINO et al., 2005; CRUZ et al., 2008). A

relação do milho com as SH já foram observadas em diversos estudos que

demonstraram alta sensibilidade deste com a exposição à substancias húmicas

(PINTON et al. 1999; CANELLAS et al., 2002; QUAGGIOTTI et al., 2004;

PALANIVELL et al., 2013).

Nessa perspectiva, percebe-se a necessidade de estudos com aplicação de

biossólidos, como por exemplo, o AH, nos cultivos de vegetais com finalidade de

investigar sua ação em plantas. Tendo em vista a problemática da geração de

resíduos sólidos oriundo de esgotos sanitários, a utilização de lodo de esgoto como

biossólidos para a extração de AH apresenta-se como alternativa de destinação

final. Diante disto, o presente trabalho objetivou, por meio da integração de análises

fisiológicas, investigar os possíveis efeitos e interações do AH sobre o milho sob

déficit hídrico.

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2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Preparo das amostras

Amostras de lodo de esgoto foram fornecidas pela empresa de saneamento básico

do Espírito Santo CESAN, Companhia Espírito Santense de Saneamento (ABNT,

2004) para a extração de AH e posterior quantificação elementar (CHN) por meio do

analisador elementar automático (Leco, CHNS 932– Alemanha) que quantifica os

percentuais de carbono total, hidrogênio total, nitrogênio total e oxigênio total

(AYUSO et al., 1996) (Tabela 1). Após serem pulverizadas, foram realizadas as

extrações das substâncias húmicas alcalino solúveis pelo método recomendado pela

Sociedade Internacional de Substâncias Húmicas (IHSS) e posteriormente, foi

extraído o AH por meio da redução do pH da solução com HCl 6 mol -1. Em seguida,

lavados com água deionizada e dializados em membranas com poros 14 kDa e para

posterior liofilização. Para montagem do experimento foi preparada uma solução de

AH na concentração de 2.0 mM C L-1 seguindo literatura escolhida conforme Dobbss

et al. (2010), Canellas et al. (2012) e Zandonadi et al. (2013).

2.2 Condições Experimentais

2.2.1 Ensaio com Zea mays L.

Os experimentos foram realizados em casa de vegetação e laboratório no Setor de

Botânica (-20° 16' 29.46"S e -40° 18' 17.04” O), Departamento de Ciências

Biológicas, localizados no campus de Goiabeiras da Universidade Federal do

Espírito Santo (UFES), Vitória, ES, com temperatura média de 27°C. Sementes de

Zea mays L. (Híbrido Embrapa - BR 206) foram desinfetadas após imersão em

solução de NaClO (1,0 %) por 30 minuntos, sendo posteriormente banhadas em

água destilada por 3 horas. Após este processo, as sementes foram envoltas em

papel-filtro e dispostas em local úmido, protegido da luze com temperatura média de

28°C para a promoção da germinação. Cinco dias após a germinação, plântulas de

milho com aproximadamente 0,5 cm de raiz foram selecionadas e transferdias para

vasos contendo solução Hoagland (Hoagland e Arnon, 1950) modificada para ¼ de

força molar.

O experimento ocorreu durante 10 dias (MOROZESK et al., 2017). Durante o mesmo

as condições de pH das soluções foram mantidas na faixa de 5,8 a 6,0, sendo suas

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condutividades elétricas mensuradas. Para a exposição das raízes de Zea mays aos

tratamentos, foram estabelecidos sistemas de hidroponia com aeração constante. A

exposição ocorreu em quatro tratamentos sendo que cada tratamento havia solução

nutritiva mais fatores do tipo PEG 6000 e/ou AH adicionados. Tratamentos sob

déficit foram adicionados PEG 6000 (valor de -0,96 MPa) seguindo Villela et al.

(1991) para sua aplicação. Vale ressaltar que o polietileno glicol (PEG) é utilizado

para simular os efeitos do estresse osmótico (MISRA et al., 2004). Para avaliar as

interações dos tratamentos déficit hídrico e ácido húmico, foram montados os

seguintes experimentos: DH-AH: déficit hídrico (PEG 6000) + AH-LE; DH–: déficit

hídrico (PEG 6000) sem AH-LE; AH-LE: solução nutritiva + ácido húmico e CN –:

solução nutritiva.

2.3 Análises de Trocas Gasosas

As análises de troca gasosa e assimilação líquida de CO2 foram realizadas com

auxílio de um analisador de gases infravermelho portátil (IRGA), modelo LI 6400 (LI-

COR, USA), em irradiância de 1000 μmol de fótons m-2 s-1. Foram avaliadas a

assimilação de CO2 (A, μmol CO2 m-2 s-1), transpiração (E, mol H2O m-2 s-1),

condutância estomática (gs, mol H2O m-2 s-1), concentração intercelular de CO2 (Ci,

μmol CO2 mol ar-1).

2.4 Parâmetros Foliares

2.4.1 Densidade Estomática (%)

Para a análise quantitativa foram coletadas amostras de folha de dez indivíduos de

Zea mays L. sendo essas fixadas e armazenadas em álcool etílico 70% e

posteriormente realizadas impressões abaxiais, do terço mediano da região

internervural. A densidade estomática (mm2) foi realizada utilizando uma gota de

adesivo instantâneo universal éster de cianoacrilato (Super-Bonder, EUA) em uma

lâmina histológica. Doze campos ópticos aleatórios foram analisados por indivíduo,

totalizando 60 campos ópticos por tratamento.

2.4.2 Teor Relativo de Água nas Folhas (TRA)(%)

Para a avaliação do teor relativo de água foram retirados dois discos foliares de

aproximadamente 1 cm de diâmetro do centro do limbo foliar, evitando as nervuras,

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e imediatamente pesadas em balança de precisão de miligramas, para obter a

massa da matéria fresca (MF). Em seguida, os discos foram acondicionados em

recipientes escuros e submersos em água destilada para atingirem saturação

hídrica, e mantidos à aproximadamente 4ºC durante o período de 24 horas. Após o

período, os discos foram retirados da água, eliminando-se o excesso de água com

papel absorvente e pesados imediatamente para a determinação da massa túrgida

(MT). Em seguida, obteve-se a massa seca (MS) por meio da secagem dos discos

em estufa até atingirem massa constante. O TRA foi calculado conforme Klar (1984),

por meio da equação: TRA = [(MF – MS) / (MT – MS)] 100.

2.4.3 Extravasamento de Eletrólitos (E.E.) (%)

Para avaliar a viabilidade das membranas usou-se a técnica do extravasamento de

eletrólitos (Bajji et al. 2001), onde discos foliares (1cm de diâmetro) de folhas do 2º

ou 3º nó a partir do ápice do eixo ortotrópico foram retirados com um perfurador e

lavados por três vezes em água destilada para a retirada do material extravazado do

corte. Após a lavagem dos discos, estes foram secos em papel absorvente e

colocados em tubos contendo 20 mL de água ultrapura a 25ºC por 6h sob agitação

constante, para posterior análise da condutividade elétrica (C1) com o auxílio de um

condutivímetro portátil (Sanxin, modelo SX723, China) e depois, tubos com os discos

foram colocados a 90ºC por 2h. Frascos semelhantes aos das amostras contendo

apenas água foram utilizados como branco (B1) antes da fervura e (B2) após a

fervura. Após o equilíbrio da temperatura, a condutividade elétrica máxima foi

medida (C2) e o extravasamento de eletrólitos calculado pela fórmula: [(C1-B1) /

(C2-B2)] 100.

2.4.4 Potencial da Água na folha na antemanhã (Ψw)

O potencial hídrico foliar (Ψw) foi determinado na antemanhã utilizando uma bomba

de pressão tipo Scholander (SCHOLANDER et al., 1965) PMS Instrument, modelo

600, USA. A determinação consistiu na coleta de amostras da 2ª ou 3ª folha

completamente expandida a partir do ápice do eixo ortotrópico com bom estado

fitossanitário, sendo retirada e colocada na câmara da bomba de pressão para ser

aplicada pressão até a exsudação de líquido pelo pecíolo da folha onde então é feita

a leitura da pressão aplicada (TURNER, 1981).

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2.5 Análises Quantitativas Do Crescimento Vegetal

Após os 21 dias de condução experimental, foram coletadas aleatoriamente cinco

espécimes de Zea mays L. de cada repetição, a fim de mensurar a altura (cm), a

área foliar total (Area Meter, LI-COR 3100, USA), massa fresca (MF) e seca (MS)

(estufa 60º C) de todos os órgãos das plantas, altura parte aérea (cm), diâmetro do

caule (mm) e número de folhas (NF). Por meio dessas medidas foram obtidas

médias da razão de área foliar (AF) por número de folhas (AF/NF), área foliar

específica (AFE), razão de raiz parte aérea (MSR/MSPA); comprimento específico

da raiz (CR/MSR), alocação de massa na parte aérea (MSPA/MST) e alocação de

massa na raiz (MSR/MST) (HUNT, 1978; ROCHA et al., 2009). Como análise

complementar, também foi mensurada por meio do medidor de clorofila SPAD (Soil

Plant Analysis Development) (SPAD-502, Minolta, Japão) a concentração relativa de

clorofila sendo realizada também na folha basal mais desenvolvida.

2.6 Biomarcadores bioquímicos

2.6.1 Concentração de proteína

A concentração de proteína das amostras foi determinada pelo método de Bradford

(1976) adaptado para microplaca, onde 10 μL do homogeneizado foi adicionado em

200 μL de Coomassie Blue. Em seguida, foi realizada a leitura da absorbância a λ=

595 nm, utilizando-se, como padrão, curva de albumina sérica bovina.

2.6.2 Atividade da enzima superóxido dismutase (SOD)

A atividade da SOD foi realizada por espectrofotometria com base no protocolo

descrito por McCord e Fridovich (1969), no qual o radical superóxido é gerado por

meio do sistema xantina/xantina oxidase e a redução do citocromo c foi monitorada a

550 nm. Foram pesados 0,3 g de amostra vegetal (folha e raiz) e adicionados 900 μL

de tampão fosfato com PMSF (fluoreto de fenilmetilsulfonilo) 1 mM. A mistura foi

homonegeneizada (ULTRA-TURRAX, IKA, China), centrifugada 10000 g por 10

minutos 4º C e o sobrenadante aliquotado para análise. Para leitura da atividade em

microplaca foram adicionados 10 μL do sobrenadante a 288 μL de meio de reação

(Xantina 50 μM, KCN 20 μM, Citocromo c 10 μM, EDTA 100 μM) em cada poço.

Para o branco, utilizou-se 2 μL de meio de reação. A leitura foi realizada durante um

minuto em intervalos de 15 segundos em espectrofotômetro (Biomete 3, Thermo

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Eletron Corporation, EUA). O volume de xantina oxidase foi determinado a partir da

leitura do branco, com uma leitura a cada sete amostras lidas. A atividade

enzimática foi expressa por unidade de SOD, sendo que uma unidade de SOD

corresponde a quantidade de enzima necessária para inibir 50% da redução do

citocromo c por minuto por mg de proteína a 25 °C e pH 7,8.

2.6.3 Atividade da enzima peroxidase do ascorbato (APX)

A atividade da APX foi determinada pelo método descrito por Nakano e Asada

(1981) com adaptações, no qual a concentração de H2O2 dependente de ascorbato

foi determinada por uma diminuição do valor de absorbância a 290 nm, usando o

coeficiente de extinção molar 2,8 mmol-1 L cm-1. O extrato foi preparado com 0,3 g

de amostra vegetal (folha e raiz) e adicionados 900 μL de tampão fosfato (200 mM,

pH 7,0) com PMSF (fluoreto de fenilmetilsulfonilo) a 1 mM. A mistura foi

homonegeneizada (ULTRA-TURRAX, IKA, China), centrifugada a 10000 g por 10

minutos a 4º C e o sobrenadante aliquotado para análise. Para leitura da atividade

em microplaca foram adicionados 2 μL do sobrenadante a 125 μL de tampão fosfato,

12 μL de ácido ascórbico, 96,9 μL de água destilada, 12,5 μL de H2O2. Para o

branco, utilizou-se 3,1 μL de água destilada. A leitura foi realizada durante três

minutos em intervalos de 15 segundos em espectrofotômetro (Biomete 3, Thermo

Eletron Corporation, EUA). A atividade específica foi expressa em μmol de ácido

ascórbico min-1 mg-1 de proteína.

2.6.4 Atividade da enzima Gultationa reduzida (GSH)

A quantificação da concentração de GSH foi realizada conforme White et al. (2003)

com modificações por Gallagher et al. (1992). A determinação da concentração de

GSH se dá pela separação dos dipeptídeos através de centrifugação e a posterior

reação dos complexos dipeptídicos com o 2,3 naftalenedicarboxialdeido (NDA), o

qual gera um complexo fluorescente que é medido a 528 nm após excitação a 472

nm. O extrato foi preparado com 0,3 g de amostra vegetal (raiz) e adicionados 900

μL de tampão de homogeneização (Tris-HCl 100 mM, EDTA 2 mM e MgCl2 x 6 H2O

5 mM) com PMSF (fluoreto de fenilmetilsulfonilo) a 1 mM. A mistura foi

homonegeneizada (ULTRA-TURRAX, IKA, China), centrifugada a 10000 g por 10

minutos a 4º C e o sobrenadante aliquotado para análise. Para leitura da atividade,

inicialmente foram adicionados 20 μL do sobrenadante a 20 μL de ácido

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sulfosalicílico (200 mM) em microplaca para centrifugação e incubados por 20

minutos. Após esse período, a placa foi centrifugada a 2500 rpm por 5 minutos. Em

seguida, 20 μL do sobrenadante foram transferidos para microplaca branca,

adicionados 180 μL de solução fluorescente (Tris-base 50 mM, NaOH 500 mM e 2,3-

naftalenedicarboxialdeído - NDA 10 mM) e a placa foi incubada por 30 minutos. Para

o branco, utilizou-se 20 μL de tampão de homogeneização. Utilizou-se, para

confecção da curva padrão, diferentes diluições de GSH (40, 20, 10, 5 e 2,5 nM). A

leitura foi realizada em espectrofotômetro (Biomete 3, Thermo Eletron Corporation).

A concentração de GSH foi expressa μM por mg de proteína.

2.6.5 Atividade da enzima H+-ATPase

A atividade da H+-ATPase foi determinada pelo método descrito por Gibbs e Somero

(1989) com adaptações de Kultz e Somero (1995) e Gonzales et al. (2005), no qual

os ensaio foi baseado na defosforilação do ATP para a oxidação do NADH, onde a

fração sensível ao NEM (inibidor da H+-ATPase) foi utilizada para avaliar a atividade

da H+-ATPase, com valor de absorbância a 340 nm. O extrato foi preparado com 0,2

g de amostra vegetal (folha e raiz) e adicionados 600 μL de tampão de

homogeneização (Sacarose 150 mM, Imidazol 50 mM, EDTA 10 mM), com

betamercaptanol. A mistura foi homonegeneizada (ULTRA-TURRAX, IKA, China),

centrifugada duas vezes a 3000 rpm por 7 minutos a 4º C e o sobrenadante

aliquotado para análise. Para leitura da atividade total da ATPase, foram

adicionados em microplaca 5 μL do sobrenadante a 200 μL de meio de reação

(Imidazol 30 mM, NaCl 45 mM, KCl 15mM, MgCl2 x 6 H2O 3mM, KCN 0,4 mM, ATP

1 mM, NADH 0,2 mM, PK 3 u/mL, LDH 3 u/mL, Frutose 1,6-difosfato 0,1 mM, PEP 2

mM). Para leitura da atividade da H+-ATPase, foram adicionados em microplaca 5

μL do sobrenadante a 200 μL de meio de reação e solução de NEM 2 mM. A leitura

foi realizada durante quinze minutos em intervalos de 30 segundos em

espectrofotômetro (Biomete 3, Thermo Eletron Corporation, EUA). A atividade

específica foi definida como a unidade da atividade da enzima por mg de proteína.

2.6.6 Taxa de Peroxidação de Lipídios (LPO)

A taxa de Peroxidação Lipídica foi realizada pelo método de FOX (Ferrous Oxidation

/ Xylenol Orange Method), com base no protocolo de Jiang et al. (1991, 1992). O

método baseia-se na rápida oxidação do Fe+2 mediada por peróxidos sob condições

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ácidas e posterior formação do complexo Fe+3-laranja de xilenol, na presença do

estabilizador hidroxitolueno butilado, que absorve luz a 550-570 nm. Amostras de

aproximadamente 3g de tecido vegetal (raiz) foram homogeneizadas (ULTRA-

TURRAX®, IKA), centrifugada a 10000 g por 10 minutos a 4º C e o sobrenadante

aliquotado para análise. Para leitura da atividade em microplaca foram adicionados

60 μL do sobrenadante a 240 ul de meio de reação sob 15 μl de PBS; para o branco

foram adicionados 60 μL de tampão de homogeneização. A leitura foi realizada em

espectrofotômetro (Biomete 3, Thermo Eletron Corporation).

2.6.7 Determinação do Teor do Aminoácido Prolina

Foi pesado 0.5g de amostra vegetal para posterior trituração em solução aqousa de

ácido sulfosaliucílico 3%. Para folhas foi necessário 10mL de solução enquanto que

para as raízes 2mL de solução. O material, portanto, foi filtrado em membrana 11um

e foi adicionado ácido ninhidrínico e ácido acético glacial na proporção 1:1:1,

deixando a solução reagir por uma hora em banho a 100ºC. Após o período de

reação, foi feito o choque térmico em banho de gelo por 5 minutos e, posteriormente,

foi adicionado tolueno na proporção 3 solução : 2 tolueno. A solução foi agitada

vigorosamente com o devido cuidado por se tratar de ácidos fortes. A fase aquosa

foi aspirada (200 µL aliquotados em placa de 96 poços) e deixada à temperatura

ambiente por 20 minutos. A absorbância foi lida a 520nm onde o tolueno

representava o branco. O cálculo foi determinado pela equação, seguindo protocolo

da Bates et al. (1973): [(µg prolina/mL x mL tolueno) / 115.5 µg/µmole] / (g

amostra/5)

2.7 Ensaio Citogenético em Zea mays L.

Sementes de Z. mays foram germinadas em água destilada e posteriormente

submetidas por 15 dias as soluções tratantes: água Destilada (controle), AH,

polietilenoglicol (PEG) (estresse hidrico), Cloreto de sódio (NaCl) (estresse salino),

AH + PEG, AH + NaCl. Radículas de aproximadamente 1 cm foram coletadas e

fixadas em carnoy. Para a análise citogenética lâminas foram confeccionadas a

partir das regiões de meristemas onde essas foram coradas pela metodologia

convencional de Feulgen. Foram aferidos o índice de germinação, índice mitótico,

índice de aberrações cromossômicas (índice de genotoxicidade) e índice

mutagênico. A análise citogenética em Z. mays foi realizada conforme Morozesk et

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100

al. (2017) seguindo o protocolo de Grant (1982) com modificações (LEME e MARIN-

MORALES, 2008).

2.6 Análises Estatísticas

Os dados quantitativos seguiram a distribuição normal e foram submetidos a uma

análise de variância (ANOVA) seguida do teste de média Tukey a 5%. Todas as

análises foram executadas pelo programa Infostat (versão para estudantes) e seus

dados foram reportados com valores da média ± erro padrão.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 Análise Elementar CHN

Os resultados da análise de composição elementar dos ácidos húmicos estão

dispostos na Tabela 1. Foi realizada análise elementar dos elementos C (carbono),

H (hidrogênio), N (nitrogênio) e O (oxigênio) para avaliar o grau de humificação que

é estabelecido por meio destes elementos. As relações entre C/N são muitas vezes

utilizadas para monitorar as alterações estruturais das frações húmicas das

substâncias húmicas de diferentes fontes (ADANI et al., 2006), indicando o grau de

incorporação do nitrogênio e o grau de humificação na estrutura das substâncias

húmicas (STEVENSON, 1994; LU et al., 2000). A menor relação C / N em AH-LE foi

devido a altos níveis de nitrogênio nesses compostos, evidenciando seu potencial

como uma fonte nitrogenada importante como já enfatizado por Stevenson (1994) e

por Morozesk et al. (2017). O teor de nitrogênio no ácido húmico proveniente de lodo

de esgoto sanitário (AH-LE) foi maior do que os valores quantificados no

vermicomposto, indicando maior grau de evolução destes materiais húmicos

(KONONOVA, 1982; ADANI et al., 2006, MOROZESK et al., 2017). O alto teor de N

permite indica-lo como importante fonte de compostos nitrogenados (STEVENSON,

1994) bem como, elevados teores de oxigênio indicam a predominância de grupos

funcionais oxigenados nos ácidos húmicos, usualmente classificados como

carboxílicos (COOH), hidroxílas (OH), carbonilas (C=O), metóxilas (OCH3) e

ocasionalmente ésteres (COOR) e éteres (COC) (HAYES et al., 1989; SILVA et al.,

1999, MOROZESK et al., 2017).

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3.2 Análises de Trocas Gasosas e Teor de Clorofila Relativo

Resultados de trocas gasosas se encontram na tabela 2. A falta de água na planta

prejudica o processo fotossintético, já que ela é requerida na liberação de prótons e

elétrons da etapa fotoquímica da fotossíntese, bem como na regulação da abertura

estomática, possibilitando a absorção de CO2 e a mobilização de fotoassimilados

(CHAVARRIA e SANTOS, 2012). Ao analisar respostas das trocas gasosas no milho

sob deficiência hídrica com adição de AH, na maioria dos parâmetros analisados,

pôde-se observar atenuação dos possíveis efeitos gerados por estresses hídricos.

Na variável A onde são mensurada as taxas de assimilação líquida de CO2, por

exemplo, maiores valores foram relatados no CN (A = 7,66 umol CO2 m-2 s-1), e DH-

AH (A = 5,14 umol CO2 m-2 s-1) em relação ao tratamento DH (A= 2,84 umol CO2 m

-2

s-1) e AH-LE (A = 5,73 umol CO2 m-2 s-1) (Tabela 2). Liu et al. (1998) também

verificaram incrementos nessa taxa por meio da aplicação de AH. Sabe-se que o

ácido húmico desempenha um papel ativo na estimulação do crescimento das

plantas por meio da promoção da fotossíntese, respiração e teor de clorofila (HEIL,

2005, XU et al., 2012, FAN et al., 2014). Já os maiores valores de condutância

estomática se encontraram nos controles CN (gs = 0,05 mol H2O m-2 s-1) e AH (gs =

0,05 mol H2O m-2 s-1) em comparação aos tratamentos DH (0,03 mol H2O m-2 s-1) e

DH-AH (0,04 mol H2O m-2 s-1). Vale ressaltar que plantas sob estresse hídrico

tendem a fechar os estômatos como forma de controle da perda de água, como

verificado por Xu et al. (2008), na variedade de milho chinesa sob deficiência hídrica.

Mesmo assim, resultados sobre gs indicaram leve elevação da condutância no

tratamento DH-AH (0,04 mol H2O m -2 s-1) comparado ao DH (0,03 mol H2O m -2 s-1)

(tabela 2), bem como, Lopez et al. (1993) e Reyes et al. (1993) também relataram

auxílio na abertura do estômato por meio da aplicação de AH, sendo este parâmetro

responsável pela permeabilidade da folha à difusão de água e CO2 e relacionado a

produtividade do vegetal (COSTA e MARENCO, 2007). No caso da transpiração (E),

o milho sob déficit hídrico apresentou menores taxas transpiratórias, sendo esse

efeito amenizado quando as plantas foram adubadas com AH-LE. Asli e Neumann

(2010) propuseram um mecanismo de ação, sugerindo que o AH pode se agrupar

em raízes afetando a condutividade hidráulica das raízes por meio do estresse

coloidal promovendo, dessa forma, um transporte de água mais eficiente. Em

resumo, o tratamento DH-AH, apesar de estar sob estresse hídrico, apresentou

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valores promissores nas taxas de A, E e gs quando comparado ao DH permitindo-

nos inferir maior assimilação de CO2 conforme afirmação de SILVA et al. (2015) que

relatou também aumento da A em resposta ao aumento da E. A melhora nas taxas

de fotossíntese no tratamento com déficit hídrico, promovidas pelos AH, podem ser

justificadas pela ativação da H+-ATPases que despolariza a membrana plasmática

ativando transportadores secundários, responsáveis pelo incremento da absorção de

macro e micronutrientes (BALDOTTO et al., 2014). Na análise de carbono interno

(Ci), como esperado, plantas com restrição hídrica tendem a aumentar o Ci como

resposta fisiológica ao mecanismo de fechamento dos estômatos (ROUHI et al.

2007; SINGH et al. 2011), assim como observado nos tratamentos sob déficit hídrico

DH (Ci = 245,07 umol CO2 mol ar -1) e DH-AH (Ci = 200,96 umol CO2 mol ar -1). Vale

lembrar que aumentos na condutância podem gerar maior difusão de CO2 para a

câmara subestomática (NASCIMENTO et al., 2009, SILVA et al., 2015) e espera-se

sua redução após o processo de carboxilação. No entanto, apesar do AH-LE

apresentar incremento nas taxas A, E e gs, com relação ao Ci não foi verificado sua

diminuição, sugerindo uma limitação na maquinaria bioquímica da fotossíntese ou

aumento na taxa de respiração provocado pelo AH (SYLTIE et al., 1985, LIU et al.,

1998). Resultados sobre a análise do teor relativo de clorofila medido pelo

equipamento SPAD também revelaram minimização da redução do teor de clorofila

causado pelo estresse hídrico no tratamento DH-AH (21,26) (tabela 2). Tratamentos

AH (23,4) e CN (22,6) apresentaram maiores teores de clorofila diferindo

significativamente do tratamento DH (19,25). Rocha et al. (2014) trabalhando com o

mesmo ácido e nas mesmas condições experimentais, em arroz, também

observaram aumento nos teores das clorofila a e b e carotenoides, corroborando

com Haguigui et al. (2013) que observou 63% de aumento de clorofila com aplicação

de SH em tomates. Vale ressaltar que o aumento do teor de clorofila pode influenciar

diretamente nas taxas fotossintéticas (NARDI et al., 2002; ERTANI et al., 2013).

Uma das características investigadas no AH é a sua facilitação da entrada de N e

NO3- que acelera o metabolismo do N por meio do aumento da atividade da nitrato

redutase resultando na produção de proteínas (HAGHIGHI et al., 2013) e,

consequentemente, na síntese destes pigmentos fotossintéticos (DEBAEKE et al.,

2006; ERTANI et al., 2013). Diferente de Canellas et al. (2013) e Liu et al. (1998) que

verificaram altas taxas de fotossíntese líquida em Zea mays e Agrostis stolonifera, o

presente trabalho não apresentou taxas superiores no tratamento de AH comparado

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ao CN, no entanto, foi observado no geral, efeito protetivo resultante do uso de AH-

LE aplicado ao DH, quanto as taxas fotossintéticas.

3.3 Parâmetros Foliares

3.3.1 Status hídrico de Zea mays L.

Resultados do status hídrico de Z. mays se encontram na tabela 3. Para avaliar o

grau de déficit hídrico de uma planta é comum utilizar-se de variáveis relacionadas

às folhas, como conteúdo relativo de água foliar e o potencial hídrico, sendo este

último o mais utilizado em estudos fisiológicos (ANGELOCCI et al., 2002). O

potencial hídrico foliar indica o estado energético do vegetal, cujos gradientes

justificam os fluxos da água no sistema substrato-planta-atmosfera (BERGONCI et

al., 2000, COSTA e MARENCO, 2007) de modo que, variações no potencial hídrico

da folha podem afetar a assimilação do carbono da planta (HSIAO, 1973, COSTA e

MARENCO, 2007). Na análise do potencial hídrico foliar (ψw), os tratamentos sob

deficiência hídrica DH-AH (-1,86 MPa) e DH (-2,25 MPa) apresentaram os maiores

valores como esperado, pois, o potencial de água da folha tende a diminuir com o

declínio da disponibilidade de água, levando à perda da turgescência e ao

fechamento estomático (MANSUR e BARBOSA 2000, SILVA et al., 2003) (tabela 3).

Tratamentos CN (-0,72 MPa) e AH (-0,62 MPa) apresentaram valores de potencial

menores e diferente estatisticamente dos tratamentos sob deficiência hídrica (tabela

3). Os resultados acima comprovam que houve deficiência hídrica no vegetal

segundo a classificação feita por Bono et al. (2001) onde plantas de milho com Ψ< -

1,5MPa estão sob alto déficit, Ψ entre -1,5 e -0,8MPa estão sob médio déficit e Ψ > -

0,8MPa estão em condições normais (sem condição de déficit hídrico). Foi

observado que as plântulas dos tratamentos com deficiência hídrica obtiveram

valores altíssimos de potenciais e, portanto, pode-se afirmar que ocorreu estresse

hídrico severo. Vale lembrar que valores menores que -1,5 MPa podem provocar

condições limitantes de disponibilidade de água às plantas (BERGONCI et al.,

2000b, MARTINS et al., 2010), podendo inclusive, provocar perda de água numa

taxa superior à sua capacidade de absorção e transporte, levando ao fechamento

dos estômatos e redução da fotossíntese (COSTA e MARENCO, 2007). Em relação

aos resultados sobre teor relativo (TRA) de água da folha, foi observada claramente

a atuação do AH húmico na hidratação celular. Tratamento AH (92,66%) apresentou

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maior conteúdo de água e diferiu estatisticamente do DH (82,2%), enquanto que

tratamentos DH-AH (90,22%) e CN (86,4%) tiveram valores similares na estatística.

A proteção contra a desidratação celular relacionada ao uso do AH pode ser

atribuída a sua característica em promover a síntese ou menor degradação do ABA

(GARCÍA et al., 2014, MORA et al., 2014). Este hormônio vegetal é responsável pela

demanda de água e otimização do crescimento e sobrevivência em resposta a

deficiência hídrica (ZHANG e DAVIES, 1990) por meio da modulação da expressão

de um grande número de genes cujos produtos protegem a célula dos efeitos

negativos da desidratação (BRAY et al, 2000, LI et al., 2014). García et al. (2014)

trabalhando com arroz sob estresse salino concluiu que o AH protegeu o vegetal por

meio da sinalização via ABA independente e regulação dos genes OsTIPs que

regulam o transporte de substâncias como glicenol, uereia, H2O2 e NH4+ /NH3+ em

forma de metilamonia e formamido (HOLM et al., 2005; JAHN et al., 2004, GARCIA

et al., 2014). Na literatura, o funcionamento das aquaporinas é também regulado via

ABA independente (GARCÍA et al., 2014), sendo estas proteínas de canais

responsáveis pela regulação do fluxo de água transmembranar (SUGA et al., 2001,

GARCÍA et al., 2014). OLAETXEA et al. (2015) trabalhando com pepino e AH

observaram aumento significativo na expressão gênica das principais aquaporinas

da membrana plasmática da raiz associado ao aumento da condutividade hidráulica

da raiz. Em resumo, foi possível observar por meio destes dois parâmetros que

houve de fato estresse hídrico causado pela deficiência da água e, que o uso do AH

promoveu minimização dos efeitos gerados.

3.3.2 Tolerância Protoplasmática

A tolerância protoplasmática é mensurada a partir da medida do extravasamento de

eletrólitos onde membranas com maiores danos terão mais extravasamento. Essa

variável é importante na inferência sobre a integridade da membrana plasmática

(TARHANEN et al., 1999; MUNNÉ- BOSCH et al., 2002). Resultados baseados na

análise de extravasamento de eletrólitos indicaram, claramente, que o uso do AH

protege a integridade da membrana celular. Tratamentos CN (12,34%), AH (12,44%)

e DH-AH (14,16%) tiveram valores similares na estatística e diferiram

significativamente do tratamento que houve deficiência hídrica (DH= 24,8%) (tabela

3). O extravasamento de eletrólitos (EE) é considerado confiável indicador fisiológico

do grau de injúria sob condições de estresse (GAO et al., 2011) e, resultados

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semelhantes foram publicados por García et al. (2016) e Mohamed et al. (2017)

estudando AH em arroz. Sabe-se que EE e LPO (peroxidação lipídica) são variáveis

que indicam injúrias na membrana celular em caso de estresse (TARTOURA et al.,

2014), e no presente estudo também houve quantificação da LPO, onde resultados

desta variável apontaram o AH como mantenedor da integridade da membrana

plasmática (MP). A maior peroxidação lipídica ocorreu em folhas (5,68 nM/mg) e

raízes (12,04 nM/mg) do tratamento com restrição hídrica (DH). Tratamentos CN

(folha= 0,36 nM/MG, raiz= 1,12 nM/mg) e AH-LE (fola= 1,77 nM/MG, raiz= 1,74

nM/mg) apresentaram valores similares na análise de variância e, significativamente

diferentes dos tratamentos sob deficiência hídrica que apresentaram maiores

peroxidação, conforme esperado. Contudo, o tratamento DH-AH (fola=2,44 nM/mg,

raiz= 9,32 nM/mg) apesar de possuir valor elevado de peroxidação da MP, quando

comparado ao DH o mesmo apresentou redução de danos haja vista estatística.

Sabe-se hoje, que as maiorias das lesões causadas por exposição a estresses estão

associadas a danos oxidativos ao nível celular (ALLEN, 1995), sendo estes

responsáveis à formação de ROS (espécies reativas de oxigênio), como o

superóxido, o radical hidroxilo, o peróxido de hidrogênio e o oxigênio singlete que

podem promover a peroxidação lipídica da membrana e, consequentemente, o

vazamento de membrana (ASHRAF et al., 2004). Tartoura et al. (2014) também

observou estabilização da MP por meio do aumento da atividade da nitrato redutase

(NT) que reduziu EE, LPO e produção de H2O2, investigando tomate sob estresse

salino com AH. O uso de AH como mitigador de estresses osmóticos tem sido

respaldado por trabalhos realizados por Garcia et al. (2012; 2014; 2016). Embora o

mecanismo pelo qual o AH promova redução de danos não esteja completamente

elucidado, diversos efeitos bioquímicos são relatados referentes ao uso deste ácido,

tais como aumento da permeabilidade da membrana celular com entrada de

nutrientes, aumento da atividade de antioxidantes e síntese de proteínas

(BALDOTTO et al., 2014). Em resumo, ambos parâmetros se complementaram e

indicaram maior proteção a integridade celular frente a deficiência hídrica.

3.3.3 Densidade Estomática

Resultados sobre a densidade estomática abaxial e adaxial não mostrou diferenças

significativas entre os tratamentos CN, AH, ES e ES-AH (tabela 3). Diferente de

Palanivell et al., 2013, no estudo com materiais húmicos com diferentes massas

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moleculares, observaram aumentos na quantidade de estômatos e alterações no

mecanismo de abertura e fechamento estomático.

3.4 Análises Quantitativas do Crescimento Vegetal em Zea mays L.

Análises do crescimento vegetal são de grande importância para estudos de

organismos vegetais, pois permite, por meio de medidas, verificar a resposta da

planta diante das condições que foram determinadas. O crescimento vegetal pode

significar o reflexo de toda a fisiologia da planta durante o período observado.

Plantas com falta de água podem sofrer alterações nas propriedades das

membranas, aumento da respiração, inibição da fotossíntese, menor produção de

matéria seca, senescência prematura e redução na produção e em seus

componentes (UPADHYAY et al. 2011, PEREIRA et al. 2012, DUARTE et al. 2013).

Nos parâmetros relacionados ao crescimento vegetal o tratamento AH-LE obteve

maior taxa de crescimento de raiz (CR) com 45,8 cm, diferenciando-se

estatisticamente dos tratamentos CN (32,4 cm), DH (20,8 cm) e DH-AH (20,6 cm)

(tabela 4). Tal resultado foi acompanhado pela massa seca da raiz (MSR) onde

tratamento AH-LE (0,37 g) apresentou maior acúmulo de biomassa diferenciando-se

estatisticamente do tratamento DH (0,23 g) que obteve a menor (tabela 4), pois, é

conhecido o potencial de NaCl em diminuir o crescimento de raízes (JAMAL et. al.,

2011, JAROSOVA et. al., 2016). Tratamentos CN (0,3 g) e DH-AH (0,29 g) tiveram

similaridade estatística nesse parâmetro evidenciando-se assim uma melhora no

tratamento do déficit hídrico com AH-LE (tabela 4). Ambas variáveis corroboram com

o trabalho de Mora et al. (2012) que também relatou crescimento radicular com

consequente aumento da massa seca, sendo estes fatores contribuidores para o

aumento da massa radicular e da área de superfície das raízes, possibilitando maior

absorção de água e de nutrientes (EYHERAGUIBEL et al., 2008, BALDOTOO et al.,

2014).. Tendo em vista que o AH possui, conhecidamente, características

intrínsecas relacionadas ao desenvolvimento do sistema radicular que envolve

alongamento radicular (MALIK e AZAM, 1985; SILVA et al., 2000), formação de

raízes laterais (CANELLAS et al., 2002; TREVISAN et al., 2010b; BALDOTTO et al.,

2011b; JINDO et al., 2012; MORA et al., 2012) e formação de pelos radiculares

(CANELLAS et al., 2011; SILVA et al., 2011), o resultado se mostrou coerente

conforme a literatura. Outro resultado abordado na medida de crescimento foi à

altura da parte aérea (PA) onde o tratamento AH-LE apresentou maior altura (33

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cm), com similaridade estatística com o CN (32,4 cm) e, diferenciando-se dos

tratamentos sob deficiência hídrica DH-AH (20,8 cm) e DH (20,6 cm). No parâmetro

de massa seca parte aérea (MSPA), resultados similares foram observados onde o

tratamento AH-LE (0,38 g) apresentou maior massa seguido de CN (0,34 g), DH-AH

(0,24 g) e DH que apresentou menor massa com 0,16 g (tabela 4). Mora et al. (2010)

também verificaram crescimento e desenvolvimento da parte aérea das plantas, em

resposta à aplicação radicular e foliar de ácidos húmicos. Baseado nestes

resultados, é possível perceber atenuação da perda de biomassa PA e do

crescimento do tratamento sob deficiência hídrica com a aplicação de AH-LE (DH-

AH). A área foliar (AF) também foi mensurada com intuito de analisar a parte

fotossinteticamente ativa da planta, tratamentos sem déficit hídrico (CN= 97,71 mm2,

AH= 95,69 mm2) apresentaram maiores áreas do que os tratamentos com déficit

hídrico (DH= 29,93 mm2, DH-AH=39,09 mm2). Reduções nos valores desta variável

podem ser interpretadas como mecanismo de proteção da planta, por meio da

diminuição da área de exposição direta à radiação solar, evitando danos ao aparato

fotossintético, reduzindo a perda de água e melhorando o desempenho fotossintético

da planta sob elevada irradiância (NAKAZONO et al, 2001; DUZ et al., 2004). A

análise da quantificação da massa seca total é uma ferramenta de uso no estudo do

comportamento das diversas cultivares que consideram que vários processos

fisiológicos afetam o desenvolvimento da planta e estão relacionados com este

parâmetro (BRANDELERO et al., 2002; BENICASA, 2003). Resultados da massa

seca total (MST) do milho apontaram maiores valores para o tratamento com AH-LE

(0,75 g) e CN (0,65 g). O tratamento DH (0,39 g) apresentou a menor biomassa,

porém, o mesmo tratamento com aplicação do AH (DH-AH= 0,53 g) revelou maior

produção de massa inferindo colaboração do AH-LE possivelmente, pela promoção

da maior permeabilidade da membrana celular, da entrada do oxigênio, da

respiração, da fotossíntese, entrada do fosfato, elongação da célula da raiz (CACCO

e DELL’AGNOLLA 1984, TÜRKMEN et al., 2004, AMERI et al., 2012) e quebra de

amidos que disponibilizam fotoassimilados (MERLO et al., 1991, NARDI et al., 2002).

Assim, a taxa de crescimento de uma espécie é determinada não apenas pela

capacidade de assimilação de carbono, mas por uma série de outros fatores como a

taxa de respiração, a eficiência na translocação de assimilados e na superfície foliar

da planta, que interagem de forma complexa resultando num acúmulo de biomassa

(MARENCO e LOPES, 2005). O parâmetro relacionado ao número de folhas (NF)

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também evidenciou melhora dos efeitos promovidos pelo AH em restrição hídrica,

onde o maior número de folhas foi observado no tratamento AH-LE (5,8), seguido do

CN (5,6), DH-AH (5), enquanto o tratamento DH (4,6) apresentou a menor média

desta análise (tabela 4). O diâmetro do caule (DC) não apresentou diferenças

estatísticas entre os tratamentos. No geral, plantas sob tratamento com restrição

hídrica e aplicação do AH apresentaram-se menos afetadas quanto ao crescimento

vegetal, supostamente devido ao AH viabilizar maior entrada de nutrientes e induzir

mudanças na fisiologia da planta (GHOLAMI et al., 2013) bem como aumentar a

permeabilidade da membrana (Mora et al., 2010), a captação de potássio e fosfato,

as taxas de fotossíntese e respiração, a síntese de proteínas e hormônios e

alongamento das células-raiz (BOHME e THI, 1997; NARDI et al., 2002, CIRIM et al.,

2010; SARUHAN et al., 2011, ZHANG et al., 2013). Os resultados acima

colaboraram com a hipótese de que o AH favorece o crescimento vegetal

estimulando o crescimento de raízes e partes aéreas, apresentando efeito análogo

às auxinas (BALDOTTO et al., 2012a; BALDOTTO; BALDOTTO, 2013) e,

corroboraram com os trabalhos de Canellas et al. (2002), Zandonadi et al. (2007) e

Jannin et al., (2012) apresentando melhores rendimentos nas biomassas dos órgãos

vegetais (MSR, MSPA e MST) e taxas de crescimento (altura da planta e

comprimento radicular) com o uso de AH. Adicionalmente, trabalhos têm descrito o

aumento da resistência a estresses estimulado pelo AH (NARDI et al., 2002,

ESRINGU et al., 2016, IBRAHIM et al., 2017).

3.5 Biomarcadores Bioquímicos em Raízes e Folhas de Zea mays L.

O estresse causado pela restrição hídrica geralmente leva a produção de espécies

reativas de oxigênio (EROs). As EROs são formadas como subproduto do

metabolismo aeróbico e participam de uma sofisticada rede de vias de sinalização

em plantas (BARBOSA et al., 2014). Plantas desenvolveram mecanismo robusto

para a inativação de EROs incluindo rotas de defesas enzimáticas e não-enzimáticas

para controlar seus efeitos deletérios (MUCHATE et al., 2016). Os mecanismos mais

comuns para desintoxicar EROs sintetizadas durante o estresse é por meio da

indução de enzimas que sequestram EROs, tais como superóxido dismutase (SOD),

peroxidase (POD), peroxidase de ascorbato (APX), catalase (CAT) e outros

compostos não enzimáticos como carotenóides, ácido ascórbico, tióis, proteína

solúvel e glutationa (5). No presente estudo, foram investigadas as atividades dos

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marcadores bioquímicos do sistema antioxidante superóxido dismutase (SOD),

peroxidase de ascorbato (APX), glutationa reduzida (GSH), H+-ATPase e ATPase

total e do aminoácido prolina nas raízes e folhas de Zea mays. Quanto aos

resultados quantificados sobre a atividade da SOD tanto folha quanto raízes

apresentaram o mesmo perfil de resposta com maiores atividades nos tratamentos

que possuíam adição do ácido húmico AH-LE (raiz = 3,8 SOD/mg de prot, folha =

3,18 SOD/mg de prot) e DH-AH (raiz = 2,7 SOD/mg de prot, folha = ) diferenciando

dos tratamentos CN e DH estatisticamente (tabela 5). Estudos recentes também

relataram aumento da SOD em raízes (GARCIA et al., 2012, ROCHA et al.,

2014,GARCIA et al., 2016, MOROZESK et al., 2017) e folhas (GARCIA et al., 2012,

ROCHA et al., 2014, MOROZESK et al., 2017, KAYA et al., 2018) tratadas com AH.

A SOD é de extrema importância na defesa antioxidante, pois, é considerada

primeira linha de defesa contra as EROs, no sentido que catalisam a dismutação de

dois radicais O2 •- gerando H2O2 e O2 (BARBOSA et al., 2014) evitando, deste

modo, o risco de formação de OH• a partir do O2 •- (DUBEY, 2011; DINAKAR et al.,

2012). Também são responsáveis pela modulação do nível de H2O2 em cloroplastos,

mitocôndrias, citosol e peroxissomos (MITTLER et al., 2002; BHATTACHARJEE et

al., 2010). Atividades da APX se mostraram altas nos tratamentos AH-LE (raiz = 9,1

mM Asc. Ac. mg Pt-1 min-1, folha= 7,4 mM Asc. Ac. mg Pt-1 min-1), DH (raiz = 10,94

mM Asc. Ac. mg Pt-1 min-1, folha= 11,96 mM Asc. Ac. mg Pt-1 min-1) e DH-AH (raiz =

12,84 mM Asc. Ac. mg Pt-1 min-1, folha= 13,31 mM Asc. Ac. mg Pt-1 min-1) (tabela 5),

sendo estes dois últimos valores mais elevados na análise de significância (p<0,05).

É possível observar, mais uma vez, que tratamentos com AH podem contribuir para

o aumento da atividade da APX, tal como Lotfi et al. (2015) e Rocha et al., (2014)

relataram em seus estudos. As APX desempenham a mesma função de catalase, no

entanto, catalisam a remoção de H2O2 usando o ascorbato como um redutor

(MUCHATE et al., 2016) por meio do ciclo ascorbato-glutationa (MITTLER, 2002;

LOCATO et al., 2010). A sua alta afinidade com o H2O2 , permite a sua eliminação

mesmo em baixas concentrações (LOCATO et al., 2010; SHARMA et al., 2012).

Quanto à concentração da GSH, foram observados incrementos apenas no

tratamento AH-LE (0,6 mMmg Pt-1 min-1) nas raízes de milho (tabela 5) corroborando

com os trabalhos de Rocha et al., (2014) e Jarosova et al., (2016). A GSH (glutationa

S-transferase) é um importante metabólito que participa de diversas funções

intracelulares como: participa do ciclo ascorbato-glutationa (NOCTOR et al., 2002),

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da redução de dissulfetos de proteínas gerados pela ação de compostos

antioxidantes (NORDBERG e ARNÉR, 2001) e da síntese de fitoquelatinas

(GRATÃO et al., 2005). Resultados das enzimas H+ATPase e ATPase total

indicaram maiores valores no tratamento DH-AH (raiz = 23,13 mM Pi mg Pt_1 h_1,

folha = 2,42 mM Pi mg Pt_1 h_1), (raiz = 26,4 mM Pi mg Pt_1 h_1, folha = 2,7 mM Pi mg

Pt_1 h_1) respectivamente (tabela 5). Resultados acima ratificaram a hipótese de que

o AH desempenha papel de um mecanismo fitohormonal que pode estimular

drasticamente a H+-ATPase em plantas (CANELLAS e OLIVARES 2014). Foram

reportados, também, em trabalhos com arroz e milho por Rocha et al., (2014) e

Morozesk et al., (2017) resultados semelhantes. Ressalta-se ainda, que o AH

estimula a atividade e promoção da síntese das enzimas H+-ATPases da membrana

plasmática, num efeito semelhante ao auxínico (NARDI et al., 1991; FAÇANHA et

al., 2002; CANELLAS et al., 2002; JINDO et al., 2012, BALDOTTO et al., 2014)

hipótese esta que justifica o bom desempenho no crescimento vegetal observado

neste estudo. É importante destacar o papel das H+ - ATPases no balanço

energético celular e na promoção do enraizamento, uma vez que fornecem energia

para os transportadores de íons localizados na membrana plasmática e geram o

gradiente eletroquímico responsável pela polarização da membrana plasmática

(DOBBSS, 2010). Outro marcador bioquímico importante na avaliação de danos

causados por restrição hídrica é o aminoácido prolina e seu acúmulo, sendo

considerado índice fisiológico sensível da resposta da planta a vários estresses

abióticos (SHI et al., 1992, AYDIN et al., 2012). O acúmulo de prolina é um

mecanismo de adaptação que regula a permeabilidade da água das membranas nas

células e influencia o movimento da água entre os tecidos e órgãos (ASHRAF et al.,

2004, AYDIN et al., 2012), levando ao crescimento melhorado das plantas (AYDIN et

al., 2012). Ele desempenha uma função importante como ajuste osmótico,

desintoxicação de espécies reativas de oxigênio, atua como antioxidante,

estabilização de proteínas e complexos proteicos (MUCHATE et al., 2016). No

presente trabalho foi perceptível o aumento de prolina nos tratamentos DH-AH (raiz

= 0,61umol-1 MS, folha = 0,73 umol-1 MS) mesmo comparados ao DH (raiz = 1,08

umol-1 MS, folha = 0,73 umol-1 MS) que também mostrou elevação deste

aminoácido. O presente resultado foi corroborado por diversos estudos que também

observaram acúmulo de prolina com o uso de AH em plantas sob estresse

(HAJLAOU et al., 2010, AYDIN et al., 2012, JAROSOVA et al., 2016, KAYA et al.,

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2018). A capacidade de acionar mecanismos de defesa antioxidantes pode prevenir

o acúmulo dessas EROs e o estresse oxidativo extremo (BHATTACHARJEE et al,,

2010) tal como, pôde ser observado neste estudo a minimização de danos

oxidativos com a ativação do aparato antioxidante.

3.6 Avaliação Citogenética em Raízes de Zea mays L.

Dados das análises citogenéticas em raízes de Z. mays se encontram na Tabela 6.

Não foram observados potenciais mutagênicos (MN) e genotóxicos (AC) entre os

tratamentos investigados e, portanto, não foi gerado danos ao material genético nas

células das raízes expostas. Determinado resultado também foi relatado por

Morozesk et al. (2017) e Rocha et al. (2014). No entanto, o índice mitótico, que

avalia a divisão celular, mostrou maiores valores nos tratamentos CN e AH com

diferenças estatística com os tratamentos sob deficiência hídrica DH e DH-AH.

Apesar do AH ser conhecido por promover o crescimento radicular (DOBBSS et al.,

2010), no presente estudo sua atuação no tratamento DH-AH não foi observada

possivelmente, devido ao estresse causado pela falta de água. Ainda assim, sugere-

se a utilização deste AH-LE já que o mesmo não causou prejuízos ao material

genético.

4. CONCLUSÕES

Análises de trocas gasosas, do crescimento vegetal, parâmetros foliares juntamente

com bioquímicas indicaram que o AH amenizou os efeitos fisiológicos gerados pela

deficiência hídrica onde se pôde notar a diferença, inclusive morfológica, no

desenvolvimento das plantas que se encontravam sob o estresse.

Em condições normais, onde o milho cresceu em solução nutritiva (AH), o ácido

húmico não promoveu melhoras no desenvolvimento do milho, possivelmente por

possuir características de adsorção e quelação que podem vir a interferir na

biodisponibilidade de alguns nutrientes presentes na solução nutritiva.

Algumas características específicas presentes no composto AH puderam ser

observadas, tanto em tratamento sob estresse hídrico quanto em condições normais,

em parâmetros como: redução do potencial hídrico foliar; elevação da massa seca

total e massa seca de raiz e folha e aumento das atividades das enzimas H+

ATPase e ATPase total.

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Nenhum efeito mutagênico e genotóxico foram relatados nos tratamentos, o que se

permite recomendar o uso deste ácido orgânico como alternativa em plantas de

milho que possam sofrer com estresse hídrico.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), e à

Fundação de Amparo à pesquisa do Espírito Santo (FAPES) e Coordenação de

Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelas bolsas de doutorado

concedidas.

.

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CONCLUSÃO GERAL

O seguinte trabalho mostrou segundo parâmetros de medidas do status hídricos que

a plântula de Z. mays estava de fato sofrendo deficiência hídrica tanto por meio do

PEG 6000 quanto pela presença de NaCl (100 mM). Consequências negativas foram

observadas nas taxas da fotossíntese acompanhada da redução de biomassa do

vegetal. Maiores danos às membranas também foram registrados por meio da maior

peroxidação lipídica e extravasamento de eletrólitos seguida de acúmulo de prolina.

Após a aplicação do AH-LE a estes dois tratamentos estressados com falta de água,

percebeu-se a mitigação de todos estes fatores bem como elevação das atividades

de substancias antioxidantes e de permeabilidade de membrana (H+-ATPases).

Além disso, análises toxicogenéticas não encontraram potencial mutagênico,

genotóxico e citotóxico no AH-LE. Em suma, o ácido húmico extraído de lodo de

esgoto é uma boa alternativa para geração de bioestimulantes que permitem a

remediação dos efeitos causados pela falta de água e, ainda, colabora com a

problemática causada pela alta produção de resíduos sólidos sem destinação.

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121

Lsita de Tabelas Capítulo 1

Tabela 1. Caracterização do ácido húmico e do lodo de esgoto bruto. AH: ácido húmico; LES: lodo de esgoto sanitário. Valores expressos por média ± desvio padrão. NA: não aplicável.

(ROCHA et al., 2014)

AH - LES Lodo bruto

g Kg-1

Elementos

Carbono 280,00 ± 23,58 109,60 ± 1,30

Hidrogênio 41,45 ± 2 20,9 ± 3,23

Nitrogênio 43,37 ± 3,87 23,3 ± 0,28

Oxigênio 635 ± 28,33 NA Relações

C/N 64,59 ± 0,35 NA

H/C 1,49 ± 0,12 NA

O/C 22,86 ± 3,08 NA

Nutrientes

Nitrogênio

total

43,26 ± 0,04 22,47 ± 0,02

Fósforo 4,35 ± 0,10 3,16 ± 0,08

Potássio 0,03 ± 0,02 4,12 ± 0,01

Cálcio 2,86 ± 0,24 7,80 ± 0,27

Magnésio 1,56 ± 0,03 4,26 ± 0,03

Enxofre 11,37 ± 0,02 9,76 ± 0,04

Ferro 27960 ± 139,08 12420 ± 99,92

Cobre 820 ± 2,25 156 ± 2,89

Zinco 220 ± 5,29 544 ± 2,31

Manganês 40 ± 1,15 156 ± 4,62

Boro 1,77 ± 0,93 3,53 ± 0,13

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Tabela 2. Tabela de análise de trocas gasosas e do teor relativo da clorofila do milho tratado por ácido húmico proveniente do lodo de esgoto frente a estresse salino. Onde: A: assimilação de carbono, gs: condutância estomática, E: transpiração, Ci: carbono interno e SPAD: teor da clorofila relativa; ES= estresse

salino (NaCl-100 mM); ES-AH: estresse salino com ácido húmico (AH-LE); CN=controle e AH-LE= ácido húmico (2 mM C-1). Valores são expressos em média ± erro padrão.

Tratamentos

Variáveis CN AH-LE ES ES-AH CV

A 7,66 ± 0,89 b 5,73 ± 0,71 b 3,2 ± 0,31 a 5,56 ± 0,42 ab 25,26

gs 0,05 ± 0,01 b 0,05 ± 0,0041 b 0,03 ± 0,0035 a 0,04 ± 0,0039 ab 21,8

E 1,0 ± 0,077 b 0,9 ± 0,044 b 0,54 ± 0,0048 a 0,81 ± 0,098 ab 19,04

Ci 155,39 ± 16,56 a 185,07 ± 16,8 ab 235,8 ± 5,48 b 217,22 ± 21,5 ab 18,25

SPAD 22,6 ± 0,35 b 23,4 ± 0,51 b 18,23 ± 0,3 a 21,83 ± 1,51 ab 6,67

Tabela 3. Parâmetros de trocas gasosas em folhas de Zea mays frente e estresse hídrico

tratado com ácido húmico proveniente do lodo de esgoto sanitário. Onde: ES= estresse salino (NaCl-100 mM); ES-AH: estresse salino com ácido húmico (AH-LE); CN=controle e AH-LE= ácido húmico (2 mM C-1). Valores são expressos em média ± erro padrão.

Tratamentos

Variáveis CN AH-LE

ES ES-AH CV

Ψ(-MPa) -0,72 ± 0,07 b -0,62 ± 0,1 b -2,36 ± 0,09 a -2,03 ± 0,18 a 18,32

DE adax 167,25 ± 19,94 a 146,55 ± 17,45 a 135,2 ± 7,95 a 144,8 ± 5,68 b 8,82

DE abax 179,04 ± 15,7 a 194,75 ± 17,4 a 179,8 ± 15,66 a 190 ± 25,78 a 18,98

TRA 86,4 ± 2,33 ab 92,66 ± 1,8 b 80,58 ± 1,85 a 83,4 ± 3,48 ab 6,36

E.E 12,34 ± 0,45 a 15,16 ± 1,7 a 23,64 ± 1,66 b 16,34 ± 0,61 a 16,53

Tabela 4: Análise do crescimento vegetal do milho tratado por ácido húmico frente a estresse salino. Onde: CR: comprimento da raiz; NF= número de folhas; DC: diâmetro do caule; AF: área foliar; MSR: massa seca radicular, MSPA: massa seca parte aérea; MST: massa seca total. Onde: ES= estresse salino (NaCl-100 mM); ES-AH: estresse salino com ácido húmico (AH-LE); CN=controle e AH-LE= ácido húmico (2 mM C-1). Valores são expressos em média ± erro padrão.

Tratamentos

Variáveis CN AH-LE ES ES-AH CV

CR (cm) 58 ± 2,28 c 32,4 ± 1,86 b 17 ± 2,59 a 30,4 ± 2,25 b 16,27

Altura (cm) 29 ± 1,45 b 33 ± 1,95 b 21,2 ± 0,97 a 21,6 ± 0,81 a 11,69

NF 5,6 ± 0,4 ab 5,8 ± 0,2 b 4,6 ± 0,24 a 5 ± 0 ab 10,86

DC (mm) 4,33 ± 0,27 a 4,09 ± 0,16 a 4 ± 0,28 a 3,66 ± 0,15 a 12,33

AF (mm2) 97,71 ± 2,52 b 88,09 ± 6,65 b 33,93 ± 8,22 a 47,3 ± 6,22 a 20,97

MSR (g) 0,32 ± 0,03 b 0,35 ± 0,02 c 0,09 ± 0,02 a 0,21 ± 0,02 b 16,27

MSPA (g) 0,34 ± 0,04 bc 0,38 ± 0,04 c 0,13 ± 0,02 a 0,24 ± 0,01 ab 22,33

MST (g) 0,67 ± 0,05 c 0,73 ± 0,02 c 0,23 ± 0,03 a 0,44 ± 0,02 b 14,85

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123

Tabela 5: Análise bioquímica em Zea mays tratado com ácido húmico de lodo de esgoto

(AH-LE) sob estresse salino. Valores são expressos em média ± erro padrão.

Raiz Tratamentos Variáveis CN AH-LE ES ES-AH CV

Superóxido Dismutase 1,18 ± 0,23 a 1,87 ± 0,16 a 1,21 ± 0,07 a 3,34 ± 0,15 b 14,84

Ascorbato Peroxidase 6,52 ± 0,34 a 8,77 ± 0,39 b 10,94 ± 0,42 c 12,84 ± 0,69 c 8,46

Glutationa Reduzida 0,55 ± 0,06 a 0,6 ± 0,06 a 2,67 ± 0,47 b 1,11 ± 0,12 a 34,64

Lipoperoxidação 2,02 ± 0,4 a 2,32 ± 0,21 ab 5,47 ± 0,19 c 3,21 ± 0,12 b 13,41

H+ - ATPase 6,52 ± 0,34 a 8,77 ± 0,39 ab 10,94 ± 0,42 a 12,84 ± 0,69 b 7,97

ATPase Total 12,44 ± 0,4 a 23,27 ± 1,87 b 11,43 ± 0,75 a 23,93 ± 1,24 b 11,69

Prolina 0,22 ± 0,02 a 0,27 ± 0,05 a 0,87 ± 0,02 b 1,22 ± 0,06 c 11,24

Folha

Superóxido Dismutase 2,64 ± 0,03 a 4,02 ± 0,46 b 4,9 ± 0,12 b 8,98 ± 0,37 c 10,17

Ascorbato Peroxidase 6,68 ± 0,23 a 7,4 ± 0,45 a 6,96 ± 0,34 a 7,98 ± 0,75 a 11,52

Glutationa Reduzida 0,34 ± 0,07 a 0,39 ± 0,1 ab 0,48 ± 0,05 ab 0,67 ± 0,05 b 26,32

Lipoperoxidação 1,89 ± 0,09 a 2,21 ± 0,19 a 2,81 ± 0,11 b 2,18 ± 0,02 a 9,14

H+ - ATPase 0,84 ± 0,06 a 1,5 ± 0,07 b 0,76 ± 0,14 a 2,77 ± 0,23 c 12,65

ATPase Total 1,05 ± 0,1 a 2,31 ± 0,12 b 1,08 ± 0,11 b 3,18 ± 0,16 c 10,14

Prolina 0,21 ± 0,02 a 0,3 ± 0,05 a 0,95 ± 0,08 b 1,28 ± 0,06 c 14,16

Tabela 6: Resultados da análise citogenética em raízes de Zea mays tratadas com ácido húmico do lodo de esgoto e NaCl. Valores são expressos em média ± erro

padrão.

Tratamentos

Variáveis CN AH-LE ES ES-AH CV

IM 0,02 ± 0,0012 bc 0,03 ± 0,0026 c 0,01 ± 0,0012 a 0,02 ± 0,00067 b 15,02

AC 0,03 ± 0,03 a 0,17 ± 0,12 a 0,17 ± 0,07 a 0,1 ± 0,06 a 113,39

MN 0,00 ± 0,00 a 0,00 ± 0,00 a 0,00 ± 0,00 a 0,00 ± 0,00 a 0

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Lista de Tabelas Capítulo 2

Tabela 1. Caracterização do ácido húmico e do lodo de esgoto bruto. AH: ácido húmico; LES: lodo de esgoto sanitário.

Valores expressos por média ± desvio padrão. NA: não aplicável.

(ROCHA et al., 2014)

AH - LES Lodo bruto g Kg-1

Elementos

Carbono 280,00 ± 23,58 109,60 ± 1,30

Hidrogênio 41,45 ± 2 20,9 ± 3,23

Nitrogênio 43,37 ± 3,87 23,3 ± 0,28

Oxigênio 635 ± 28,33 NA Relações

C/N 64,59 ± 0,35 NA

H/C 1,49 ± 0,12 NA

O/C 22,86 ± 3,08 NA

Nutrientes

Nitrogênio

total

43,26 ± 0,04 22,47 ± 0,02

Fósforo 4,35 ± 0,10 3,16 ± 0,08

Potássio 0,03 ± 0,02 4,12 ± 0,01

Cálcio 2,86 ± 0,24 7,80 ± 0,27

Magnésio 1,56 ± 0,03 4,26 ± 0,03

Enxofre 11,37 ± 0,02 9,76 ± 0,04

Ferro 27960 ± 139,08 12420 ± 99,92

Cobre 820 ± 2,25 156 ± 2,89

Zinco 220 ± 5,29 544 ± 2,31

Manganês 40 ± 1,15 156 ± 4,62

Boro 1,77 ± 0,93 3,53 ± 0,13

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Tabela 2. Tabela de análise de trocas gasosas e do teor relativo da clorofila do milho tratado por ácido húmico proveniente do lodo de esgoto frente a estresse salino. Onde: A: assimilação de carbono, gs: condutância estomática, E: transpiração, Ci: carbono interno e SPAD: teor da clorofila relativa; ES= estresse salino (NaCl-100 mM); ES-AH: estresse salino com ácido húmico (AH-LE); CN=controle e AH-LE=

ácido húmico (2 mM C-1). CV: coeficiente de variação.

Tratamentos

Variáveis CN AH-LE DH DH-AH CV

A 7,66 ± 0,89 b 5,73 ± 0,71 b 2,84 ± 0,57 a 5,14 ± 0,35 ab 32,58

gs 0,05 ± 0,01 b 0,05 ± 0,01 b 0,03 ± 3,60E-03 a 0,04 ± 0,0021 ab 23,58

Ci 155,39 ± 16,56 a 185,07 ± 16,8 a 245,07 ± 8,76 b 200,96 ± 6,94 ab 14,84

E 1,0 ± 0,09 b 0,91 ± 0,084 b 0,49 ± 0,074 a 0,75 ± 0,015 ab 20,39

SPAD 22,6 ± 0,35 b 23,4 ± 0,51 b 19,25 ± 0,8 a 21,26 ± 0,63 ab 4,76

Tabela 3. Parâmetros Foliares em Zea mays frente e estresse hídrico tratado com ácidos húmicos extraídos de lodo de esgoto sanitário. Onde: ES= estresse salino (NaCl-100 mM); ES-AH: estresse salino com ácido húmico (AH-LE); CN=controle e AH-LE= ácido húmico (2 mM C-1). Valores são expressos em média ± erro padrão. CV: coeficiente de variação.

Tratamentos

Variáveis CN AH-LE DH DH-AH CV

Ψ (-MPa) -0,72 ± 0,07 b -0,62 ± 0,1 b -2,25 ± 0,16 a -1,86 ± 0,1 a 18,64

DE adax 167,25 ± 19,94 a 146,55 ± 17,45 a 120,1 ± 13,91 a 121,7 ± 14,04 a 9,66

DE abax 179,04 ± 15,7 a 194,75 ± 17,4 a 149,21 ± 14,1 a 177,04 ± 15,2 a 10,27

TRA 86,4 ± 2,33 ab 92,66 ± 1,8 b 82,2 ± 2,79 a 90,22 ± 0,91 ab 6,36

E.E 12,34 ± 0,45 a 12,44 ± 0,32 a 24,86 ± 1,83 b 14,16 ± 1,25 a 16,02

Tabela 4: Análise do crescimento vegetal do milho tratado por ácido húmico frente a estresse salino. Onde: CR: comprimento da raiz; NF= número de folhas; DC: diâmetro do caule; AF: área foliar; MSR: massa seca radicular, MSPA: massa seca parte aérea; MST: massa seca total. Onde: ES= estresse salino (NaCl-100 mM); ES-AH: estresse salino com ácido húmico (AH-LE); CN=controle e AH-LE= ácido húmico (2 mM C-1). Valores são expressos em média ± erro padrão. CV: coeficiente

de variação.

Tratamentos

Variáveis CN AH DH DH-AH CV

NF 5,6 ± 0,4 ab 5,8 ± 0,2 b 4,6 ± 0,24 a 5 ± 0 ab 10,86

Raiz (cm) 32,4 ± 1,86 b 45,8 ± 1,39 c 16,4 ± 2,48 a 25,2 ± 1,39 b 13,72

Altura P.A. (cm) 29 ± 1,45 b 33 ± 1,95 b 20,6 ± 0,68 a 20,8 ± 0,86 a 11,52

DC (mm) 4,33 ± 0,27 a 4,09 ± 0,16 a 4,04 ± 0,28 a 3,66 ± 0,15 a 12,36

AF (mm2) 97,71 ± 2,52 b 95,69 ± 2,74 b 29,93 ± 4,55 a 39,09 ± 6,33 a 14,72

MS total (g) 0,65 ± 0,06 bc 0,75 ± 0,03 c 0,39 ± 0,02 a 0,53 ± 0,04 ab 16,06

MS raiz 0,3 ± 0,04 ab 0,37 ± 0,01 b 0,23 ± 0,02 a 0,29 ± 0,02 ab 17,99

MS PA 0,34 ± 0,04 bc 0,38 ± 0,04 c 0,16 ± 0,02 a 0,24 ± 0,03 ab 24,53

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Tabela 5: Análise bioquímica em Zea mays tratado com ácido húmico de lodo de

esgoto (AH-LE) sob estresse salino. Valores são expressos em média ± erro padrão.

CV: coeficiente de variação.

Raiz Tratamentos Variáveis CN AH-LE DH DH-AH CV

Superóxido Dismutase 2,53 ± 0,13 a 3,8 ± 0,19 b 2,21 ± 0,19 a 5,11 ± 0,12 c 8,19

Ascorbato Peroxidase 6,52 ± 0,34 a 9,1 ± 10,65 b 10,94 ± 0,42 bc 12,84 ± 0,69 c 9,57

Glutationa Reduzida 0,32 ± 0,06 a 0,6 ± 0,08 b 0,38 ± 0,003 a 0,34 ± 0,03 a 22,46

H+ - ATPase 9,77 ± 0,61 a 18,6 ± 1,0 b 16,45 ± 2,3 bc 23,13 ± 0,23 c 7,07

ATPase Total 12,44 ± 0,4 a 23,27 ± 1,87 b 16,27 ± 1,25 a 26,4 ± 0,64 b 10,46

Prolina 0,22 ± 0,02 a 0,27 ± 0,05 a 0,61 ± 0,09 b 1,08± 0,08 c 20,74

Lipoperoxidação 1,12 ± 0,09 a 1,74 ± 0,11 a 12,04 ± 0,08 c 9,32± 0,38 b 5,89

Folha

Superóxido Dismutase 1,34 ± 0,15 a 3,18 ± 0,51 b 1,51 ± 0,11 a 2,7 ± 0,43 b 27,51

Ascorbato Peroxidase 6,68 ± 0,23 a 7,4 ± 0,45 b 11.96 ± 034 c 13,31 ± 0,17 c 6,87

Glutationa Reduzida 0,55 ± 0,06 a 0,56 ± 0,5 a 0,36 ± 0,12 a 0,47 ± 0,08 a 28,75

H+ - ATPase 0,84 ± 0,06 a 1,5 ± 0,07 b 1,65 ± 0,08 b 2,42 ± 0,16 c 10,8

ATPase Total 1,05 ± 0,1 a 1,94 ± 0,12 b 2,18 ± 0,1 b 2,7 ± 0,11 c 9,75

Prolina 0,21 ± 0,02 a 0,3 ± 0,05 a 1,08 ± 0,06 b 0,73 ± 0,08 c 15,96

Lipoperoxidação 0,63 ± 0,13 a 1,77 ± 0,54 ab 5,68 ± 0,23 c 2,44 ± 0,12 b 20,27

Tabela 6: Resultados da análise citogenética em raízes de Zea mays tratadas com ácido húmico do lodo de esgoto e NaCl. Valores são expressos em média ± erro padrão. CV: coeficiente de variação.

Tratamentos

Variáveis CN AH-LE DH DH-AH CV

IM 0,02 ± 0,0012 b 0,03 ± 0,0026 b 0,01 ± 0,00067 a 0,01 ± 0,00058 a 14,78

AC 0,03 ± 0,03 a 0,0017 ± 0,0012 a 0,2 ± 0,1 a 0,17 ± 0,09 a 111,61

MN 0 ± 0 a 0 ± 0 a 0,0013 ± 0,00088 a 0,00067 ± 0,00033 a 163,3