Assessing the spatial pattern of a river water quality in southern Brazil by multivariate analysis of biological and chemical indicators / Avaliação do padrão espacial da qualidade da água de um rio no Sul do Brasil por meio da análise multivariada de indicadores biológico e químicos

This study assessed the genotoxicity and chemical quality of the Rio dos Sinos, southern Brazil. During two years, bimonthly, cuttings of Tradescantia pallida var. purpurea with flower buds were exposed to river water samples from Caraá, Santo Antônio da Patrulha, Taquara and Campo Bom, which are municipalities located in the upper, middle and lower stretches of the Rio dos Sinos basin. Simultaneously, chemical parameters were analyzed, rainfall data were surveyed and negative (distilled water) and positive (0.1% formaldehyde) controls were made. Micronuclei (MCN) frequencies were determined in tetrads of pollen grain mother cells. From the upper stretch toward the lower, there was an increase in the frequency of MCN and in concentrations of chemical parameters. Cadmium, lead, copper, total chromium and zinc were present at the four sites and a concentration gradient was not demonstrated along the river. The multivariate analysis revealed that two principal components exist, which accounted for 62.3% of the observed variances. Although genotoxicity was observed in Santo Antônio da Patrulha, the water presented higher mean values for most of the assessed parameters, in the lower stretch, where urbanization and industrialization are greater. The spatial and temporal pattern of water quality observed reinforces the importance of considering the environmental factors and their effects on organisms in an integrated way in watercourse monitoring programs.(AU)

Este estudo avaliou a genotoxicidade e a qualidade química do Rio dos Sinos, Sul do Brasil. Durante dois anos, com periodicidade bimensal, ramos de Tradescantia pallida var. purpurea com botões florais foram expostos a amostras de água do rio de Caraá, Santo Antônio da Patrulha, Taquara e Campo Bom, municípios localizados nos trechos superior, médio e inferior da Bacia do Rio dos Sinos. Simultaneamente, foram analisados parâmetros químicos, levantados dados de precipitação e realizados controles negativos (água destilada) e positivos (0,1% formaldeído). Frequências de micronúcleos (MCN) foram determinadas em tétrades de células-mãe de grão de pólen. Do trecho superior em direção ao inferior, foi observado aumento da frequência de MCN e na concentração de parâmetros químicos. Cádmio, chumbo, cobre, cromo total e zinco estiveram presentes nos quatro pontos amostrais, sem apresentar um gradiente de concentração ao longo do rio. A análise multivariada demonstrou a existência de dois componentes principais que explicaram 62,3% das variâncias observadas. Embora em Santo Antônio da Patrulha tenha sido observada genotoxicidade, a água do Rio dos Sinos apresentou valores médios superiores para a maioria dos parâmetros avaliados no trecho inferior, onde a urbanização e a industrialização são maiores. O padrão espacial e temporal de qualidade da água observado reforça a importância de considerar os fatores ambientais e seus efeitos nos organismos de forma integrada em programas de monitoramento de cursos hídricos.(AU)

Lead tolerance and accumulation in initial sporophytes of Regnellidium diphyllum Lindm. (Marsileaceae) / Tolerância e acumulação de chumbo em esporófitos jovens de Regnellidium diphyllum Lindm. (Marsileaceae)

Regnellidium diphyllum Lindm. is a heterosporous fern which grows in shallow waters and wetlands, and water pollution contributes to its vulnerability. Environmental lead contamination is mostly caused by industrial and agricultural residues as well as domestic sewage. Given its persistence in the environment, lead can cause important toxicity in living organisms. Megaspore germination and the initial growth of R. diphyllum sporophytes were assessed in Meyer's solution with lead nitrate (Pb(NO3)2) concentrations of 0 (control), 1, 5, 10 and 50 mg L–1. The study was conducted in a growth chamber at 25±1°C and a 12 hour photoperiod with a nominal irradiance of 100 μmol m–2 s–1, for 28 days. Lead concentration in sporophytes was assessed using atomic absorption spectrometry. In the absence of lead, 74% of spores germinated, while significantly lower germination percentages were observed in Pb(NO3)2 concentrations of 1, 10 and 50 mg L–1. The presence of lead did not significantly influence root growth. At 28 days, primary leaf development was significantly lower in Pb(NO3)2 concentrations of 5 mg L–1 and higher in relation to the control. The length of secondary leaves did not significantly differ between sporophytes exposed to different concentrations of lead and those of the control at 28 days. Sporophytes exposed to 10 and 50 mg L–1 Pb(NO3)2 accumulated 1129 mg kg–1 and 5145 mg kg–1 of Pb, respectively. The presence of high levels of lead in R. diphyllum sporophytes did not prevent initial development. Future studies should investigate the ability of the species to accumulate and tolerate high levels of lead in advanced stages of its development and in environmental conditions.(AU)

Regnellidium diphyllum Lindm. é uma samambaia heterosporada que se desenvolve em águas rasas ou em solos úmidos, sendo que a poluição da água contribui para sua vulnerabilidade. A contaminação ambiental por chumbo ocorre principalmente por resíduos industriais e agrícolas, bem como por efluentes domésticos. Devido à sua persistência no ambiente, esse metal pode apresentar importante toxicidade aos organismos vivos. A germinação de megásporos e o desenvolvimento inicial de esporófitos de R. diphyllum foram avaliados em solução de Meyer com concentrações de 0 (controle), 1, 5, 10 e 50 mg L–1 de nitrato de chumbo (Pb(NO3)2). O estudo foi conduzido em câmara de germinação a 25±1 °C e fotoperíodo de 12 horas sob irradiância nominal de 100 μmol m–2 s–1, por 28 dias. A concentração de chumbo em esporófitos foi analisada por espectrometria de absorção atômica. Na ausência de chumbo, 74% dos esporos germinaram, enquanto que porcentagens de germinação significantemente menores foram observadas nas concentrações de 1, 10 e 50 mg L–1 de Pb(NO3)2. A presença de chumbo não influenciou significativamente o crescimento das raízes. O desenvolvimento das folhas primárias foi significativamente menor em relação ao controle a partir de 5 mg L–1 de Pb(NO3)2 aos 28 dias. O comprimento das folhas secundárias não diferiu significativamente entre esporófitos expostos às diferentes concentrações de chumbo e aqueles do controle, aos 28 dias. Esporófitos expostos a 10 e 50 mg L–1 de Pb(NO3)2 acumularam 1129 mg kg–1 e 5145 mg kg–1 de Pb, respectivamente. A presença de altas concentrações de chumbo nos esporófitos de R. diphyllum não impediu seu desenvolvimento inicial. Estudos futuros deverão investigar a capacidade de a espécie acumular e tolerar altas concentrações de chumbo em estádios avançados de desenvolvimento e também em condições ambientais.(AU)

Biomonitoring the genotoxic potential of the air on Tradescantia pallida var. purpurea under climatic conditions in the Sinos River basin, Rio Grande do Sul, Brazil

Abstract The present study evaluated the genotoxic effects of the atmospheric air on Tradescantia pallida var. purpurea in urban areas with different intensities of vehicular traffic and in riparian forest fragments in the Sinos River Basin (Rio Grande do Sul, Brazil), considering the influence of climatic conditions prevailing in these environments. Bimonthly, from May 2012 to March 2013, cuttings with flower buds were exposed for 8 h in urban and riparian forest environments in the municipalities of Caraá, Taquara and Campo Bom in the upper, middle and lower sections, respectively, of the Sinos River Basin. Simultaneously, negative controls were made and climatic data were recorded. Micronuclei (MCN) frequencies were determined in young tetrads of pollen mother cells and expressed as MCN/100 tetrads. Significantly higher MCN frequencies were observed in buds exposed in urban and riparian forest environments in Taquara (up to 7.23 and 4.80, respectively) and Campo Bom (up to 4.90 and 4.23, respectively) than in buds exposed in Caraá (up to 2.90 and 2.50, respectively), in the majority of samplings, and in relation to the negative control (up to 1.93) in all months. Over the course of the period monitored, there were significant variations in MCN frequencies at all sampling points, with the exception of the urban environment in Caraá. For the urban environments, relation between the MCN frequency, vehicular traffic and mean temperature was observed. For the riparian forest fragments, there was no association between MCN frequency and climatic factors. Tradescantia pallida var. purpurea can be considered a useful tool to point out areas with increased atmospheric pollution, since the exposure of plants under severe climatic conditions is avoided to minimize their negative influence on the formation of micronuclei.

Resumo O presente estudo avaliou os efeitos genotóxicos do ar atmosférico sobre Tradescantia pallida var. purpurea em áreas urbanas com diferentes intensidades de tráfego veicular e em fragmentos de mata ciliar na Bacia do Rio dos Sinos (Rio Grande do Sul, Brasil), considerando a influência de condições climáticas prevalecentes nesses ambientes. Bimensalmente, de maio de 2012 a março de 2013, ramos com botões florais foram expostos por 8 h em ambientes urbanos e de mata ciliar nos municípios de Caraá, Taquara e Campo Bom nos trechos superior, médio e inferior, respectivamente, da Bacia do Rio dos Sinos. Simultaneamente, foram realizados controles negativos e levantados dados climáticos. Frequências de micronúcleos (MCN) foram determinadas em tétrades jovens de células-mãe de grãos de pólen e expressas como MCN/100 tétrades. Frequências de MCN significativamente superiores foram observadas em botões expostos nos ambientes urbanos e de matas ciliares em Taquara (até 7,23 e 4,80, respectivamente) e Campo Bom (até 4,90 e 4,23, respectivamente) do que em botões expostos em Caraá (até 2,90 e 2,50, respectivamente), na maioria das amostragens, e em relação ao controle negativo (até 1,93) em todos os meses. Ao longo do período monitorado, ocorreram variações significativas nas frequências de MCN em todos os pontos amostrais, com exceção do ambiente urbano de Caraá. Para os ambientes urbanos, foi observada relação entre a frequência de MCN, tráfego veicular e temperatura média. Para os fragmentos de mata ciliar, não houve associação entre a frequência de MCN e fatores climáticos. Tradescantia pallida var. purpurea pode ser considerada uma ferramenta útil para apontar áreas com poluição atmosférica aumentada, desde que, sob condições climáticas severas, a exposição das plantas seja evitada, para minimizar o efeito destas sobre a formação de micronúcleos.

Biomonitoring of water genotoxicity in a Conservation Unit in the Sinos River Basin, Southern Brazil, using the Tradescantia micronucleus bioassay / Biomonitoramento da genotoxicidade da água em uma Unidade de Conservação na Bacia do Rio dos Sinos, Sul do Brasil, utilizando o bioensaio de micronúcleo em Tradescantia

Tradescantia micronucleus (Trad-MCN) bioassay was used to investigate genotoxicity of water bodies in the Parque Municipal Henrique Luís Roessler (PMHLR), a conservation unit in the city of Novo Hamburgo, Southern Brazil, from November 2010 to October 2011. Every month, cuttings with young inflorescences of Tradescantia pallida var. purpurea were exposed for 24 hours to water collected at three sites in the park: (S1) head of the main stream; (S2) head of a secondary stream; (S3) a point past the junction of the two water bodies in which S1 and S2 were located. As a negative control, cuttings were exposed to distilled water for 24 h every quarter. Micronuclei (MCN) frequency was determined in young tetrads of pollen mother cells and described as MCN/100 tetrads. Rainfall data were also recorded. In nine months at S1 and S2, and in eleven months at S3, micronuclei frequencies were significantly higher than in quarterly controls, in which frequencies varied from 1.19 to 1.62. During sampling, no significant differences were found in MCN frequencies at S1, which ranged from 2.2 to 3.6. At the other sampling sites, there were significant differences between the months evaluated, and MCN frequencies ranged from 1.3 to 6.5 at S2 and from 2.3 to 5.2 at S3. There were no associations between rainfall and MCN frequencies at the three sampling sites. Tradescantia pallida var. purpurea confirmed genotoxicity in the water bodies of the PMHLR, even at the head of the streams, which suggests that actions should be promoted to control anthropogenic effects in the streams of this conservation unit..(AU)

O bioensaio de micronúcleo em Tradescantia(Trad-MCN) foi utilizado para investigar a genotoxicidade de corpos d'água no Parque Municipal Henrique Luís Roessler (PMHLR), uma Unidade de Conservação no município de Novo Hamburgo, Sul do Brasil, de novembro de 2010 a outubro de 2011. Mensalmente, ramos com inflorescências jovens de Tradescantia pallida var. purpurea foram expostos por 24 horas a amostras de água coletadas em três pontos de cursos dágua no interior do parque: (S1) nascente do principal curso dágua; (S2) nascente de um curso dagua secundário; (S3) ponto situado após a junção dos corpos dágua em que S1 e S2 estavam localizados. Como controle negativo, ramos foram expostos à água destilada por 24 h, com periodicidade trimestral. Frequências de micronúcleos (MCN) foram determinadas em tétrades jovens de células-mãe de grãos de pólen e expressas como MCN/100 tétrades. Dados de precipitação também foram registrados durante o experimento. Foram observadas frequências de MCN significativamente superiores em nove meses em S1 e S2 e em onze meses em S3 quando comparadas às frequências nos controles trimestrais, que variaram de 1,19 a 1,62. Durante o período de amostragem, não foram encontradas diferenças significativas nas frequências de MCN em S1, que variaram de 2,2 a 3,6. Nos demais pontos amostrais, houve diferenças significativas entre os meses avaliados para as frequências de MCN, que variaram de 1,3 a 6,5, em S2, e de 2,3 a 5,2, em S3. Não foi verificada relação entre a pluviosidade e as frequências de MCN observadas nos três pontos amostrais. Tradescantia pallida> var. purpurea indicou haver genotoxicidade nos corpos hídricos do PMHLR, inclusive junto às nascentes, indicando a necessidade de ações que visem ao controle do efeito antropogênico sobre a água nesta unidade de conservação.(AU)

Biomonitoring the genotoxic potential of the air on Tradescantia pallida var. purpurea under climatic conditions in the Sinos River basin, Rio Grande do Sul, Brazil / Biomonitoramento do potencial genotóxico do ar em Tradescantia pallida var. purpurea sob condições climáticas na bacia do Rio dos Sinos, Rio Grande do Sul, Brasil

The present study evaluated the genotoxic effects of the atmospheric air on Tradescantia pallida var. purpurea in urban areas with different intensities of vehicular traffic and in riparian forest fragments in the Sinos River Basin (Rio Grande do Sul, Brazil), considering the influence of climatic conditions prevailing in these environments. Bimonthly, from May 2012 to March 2013, cuttings with flower buds were exposed for 8 h in urban and riparian forest environments in the municipalities of Caraá, Taquara and Campo Bom in the upper, middle and lower sections, respectively, of the Sinos River Basin. Simultaneously, negative controls were made and climatic data were recorded. Micronuclei (MCN) frequencies were determined in young tetrads of pollen mother cells and expressed as MCN/100 tetrads. Significantly higher MCN frequencies were observed in buds exposed in urban and riparian forest environments in Taquara (up to 7.23 and 4.80, respectively) and Campo Bom (up to 4.90 and 4.23, respectively) than in buds exposed in Caraá (up to 2.90 and 2.50, respectively), in the majority of samplings, and in relation to the negative control (up to 1.93) in all months. Over the course of the period monitored, there were significant variations in MCN frequencies at all sampling points, with the exception of the urban environment in Caraá. For the urban environments, relation between the MCN frequency, vehicular traffic and mean temperature was observed. For the riparian forest fragments, there was no association between MCN frequency and climatic factors. Tradescantia pallida var. purpurea can be considered a useful tool to point out areas with increased atmospheric pollution, since the exposure of plants under severe climatic conditions is avoided to minimize their negative influence on the formation of micronuclei.(AU)

O presente estudo avaliou os efeitos genotóxicos do ar atmosférico sobre Tradescantia pallida var. purpurea em áreas urbanas com diferentes intensidades de tráfego veicular e em fragmentos de mata ciliar na Bacia do Rio dos Sinos (Rio Grande do Sul, Brasil), considerando a influência de condições climáticas prevalecentes nesses ambientes. Bimensalmente, de maio de 2012 a março de 2013, ramos com botões florais foram expostos por 8 h em ambientes urbanos e de mata ciliar nos municípios de Caraá, Taquara e Campo Bom nos trechos superior, médio e inferior, respectivamente, da Bacia do Rio dos Sinos. Simultaneamente, foram realizados controles negativos e levantados dados climáticos. Frequências de micronúcleos (MCN) foram determinadas em tétrades jovens de células-mãe de grãos de pólen e expressas como MCN/100 tétrades. Frequências de MCN significativamente superiores foram observadas em botões expostos nos ambientes urbanos e de matas ciliares em Taquara (até 7,23 e 4,80, respectivamente) e Campo Bom (até 4,90 e 4,23, respectivamente) do que em botões expostos em Caraá (até 2,90 e 2,50, respectivamente), na maioria das amostragens, e em relação ao controle negativo (até 1,93) em todos os meses. Ao longo do período monitorado, ocorreram variações significativas nas frequências de MCN em todos os pontos amostrais, com exceção do ambiente urbano de Caraá. Para os ambientes urbanos, foi observada relação entre a frequência de MCN, tráfego veicular e temperatura média. Para os fragmentos de mata ciliar, não houve associação entre a frequência de MCN e fatores climáticos. Tradescantia pallida var. purpurea pode ser considerada uma ferramenta útil para apontar áreas com poluição atmosférica aumentada, desde que, sob condições climáticas severas, a exposição das plantas seja evitada, para minimizar o efeito destas sobre a formação de micronúcleos.(AU)