Beyond survival: unraveling the adaptive mechanisms of cucurbit weeds to salt and heavy metal stress through biochemical and physiological analyses / Além da sobrevivência: desvendando os mecanismos adaptativos de ervas daninhas cucurbitáceas ao sal e estresse de metais pesados por meio de análises bioquímicas e fisiológicas

Salt stress and heavy metal are instigating hazard to crops, menace to agricultural practices. Single and combined stresses affecting adversely to the growth and metabolism of plants. To explore salt and heavy metal resistant plant lines as phytoremediants is a need of time. Physiological responses are main adaptive responses of the plants towards stresses. This response varies with species and ecotype as well as type and level of stress. Two cucurbit weeds from two ecotypes were selected to evaluate their physiological adaptations against independent and combined stresses of various levels of salt (NaCl) and heavy metal (NiCl2). Various physiological parameters like water potential, osmotic potential, pressure potential, CO2 assimilation rate, stomatal conductance, chlorophyll a and b, carotenoids, and production of adaptive chemicals like SOD, CAT, proteins, sugars and proline were studied. Citrullus colocynthis showed more adaptive response than Cucumis melo agrestis and desert ecotype was more successful than agricultural ecotype against stresses.

O estresse salino e os metais pesados são um perigo instigante para as plantações e uma ameaça para as práticas agrícolas. Estresses simples e combinados afetam adversamente o crescimento e o metabolismo das plantas. Explorar linhagens de plantas resistentes a sais e metais pesados como fitorremediantes é uma necessidade de tempo. As respostas fisiológicas são as principais respostas adaptativas das plantas aos estresses. Essas respostas variam de acordo com a espécie e o ecótipo, bem como com o tipo e o nível de estresse. Duas plantas daninhas cucurbitáceas de dois ecótipos foram selecionadas para avaliar suas adaptações fisiológicas frente a estresses independentes e combinados de vários níveis de sal (NaCl) e metal pesado (NiCl2). Vários parâmetros fisiológicos, como potencial hídrico, potencial osmótico, potencial de pressão, taxa de assimilação de CO2, condutância estomática, clorofila a e b, carotenoides e produção de produtos químicos adaptativos, por exemplo, SOD, CAT, proteínas, açúcares e prolina, foram estudados. Citrullus colocynthis apresentou resposta mais adaptativa do que Cucumis melo agrestis e o ecótipo deserto foi mais bem-sucedido do que o ecótipo agrícola contra estresses.

Effects of combined treatment of cadmium and oxytetracycline on the terrestrial isopod Porcellio leavis / Efeitos do tratamento combinado de cádmio e oxitetraciclina no isópode terrestre Porcellio laevis

The influence of pharmaceutical residues and heavy metals on living organisms has received global attention. The present study assessed the interactive effect of antibiotic residues and heavy metals in soil, as contaminated food with cadmium (Cd) and oxytetracycline (OTC) on the isopod Porcellio leavis. It was fed on fresh plant leaves contaminated with different concentrations of cadmium, Cd+OTC1000 ppm, Cd+OTC2000 ppm and Cd+OTC3000 ppm for 4 weeks. The changes in the feeding patterns, protein, lipid peroxidation (LPO), catalase activity (CAT), and total free amino acids (TFAA) were recorded. There were significant differences in the obtained results where Cd reduced the egestion ratio (ER) however, OTC enhanced this ratio. Biochemical analysis illustrated that combination between OTC and Cd inhibits the toxic effects of Cd at low concentration (1000 ppm), while at high concentration (3000 ppm) raise the toxicity. Detailed studies are required for further understanding of the interaction between OTC and heavy metals, and also its impact on soil animals and for improving soil risk evaluation.

A influência de resíduos farmacêuticos e metais pesados em organismos vivos tem recebido atenção global. O presente estudo avaliou o efeito de resíduos de antibióticos e metais pesados no solo, como alimentos contaminados com cádmio (Cd) e oxitetraciclina (OTC), sobre o isópode Porcellio laevis, o qual foi alimentado com folhas frescas de plantas contaminadas com diferentes concentrações de cádmio, Cd + OTC1000 ppm, Cd + OTC2000 ppm e Cd + OTC3000 ppm, por quatro semanas. As mudanças nos padrões de alimentação, proteína, peroxidação lipídica (LPO), atividade da catalase (CAT) e aminoácidos livres totais (TFAA) foram registradas. Houve diferenças significativas nos resultados obtidos, em que o Cd reduziu a taxa de excreção (ER), no entanto o OTC aumentou essa proporção. A análise bioquímica mostrou que a combinação entre OTC e Cd inibe os efeitos tóxicos do Cd em baixa concentração (1.000 ppm), enquanto, em alta concentração (3.000 ppm), aumenta a toxicidade. Estudos detalhados são necessários para uma maior compreensão da interação entre OTC e metais pesados, e seu impacto sobre os animais do solo, bem como para melhorar a avaliação de risco do solo.

Effects of combined treatment of cadmium and oxytetracycline on the terrestrial isopod Porcellio leavis / Efeitos do tratamento combinado de cádmio e oxitetraciclina no isópode terrestre Porcellio laevis

The influence of pharmaceutical residues and heavy metals on living organisms has received global attention. The present study assessed the interactive effect of antibiotic residues and heavy metals in soil, as contaminated food with cadmium (Cd) and oxytetracycline (OTC) on the isopod Porcellio leavis. It was fed on fresh plant leaves contaminated with different concentrations of cadmium, Cd+OTC1000 ppm, Cd+OTC2000 ppm and Cd+OTC3000 ppm for 4 weeks. The changes in the feeding patterns, protein, lipid peroxidation (LPO), catalase activity (CAT), and total free amino acids (TFAA) were recorded. There were significant differences in the obtained results where Cd reduced the egestion ratio (ER) however, OTC enhanced this ratio. Biochemical analysis illustrated that combination between OTC and Cd inhibits the toxic effects of Cd at low concentration (1000 ppm), while at high concentration (3000 ppm) raise the toxicity. Detailed studies are required for further understanding of the interaction between OTC and heavy metals, and also its impact on soil animals and for improving soil risk evaluation.(AU)

A influência de resíduos farmacêuticos e metais pesados em organismos vivos tem recebido atenção global. O presente estudo avaliou o efeito de resíduos de antibióticos e metais pesados no solo, como alimentos contaminados com cádmio (Cd) e oxitetraciclina (OTC), sobre o isópode Porcellio laevis, o qual foi alimentado com folhas frescas de plantas contaminadas com diferentes concentrações de cádmio, Cd + OTC1000 ppm, Cd + OTC2000 ppm e Cd + OTC3000 ppm, por quatro semanas. As mudanças nos padrões de alimentação, proteína, peroxidação lipídica (LPO), atividade da catalase (CAT) e aminoácidos livres totais (TFAA) foram registradas. Houve diferenças significativas nos resultados obtidos, em que o Cd reduziu a taxa de excreção (ER), no entanto o OTC aumentou essa proporção. A análise bioquímica mostrou que a combinação entre OTC e Cd inibe os efeitos tóxicos do Cd em baixa concentração (1.000 ppm), enquanto, em alta concentração (3.000 ppm), aumenta a toxicidade. Estudos detalhados são necessários para uma maior compreensão da interação entre OTC e metais pesados, e seu impacto sobre os animais do solo, bem como para melhorar a avaliação de risco do solo.(AU)

Bioaccumulation of metals and evaluation of golden mussels encrusted on different screens of net cages / Bioacumulação de metais e avaliação do mexilhão-dourado incrustado em diferentes telas de tanques-rede

This study aimed to evaluate the characterization and bioaccumulation of metals of the golden mussel encrusted in the screens of net cages installed in the reservoir of Itaipu Binacional. The experimental design was completely randomized, composed of two types of screens (PVC and Bezinal) distributed on four sides (Sides I, II, III, and IV) of the net cage. The total mass, the average mass, and the dimensions (width, height, and length) of the mollusks were evaluated. The mussels adhered to the Bezinal screen presented a higher average mass, length, height, and width than those colonized on the PVC screen (p <0.05). However, the PVC screen provided a greater (p <0.05) total mass of encrusted mussels. Regardless of the screen used, the average mass and length of mussels had higher values on Side I (p <0.05) than to the Sides II and IV, but not different from Side III. The mussels evaluated showed high levels of metals, and those encrusted in the Bezinal screen presented higher levels of Al, Zn and Cr than the individuals on the PVC screen (p <0.05). The use of a Bezinal screen is more efficient than a PVC screen, as an antifouling material. Mussels with shorter lengths had a higher incidence on the PVC screen. The mussels encrusted in the Bezinal screen bioaccumulate higher content of Al, Zn, and Cr. The type of screen used in the net cages influences the mass and size of adhered mussels, as well as can interfere with the metal accumulation in the golden mussel.

Objetivou-se avaliar a caracterização e a bioacumulação de metais do mexilhão-dourado incrustado nas telas de tanques-rede instalados no reservatório da Itaipu Binacional. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, composto por dois tipos de telas (PVC e Bezinal) distribuídas em quatro lados (Lados I, II, III e IV) do tanque-rede. Foram avaliadas a massa total, a massa média e as dimensões (largura, altura e comprimento) dos moluscos. Os mexilhões aderidos na tela Bezinal apresentaram maior massa média, comprimento, altura e largura do que aqueles colonizados na tela PVC (p <0,05). No entanto, a tela PVC proporcionou uma maior (p <0,05) massa total de mexilhões incrustados. Independente da tela utilizada, a massa média e o comprimento de mexilhões apresentaram maiores valores no Lado I (p <0,05) em relação aos Lados II e IV, mas não diferindo do Lado III. Os mexilhões avaliados apresentaram níveis elevados de metais, sendo que os incrustados à tela Bezinal revelaram teores mais elevados de Al, Zn e Cr do que os indivíduos na tela PVC (p <0,05). O uso da tela Bezinal é mais eficiente em relação à tela PVC como material anti-incrustante. Os mexilhões com menores comprimentos tiveram uma maior incidência na tela PVC. Os mexilhões incrustados à tela Bezinal bioacumulam maior teor de Al, Zn e Cr. O tipo de tela utilizado nos tanques-rede influencia na massa e tamanho dos mexilhões aderidos, bem como pode interferir na acumulação de metais no mexilhão-dourado.

Bioaccumulation of metals and evaluation of golden mussels encrusted on different screens of net cages / Bioacumulação de metais e avaliação do mexilhão-dourado incrustado em diferentes telas de tanques-rede

This study aimed to evaluate the characterization and bioaccumulation of metals of the golden mussel encrusted in the screens of net cages installed in the reservoir of Itaipu Binacional. The experimental design was completely randomized, composed of two types of screens (PVC and Bezinal) distributed on four sides (Sides I, II, III, and IV) of the net cage. The total mass, the average mass, and the dimensions (width, height, and length) of the mollusks were evaluated. The mussels adhered to the Bezinal screen presented a higher average mass, length, height, and width than those colonized on the PVC screen (p <0.05). However, the PVC screen provided a greater (p <0.05) total mass of encrusted mussels. Regardless of the screen used, the average mass and length of mussels had higher values on Side I (p <0.05) than to the Sides II and IV, but not different from Side III. The mussels evaluated showed high levels of metals, and those encrusted in the Bezinal screen presented higher levels of Al, Zn and Cr than the individuals on the PVC screen (p <0.05). The use of a Bezinal screen is more efficient than a PVC screen, as an antifouling material. Mussels with shorter lengths had a higher incidence on the PVC screen. The mussels encrusted in the Bezinal screen bioaccumulate higher content of Al, Zn, and Cr. The type of screen used in the net cages influences the mass and size of adhered mussels, as well as can interfere with the metal accumulation in the golden mussel.(AU)

Objetivou-se avaliar a caracterização e a bioacumulação de metais do mexilhão-dourado incrustado nas telas de tanques-rede instalados no reservatório da Itaipu Binacional. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, composto por dois tipos de telas (PVC e Bezinal) distribuídas em quatro lados (Lados I, II, III e IV) do tanque-rede. Foram avaliadas a massa total, a massa média e as dimensões (largura, altura e comprimento) dos moluscos. Os mexilhões aderidos na tela Bezinal apresentaram maior massa média, comprimento, altura e largura do que aqueles colonizados na tela PVC (p <0,05). No entanto, a tela PVC proporcionou uma maior (p <0,05) massa total de mexilhões incrustados. Independente da tela utilizada, a massa média e o comprimento de mexilhões apresentaram maiores valores no Lado I (p <0,05) em relação aos Lados II e IV, mas não diferindo do Lado III. Os mexilhões avaliados apresentaram níveis elevados de metais, sendo que os incrustados à tela Bezinal revelaram teores mais elevados de Al, Zn e Cr do que os indivíduos na tela PVC (p <0,05). O uso da tela Bezinal é mais eficiente em relação à tela PVC como material anti-incrustante. Os mexilhões com menores comprimentos tiveram uma maior incidência na tela PVC. Os mexilhões incrustados à tela Bezinal bioacumulam maior teor de Al, Zn e Cr. O tipo de tela utilizado nos tanques-rede influencia na massa e tamanho dos mexilhões aderidos, bem como pode interferir na acumulação de metais no mexilhão-dourado.(AU)

Cd, Cu, and Mn from Uruguay River Basin in Uruguaiana, RS, Brazil, and their toxicological potential for human leukocyte / Cd, Cu e Mn da Bacia do Rio Uruguai em Uruguaiana, RS, Brasil, e seu potencial toxicológico para leucócitos humanos

This study assessed the limnology from the Medium Uruguay River Basin in Uruguaiana, Brazil, with a focus on the concentration of heavy metals (Cd, Cu, and Mn), to assess the toxicological potential (cytotoxicity and genotoxicity) for humans using as biological matrix of study human leukocyte cells. The conductivity, resistivity, and dissolved O2 levels exceeded the limits recommended by the National Environmental Council (Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA). The percentage of non-viable human leukocyte cells exposed to water samples was approximately 20% higher than that of the negative control ( 3%), but similar to the positive control. The DNA damage index was high for all heavy metal concentrations assayed when compared to the negative control 12±2.96, p 0.0001, with a range of 155.66±23.89 to 194.33±23.23, but similar to the positive control (210.62±27.48). Moreover, the leukocyte degeneration index was higher in all samples containing heavy metals than in the negative control (4%), which demonstrates to be due the presence of Cu (11.8-12.5%), Cd (13-15.6%), and Mn (15.6-22.5%). Taken together, our results show that the quality from water samples analyzed is below than recommended by CONAMA and offers risk of contamination by heavy metals for the general population.(AU)

Este estudo avaliou a limnologia de amostras de água da bacia do rio Uruguai Médio, Brasil, focando as concentrações de metais pesados (Cd, Cu e Mn), para determinar o potencial toxicológico (citotoxicidade e genotoxicidade) utilizando como matriz biológica células leucocitárias humanas. A condutividade, resistividade e níveis de O2 dissolvido nas amostras analisadas excederam o limite recomendado pelo Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA). O percentual de células leucocitárias humanas não viáveis expostos às amostras de água foi de aproximadamente 20% maior que o controle negativo ( 3%), mas similar ao controle positivo. O índice de dano ao DNA foi maior para todas as concentrações de metais testadas quando comparadas ao controle negativo (12±2,96), p 0,0001, com uma variação de 155,66±23,89 a 194,33±23,23, mas estatisticamente semelhante ao observado para o controle positivo (210,62±27,48). Adicionalmente, o índice de degeneração leucocitário foi maior em todas as amostras contendo metais pesados que o controle negativo (4%), pela presença de Cu (11,8-12,5%), Cd (13-15,6%) e Mn (15,6-22,5%). Analisando esses dados conjuntamente, nossos resultados demonstram que a qualidade das amostras de água analisadas encontra-se abaixo da recomendada pela CONAMA e oferece risco de contaminação por metais pesados para a população em geral.(AU)