Acúmulo e respostas fisiológicas de hortaliças hidropônicas a antimicrobianos

Abstract

Resumo: Os antimicrobianos, disponíveis no solo ou na água usada para a irrigação, podem ser absorvidos por plantas de interesse agrícola, contribuindo com sua inserção nos níveis tróficos, além de, possivelmente, trazerem prejuízos ao seu desenvolvimento. O objetivo geral foi o de compreender, de forma integrada, os efeitos da exposição antibiótica sobre o metabolismo das plantas, investigando suas respostas fisiológicas, bem como a bioacumulação em hortaliças folhosas baby leaf. Utilizando cultivo hidropônico, os efeitos da exposição ao ciprofloxacino (CIP - 1,5 µg L-1), eritromicina (ERI - 1,5 µg L-1) e/ou sulfametoxazol (SULFA -0,3 µg L-1) foi investigada, de forma isolada e em mistura, em alface, rúcula e agrião. Para isso a concentração de antimicrobianos no tecido foliar das hortaliças foi avaliada, bem como a concentração de peróxido de hidrogênio (H2O2) após a exposição e as respostas fisiológicas relacionadas ao metabolismo antioxidante, como concentração de fenólicos totais, e atividade das enzimas catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX). Investigou-se também a alteração na composição nutricional (macro e micronutrientes) das plantas e o efeito desses antimicrobianos nas características de crescimento aéreo como massa fresca (MFA), seca (MSA), número de folhas ou talos e do crescimento radicular como massa fresca de raízes (MFR), volume e comprimento total e diâmetro. Verificamos que todas as plantas apresentaram antimicrobianos em seus tecidos, sendo a absorção da alface mais eficiente quando os fármacos estão em misturas, e o agrião, contrariamente, mais eficiente quando isolados. A presença dos antimicrobianos promoveu aumentos na concentração de H2O2 somente em alface, de fenólicos totais apenas em rúcula e ativação das enzimas CAT e APX em todas as plantas. A composição mineral foi alterada em todas as plantas, com destaque para o nitrogênio, que teve sua concentração aumentada em alface e reduzida nas demais. A MSA das plantas não foi alterada, contudo menor MFA ocorreu apenas no agrião apesar das suas raízes apresentarem maiores comprimento total e diâmetro. Contrariamente, reduções de até 30% e 7,5% na MFR foram observadas em alface e rúcula, respectivamente. Podemos concluir que, mesmo em pequenas concentrações, os antimicrobianos foram absorvidos e acumulados pelas plantas e causaram efeitos adversos em sua fisiologia e morfologia, a depender da espécie e do composto. Estes resultados alertam sobre a inserção de subdoses de antimicrobianos nos níveis tróficos superiores, além de potenciais prejuízos produtivos em espécies de interesse alimentar.

Abstract: Antimicrobials available in soil or water used for irrigation can be uptake for plants of agricultural importance contributing to their insertion at trophic levels, in addition to possibly harming their development. The general objective was to understand, in an integrated way, the effects of antimicrobial exposure on plant metabolism, investigating their physiological responses, as well as bioaccumulation in baby leaf vegetables. Using hydroponic culture, the effects of exposure to ciprofloxacin (CIP - 1.5 µg L-1), erythromycin (ERY - 1.5 µg L-1) and/or sulfamethoxazole (SULFA - 0.3 µg L-1) were investigated, in isolation and mixed, in lettuce, rocket and watercress. For this, the accumulation of antimicrobials in leaf tissue of vegetables was evaluated, as well as the concentration of hydrogen peroxide (H2O2) after exposure and the physiological responses related to antioxidant metabolism, such as concentration of total phenolics, and activity of catalase enzymes (CAT) and ascorbate peroxidase (APX). We also investigated the change in the nutritional composition (macro and micronutrients) of the plants and the effect of these antimicrobials on shoot growth characteristics such as fresh mass (FMA), dry mass (DMA), number of leaves or stalks and the root growth as fresh mass of roots (FMR), volume and total length and diameter. As a result, we found that all plants presented antimicrobials in their tissues, lettuce uptake being more efficient when the drugs are mixed, and watercress, on the contrary, more efficient when isolated. The absorption of antimicrobials promoted increases in the concentration of H2O2 only in lettuce, of total phenolics only in rocket and activation of CAT and APX enzymes in all plants. The mineral composition was altered in all plants, especially the nitrogen, which had its concentration increase in lettuce and reduce in the others. The DMA of the plants was not altered, however lower MFA occurred only in watercress despite its roots having greater total length and diameter. In contrast, decrease of up to 30% and 7.5% in MFR were observed in lettuce and rocket, respectively. We can conclude that, even in small concentrations, antimicrobials were uptake by plants and caused adverse effects on their physiology and morphology, depending on the species and the compound. These results warn about the insertion of underdoses antimicrobials at higher trophic levels, in addition to potential productive losses in species of food interest.