Crescimento e respostas fisiológicas de Canavalia ensiformis em solo contaminado por cobre: potencial de fitorremediação em associação com microrganismos benéficos

Altos níveis de cobre (Cu) em solos agrícolas, resultantes do uso intensivo de insumos, impactam negativamente o crescimento e a fisiologia das culturas. Este estudo investigou a influência individual de Trichoderma harzianum e Bacillus subtilis sobre o crescimento, tolerância, potencial de fitorremediação e concentração de metabólitos de Canavalia ensiformis em solo com excesso de cobre. O experimento foi implantado em delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 5x3, sendo 5 doses de Cu (0, 50, 150, 250 e 350 mg kg-1 de solo), cada dose com 5 repetições/vasos e 3 tratamentos de microrganismos (T. harzianum, B. subtilis e sem inoculação), totalizando 75 unidades experimentais. Os resultados mostraram que o aumento das doses de Cu reduziu o crescimento, a biomassa, a atividade nodular e o desempenho fisiológico de C. ensiformis, além de alterar os teores de proteínas, aminoácidos, ureídeos, ácido alantóico, alantoína e compostos fenólicos na parte aérea e raízes. No entanto, a inoculação com microrganismos mitigou esses efeitos por mecanismos distintos. B. subtilis apresentou maior eficiência em doses mais baixas de Cu. Nessas condições, houve aumento no comprimento da parte aérea (63,88 cm a 0 mg kg⁻¹ de Cu vs. 51,42 cm sem inoculação), elevou a taxa fotossintética (92,78 vs. 75,70 µmol m⁻² s⁻¹) e melhorou a condutância estomática. Além disso, contribuiu parcialmente para preservar o metabolismo nitrogenado, promovendo incrementos nos teores de aminoácidos na parte aérea e mantendo níveis de proteínas nos nódulos, embora seu efeito mitigador tenha sido mais limitado sob doses elevadas do metal. Por outro lado, T. harzianum demonstrou maior eficácia em concentrações mais altas de Cu. O microrganismo promoveu aumento na biomassa seca da parte aérea sob estresse (6,10 g vs. 3,44 g a 250 mg kg⁻¹ de Cu) e favoreceu maior acúmulo de Cu em raízes e parte aérea (0,40 mg vs. 0,12 mg a 350 mg kg⁻¹ de Cu). Também manteve maior número de nódulos ativos e intensificou o acúmulo e transporte de ureídeos para a parte aérea, indicando melhor desempenho da fixação de nitrogênio. Além disso, T. harzianum aprimorou a eficiência no uso da água, contribuindo para maior tolerância ao estresse. Apesar da redução geral da biomassa em doses elevadas de Cu, ambos os microrganismos atenuaram a toxicidade por vias distintas. B. subtilis foi mais efetivo em condições de menor contaminação, principalmente por melhorar processos fisiológicos e preservar parcialmente o metabolismo nitrogenado. T. harzianum, por sua vez, destacou-se sob maior estresse, mantendo a funcionalidade simbiótica, estimulando rotas ligadas ao transporte de nitrogênio e aumentando a tolerância e o acúmulo de Cu. Assim, C. ensiformis apresenta tolerância ao Cu até aproximadamente 250 mg kg⁻¹, e o uso direcionado desses microrganismos pode ser uma estratégia promissora para mitigar a toxicidade do metal e intensificar o potencial de fitorremediação em solos contaminados por metais pesados.

Resumo (inglês)

High levels of copper (Cu) in agricultural soils, resulting from intensive input use, negatively affect crop growth and physiology. This study investigated the individual influence of Trichoderma harzianum and Bacillus subtilis on the growth, tolerance, phytoremediation potential, and metabolite concentrations of Canavalia ensiformis grown in Cu-contaminated soil. The experiment was conducted in a completely randomized design in a 5×3 factorial scheme, consisting of five Cu doses (0, 50, 150, 250, and 350 mg kg⁻¹ of soil), each with five replicates/pots, and three microbial treatments (T. harzianum, B. subtilis, and non-inoculated control), totaling 75 experimental units. The results showed that increasing Cu doses reduced growth, biomass, nodular activity, and physiological performance of C. ensiformis, and altered the levels of proteins, amino acids, ureides, allantoin, allantoic acid, and phenolic compounds in both shoots and roots. However, microbial inoculation mitigated these effects through distinct mechanisms. B. subtilis exhibited greater efficiency at lower Cu doses. Under these conditions, it increased shoot length (63.88 cm at 0 mg kg⁻¹ Cu vs. 51.42 cm in the non-inoculated control), enhanced photosynthetic rate (92.78 vs. 75.70 µmol m⁻² s⁻¹), and improved stomatal conductance. It also partially preserved nitrogen metabolism by increasing amino acid levels in the shoots and maintaining protein concentrations in nodules, although its mitigating effect was more limited under higher Cu concentrations. In contrast, T. harzianum was more effective at higher Cu doses. The microorganism increased shoot dry biomass under stress (6.10 g vs. 3.44 g at 250 mg kg⁻¹ Cu) and promoted greater Cu accumulation in both roots and shoots (0.40 mg vs. 0.12 mg at 350 mg kg⁻¹ Cu). It also maintained a higher number of active nodules and enhanced the accumulation and transport of ureides to the shoots, indicating improved nitrogen fixation performance. Additionally, T. harzianum improved water-use efficiency, contributing to greater stress tolerance. Despite the general reduction in biomass at elevated Cu levels, both microorganisms alleviated toxicity through distinct pathways. B. subtilis was more effective under lower contamination, mainly by improving physiological processes and partially preserving nitrogen metabolism, whereas T. harzianum performed better under more severe stress by maintaining symbiotic functionality, stimulating nitrogen-transport pathways, and increasing Cu tolerance and accumulation. Thus, C. ensiformis shows tolerance to Cu up to approximately 250 mg kg⁻¹, and the targeted use of these microorganisms may represent a promising strategy to mitigate metal toxicity and enhance the phytoremediation potential of plants grown in heavy metal-contaminated soils.

Palavras-chave

Contaminação do solo, Estresse metálico, Microrganismos promotores de crescimento, Transporte de nitrogênio

Idioma

Português

Citação

CARVALHO, Isabella Fiorini. Crescimento e respostas fisiológicas de Canavalia ensiformis em solo contaminado por cobre: potencial de fitorremediação em associação com microrganismos benéficos. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agronômica) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Ilha Solteira, 2025