1
|
da Silva Santos J, da Silva Pontes M, Grillo R, Fiorucci AR, José de Arruda G, Santiago EF. Physiological mechanisms and phytoremediation potential of the macrophyte Salvinia biloba towards a commercial formulation and an analytical standard of glyphosate. CHEMOSPHERE 2020; 259:127417. [PMID: 32623201 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127417] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 0.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/07/2020] [Revised: 06/03/2020] [Accepted: 06/12/2020] [Indexed: 06/11/2023]
Abstract
Glyphosate (Gly) is the most widely used herbicide in the world and has broad-spectrum and non-selective activity. Its indiscriminate use hence risks contamination of water bodies and can affect living organisms, especially sensitive or resistant non-target plants. Despite this, studies on physiological mechanisms and Gly remediation in Neotropical aquatic plants remain limited. This study aims to evaluate the physiological mechanisms of the aquatic macrophyte Salvinia biloba on exposure to different concentrations of a Gly commercial formulation (Gly-CF) and a Gly analytical standard (Gly-AS). Furthermore, using square-wave voltammetry (SWV), we determined whether the studied plant could remove Gly from water. Our data suggest that Gly-AS and Gly-CF induce similar physiological responses in S. biloba. However, Gly-CF was more phytotoxic. Depending on the concentration, the two forms of Gly affected the plants, decreasing the chlorophyll a and b contents and the photosystem II (PSII) photochemical activity. The data also revealed that Gly promoted oxidative stress and increased the shikimic acid concentration. At the same time, the plants removed Gly from water, with 100% removal for 1 mg L-1 Gly and above 60% removal for the other concentrations studied. Therefore, our results suggest that S. biloba may be a potential phytoremediation agent for low Gly concentrations, since 1 mg L-1 Gly was completely removed and exhibited low phytotoxicity. This study deepens our scientific understanding of the Gly impact on and the phytoremediation potential of S. biloba.
Collapse
Affiliation(s)
- Jaqueline da Silva Santos
- Grupo de Estudos em Recursos Vegetais, Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil; Grupo de Estudos em Eletroquímica, Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil
| | - Montcharles da Silva Pontes
- Grupo de Estudos em Recursos Vegetais, Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil
| | - Renato Grillo
- Laboratório de Nanoquímica Ambiental, Departamento de Física e Química, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Avenida Brasil, 56, Centro, 15385-000, Ilha Solteira, SP, Brazil
| | - Antonio Rogério Fiorucci
- Grupo de Estudos em Eletroquímica, Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil
| | - Gilberto José de Arruda
- Grupo de Estudos em Eletroquímica, Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil
| | - Etenaldo Felipe Santiago
- Grupo de Estudos em Recursos Vegetais, Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil.
| |
Collapse
|
2
|
Pontes MS, Grillo R, Graciano DE, Falco WF, Lima SM, Caires ARL, Andrade LHC, Santiago EF. How does aquatic macrophyte Salvinia auriculata respond to nanoceria upon an increased CO 2 source? A Fourier transform-infrared photoacoustic spectroscopy and chlorophyll a fluorescence study. ECOTOXICOLOGY AND ENVIRONMENTAL SAFETY 2019; 180:526-534. [PMID: 31128550 DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.05.041] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 0.4] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/01/2019] [Revised: 05/02/2019] [Accepted: 05/13/2019] [Indexed: 06/09/2023]
Abstract
With the continued increase of technological uses of cerium oxide nanoparticles (CeO2 NPs or nanoceria) and their unregulated disposal, the accumulation of nanoceria in the environment is inevitable. Concomitantly, atmospheric carbon dioxide (CO2) levels continue to rise, increasing the concentrations of bicarbonate ions in aquatic ecosystems. This study investigates the influence of CeO2 NPs (from 0 to 100 μgL-1) in the presence and absence of an elevated bicarbonate (HCO3-) ion concentration (1 mM), on vibrational biochemical parameters and photosystem II (PSII) activity in leaf discs of Salvinia auriculata. Fourier transform-infrared photoacoustic spectroscopy (FTIR-PAS) was capable of diagnostic use to understand biochemical and metabolic changes in leaves submitted to the CeO2 NPs and also detected interactive responses between CeO2 NPs and HCO3- exposure at the tissue level. The results showed that the higher CeO2 NPs levels in the presence of HCO3- increased the non-photochemical quenching (NPQ) and coefficient of photochemical quenching in dark (qPd) compared to the absence of HCO3. Moreover, the presence of HCO3- significantly decreased the NPQ at all levels of CeO2 NPs demonstrating that HCO3- exposure may change the non-radiative process involved in the operation of the photosynthetic apparatus. Overall, the results of this study are useful for providing baseline information on the interactive effects of CeO2 NPs and elevated HCO3- ion concentration on photosynthetic systems.
Collapse
Affiliation(s)
- Montcharles S Pontes
- Grupo de Estudos em Recursos Vegetais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil; Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Centro de Estudos em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil.
| | - Renato Grillo
- Laboratório de Nanoquímica Ambiental, Departamento de Física e Química, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Avenida Brasil, 56, Centro, 15385-000, Ilha Solteira, SP, Brazil
| | - Daniela E Graciano
- Grupo de Óptica Aplicada, Universidade Federal da Grande Dourados, CP 533, 79804-970, Dourados, MS, Brazil
| | - William F Falco
- Grupo de Óptica Aplicada, Universidade Federal da Grande Dourados, CP 533, 79804-970, Dourados, MS, Brazil
| | - Sandro M Lima
- Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Centro de Estudos em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil; Grupo de Espectroscopia Óptica e Fototérmica, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil
| | - Anderson R L Caires
- Grupo de Óptica e Fotônica, Instituto de Física, Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, CP 549, 79070-900, Campo Grande, MS, Brazil
| | - Luís H C Andrade
- Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Centro de Estudos em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil; Grupo de Espectroscopia Óptica e Fototérmica, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil
| | - Etenaldo F Santiago
- Grupo de Estudos em Recursos Vegetais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil; Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais, Centro de Estudos em Recursos Naturais, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, CP 350, 79804-970, Dourados, MS, Brazil.
| |
Collapse
|