Fitotoxidez de cádmio e plantas

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
EVALDO LEANDRO POTMA DA SILVA 
GESSYCA CRISTINA SOUVINSKI 
GUSTAVO DENCK 
RÔMULO GARCIA ASSIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fitotoxidade em plantas causadas pela contaminação com cádmio (Cd) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
2016 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
EVALDO LEANDRO POTMA DA SILVA 
GESSYCA CRISTINA SOUVINSKI 
GUSTAVO DENCK 
RÔMULO GARCIA ASSIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fitotoxidade em plantas causadas pela contaminação com cádmio (Cd) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
2016 
Trabalho para a obtenção de nota 
parcial na disciplina de nutrição de 
plantas na Universidade Estadual de 
Ponta Grossa, sob a orientação do 
professor Dr. Adriel Ferreira da 
Fonseca. 
Resumo 
 
O cádmio é considerado um metal pesado e de função ainda desconhecida na 
nutrição de plantas, o excesso de cádmio em solos ocasiona sintomas de 
fitotoxidade em plantas e posteriormente podem vir a estar contaminando os demais 
componentes da cadeia alimentar. O elemento é absorvido pelas raízes na forma de 
Cd²+ e o aumento do pH reduz sua disponibilidade e a absorção. No solo, o Cd está 
intimamente ligado a matéria orgânica e sua retenção correlaciona-se com o pH, 
CTC, superfície específica e força iônica. Dentre os metais pesados o cádmio é 
considerado um dos mais móveis dentro das plantas. Neste trabalho é abordada de 
maneira geral sobre o ciclo do metal pesado cádmio no sistema solo planta, as 
alterações fisiológicas causadas em plantas pela fitotoxidez que de forma geral são o 
nanismo das plantas, clorose, necrose nas raízes e pontas de meristemas, epinastia 
e coloração amarronzada das nervuras. O cádmio interage com a membrana 
plasmática bloqueando transportadores específicos de íons da raiz o que reduz a 
absorção de Ca2+, Zn2+, Fe2+, Mn2+ e Mg2+ pela planta, que são nutrientes 
importantes para o desenvolvimento das plantas. Dentre as principais maneiras de 
reduzir a absorção de cádmio pelas plantas esta a pratica da calagem e a adubação 
com zinco que reduz a absorção de cádmio pelo sistema radicular. Elevadas doses 
de Fe também possuem capacidade de inibir a absorção de cádmio pelas plantas. 
 
Palavras chave: cádmio, fitotoxidade, nutrição de plantas. 
 
Abstract 
 
Cadmium is considered a heavy metal with a function still unknown in plant nutrition, 
excess cadmium in soils causes symptoms of phytotoxicity in plants and may 
subsequently be contaminating the other components of the food chain. The element 
is absorbed by the roots in the form of Cd2+ and increasing the pH reduces its 
availability and absorption. In soil, Cd is closely bound to organic matter and its 
retention correlates with pH, CTC, specific surface and ionic strength. Among the 
heavy metals, cadmium is considered one of the most mobile within plants. In this 
work it is approached in general about the cadmium heavy metal cycle in the plant 
soil system, the physiological changes caused in plants by phytotoxicity, which in 
general are plant dwarfism, chlorosis, necrosis in roots and meristems, epinephia and 
coloration Browning of the veins. Cadmium interacts with the plasma membrane by 
blocking specific ion ions from the root which reduces the absorption of Ca2+, Zn2+, 
Fe2+, Mn2+ and Mg2+ by the plant, which are important nutrients for the development 
of plants. Among the main ways to reduce the absorption of cadmium by plants is the 
practice of liming and zinc fertilization that reduces the absorption of cadmium by the 
root system. High doses of Fe also have the ability to inhibit the absorption of 
cadmium by plants. 
 
Keywords: cadmium, phytotoxicity, plant nutrition. 
 
Introdução 
 
Existem alguns metais pesados que são considerados essenciais para a 
nutrição de plantas, a exemplo disso podemos citar o zinco, cobre, molibidênio, 
enxofre e manganês, porem, outros não possuem função benéfica conhecida, como 
é o caso do cádmio (Cd), no entanto, em concentrações elevadas qualquer um 
destes elementos pode causar sérios riscos toxicológicos não somente nas plantas, 
mas ao solo e demais seres vivos. (REIS, 2012). 
O cádmio é um elemento relativamente raro e não ocorre na natureza na 
forma pura, estando associado a sulfetos em minérios de Zn, Pb e Cu, sendo sua 
concentração na crosta terrestre da ordem de 0,15 mg kg-1. (MELO et al., 2011). Em 
geral, o cádmio não é tóxico para as plantas. Contudo, é um metal pesado que 
merece preocupação porque pode acumular-se em plantas em níveis que podem ser 
tóxicos aos animais. (FERREIRA, 2001). 
O Cd é considerado um dos mais móveis metais pesados, mas os resultados 
de pesquisa para avaliar sua mobilidade no perfil do solo tem sido contraditórios, 
deixando claro que o comportamento depende das condições intrínsecas. No solo, o 
Cd pode ser biodisponibilizado, acumulando-se nas plantas, ou lixiviado, poluindo as 
águas subterrâneas, comprometendo, assim, os suprimentos de água potável. 
(PIERANGELI et al., 2005 input REIS, 2012). No processo de intemperização o Cd 
passa rapidamente para a solução do solo, onde pode ocorrer na forma de cátion 
Cd2+, que é o estado de valência mais importante do Cd no ambiente natural. Em 
função das condições edafoclimáticas, o íon Cd2+ pode formar uma série de espécies 
iônicas e também complexos com a matéria orgânica. (MELO et al., 2011). 
Em solos de regiões onde o índice pluviométrico é elevado, a probabilidade 
de ocorrer à movimentação vertical do Cd no perfil do solo é maior do que o acúmulo 
do metal nas camadas superficiais (MELO et al., 2011). Portanto, o Cd é facilmente 
absorvido e translocado pelas plantas em virtude de sua grande capacidade de 
movimentação (RAIJ, 1991). Em condições de baixo pH o Cd tende a ser mais móvel 
no solo. A maior mobilidade encontra-se na faixa de pH 5-7. O Cd é mais móvel em 
solos ácidos na faixa de pH 4,5-5,5, enquanto em solos alcalinos apresenta-se com 
baixa mobilidade. (MELO et al., 2011). 
Tendo em vista a importância do manejo adequado deste metal pesado, o 
presente trabalho tem como objetivo tratar de uma maneira geral sobre o cádmio, 
evidenciando o seu ciclo no sistema solo-planta, as alterações fisiológicas devido ao 
excesso deste elemento nas plantas, desordens nutricionais decorrentes da 
fitotoxidade do elemento e ações para a prevenção ou mitigar a fitotoxidade do 
elemento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ciclo do Cádmio no sistema solo-planta 
 
A presença de cádmio no meio ambiente é devida a vários fatores entre os 
quais incluem-se indústrias de tintas, pigmentos, plásticos, pilhas, acumuladores, 
fotografia, galvanização, operações minerais em metalúrgicas (fundições de zinco, 
chumbo e cobre), utilização na agricultura de fungicidas e fertilizantes fosfatados e, 
também, pelo atrito de pneus e combustão de óleo diesel e lubrificantes ao longo das 
estradas de intenso tráfego. (MARTINS, 1984). 
O cádmio pode ser encontrado na fração sólida do solo fazendo parte da 
estrutura, principalmente, como impureza de minerais de zinco e adsorvido às 
superfícies de matéria orgânica, argilominerais e óxidos hidróxidos metálicos. (MELO 
et al., 2011). 
O Cd é um dos mais móveis metais pesados no solo do que muitos outros 
metais, como o Cu, Pb e Zn, geralmente se encontra fortemente associado com o 
Zn, entretanto, possui uma forte afinidade com o S. De acordo com os mesmos 
autores, durante a ação do tempo, o Cd reage totalmente com a soluçãodo solo, 
embora seja conhecido por sua ocorrência como Cd²+, pode também formar vários 
íons complexos [CdCl+ , CdOH+ , Cd(OH)3] e quelatos orgânicos. (MELO et al., 
2011). 
O comportamento do Cd depende das condições intrínsecas do solo, ou 
seja, embora diversos fatores afetem sua solubilidade no solo, os fatores mais 
importantes a serem considerados são o pH e o potencial de oxidação, logo sob 
condições de forte oxidação, o Cd forma minerais (CdO, CdCO3). (MARTINS, 1984). 
Em baixos valores de pH o Cd encontra-se ligado a sítios de baixa afinidade, 
enquanto em pHs mais elevados a ligação ocorre em sítios de alta afinidade por 
adsorção específica, com diminuição nos sítios de baixa afinidade (Filius et al., 1998; 
Gray et al., 1998). Desta forma, em condições de baixo pH o Cd tende a ser mais 
móvel no solo. A maior mobilidade encontra-se na faixa de pH 5-7. O Cd é mais 
móvel em solos ácidos na faixa de pH 4,5-5,5, enquanto em solos alcalinos 
apresenta-se com baixa mobilidade. (REIS, 2012). 
No solo, o Cd pode ser biodisponibilizado, acumulando-se nas plantas, ou 
lixiviado, poluindo as águas subterrâneas, comprometendo, assim, os suprimentos 
de água potável (PIERANGELI et al., 2005 input REIS, 2012). Em solos de regiões 
onde o índice pluviométrico é elevado, a probabilidade de ocorrer à movimentação 
vertical do Cd no perfil do solo é maior do que o acúmulo do metal nas camadas 
superficiais (MELO et al., 2011). Portanto, o Cd é facilmente absorvido e translocado 
pelas plantas em virtude de sua grande capacidade de movimentação (RAIJ, 1991). 
 
Figura 1- Representação esquemática do ciclo do cádmio na natureza 
 
 
O Cádmio pode ser adsorvido pelo solo por meio de ligações eletrostáticas 
simples, como intimamente associadas a óxidos, a carbonatos e à matéria orgânica, 
a adsorção de cádmio nos solos, ocorre inicialmente em rápida adsorção na 
superfície de troca, seguida por uma lenta reação, sendo caracterizada como 
substituição do íon na matriz no complexo de esfera interna (MARTINS, 1984). 
A capacidade da planta de absorver, acumular e transportar cádmio varia 
entre espécies e mesmo entre genótipos da mesma espécie (REIS, 2012). O Cd é 
facilmente absorvido pelas raízes e chega ao xilema, via apoplasto ou simplasto, 
onde é translocado para parte aérea da planta por meio da transpiração (REIS, 
2012). 
 
 
 
Alterações fisiológicas devido ao excesso de Cádmio nas plantas 
 
Estudos comprovam que a presença de cádmio inibe os processos 
fisiológicos, morfológicos, bioquímicos e estruturais das plantas (REIS, 2012). 
O excesso do metal no tecido vegetal afeta primeiramente as membranas e 
proteínas bloqueando transportadores específicos de íons da raiz, embora diversos 
processos fisiológicos tais como respiração, fotossíntese, elongação celular, 
transporte da água, absorção, transporte, reduzindo a absorção e uso de K, Fe, Mg, 
Ca, Mn, Zn, P, S, também são afetados. (MARTINS, 1984). 
Pode- se observar também alterações anatômicas da parte aérea em plantas 
expostas ao Cádmio através do aumento de concentração de materiais fenólicos na 
parede celular e no lúmen do xilema (REIS, 2012). e redução no tamanho das 
células paliçádicas e da epiderme (MARTINS, 1984). 
No trabalho de SOARES et al., (2007), onde estudou-se a nutrição fostática 
e micorriza arbuscular na redução da toxidade de cádmio em plantas de trema. As 
plantas de trema expostas às soluções com excesso de Cd exibiram sintomas de 
fitotoxidez já aos 10 dias da exposição ao metal. Os sintomas progrediram com o 
tempo, de modo que, ao final dos 40 dias de exposição das plantas ao metal, foi 
observada a ocorrência de clorose internerval nas folhas mais jovens, 
semelhantemente à deficiência de Fe. Esses sintomas refletiram o crescimento das 
plantas, que mesmo nas doses mais baixas de Cd apresentaram crescimento 
reduzido. 
 
Figura 2 – Sintomas de toxidez de Cd em mudas de Trema micrantha cultivadas em 
solução nutritiva; a) efeito do aumento da concentração de Cd; b) clorose foliar; c) 
redução no crescimento de raízes; d) pigmentos avermelhados próximos as 
nervuras; e) efeito da concentração de P em solução 
 
 
 
 
Fonte: SOARES et al., (2007). 
 
Figura 3- Alterações estruturais no tecido vascular, células epidérmicas e 
colenquimáticas de folhas de milho cultivadas em solo com doses crescente de Cd. 
 
Fonte: CUNHA et al., (2008). 
 
Desordens nutricionais decorrentes da fitotoxidade de Cádmio 
 
Apesar de não ser um elemento essencial para os processos metabólicos, 
ele é efetivamente absorvido pelos sistemas radicular e foliar, e também é altamente 
acumulado nos organismos do solo. O Cd é relativamente muito móvel nas plantas, 
apesar de sua translocação nos tecidos vegetais ser restrita por ser facilmente 
aprisionado, principalmente, em sítios de troca de compostos ativos da parede 
celular (KABATA-PENDIAS & PENDIAS, 1992). 
De acordo com (LEITA et al. 1995 input REIS, 2012), o efeito fitotóxico de Cd 
nas plantas envolve três diferentes estágios. Primeiramente, há um efeito indireto na 
abertura dos estômatos ocasionado pelo aumento no potencial osmótico das folhas. 
Em seguida, o Cd age diretamente nas células-guarda e causa severa inibição no 
crescimento das raízes que limita a absorção de água e promove o fechamento dos 
estômatos. Quando a concentração se torna elevada, há um declínio metabólico, 
com perda da turgidez foliar e fechamento estomatal hidropassivo. 
O Cd interage com a membrana plasmática bloqueando transportadores 
específicos de íons da raiz o que reduz a absorção de Ca2+, Zn2+, Fe2+, Mn2+ e Mg2+ 
pela planta (NAZAR et al., 2012), que são nutrientes importantes para o 
desenvolvimento das plantas. 
Os sintomas gerais causados pela toxicidade do cádmio são nanismo, 
clorose, necrose nas raízes e pontas de meristemas, epinastia e coloração 
amarronzada das nervuras (REIS, 2012). A clorose pode ser devido a deficiência de 
Fe, Mg, P ou redução no transporte de Mn (REIS, 2012). A toxidez de cádmio inibe 
o crescimento das raízes; desorganiza as estruturas dos cloroplastos; reduz a 
biossíntese de clorofila (NAZAR et al., 2012), e interfere nas relações hídricas 
afetando a permeabilidade da membrana e causa mudanças nas organelas 
destruindo estrutura de membranas, reduz o crescimento e biomassa das plantas e 
em casos extremos pode causar a morte dessas. 
CUNHA et al., (2008) em seu trabalho “Disponibilidade, acúmulo e toxidez de 
cádmio e zinco em milho cultivado em solo contaminado” Os sintomas visuais de 
toxidez de Cd mais comumente observados nas plantas durante o ensaio foram 
clorose, encarquilhamento e enrolamento das folhas, inclusive com secamento 
destas ao final do ensaio na dose mais alta de Cd, além de severa restrição no 
crescimento das raízes, que atingiu 94 % na dose 20 mg kg-1. 
 
Figura 4- Sintomas visuais da toxidez de cádmio em milho. 
 
Fonte: CUNHA et al., (2008). 
 
 
Figura 5- Diferentes formatos, tamanhos e coloração de frutos de tomate, 
dependendo da tolerância ao cádmio. 
 
Fonte: Agencia Fapesp (2016). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6- Soja cultivada em solo não contaminado (esquerda) e contaminado (direita) 
com cádmio. 
 
Fonte: Portal noticias (Esalq) (2011). 
 
Figura 7- Planta de café sem cádmio (esquerda) e com altas concentrações de 
cádmio (direita). 
 
Fonte: Ciência informativa (2016). 
 
Figura 8- Efeito do cádmio na redução do crescimento da parte aérea e do sistema 
radicular de plantas de tomate. 
 
Fonte: Diario Verde (2016). 
 
Figura 9- Efeito do cádmio em plantas de Merwilla plumbea de 17 semanasde idade 
cultivadas durante 4 semanas em (A) hidroponia e (B) perlita. Foram utilizados três 
tratamentos diferentes: controle (C); 1 mg Cd L 21 (Cd1); E 5 mg Cd L 21 (Cd5). 
 
Fonte:LUX et al., 2010. 
Ações para prevenir ou mitigar a fitotoxidade de Cádmio 
 
O elemento é absorvido pelas raízes na forma de Cd²+ e o aumento do pH 
reduz sua disponibilidade e a absorção. No solo, o Cd está intimamente ligado a 
matéria orgânica e sua retenção correlaciona-se com o pH, CTC, superfície 
específica e força iônica (BORGES, 2002). Neste sentido, várias técnicas de manejo 
de solos agrícolas com elevados teores de Cd vêm sendo desenvolvidas no sentido 
de diminuir sua disponibilidade para as plantas e o risco de poluição das águas 
subterrâneas, estas técnicas são baseadas no aumento do pH e da CTC do solo. 
Embora se espere que a calagem resulte na diminuição da absorção de Cd devido 
ao aumento do pH do solo, essa prática não é efetiva para todos os solos e espécies 
de plantas, mas alguns solos já estudados relacionam a disponibilidade de Cd com o 
pH do solo. (REIS, 2012). 
De acordo com (KABATA PENDIAS; PENDIAS, 2001) considerando o solo 
um ambiente vivo e com diversos processos ocorrendo, devem-se compreender as 
interações que ocorrem entre os elementos presentes nele, sendo que estas 
interações podem ser classificadas como antagônicas e sinérgicas, e o desequilíbrio 
entre elas pode causar situações de deficiência e estresse nas plantas. 
O antagonismo ocorre quando o efeito fisiológico combinado de dois ou mais 
elementos é menor do que a soma dos seus efeitos independentes, e o sinergismo 
por sua vez, ocorre quando os efeitos combinados destes elementos são maiores do 
que quando somado seus efeitos individuais. (REIS, 2012). 
Segundo (KABATA PENDIAS; PENDIAS, 2001), o Cd possui algumas 
interações típicas com outros elementos, como por exemplo, a relação entre Cd e Zn 
pode ser resumidas ao afirmar que, na maioria dos casos o Zn reduz a absorção de 
Cd pelo sistema radicular como por absorção foliar. 
A presença de Zn na solução também restringe drasticamente a absorção de 
Cd pelas raízes. Nem todo o Cd absorvido é transportado para a parte aérea das 
plantas. Esta característica varia entre as espécies, com resultados mostrando uma 
variação que abrange de 10 a 50% da quantidade total absorvida. (KABATA 
PENDIAS; PENDIAS, 2001). 
Elevadas doses de Fe também possuem capacidade de inibir a absorção de 
Cd pelas plantas, que por sua vez quando presente reduz a absorção de P, sendo 
esse um antagonismo de grande importância nos campos agrícolas, devido ao alto 
investimento em adubações fostatadas. (KABATA PENDIAS; PENDIAS, 2001) 
No trabalho de (HASAN et al., 2015) “Redução da fitotoxidade do cádmio 
através da modulação da biossintese das fitoquelatinas, do sequestro vacuolar e do 
potencial antioxidante em Solanum lycopersicum L através do tratamento com 
melatonina”, foram aplicadas doses crescentes ao longo do tempo sob o estresse, tal 
aumento na melatonina foi incapaz de reverter efeitos prejudiciais de Cd. Entretanto, 
a suplementação com melatonina exógena conferiu tolerância Cd como evidente 
pela biomassa da planta e pela fotossíntese. Embora a melatonina exógena não 
tenha tido efeito no teor de Cd da raiz, reduziu significativamente o teor de Cd das 
folhas, indicando seu papel no transporte de Cd. 
 
Figura 10- Clorose generalizada em folhas de tomateiro. 
 
Fonte: HASAN et al., (2015) 
 
A fitoremediação é uma técnica que também vem sendo explorada, no 
trabalho ZEITTOUNI, BERTON, ABREU (2007) várias plantas foram testadas, e o 
tabaco (N. tabacum) apresentou grande eficiência ao absorver metais pesados do 
solo como o Cd. No tratamento correspondente à aplicação da dose 2 de metal e, na 
ausência de EDTA, a cultura do tabaco retirou 6,53% do Cd excedente do solo. 
CARNEIRO et al. (2001), desenvolvendo experimentos de implantação de culturas 
em solo contaminado por metais pesados, obtiveram cerca de 9% de extração de Cd 
por Brassica juncea, o que foi considerado pelos autores como um indicativo de alta 
capacidade de fitoextração. 
Tabela 1- Eficiência das culturas em remover Cd do solo e o número de 
cultivos necessários para remediar o solo contaminado. 
 
Fonte: ZEITTOUNI, BERTON, ABREU; (2007). 
 
Conclusões 
 
É preciso ressaltar que o Cádmio é um elemento de alta toxidez para a 
planta e, por conseguinte, deve ser controlado diante da aplicação de produtos 
químicos e também procurar evitar solos com altas concentrações desse metal 
pesado. Em virtude dos fatos mencionados é essencial para o controle desse 
elemento no sistema solo o bom manejo do solo, visando neutralizar parcialmente 
grandes concentrações e mitigar sua toxicidade nas plantas. Pelas observações dos 
aspectos sobre a atividade do elemento nas plantas, pode-se concluir que causa 
vários problemas que podem impedir a planta de completar seu ciclo de vida e até 
levar a morte por falta de esqueletos carbônicos. 
O cádmio é um metal que pode ser encontrado na fração sólida do solo 
fazendo parte da estrutura, principalmente, como impureza de minerais de zinco e 
adsorvido às superfícies de matéria orgânica, argilominerais e óxidos hidróxidos 
metálicos. 
Apresenta também alta mobilidade dentro da planta, por essa razão, se 
difunde rapidamente pela planta, afetando a absorção e uso de macro e 
micronutrientes como K, Fe, Mg, Ca, Mn, Zn, P e S. Os sintomas gerais causados 
pela toxicidade do cádmio são nanismo, clorose, necrose nas raízes e pontas de 
meristemas, epinastia e coloração amarronzada das nervuras. 
Por ter sua absorção pelas plantas e disponibilidade dependente do pH do 
solo, o cádmio vem sendo estudado de modo onde sejam definidas técnicas que 
mitiguem ou diminuam o seu efeito sobre as plantas. O aumento do pH diminui a 
absorção de Cd, o que faz da calagem uma alternativa para alguns tipos de solos. 
Teores de zinco e elevadas doses de ferro também inibem por antagonismo com o 
cádmio. 
É imprescindível que todos se conscientizem de deve-se evitar a 
contaminação de Cádmio pelas plantas, por causa de sua transferência na cadeia 
alimentar, o que pode gerar toxicidade em diferentes níveis até chegar nós seres 
humanos. 
 
 
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