Study of tolerance and detoxification mechanisms to metals chromium and copper in Pseudokirchneriella subcapitata and Pistia stratiotes, and the use of macrophytes Typha sp. and Phragmites sp. in the nutrients removal in constructed wetlands

A presente pesquisa teve por objetivos principais: (1) estudar a bioacumulação do metal cromo (40-50 \'mü\'g/L) na Clorophyceae Pseudokirchneriella subcapitata (Korshikov) Hindak 1990 e dos metais cobre (2-10 \'mü\'g/L) e cromo (1-6 mg/L) na macrófita Pistia stratiotes L.; (2) avaliar os mecanismos de detoxificação, as estratégias de defesa e tolerância de Pistia stratiotes L., visando recomendar seu uso na fitorremediação; ambos através do uso do Delineamento Composto Central (DCC) e Metodologia de Superficie de Resposta (MSR), e (3) estudar a dinâmica de remoção de nutrientes em wetlands construídos, plantados e não plantados com as macrófitas Typha sp. e Phragmites sp., submetidos a diferentes regimes de fluxo e condições hidráulicas de operação. A bioacumulação de cromo em P. subcapitata e sua relação com o biovolume demonstraram uma possível estratégia de detoxificação. P. stratiotes desenvolve uma bioacumulação mais intensa nas raízes, resultados que são confirmados pela peroxidação de lipídios e a indução do estresse oxidativo causado pelo cromo. As enzimas catalase e glutationa redutase, induzidas pelo cobre em P. stratiotes, também apresentaram atividade mais intensa nas raízes. O teor de clorofila, em geral apresentou aumento nos tempos iniciais e decresceu no decorrer do tempo, em concentrações mais elevadas de cromo e cobre. Na análise da emissão de fluorescência da clorofila, o rendimento fotossintético e o índice de vitalidade foram os parâmetros mais sensíveis ao estresse causado por cromo em P. stratiotes. Os resultados obtidos na pesquisa com o DCC e a MSR permitem recomendar seu uso na ecotoxicologia aquática, pois podem gerar modelos preditivos de toxicidade; ampliar a compreensão dos mecanismos de detoxicaçao; reduzir o número de experimentos sem perder a confiabilidade dos dados e reduzir a geração de resíduos. Nos estudos realizados com os wetlands construídos, os parâmetros físico-químicos avaliados revelaram variação sazonal durante o período experimental (verão/2007, invemo/2008 e verão/2008). Typha sp. e Phragmites sp. estão entre as plantas mais comumente utilizadas nos wetlands construídos e sua presença amplia as condições de filtração do sistema, mas a eficiência da espécie na remoção dos nutrientes (amônia e fosfato) depende do regime de fluxo e das condições hidráulicas aplicadas. Os sistemas com fluxo subsuperficial com a superfície livre de água foram os wetlands que desempenharam melhor capacidade na remoção de nutrientes. Uma vez que a poluição dos corpos d\'água tem sido um problema constante na atualidade, estudos como estes oferecem subsídios para propostas futuras de preservação e recuperação ambiental, além de ampliar os conhecimentos sobre as macrófitas e sua aplicação na descontaminação ambiental em corpos d\'água e em sistemas de depuração de águas residuárias.This research had as main objectives: (1) study the bioaccumulation of chromium metal (40- 50 \'mü\'g/L) in Clorophyceae Pseudokirchneriella subcapitata (Korshikov) Hindak 1990 and of copper (2-10 \'mü\'g/L) and chromium (1-6 mg/L) in the macrophyte Pistia stratiotes L. (2) study the mechanisms of detoxification, defense strategies and tolerance of Pistia stratiotes L. in order to recommend their use in phytoremediation, both through the use of Central Composite Design (DCC) and Response Surface Methodology (RSM), and (3) study the dynamics of nutrient removal in constructed wetlands, planted and unplanted with macrophytes: Typha sp. and Phragmites sp. subjected to different flow regimes and hydraulic conditions of operation. The bioaccumulation of chromium in P. subcapitata and its relation to biovolume shows a possible strategy for detoxification. P. stratiotes develops a more intense bioaccumulation in roots and these results are confirmed by lipid peroxidation and induction of oxidative stress caused by chromium. The enzymes catalase and glutathione reductase induced by copper in P. stratiotes, also showed the strongest activity in the roots. The chlorophyll content in general showed an increase in early and decreased over time, in higher concentrations of chromium and copper. In analyzing the fluorescence emission of chlorophyll, the photosynthetic yield and the index of vitality were the parameters most sensitive to stress caused by chromium in P. stratiotes. The results obtained in research with the DCC and MSR allowed to recommend their use in aquatic ecotoxicology, because they allow: to generate predictive models of toxicity, the simulation of such models expanding the understanding of the mechanisms of detoxification; reduce the number of experiments without losing the reliability of data and reducing waste generation. In studies with constructed wetlands, the physicochemical parameters evaluated showed seasonal variation observed during the experimental period (summer/2007, winter/2008, summer/2008). Typha sp. and Phragmites sp. are among the most commonly used plants in constructed wetlands, and its presence extends the conditions of filtration system, but the efficiency of the species in the removal of nutrients (ammonia and phosphate) depends on the flow regime and hydraulic conditions applied in the system. The systems with subsurface flow with free surface water wetlands that have been played better capacity in removing nutrients. Pollution of water bodies has been a constant problem at the moment, and studies like these provi de input for future proposals for the preservation and environmental restoration, in addition to expanding our knowledge on the macrophytes, and its application in environmental remediation in water bodies and systems purification of wastewater