CENTRO SUPERIOR DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

Apresentação em tema: "CENTRO SUPERIOR DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA"— Transcrição da apresentação:

1 CENTRO SUPERIOR DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS CENTRO SUPERIOR DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA TECNOLOGIA EM SANEAMENTO AMBIENTAL BIODEGRADAÇÃO DE PESTICIDAS E HERBICIDAS Disciplina: ST037 - Microbiologia Aplicada Professor responsável: Profa. Dra. Cassiana M R Coneglian

2 INTRODUÇÃO AGROTÓXICOS Os agrotóxicos são substâncias químicas (herbicidas, pesticidas, hormônios e adubos químicos) utilizadas em produtos agrícolas e pastagens, com a finalidade de alterar a composição destes e, assim, preservá-los da ação danosa de seres vivos ou substâncias nocivas. Utilizados em escala mundial após a 2ª grande guerra, sendo que vários deles serviram de arma química nas guerras da Coréia e do Vietnã, como o Agente Laranja, desfolhante que dizimou milhares de soldados e civis.

3 HERBICIDAS Surgiram da necessidade em controlar o crescimento das ervas-daninhas – plantas que crescem em lugares onde o homem não as deseja, competindo com as culturas por nutrientes, umidade e luz. CAMARGO (1986): Herbicidas são compostos que aplicados às plantas sensíveis, reagem com seus constituintes, interagem em seus sistemas bioquímicos, promovendo eventos morfológicos ou fisiológicos de graus variáveis, podendo levá-las à morte. As principais lavouras consumidoras de herbicidas no Brasil são a soja, a cana-de-açúcar, a laranja e o arroz.

4 1920 utilização dos produtos no combate as pragas.
1946: introdução do DDT na agricultura. 1946/47: introdução do DDT e BHC no Brasil nas culturas de algodão, surtos de gafanhoto e na broca do café. Brasil (1975) criação do Programa Nacional de Defensivos Agrícolas – ampliar a industria nacional. EUA: 600 ingredientes ativos registrados. Brasil: 250 ingredientes ativos registrados. Brasil: quinto maior mercado consumidor mundial de pesticidas agrícolas.

5 Fungicidas, tratamento de sementes.
FORMULAÇÕES Pó Fungicidas, tratamento de sementes. Quanto menor a partícula, maior adsorção – maior o perigo. Pó molhado Partículas menores, evita o transporte pelo vento. Grânulos Não são levados pelos ventos. Perigo aos animais e ao homem. Iscas - Resíduos com cheiro. Concentrado emulsionável. - Altamente concentrado, perigo no transporte.

6 COMPORTAMENTO DOS HERBICIDAS NO MEIO AMBIENTE
- As lavouras brasileiras de maior consumo dos vários grupos deste produto químico são: soja, citros, cana-de-açúcar, hortaliças (tomate e batata), arroz, cereais, café, milho e frutas. Fatores que afetam a planta invasora e interação com os componentes do meio ambiente – minimizar os efeitos maléficos no ambiente. No meio ambiente o herbicida pode: retenção, transformação e transporte. Importante ter o conhecimento das propriedades físico-químicas dos herbicidas e dos principais componentes do meio ambiente.

7 Propriedades físico-químicas dos herbicidas
Pressão de vapor - Pva As moléculas na fase líquida tendem a escapar desta fase e passar para a fase gasosa – volatilização. Devido a pressão parcial exercida pelas moléculas próximas a superfície líquida, tentando sair para a atmosfera, e passar para a fase de gás. A pressão de vapor de um herbicida é importante para avaliar sua distribuição no ambiente. Molécula com elevada pressão de vapor está menos sujeita a causar contaminação no ambiente; entretanto significa escape mais rápido para a atmosfera.

8 Propriedades físico-químicas dos herbicidas
2. Solubilidade em água - S Quantidade máxima do herbicida que se dissolve em água pura a uma determinada temperatura. KPs: quantidade máxima que um produto é solúvel em água pura. Produtos com alta solubilidade: rápida lixiviação, contaminação de lençol freático. 3. Coeficiente de partição octanol-água – Kow Quanto é solúvel em água e quanto é solúvel em n-octanol. Balanço entre as propriedades hidrofílicas e lipofílicas. Herbicidas lipofílicos ou não polares (Kow maior que ): grande potencial de bioacumulação em tecidos gordurosos. Herbicidas hidrofílicos ou polares: (Kow menores que 10): mais solúveis em água.

9 Propriedades físico-químicas dos herbicidas
4. Reatividade – R A presença de certos grupos funcionais em uma molécula de herbicida, lhe confere a peculiaridade em ser mais ou menos reativo – interagir com certos elementos do meio.

10 Propriedades físico-químicas dos componentes do meio ambiente
Componentes do meio ambiente: ar, água, terra, biota. Solo: componente alvo – inevitavelmente será o receptáculo final do herbicida. Solo: fase sólida (50%), fase líquida (25%), fase gasosa (25%). Minerais argila Adsorção de herbicidas por argilas pode ocorrer: herbicidas carregados negativamente podem ser adsorvidos em valores apropriados de pH; herbicidas neutros podem penetrar entre duas lâminas tetraédricas de silicato; Herbicidas carregados positivamente podem substituir os cátions trocáveis que ocorrem naturalmente nos sítios de adsorção.

11 2. Matéria orgânica - Substâncias não húmicas: substâncias orgânicas quimicamente bem definidas, compostos de baixo peso molecular que podem ser utilizados pelos microrganismos do solo (carboidratos, hidrocarbonetos, álcoois etc). Substância húmicas: mistura quimicamente e fisicamente heterogênea de peso molecular elevado – ácidos húmicos, ácidos fúlvicos, humina. 3. pH Os herbicidas são formulados para atuarem em pH 5,5 a 7,5. Valores extremos de pH afetam o comportamento dos herbicidas no solo. 4. Capacidade de Troca de Cátions – CTC - Quantidade de íons de carga positiva (cátions) que as partículas podem reter. - Importante para manter a neutralidade do sistema.

12 PROCESSOS DE INTERAÇÃO ENTRE HERBICIDA E O MEIO AMBIENTE
RETENÇÃO Pode ser reversível ou irreversível. Sorção: apreensão de um soluto pelo solo (constituinte), sem indicar o mecanismo específico; quando não de define entre adsorção e absorção. 1.1. Adsorção/dessorção Adesão ou atração de uma ou mais camadas iônicas ou moleculares para uma superfície. Dessorção: fenômeno inverso. Compartilhamento de elétrons entre a molécula e a superfície adsorvedora, tempo de adsorção longos; força de van der Waals; ligações de hidrogênio. Processo chave no comportamento do pesticida no solo – pode determinar a não disponibilidade do pesticida na solução do solo e sua não utilização pelos microrganismos. Adsorção é reversível (adsorção ou dessorção).

13 PROCESSOS DE INTERAÇÃO ENTRE HERBICIDA E O MEIO AMBIENTE
1.2. Absorção Penetração interna nas partículas de solo ou em organismos vivos por íons ou moléculas do herbicida. Mecanismo físico ou pela atividade metabólica do organismo via ingestão direta. Resíduos dos herbicidas nas culturas e alimentos. Herbicida pode acumular na cadeia alimentar em aumentos sucessivos em cada etapa. 1.3. Precipitação Formação de precipitados formando uma fase nova e distinta (saturação). Herbicidas de baixa solubilidade em água podem formar precipitados.

14 PROCESSOS DE INTERAÇÃO ENTRE HERBICIDA E O MEIO AMBIENTE
2. TRANSFORMAÇÃO Mudanças na estrutura química das moléculas do herbicida. Degradação: quebrar a estrutura molecular do herbicida em componentes menores ou mais simples por meios bióticos ou abióticos. Podem originar componentes mais tóxicos do que o original. 2.1 Biótica Degradação por ação do metabolismo de microrganismos e plantas. Presença de enzimas secretadas pelos seres vivos. Oxidação, redução, hidrólise, metilação, descarboxilação, etc.

15 PROCESSOS DE INTERAÇÃO ENTRE HERBICIDA E O MEIO AMBIENTE
2.2. Abiótica A molécula do herbicida é degradada por ação de componentes físicos do meio ambiente. Fotodegradação: quando ocorre a ação da luz na estrutura da molécula do herbicida; Degradação química: reações químicas como hidrólise, oxidação na presença de certos reagentes do ambiente que interagem com o herbicida.

16 PROCESSOS DE INTERAÇÃO ENTRE HERBICIDA E O MEIO AMBIENTE
3. TRANSPORTE 3.1. Volatilização Distribui o herbicida do solo ou da água para a atmosfera. Depende da pressão de vapor. O herbicida pode ser transportado como material particulado por algumas distâncias. 3.2. Lixiviação Movimentação do herbicida ao longo do perfil do solo em direção ao lençol freático. Lixiviação é influenciada pelas chuvas e irrigação. 3.3. Escorrimento superficial (Runoff) - Movimentação do herbicida ao longo da superfície do solo em declive, pela água da chuva e vento, até a superfície das águas de rios e lagos – contaminação de águas de superfície.

17

18 MICRORGANISMOS E OS AGROTÓXICOS
ALEXANDER (1981): os microrganismos exibem duas estratégias ecológicas para a assimilação ou metabolismo do substrato: MINERALIZAÇÃO O substrato absorvido é quebrado em pequenas moléculas, as quais serão posteriormente metabolizadas por via de reações que geram energia. A biomassa da população é aumentada às custas do substrato e a concentração do substrato muda consideravelmente com a expansão desta população microbiana.

19 MICRORGANISMOS E OS AGROTÓXICOS
CO- METABOLISMO O microrganismo pode transformar o pesticida sem dele retirar energia para o seu desenvolvimento. O co-metabolismo não leva, em geral, à completa degradação da molécula, porém causa a sua redução.

20 MICRORGANISMOS E OS AGROTÓXICOS
MUSUMECI (1992) há dois outros mecanismos de degradação: CONJUGAÇÃO A molécula integral do pesticida ou um de seus metabólitos se combina com compostos naturais do solo como carboidratos e aminoácidos. A formação do conjugado normalmente torna a molécula mais polar e assim mais hidrossolúvel.

21 MICRORGANISMOS E OS AGROTÓXICOS
SIMPLES ACÚMULO - Acúmulo de pesticida pelo microrganismo pode se dar por um processo ativo ou passivo, ocasionando uma remoção temporária da molécula.

22 Efeito dos pesticidas na microbiota do solo
ALEXANDER (1969), a resposta dos microrganismos do solo aos pesticidas pode ser dividida em 4 fases: Drástica redução das populações fúngicas e bacteriana; Adaptação e aumento do número da população microbiana, principalmente as bactérias; Estabelecimento de um “equilíbrio” e microflora menos diversificada que a anterior; Restabelecimento de um equilíbrio populacional similar ao original.

23 Alguns microrganismos podem acumular temporariamente o pesticida – remoção temporária do meio; aumenta sua persistência no meio. - DDT, aldrin, dieldrin: detectados em células de fungos, acumuladas em vacúolos. Degradação acelerada: microrganismos adaptados em solos com seguidas aplicações do mesmo pesticidas – Fungo Fusarium e o herbicida propanil. As primeiras quebras na molécula do pesticidas por ação microbiana ocorrem nas cadeias laterais, quanto mais anéis aromáticos – maior dificuldade de degradação.

24 O HERBICIDA PROPANIL Utilizado nas lavouras de arroz, algodão, soja, milho e tomate. As plantas susceptíveis a ação fitotóxica do propanil morrem em 3 a 7 dias, pois este herbicida inibe reações bioquímicas como respiração, síntese de RNA, proteínas e amilases, inibindo principalmente a fotossíntese. Microrganismos que degradam o propanil: C9H9Cl2NO Fusarium sp

25 O HERBICIDA ATRAZINA A molécula de atrazina formada por um anel aromático heterocíclico clorado e N-alquilado não sendo facilmente biodegradada. Alguns microrganismos tem demonstrado habilidade de biodegradar parcial ou totalmente a molécula levando a formação de NH3 e CO2. Biodegradação da atrazina  Fonte: Ueta et al, 2004. População microbiana de amostra de solo incubada com atrazina (1,66 g/L) por 14 dias .

26 Rhizopus stolonifer MICRORGANISMOS DEGRADADORES DA ATRAZINA
fungos: Aspergillus fumigatus e Rhizopus stolonifer. bactérias do gênero Rhodococcus, Nocardia, Bacillus e principalmente Pseudomonas. Aspergillus sp Rhizopus stolonifer Bacillus sp Rhodococcus sp

27 Taxa de mineralização até CO2 (Bartha e Pramer, 1965)
- Os testes básicos para obtenção do comportamento dos pesticidas: biodegradabilidade, adsorção e mobilidade em pelo menos três tipos de solo brasileiro. BIODEGRADABILIDADE Taxa de mineralização até CO2 (Bartha e Pramer, 1965) Amostras de solo com 14C-pesticida-teste e a liberação do 14CO2 ADSORÇÃO: comportamento adsortivo pelas partículas do solo. MOBILIDADE: lixiviação e transporte de pesticidas através do perfil do solo.