Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/22320
Title: H. portulacoides and J. maritimus in a mercury contaminated salt marsh: metal accumulation, biochemical and lipidomic patterns
Other Titles: H. portulacoides and J. maritimus em sapal contaminado por mercúrio: acumulação de metal, padrões bioquímicos e lipidómicos
Author: Fernandes, Célia Carolina Moreira
Advisor: Figueira, Etelvina Maria de Almeida Paula
Girbés, Carmen Bedia
Keywords: Mercúrio - Impacto ambiental
Stresse oxidativo
Bioacumulação
Defense Date: 1-Aug-2017
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: The salt marshes, one of the most productive ecosystems, serves as the sink for contaminants, namely metals from industries, reducing in this way the contamination of surrounding ecosystems. Although, as levels of contaminants, the ability of salt marshes to incorporate wastes can be impaired. In the aquatic environment, high mercury (Hg) pollution is mainly due to metal discharge of effluents from chloralki plants containing high concentrations of this metal. Mercury has been recognized as heavy metal and extremely toxic to plants interfering with several crucial cellular processes. This study evidenced the importance to understand the analysis that plants under environmental exposed to Hg and to evaluate impact of Hg toxicity in plants salt marsh communities. Better knowledge on these accumulation aspects will evaluate the stress imposed by Hg on primary production in salt marsh plants and adaptation of mobility of the metal in the ecosystem. As well as the molecular mechanisms mercury tolerance, which are important to clean efficiently Hg contaminated systems in order to an effective restoration is achieved. In this way, the work focused on two species of halophytes, Halimione portulacoides and Juncus maritimus collected at two sites of the Ria de Aveiro contaminated by mercury, considered s1 as less contaminated site and s2 as the most contaminated site. Thus, this work was designed to (1) evaluate how Hg distribution in plants would avoid high Hg concentrations (2) which way plants would retain Hg toxicity by triggering antioxidant responses. Indeed, most of biochemical parameters determinate the evidence of different responses by different concentration of Hg in the sediment (s1 and s2) and (3) plants can or not modify their lipid composition by Hg toxicity through the UPLC-MS methodology. This study demonstrated that both plant species restricted Hg uptake. However, the process was more efficient in H. portulacoides. Was observed differences in the amount of Hg accumulated by both species. Allocation patterns also differs between species. H. portulacoides showed different levels of Hg between leaves, stems and roots, while J. maritimus accumulated the higher levels of Hg in roots. The conjugation of both process, absorption and translocation resulted in similar Hg concentrations in stems and leaves and much higher Hg levels in J. maritimus roots. The results obtained demonstrate that Hg generated oxidative damage in the roots of both species and in leaves of H. portulacoides. Differences in LPO between species obtaining for each specie reflects not only the level of Hg accumulated and Hg distribution but also the ability to trigger the defense mechanisms. J. maritimus was able to increase the protein levels and DHAR activity in roots and rhizomes and GSTs in rhizomes. H. portulacoides was not able to induce the antioxidant enzymatic responses. Although in leaves antioxidant molecules such carotenoids and α-tocopherol were enhanced. In lipidome study, species also showed differences. In H. portulacoides, phospholipids decreased in all the organs analyzed, which can subject an alteration of membrane permeability. In addition, galactolipids decreased, reducing the efficiency on photosynthesis. However, α-tocopherol increased, and so better protection to chloroplast membranes and maintenance of photosynthetic activity provided. In J. maritimus, lipid changes were only detected in roots and rhizomes, increasing lipid permeability and explaining the higher bioaccumulation at high Hg concentrations. Phyto sterols decreased significantly in roots and lead to alterations of permeability membrane. α-tocopherol was detected in both organs of J. maritimus, a decrease that demonstrate an ineffective Hg contamination. This study may be a starting point for further work, namely in other marshes, in other species and with other metals. Understanding the mechanisms inherent to in heavy metal tolerance in marsh plants and the changes in lipid composition are important to detect the impact of metals in these ecosystems.
Os sapais, considerados um dos ecossistemas mais produtivos, servem como reservatório para contaminantes, nomeadamente metais provenientes de industrias, reduzindo desta forma a contaminação dos ecossistemas circundantes. Em ambiente aquático, a poluição por mercúrio (Hg) é principalmente devido a descargas de efluentes de industrias contendo concentrações elevadas deste metal. O mercúrio é reconhecido como sendo um metal pesado e extremamente tóxico para as plantas, interferindo desta forma em vários processos celulares cruciais. Este estudo evidenciou a importância de compreender o processo aquando da exposição das plantas ao mercúrio e desta forma avaliar o impacto da toxicidade do Hg nas comunidades de sapais. Uma melhor compreensão sobre estes aspetos de acumulação avaliará o stress imposto pelo Hg sobre a produção primária em plantas de sapal e a adaptação das plantas no ecossistema. Adicionalmente este estudo permite também a interpretação dos mecanismos moleculares da tolerância ao mercúrio das plantas uma vez que estas são importantes para uma limpeza eficiente dos sistemas contaminados por Hg para uma restauração efetiva. Desta forma, o trabalho incidiu em duas espécies de plantas halófitas, Halimione portulacoides e Juncus maritimus recolhidas em dois locais da Ria de Aveiro contaminados por mercúrio, s1 considerado como o local menos contaminado e s2 como o local mais contaminado. Este estudo foi projetado para (1) avaliar como a distribuição de Hg em plantas (2) de que forma as plantas iram reter a toxicidade do Hg desencadeando respostas antioxidantes. De fato, a maioria dos parâmetros bioquímicos determinaram a evidência de respostas diferentes por concentrações diferentes de Hg no sedimento (s1 e s2) e (3) as plantas poderiam ou não modificar sua composição lipídica por toxicidade de Hg através da metodologia UPLC-MS. Este estudo demonstrou que ambas as espécies de plantas restringiam a absorção de Hg. No entanto, o processo foi mais eficiente em H. portulacoides. Foram observadas diferenças na quantidade de Hg acumulada por ambas as espécies. Os padrões de alocação também diferem entre as espécies. H. portulacoides apresentou diferentes níveis de Hg entre folhas, caules e raízes, enquanto J. maritimus acumulou os níveis mais elevados de Hg nas raízes. A conjugação dos processos, absorção e translocação resultou em concentrações semelhantes de Hg em caules e folhas e níveis de Hg muito elevados em raízes de J. maritimus. Os resultados obtidos demonstram que o Hg gerou danos oxidativos nas raízes de ambas as espécies e nas folhas de H. portulacoides. As diferenças na LPO entre espécies que se obteve refletem não apenas o nível de Hg acumulado e distribuição de Hg, mas também a capacidade de desencadear mecanismos de defesa. J. maritimus foi capaz de aumentar os níveis proteicos e atividade DHAR em raízes e rizomas e GSTs em rizomas. H. portulacoides não conseguiu induzir respostas enzimáticas antioxidantes. Contudo, nas folhas as moléculas antioxidantes como carotenoides e α-tocoferol foram aumentadas. No estudo do lipidoma, as espécies também apresentaram diferenças. Em H. portulacoides, os fosfolípidos diminuíram em todos os órgãos analisados, o que pode sugerir a alteração da permeabilidade da membrana. Além disso, os galactolípidos diminuíram a eficiência na fotossíntese. No entanto, o α-tocoferol aumentou, proporcionando assim uma melhor proteção às membranas de cloroplastos e manutenção da atividade fotossintética. Em J. maritimus, as alterações lipídicas só foram detetadas em raízes e rizomas, aumentando a permeabilidade lipídica e explicando a maior bioacumulação de concentrações elevadas de Hg. Os fito-esteróis diminuíram significativamente nas raízes e levaram a alterações da membrana de permeabilidade. O α-tocoferol diminuiu em ambos os órgãos de J. maritimus, demonstrando a ineficiência para a contaminação por Hg. Este estudo pode ser um ponto de partida para novos trabalhos, nomeadamente em outros sapais, em outras espécies e com outros metais. Compreender os mecanismos inerentes à tolerância de metais pesados em plantas de sapais e as mudanças na composição lipídica são importantes para detetar o impacto dos metais nestes ecossistemas.
Description: Mestrado em Biologia Molecular e Celular
URI: http://hdl.handle.net/10773/22320
Appears in Collections:DBio - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dissertação.pdf2.91 MBAdobe PDFView/Open


FacebookTwitterLinkedIn
Formato BibTex MendeleyEndnote Degois 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.