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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2018.tde-13112020-172825
Documento
Autor
Nome completo
Charlene Souza dos Anjos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Porto, André Luiz Meleiro (Presidente)
Bossolan, Nelma Regina Segnini
Debonsi, Hosana Maria
Gomes, Eleni
Milagre, Cintia Duarte de Freitas
Seleghim, Mirna Helena Regali
Título em português
Biodegradação dos pesticidas esfenvalerato, espirodiclofeno, tiametoxam e imidacloprido por linhagens bacterianas isoladas do cerrado reflorestado e citricultura da laranja
Palavras-chave em português
Bacillus sp. CSA-21
biodegradação
pesticidas
Resumo em português
A biorremediação tornou-se uma das soluções viáveis para a remoção de xenobióticos do meio ambiente ou convertendo estes em produtos não tóxicos para o ecossistema e para o ser humano. Desta forma, a biodegradação do pesticida esfenvalerato (100 mg L-1) foi realizada pelas linhagens de Serratia marcescens 6A, Bacillus sp. 6D, 6E, 6F, 6H, 6I e 6L, dentre estas as estirpes de Bacillus sp. 6D, 6F, 6H e 6I apresentaram melhores valores de biodegradação com 48%, 90%, 90% e 62% respectivamente em 12 dias de reação. Com o intuito de otimizar o processo foram então realizados experimentos em consórcio bacteriano com estas linhagens, obtendo 90% de biodegradação do esfenvalerato no mesmo período. Microrganismos da citricultura foram isolados para estudos de biodegaração. Assim, foram realizados o isolamento de 55 estirpes de bactérias e 18 de fungos e posteriormente as bactérias foram identificadas pela técnica de 16S rDNA. Dentre estas a bactéria Bacillus sp. CSA-21 apresentou potencial para desenvolver-se em meio de cultura sólido na presença de 100 mg L-1 dos pesticidas espirodiclofeno, tiametoxam e imidacloprido os quais também foram utilizados para estudos posteriores de biodegradação. A bactéria Bacillus sp. 6F foi a que melhor biodegradou o pesticida esfenvalerato, o Planejamento fatorial foi aplicado e permitiu a otimização da biodegradação do pesticida espirodiclofeno em 88% para a bactéria Bacillus sp. 6F. Utilizando a condição experimental otimizada meio de cultura Peptona G, pH 5, temperatura de 40ºC e rotação de 200 rpm pela linhagem de Bacillus sp. 6F, o pesticida espirodiclofeno foi biodegradado em 96% em 2 dias de reação com a bactéria Bacillus sp. CSA-21. Nesta condição os pesticidas tiametoxam e imidacloprido não foram biodegradado no período de 9 dias, então três metodologias foram avaliadas MCT-1 para o tiametoxam e MCI-1 para o imidacloprido (com união celular), MCT-2 e MCI-2 (sem união celular e com período de adaptação de 24 h) e MCT-3 e MCI-3 (sem a união das células e sem período de adaptação de 24 h). Assim, foram possíveis a biodegradação do pesticida tiametoxam em 92% para MCT-1, 82% para MCT-2 e 95% para MCT-3 no período de 9 dias. O pesticida imidacloprido foi biodegradado em 62% para MCI-1 e 67% para MCT-2 e MCT-3. Os métabolitos formados para cada pesticida foram identificados por LC-MS/MS e as rotas de biodegradação foram propostas, sendo as principais enzimas envolvidas nas reações carboxilesterase (E1), haloalcano desalogenase (E4), alcano hidroxilase (E7) e hidroxilase (E9). A biodegradação em solo esterilizado e não esterilizado para os pesticidas espirodiclofeno, tiametoxam e imidacloprido também foram realizadas, possibilitando a biodegradação de 92% para o solo esterilizado e 43% para o não esterilizado para o espirodiclofeno; 19% para o solo esterilizado e 44% para o não esterilizado, para o tiametoxam e 27% para o solo esterilizado e 15% para o não esterilizado para o imidacloprido no período de 12 dias de reação. Com este estudo foi possível realizar a biodegradação dos pesticidas esfenvalerato, espirodiclofeno, tiametoxam, imidacloprido e do metabólito 3-(2,4-diclorofenil)-4-hidroxi-1-oxaespiro[4.5]dec-3-en-2-ona H1 utilizando linhagens bacterianas isoladas do cerrado reflorestado (Campus II) e da citricultura da laranja, possibilitando propor rotas de biodegradação para os mesmos e assim demonstrar a sustentabilidade e a química verde hoje como métodos importantes para a descontaminação de agroquímicos no meio ambiente.
Título em inglês
Biodegradation of the pesticides esfenvalerate, spirodiclofen, thiamethoxam and imidacloprid by bacterial strains isolated from the reforested cerrado and citriculture of the orange
Palavras-chave em inglês
Bacillus sp. CSA-21
biodegradation
pesticides
Resumo em inglês
Bioremediation has become one of the viable solutions for the removal of xenobiotics from the environment or by converting these into non-toxic products to the ecosystem and to humans. Thus, the biodegradation of the pesticide esfenvarelate (100 mg L-1) was carried out by the strains of Serratia marcescens 6A, Bacillus sp. 6D, 6E, 6F, 6H, 6I and 6L, among these strains Bacillus sp. 6D, 6F, 6H and 6I presented better biodegradation values with 48%, 90%, 90% and 62% respectively in 12 days of reaction. In order to optimize the process, experiments were carried out in bacterial consortium with these strains, obtaining 90% of biodegradation of the esfenvarelate in the same period. Microorganisms were isolated from citriculture for subsequente biodegation studies. Thus, 55 strains of bacteria and 18 of fungi were isolated, and the bacteria were later identified by the 16S rDNA technique. Among these, the bacterium Bacillus sp. CSA-21 showed potential to develop in solid culture medium in the presence of 100 mg L-1of the pesticides spirodiclofen, thiamethoxam and imidacloprid which were used for the biodegradation study. Using the bacterium Bacillus sp. 6F that better biodegraded the esfenvarelate pesticide, the Factorial Planning was applied and allowed the optimization of the biodegradation of the pesticide spirodiclofen in 88% by bacterium Bacillussp. 6F. Using the experimental condition optimized culture medium Peptone G, pH 5, temperature of 40ºC and rotation of 200 rpm by the strain of Bacillus sp. CSA-21 the spirodiclofen pesticide was biodegraded in 96% in 2 days of reaction. In this condition the thiamethoxam and imidacloprid pesticides were not biodegraded within 9 days, then three methodologies were evaluated MCT-1 for thiamethoxam and MCI-1 for imidacloprid (with cell union), MCT-2 and MCI-2 (without cell union and with adaptation period of 24 h) and MCT-3 and MCI-3 (without cell union and without adaptation period of 24 h). Thus conditions, were possible the biodegradation of the pesticide thiamethoxam in 92% for MCT-1, 82% for MCT-2 and 95% for MCT-3 in 9 days. The imidacloprid pesticide was biodegraded in 62% for MCI-1 and 67% for MCT-2 and MCT-3. The metabolites formed for each pesticide were identified by LC-MS / MS and the biodegradation routes were proposed. The major enzymes involved in the reactions were carboxylesterase (E1), haloalcane dehalogenase (E4), alkane hydroxylase (E7) and hydroxylase (E9). The biodegradation in sterilized and non- sterilized soil for the pesticides spirodiclofen, thiamethoxam and imidacloprid were also carried out enabling the biodegradation of 92% to sterilized soil and 43% non- sterilized for spirodiclofen; 19% for sterilized soil and 44% non- sterilized for thiamethoxam and 27% for sterilized soil and 15% non- sterilized for imidacloprid in the reaction 12-day period. The biodegradation of the pesticides esfenvarelate, spirodiclofen, thiamethoxam, imidacloprid and the metabolite 3-(2,4-dichlorophenyl)-4-hydroxy-1-oxaspiro[4.5]dec-3-en-2-one H1 using bacterial strains isolated from reforested Savanna (Campus II) and of the citriculture, making it possible to propose biodegradation routes for them and thus demonstrate sustainability and green chemistry today as important methods for the decontamination of agrochemicals in the environment.
 
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Data de Publicação
2020-11-19
 
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