Biorremediação na sala de aula Teach article

Traduzido por Guadalupe Jácome. Vered Yephlach-Wiskerman apresenta um projeto de investigação em sala de aula sobre a capacidade de biorremediação do feto aquático Azolla.

Azolla pinnata
Imagem cortesia de 澎湖小雲雀;
fonte da Imagem: Flickr

Quando solos ou corpos de água estão contaminados com metais pesados, solventes ou crude, uma opção importante para a sua recuperação é a biorremediação: o uso de microrganismos ou plantas que absorverão os contaminantes e ou os metabolizam originando compostos menos perigosos ou os acumulam permitindo a sua remoção.

São aplicações comuns de biorremediação a limpeza de locais de mineração ou de derrames de petróleo. A fitorremediação (do grego phyto – planta) tira partido da capacidade natural de certas plantas para conter, degradar ou remover substâncias químicas tóxicas e poluentes do solo, lodo, sedimento ou águas subterrâneas.

A Azolla é uma destas plantas: este género de fetos dulçaquícolas flutuantes acumula metais pesados como o níquel, o cádmio ou o mercúrio (Arora et al., 2006); a sua biomassa é de fácil armazenamento e seca rapidamente (Wagner, 1997). Estas características tornam-no num candidato perfeito para sistemas de biorremediação (Cohen, 2004), no entanto, é sempre importante avaliar o impacto potencial da introdução de uma espécie nova num ecossistemaw1, w2. A Azolla vive em simbiose com a cianobactéria Anabaena azollae que pode fixar o azoto atmosférico. Esta independência de uma fonte de azoto externa permite que, à temperatura ambiente, o feto duplique a sua biomassa no intervalo de dois ou três dias e é a razão pela qual é utilizado há séculos como adubo verde nos férteis campos de arroz da China.

Azolla na aula de Ciências

Azolla filiculoides
Imagem cortesia de eyeweed;
fonte da Imagem: Flickr

Esta planta é uma optima ferramenta para realizar projetos interdiscipinares envolvendo a ecologia, a biologia a química e a biotecnologia. Num projeto deste tipo os alunos podem desenvolver competências essenciais para o trabalho científico: formular problemas e hipóteses, planear experiências, registar resultados e inferir conclusões.

Filoides de Azolla
esquerda) e Azolla pinnata
direita)

Imagem cortesia de eyeweed;
fonte da Imagem: Flickr

Durante a aula, o professor deve introduzir o tópico da biorremediação e os alunos devem procurar informação sobre a Azollaw1, w3, w4, w5, w6, w7, w8 (Arora & Saxena, 2005), como a morfologia das plantas aquáticas em conparação com a das plantas terrestres, a importância da simbiose, o ciclo do azoto, o uso de Azolla na agricultura (Pabby et al., 2004), e a sua capacidade para absorver metais pesados.

O professor deve auxiliar os alunos a formular as questões e hipóteses que gostariam de investigar. Alguns tópicos possíveis incluem a medida do aumento da biomassa em função das condições de crescimento (ex. níveis de CO2 níveis de ferro na água, quantidade de luz) ou o efeito da Azolla na qualidade da água.

Os grupos devem ser de dois ou três alunos e cada experiência deverá ser repetida três vezes para confirmação. Grupos diferentes podem trabalhar em diferentes aspetos da planta ou no mesmo tópico para replicar uma dada experiência. Na sessão final, os resultados podem ser apresentados e discutidos na aula.

A Tabela 1 pode ajudar os alunos a planear a experiência. Pode também fazer-se o download da tabela a partir do website da Science in Schoolw8.

  Detalhes da experiência Respostas
Tabela 1: Planeamento da experiência
1 Formule a sua hipótese  
2 Qual o fundamento biológico da sua hipótese?  
3 Qual a variável dependente que pretende medir na sua experiência? Em que unidades?  
4 Qual ou quais são a(s) variável(eis) independente(s) que pretende alterar para estudar o seu efeito sobre a variável do passo 3? Como fará essa alteração?  
5 Quais são as variáveis fixas da experiência – aquelas que não mudarão?  
6 Descrimine o sistema de controlo que pretende utilizar e explique a sua importância.  
Extremo do delta do
Mississipi a 24 de maio 2010
após o derrame de crude do
Deepwater Horizon. Tiras e
manchas de crude têm uma
cor prateada em contraste
com o azul claro da água; a
vegetação é vermelha

Imagem cortesia de NASA
Goddard Space Flight Center

Em seguida, os alunos devem elaborar uma tabela de resultados e representá-los graficamente. Devem escolher qual o tipo de gráfico mais adequado (linha ou gráfico de barras, por exemplo).

Abaixo apresenta-se um exemplo de projeto adequado a alunos do 10 ao 12º ano (idades entre os 16 e os 18 anos). Utilisámos Azolla filiculoides mas qualquer uma das sete espécies do género Azolla serve. Podem ser facilmente adquiridas em viveiros ou centros de jardinagem, lojas de aquariofilia ou online.

O efeito de Azolla na qualidade da água

Hipótese/questão a investigar: a Azolla diminuirá a condutividade da água porque absorve iões metálicos disponíveis. Será qua a Azolla influencia a qualidade da água de outras formas?

Para testar esta hipótese e responder à questão inicial, monitorizar-se-ão, durante duas semanas, vários parâmetros que indicam a qualidade da água. Além de medir a condutividade, também decidimos investigar alguns aspetos da qualidade da água que são fáceis de testar e para os quais havia equipamento disponível.

Os alunos devem estar familiarizados com a fisiologia vegetal básica e a utilização de instrumentos/procedimentos.

  1. Verta 250ml de água da torneira em cada um dos dois recipientes de vidro e coloque-os no parapeiro da janela.

    Em condições ideais, utilizar-se-ia água contaminada para que a planta possa demonstrar a sua capacidade de biorremediação, porém, tal não seria seguro. Contudo, podem adicionar-se à água da torneira metais existentes nos reagentes da escola e usar a mistura.

  2. Meça os seus parâmetros em ambos os recipientes.
Água poluída
Imagem cortesia de
Chesapeake Bay Program; fonte
da Imagem: Flickr
  1. Junte a um dos recipientes cerca de 50g de Azolla (um pouco mais se a planta estiver muito encharcada). O Segundo recipiente deve ser deixado sem tratamento.

    Para tornar a investigação mais significativa, pode usar-se um terceiro recipiente com uma planta aquatica que não absorva metais como por exemplo a lentilha de água (Lemna spp).

  2. Repita as suas medições dia sim dia não ou de 2 em 2 dias.

    Em alternativa, recolha amostras diáriamente, congele-as e analise-as todas no final da experiência.

Não adicione nem mude a água durante a experiência

Medições

  1. Meça a conditividade da água para determinar a concentração de eletrólitos.

    Como os iões metálicos são absorvidos pela Azolla, a condutividade deverá diminuir ao longo do tempo..

  2. Meça a concentração de alguns iões específicos. Pode fazer-se usando fitas de teste. No nosso caso, testámos os nitratos e o ferro visto que tínhamos kits para estes iões.

    Os níveis de ferro devem diminuir ao longo dos tempo visto que se trata de um elemento essencial à atividade da nitrogenase. Se a diponibilidade de ferro for demasiado baixa as frondes da Azolla ficam amarelas e murcham.
    Devido à presença de cianobactérias simbiontes, a Azolla pode sobreviver sem qualquer suplemento de azoto para além do ar atmosférico, mas a taxa de crescimento diminuirá. Assim, espera-se que ocorra uma pequena diminuição no teor de nitrato na água.

Azolla pinnata
Imagem cortesia de 澎湖小雲雀;
fonte da Imagem: Flickr
  1. Meça o pH utilisando um medidor de pH ou uma fita de teste para ter uma ideia sobre a concentração de dióxido de carbono (CO2).

    A respiração celular da planta deve aumentar a concentração de CO2, diminuindo o pH.

  2. Meça a salinidade (concentração do ião cloreto) usando uma fita de teste.

    Se a salinidade aumentar, tal deve suceder igualmente em ambos os recipientes – deverá ser o resultado da evaporação uma vez que a Azolla não absorve iões cloreto.

Como control, pode determinar-se o conteúdo bacteriano medindo a turbidez da água com um espectrómetro ou um medidor de turbidez, ou medindo a concentração de colónias usando o método da diluição, inoculação por isolamento e contagem das colónias de bactérias num meio de agar. Teores bacterianos diferentes nas amostras de água iniciais podem influenciar a qualidade da água e falsificar resultados uma vez que as bactérias podem também absorver nutrientes e metais.

Aviso de segurança

As cianobactérias que vivem em simbiose com a Azolla produzem uma neurotoxina e portanto a planta não deve ser ingerida. Além disso, algumas espécies de Azolla são consideradas “ervas daninhas” e são plantas invasivas em muitos países de modo que as plantas devem ser eliminadas de forma segura após o seu uso. Ver também o aviso de segurança geral.

 

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References

  • Arora A, Saxena S (2005) Phosphorus requirements of Azolla microphylla. International Rice Research Notes 30(2): 25-26.
  • Arora A, Saxena S, Kumar Sharma D (2006) Tolerance and phytoaccumulation of chromium by three Azolla species. World Journal of Microbiology and Biotechnology 22(2): 97-100. doi: 10.1007/s11274-005-9000-9
  • Cohen MF, Yamasaki H, Mazzola M (2004) Bioremediation of soils by plant-microbe systems. International Journal of Green Energy 1(3): 301-312. doi: 10.1081/GE-200033610
  • Pabby A, Prasana R, Singh PK (2004) Biological significance of Azolla and its utilization in agriculture. Proceedings of the Indian National Science Academy B70(3): 299-333. www.new.dli.ernet.in/rawdataupload/upload/insa/INSA_1/2000c954-299.pdf ou utilize o link: http://tinyurl.com/62wq6mp
  • Wagner GM (1997) Azolla: A review of its biology and utilization. The Botanical Review 63(1):1-26. doi: 10.1007/BF02857915

Web References

Resources

  • O World Water Monitoring Day oferece um conjunto de recursos em Inglês e espanhol sobre como monitorizar uma série de parâmetros de qualidade da água bem como kits. Ver: www.worldwatermonitoringday.org
  • Para mais recursos sobre testes de qualidade da água ver o website de Lifewater Canadá: www.lifewater.ca/Section_16.htm
  • Para fazer download de manuais de testes de água para escolas, ver o website da Massachusetts Water Resources Authority (www.mwra.state.ma.us) ou utilize o link direto: http://tinyurl.com/6jerkan
  • Para conhecer um projeto escolar para testar a qualidade da água no ambiente local, ver:

Author(s)

Vered Yephlach-Wiskerman ensina Biologia na Omer High School em Omer, Israel. É a Excellence Program Coordinator (Coordenadora do Programa de Excelência) e conferencista de Bioquímica e Imunologia no departamento de ciências do Kaye Academic College of Education, uma instituição de formação profissional de professores em Beersheba.


Review

Manter o ambiente limpo e livre de poluição bem como monitorizar o ambiente são grandes peocupaçãoes na atualidade e estes são temas estudados nas aulas de ciências. Processos naturais de limpar o ambiente, como a biorremediação por plantas e mocrorganismos são ideais e têm sido estudados ao longo de muitos anos. Este artigo mostra como uma planta vulgar, a Azolla, pode ser usada para demonstrar a biorremediação na sala de aula. As atividades promovem o desenvolvimento das competências no âmbito do pensamento científico, uma parte essencial da componente “como funciona a ciência” do curriculum. Uma versão simplificada desta atividade poderia ser usada com alunos mais jovens.

As experiências podem ser relacionadas com a Química – testes de catiões e aniões e titulações. A atividade também tem relação com a Microbiologia e a Biotecnologia uma vez que os alunos podem aprender as bases de como pode ser monitorizada a qualidade microbiológica da água. Como uma extenção da atividade, os alunos poderiam usar a Internet para perceber como se podem usar microrganismos para limpar derrames de crude e como poderão ser selecionados ou geneticamente modificados para lidar com problemas de contaminação específicos.


Shelley Goodman, UK




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