Assessing the spatial pattern of a river water quality in southern Brazil by multivariate analysis of biological and chemical indicators / Avaliação do padrão espacial da qualidade da água de um rio no Sul do Brasil por meio da análise multivariada de indicadores biológico e químicos

Abstract This study assessed the genotoxicity and chemical quality of the Rio dos Sinos, southern Brazil. During two years, bimonthly, cuttings of Tradescantia pallida var. purpurea with flower buds were exposed to river water samples from Caraá, Santo Antônio da Patrulha, Taquara and Campo Bom, which are municipalities located in the upper, middle and lower stretches of the Rio dos Sinos basin. Simultaneously, chemical parameters were analyzed, rainfall data were surveyed and negative (distilled water) and positive (0.1% formaldehyde) controls were made. Micronuclei (MCN) frequencies were determined in tetrads of pollen grain mother cells. From the upper stretch toward the lower, there was an increase in the frequency of MCN and in concentrations of chemical parameters. Cadmium, lead, copper, total chromium and zinc were present at the four sites and a concentration gradient was not demonstrated along the river. The multivariate analysis revealed that two principal components exist, which accounted for 62.3% of the observed variances. Although genotoxicity was observed in Santo Antônio da Patrulha, the water presented higher mean values for most of the assessed parameters, in the lower stretch, where urbanization and industrialization are greater. The spatial and temporal pattern of water quality observed reinforces the importance of considering the environmental factors and their effects on organisms in an integrated way in watercourse monitoring programs.

Resumo Este estudo avaliou a genotoxicidade e a qualidade química do Rio dos Sinos, Sul do Brasil. Durante dois anos, com periodicidade bimensal, ramos de Tradescantia pallida var. purpurea com botões florais foram expostos a amostras de água do rio de Caraá, Santo Antônio da Patrulha, Taquara e Campo Bom, municípios localizados nos trechos superior, médio e inferior da Bacia do Rio dos Sinos. Simultaneamente, foram analisados parâmetros químicos, levantados dados de precipitação e realizados controles negativos (água destilada) e positivos (0,1% formaldeído). Frequências de micronúcleos (MCN) foram determinadas em tétrades de células-mãe de grão de pólen. Do trecho superior em direção ao inferior, foi observado aumento da frequência de MCN e na concentração de parâmetros químicos. Cádmio, chumbo, cobre, cromo total e zinco estiveram presentes nos quatro pontos amostrais, sem apresentar um gradiente de concentração ao longo do rio. A análise multivariada demonstrou a existência de dois componentes principais que explicaram 62,3% das variâncias observadas. Embora em Santo Antônio da Patrulha tenha sido observada genotoxicidade, a água do Rio dos Sinos apresentou valores médios superiores para a maioria dos parâmetros avaliados no trecho inferior, onde a urbanização e a industrialização são maiores. O padrão espacial e temporal de qualidade da água observado reforça a importância de considerar os fatores ambientais e seus efeitos nos organismos de forma integrada em programas de monitoramento de cursos hídricos.

Ability of Allium cepa L. root tips and Tradescantia pallida var. purpurea in N-nitrosodiethylamine genotoxicity and mutagenicity evaluation

N-nitroso compounds, such as N-nitrosodiethylamine (NDEA), can be formed by the reaction of secundary amines with nitrosating agents, and are suspected to be involved in tumors in humans. NDEA has been considered a weak carcinogen in genotoxic assays probably due to the inefficient nitrosamine activation system that is used and/or to the efficient repair system. In this work, we evaluated the sensibility of Allium cepa L. root tips and Tradescantia stamen hair mutation assay (Trad-SH) using Tradescantia pallida var. purpurea for NDEA (0.1; 0.5; 5 and 25mM) genotoxicity and mutagenicity induction. Allium cepa L. was treated with different NDEA concentrations for 3h, for 3 consecutive days, including negative control (distilled water) and positive control maleic hydrazide (MH 30mg/mL). After treatment, the roots were hydrolyzed, squashed, and the mitotic index (MI) and cytological abnormalities were scored. The results revealed a cytostatic effect of NDEA (0.5 and 5mM), showing a significant reduction in the MI. Chromosome stickiness suggests a NDEA toxic effect. T. pallida purpurea did not respond to mutagens with a dose-dependent pattern. In conclusion, our study indicates that the root tips of Allium cepa L. have sensibility to detect NDEA genotoxicity, but not for Trad-SH test.

Nitrocompostos, como N-nitrosodietilamina (NDEA), podem ser formados pela reação entre uma amina secundária e agentes nitrosantes e são suspeitos de estarem envolvidos na formação de tumores em humanos. NDEA é considerada um carcinógeno fraco e ensaios genotóxicos provavelente pela utilização de um sistema de ativação ineficiente e/ou pela utilização de um eficiente sistema de reparo. Neste trabalho, nós avaliamos a sensibilidade de ensaios com Alliu cepa L. e Tradescantia pallida var. purpurea (Trad-SH) à genotoxicidade e mutagenicidade induzidas por diferentes concentrações de NDEA (0,1; 0,5; 5 e 25mM) por 3h, por 3 dias consecutivos, incluindo controle negativo (água destilada) e controle positivo, hidrazida maleica (MH 30mg/mL). Depois do tratamento, as raízes foram hidrolizadas, esmagadas e o índice mitótico (IM) e anormalidades citológicas foram contadas. Os resultados revelaram um efeito citostático de NDEA (0,5 e 5mM), pela significante redução do IM. Chromosome stickiness sugere um efeito citotóxico de NDEA. T pallida purpurea não respondeu ao mutágeno com um padrão dose dependente. Em conclusão, nossos estudos indicaram que raízes de Allium cepa L. possue sensibilidade na detecção genotóxica de NDEA, mas não para o ensaio Trad-SH.