Evaluation of micro-energy dispersive X-ray fluorescence and histochemical tests for aluminium detection in plants from high altitude rocky complexes, Southeast Brazil

Abstract

The soils developed under High Altitude Rocky Complexes in Brazil are generally of very low chemical fertility, with low base saturation and high exchangeable aluminium concentration. This stressful condition imposes evolutionary pressures that lead to ecological success of plant species that are able to tolerate or accumulate high amounts of aluminium. Several analytical methods are currently available for elemental mapping of biological structures, such as micro-X-ray fluorescence (μ-EDX) and histochemical tests. The aim of this study was to combine μ-EDX analysis and histochemical tests to quantify aluminium in plants from High Altitude Rocky Complexes, identifying the main sites for Al-accumulation. Among the studied species, five showed total Al concentration higher than 1000 mg kg−1. The main Al-hyperaccumulator plants,Lavoisiera pectinata, Lycopodium clavatumand Trembleya parviflora presented positive reactions in the histochemical tests using Chrome Azurol and Aluminon. Strong positive correlations were observed between the total Al concentrations and data obtained by μ-EDX analysis. The μ-EDX analysis is a potential tool to map and quantify Al in hyperaccumulator species, and a valuable technique due to its non-destructive capacity. Histochemical tests can be helpful to indicate the accumulation pattern of samples before they are submitted for further μ-EDX scrutiny.

Solos associados aos Complexos Rupestres de Altitude no Brasil destacam-se pela baixa fertilidade química, baixa saturação de bases e elevados teores de alumínio trocável. Esta condição estressante impõe pressões evolutivas que determinam o sucesso ecológico de espécies capazes de tolerar ou acumular grandes quantidades de alumínio. Vários métodos analíticos são utilizados para mapeamento de elementos químicos em estruturas biológicas, como microfluorescência de raios-X (μ-EDX) e testes histoquímicos. O objetivo do presente trabalho foi combinar a μ-EDX e testes histoquímicos para quantificar o teor de Al em espécies vegetais de Complexos Rupestres de Altitude, e identificar os principais sítios de bioacumulação de Al. Cinco das espécies investigadas apresentaram concentração total de Al maior que 1000 mg kg−1. As principais hiperacumuladoras de Al,Lavoisiera pectinata, Lycopodium clavatume Trembleya parviflora, apresentaram reação positiva nos testes histoquímicos com Chrome Azurol e Aluminon. Alta correlação positiva foi observada entre as concentrações totais de Al e as magnitudes de sinal obtidas por μ-EDX. A análise com o uso da μ-EDX mostrou-se uma ferramenta promissora para mapear e quantificar Al em espécies hiperacumuladoras, constituindo uma importante técnica não destrutiva. Testes histoquímicos podem ser úteis na identificação de padrões de acumulação de Al em amostras vegetais antes de serem submetidas a uma minuciosa análise com a μ-EDX.