Uso potencial del girasol como fitorremediador de Cr(VI

Uso potencial del girasol como fitorremediador de Cr(VI): estudios
preliminares de los efectos de la concentración de sulfatos en el
desarrollo de la planta
Estudiante: Olga Rodríguez Vallejo (Universidad de Guanajuato)
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Asesor: Dra. María Guadalupe de la Rosa Álvarez (Universidad de Guanajuato)
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RESUMEN
La Fitorremediación es una tecnología relativamente nueva que propone el
uso de plantas para restaurar ambientes contaminados con compuestos ya sean
orgánicos o inorgánicos. Para fines de fitorremediación se prefiere el uso de plantas
llamadas hiperacumuladoras, aquellas que son capaces de absorber y acumular los
contaminantes en grandes cantidades. Helianthus annus ha sido identificado como
un hiperacumulador de Cr aunque es también poco tolerante a este metal. En
realidad se sabe poco acerca de los mecanismos que ésta planta utiliza para
hiperacumular Cr, se conoce que en algunas plantas existe una competencia entre
cromatos y sulfatos, aunque en el caso particular del girasol, esta información no
está disponible. Dichos datos son importantes y necesarios para determinar en que
medida la presencia de sulfatos afectará la absorción de Cr(VI). Así que se
determinó tanto los requerimientos mínimos de sulfatos como los niveles tóxicos de
este nutriente para la germinación y crecimiento de la planta de girasol para obtener
datos de referencia importantes y posteriormente realizar estudios del efecto de la
concentración de sulfatos en la tolerancia y absorción de cromatos por H. annuus.
INTRODUCCIÓN
El cromo es un metal que se utiliza ampliamente en la industria, incluyendo la
curtiduría, el cromado, producción de pigmentos y pinturas y en la conservación de
la madera, entre otros. Dichas actividades han incrementado enormemente los
niveles de Cr en el medio ambiente lo que representa un peligro potencial para la
salud. Respecto a la región centro de México, se sabe que existe una elevada
contaminación por cromo tanto en aguas subterráneas como en suelos, lo que se
debe tanto a fuentes naturales como antropogénicas (Dhillon y Dhillon, 2001). Esta
fuerte contaminación representa un peligro potencial para los habitantes del área por
lo que es importante tomar medidas tanto precautorias como de remediación.
En años recientes, el surgimiento de la técnica llamada fitorremediación ha
proporcionado una nueva opción para el rescate de ambientes contaminados
mediante el uso de plantas vivas o sus biomasas. En este contexto, una de las
tareas principales para los investigadores interesados en esta técnica es la
identificación de plantas hiperacumuladoras, es decir, aquellas con la habilidad de
absorber y acumular grandes cantidades de contaminante. En cuanto a cromo se
refiere, una planta se considera hiperacumuladora si es capaz de acumular hasta
1000 mg kg-1 de peso seco en la parte aérea (Brooks R.R. 1998). El girasol
(Helianthus annuus) ha sido identificado como una planta potencialmente
hiperacumuladora de Cr, sin embargo es también muy sensible a este metal
mostrando signos de fitotoxicidad a ciertas concentraciones (Shahandeh, H.2000).
Por otro lado, se ha demostrado que esta planta tolera y acumula otros metales
incluyendo algunos radioactivos y se ha trabajado ya incluso en experimentos piloto
para remediar algunos sitios con problemas de contaminación.
Respecto a Cr (VI), se ha encontrado que dicha especie es mas fácilmente
absorbida y transportada a las partes aéreas de algunas plantas que el Cr(III), esto
en parte debido a la diferencia de solubilidades de las especies de cromo.
Adicionalmente, se ha encontrado que la presencia de sulfato en el medio de
crecimiento afecta la absorción de cromato en algunas especies mientras que en
otras promueve dicho proceso (Kleiman, I.D. 1997).
Lamentablemente estos estudios se han realizado en pocas plantas por lo
que una generalización está lejos de poder ser formulada.
OBJETIVO
Como un estudio preliminar, este proyecto propone la determinación de las
concentraciones mínimas y máximas de sulfatos en las cuales no se afectan tanto la
germinación como el crecimiento de la planta. De este forma se tendrán datos de
referencia importantes para posteriormente realizar estudios del efecto de la
concentración de sulfatos en la tolerancia y absorción de cromatos por H. annuus.
Para el desarrollo de estos experimentos se ha elegido la hidroponía ya que este
medio proporciona un buen modelo para estudiar las respuestas de los organismos
en un tiempo relativamente corto
MATERIALES Y MÉTODOS
•
Preparación de medio nutritivo y soluciones de cromo.
El medio nutritivo a emplear es la solución de Hoagland (Peralta y col 2001).
La solución contiene los siguientes nutrientes a las concentraciones dadas entre
paréntesis: Ca(NO3)2·4H2O (0.35 mM); CaCl2·2H2O (2.1 mM); Mg(NO3)2·6H2O (0.91
mM); KH2PO4 (0.97 mM); KNO3 (0.255 mM) H3BO3 (23.13 µM); MnCl2·4H2O (3.9
µM); MoO3 (23.13µM); Fe(NO3)3·9H2O (10 µM); y Zn(NO3)2·6H2O (0.37 µM); el pH se
ajustó a 4.8 en todas las soluciones nutritivas. La concentración de la sal de sulfato
de cobre se modificará de acuerdo a los requerimientos experimentales de
concentración de sulfatos.
• Determinación del efecto de la concentración de sulfatos en la germinación de
Helianthus annuus
Las semillas de girasol se desinfectan (con hipoclorito de sodio) se colocaron
en cajas Petri que contienen papel humedecido con el 25% de solución nutritiva a
diferentes concentraciones de sulfatos 0, 20, 40, 60, 80, 100mM (Kaszycki y col.
2005) y con un 50% de concentración de la solución nutritiva a 0, 0.001, 0.01, 0.1,
1.0, 10.0mM de sulfatos. Se realizaron observaciones diarias y se observó el tiempo
de germinación para cada uno de los tratamientos (Carrillo-Castañeda y Col. 2002).
Se consideró que una semilla germinó si emite una radícula de al menos 2mm de
longitud. La concentración de sulfatos óptima para este proceso se estableció como
aquella en la que el proceso de germinación se lleva a cabo en un menor tiempo y a
un mayor porcentaje de germinación. Los datos se analizaron estadísticamente para
determinar diferencias significativas. Una vez obtenidos los resultados de
germinación se identificaron las concentraciones mínimas y máximas que no
afectan la germinación de la semilla de girasol.
• Determinación del efecto de la concentración de sulfatos en la producción de
biomasa y clorofila en H. annuus
Las semillas de girasol se germinaron y se hicieron crecer a diferentes
concentraciones de sulfatos tomando como rango de referencia los resultados de la
prueba de germinación. El tiempo de exposición a los tratamientos se estableció
como de 10 días, periodo durante el cual se tomarán mediciones diarias de
crecimiento y de producción de clorofila. De acuerdo a estos datos, se determinarán
las concentraciones mínima y máxima de sulfato a las cuales no se afecta el
crecimiento y la producción de clorofila en la planta de girasol.
RESULTADOS
De acuerdo a los resultados, se observaron diferencias significativas en el
crecimiento de raíz y tallo de plantas que se crecieron en solución nutritiva completa
(SNC) en comparación con aquellas en solución a ¼ de fuerza (¼F) con y sin
sulfatos. El tamaño de raíz de plantas tratadas con SNC sin sulfatos fue mayor que
el de aquellas que se crecieron en todos los tratamientos de ¼F (140+6 y 89+4mm,
respectivamente), en tanto que para tallo, se observó que la concentración de 40mM
afecta considerablemente el crecimiento con resultados 102+6mm y 38.4+6 u de
absorción para clorofila, mientras que el control midió 126+5mm con 66+1 u de
absorción. En el peso seco de la raíz hay diferencias significativas entre el control y
las concentraciones de 20mM y 40mM con los siguientes datos: 157+11mg del
control y 82+6mg 20mM. En el segundo experimento con concentraciones mínimas
de sulfatos, en general no se observan diferencias significativas en el crecimiento y
producción de clorofila. Solamente la longitud de la raíz se ve un poco afectada por
las concentraciones (177+8 y 137+4 mm en plantas tratadas con 0.01mM 10mM,
respectivamente).
CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN
A concentraciones relativamente pequeñas de sulfatos, el crecimiento de la planta
de girasol no se afecta, mientras que a concentraciones relativamente mayores es
muy probable que la planta sea mas bien sensible a la concentración de otros
nutrientes y no tanto a la concentración de sulfatos en el medio de crecimiento. Por
lo tanto sugerimos en primera instancia realizar experimentos de absorción de
cromatos por planta de girasol a concentraciones de sulfatos menores a 10 mM, ya
que a mayores concentraciones, es muy probable que se afecte el crecimiento y tal
vez la capacidad de hiperacumular Cr(VI).
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Brooks, R.R. (1998), Plants that hyperaccumulate heavy metals: their role in
phytoremediation, microbiology, archeology, mineral exploration and
phytomining. CAB International, Oxon, U.K.
2. Carrillo-Castañeda, G., Juárez Muñoz, J., Peralta-Videa, J.R., Gómez, E.,
Duarte-Gardea, M., Tiemann, K.J., Gardea-Torresdey, J.L. (2002), Advances
in Environmental Research. 6(3), 391-399.
3. Dhillon K.S. Dhillon S.K. (2001), Restoration of Selenium-Contaminated Soils.
Iskandar I.K. (ed) CRC Press. Boca Raton, Florida. USA p. 211-212.
4. Kaszycki, P., Gabryś, H., Appenrothr, K-J. Jaglarz, A., Sedziwy, S., Walczak,
T., Koloczek, H. (2005), Plant, Cell & Environment .28, 260-268.
5. Kleiman, I.D., Cogliatti, D.H. (1997), Environmental Pollution, 97, 131-135.
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Rascon, E., Parsons, J.G. (2001), Bulletin of Environmental Contamination
and Toxicology 66, 727-734.
7. Shahandeh, H., Hossner,
Phytoremediation, 2, 31–51.
L.R.
(2000),
International
Journal
of