Especiación y distribución de mercurio en plantas como base científica para fitotecnologia

• Autores: Sandra Carrasco Gil
• Directores de la Tesis: Luis Eduardo Hernández Rodríguez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2011
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Charlotte Poschenrieder (presid.), Araceli Pérez Sanz (secret.), Petra Kidd (voc.), Ramón Carpena Ruiz (voc.), Ana M. Alvarez Fernandez (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: digitool-uam.greendata.es
• Resumen

  • El mercurio (Hg) y la mayoría de sus compuestos son altamente tóxicos para las personas y para los ecosistemas. Es considerado un contaminante global debido a su alta movilidad y extremada persistencia en el medio ambiente. Un factor muy importante de los efectos del mercurio en el medio ambiente es su capacidad para acumularse en organismos y ascender por la cadena alimentaria convirtiéndose en una seria amenaza para la población humana.

    El área minera de Almadén, situada al sur de España (Ciudad Real), ha sido durante siglos la zona de mayor producción de Hg a nivel mundial. El cese de la producción de Hg ha impuesto la necesidad de promover otras actividades económicas, tales como la agricultura y la ganadería las cuales se han visto debilitadas por el contenido de Hg en los suelos agrícolas de la zona. Por tanto, era importante evaluar el riesgo potencial para la salud humana y el medio ambiente considerando la absorción y distribución de Hg en cultivos que se adapten a las condiciones de la zona. En este sentido, se propuso el uso de la alfalfa (Medicago sativa) como cultivo alternativo y/o como planta para fitotecnologías en la comarca de Almadén, la cual podría ayudar a eliminar o estabilizar contaminantes evitando a su vez, erosión y pérdida de fertilidad en los suelos. No obstante, para la utilización de alfalfa en fitotecnologías es preciso conocer en detalle aspectos como la especiación y distribución de contaminantes dentro de la planta, para determinar el posible uso agronómico de éstas. Además, para favorecer la producción de biomasa y permitir una adecuada revegetación de los suelos contaminados es necesario determinar la influencia de la fertilización por nitrato (NO3 El Hg se acumuló principalmente en la raíz, concretamente en la fracción celular particulada, mayoritariamente de pared celular. Se determinó asimismo la especiación del Hg soluble mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) acoplada a un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (TOFMS), lo que nos permitió identificar fitoquelatinas (PCs) y homofitoquelatinas (hPCs) unidas a Hg en plantas tratadas con Hg 30 ¿M. Estos biotioles están considerados como uno de los más importantes mecanismos de defensa de las plantas frente a metales pesados, siendo sintetizados en las células vegetales a partir de glutatión (GSH) u homoglutatión (hGSH, existente en algunas leguminosas). La enzima que cataliza la reacción es la fitoquelatina sintasa, que se activa post-traduccionalmente por la acumulación del metal, y produce una familia de ), principal nutriente limitante en los suelos problema, con respecto a la tolerancia a Hg.

    Resumen péptidos con la estructura general (Glu-Cys)n Para estudiar la localización de Hg a nivel de tejido se empleó micro Fluorescencia de Rayos-X con fuente Sincrotrón (¿-SXRF), estableciéndose que el Hg estaba localizado posiblemente en los conductos vasculares de raíz, tallo y hojas de alfalfa, de plantas que fueron crecidas en un medio hidropónico puro para aumentar la concentración y la señal de fluorescencia. Paralelamente se estudió la localización de Hg en plantas de marrubio (Marrubium vulgare) muestreadas en un suelo contaminado ubicado en una antigua planta metalúrgica, donde se obtenía Hg a partir del mineral cinabrio. Los resultados revelaron que si bien las plantas crecidas hidropónicamente absorbían el metal a través de los ápices de las raíces translocándolo a parte aérea, las plantas naturales presentaron un comportamiento exclusor, reteniendo el Hg en la raíz sin translocación a parte aérea.

    -Gly, donde n varía según el tiempo de exposición al metal y su dosis. Esta identificación también fue llevada a cabo en plantas de maíz y cebada para investigar posibles diferencias entre especies vegetales. Este éste sentido, se detectaron 11 nuevos complejos no descritos anteriormente, formados por Hg y metil-Hg unidos a PCs y hPCs. Para comprobar la importancia de estos biotioles en la detoxificación de Hg se utilizaron plantas mutantes de Arabidopsis thaliana deficientes en la producción de PCs, cad1-3, y en el nivel de GSH, cad2-1, apreciándose que la falta de formación de complejos Hg-PC disminuye la tolerancia a Hg.

    Mediante la técnica de Absorción de Rayos-X (EXAFS) se identificaron los enlaces de coordinación en torno al Hg, cuando éste es absorbido por la planta. Este análisis, al igual que el de localización de Hg, se llevo a cabo en raíz, tallo y hoja de alfalfa y raíz y hoja de marrubio. Mientras que en alfalfa, más del 79% del Hg estaba unido a azufre orgánico (enlaces Hg-Cys), en el marrubio más del 60% del Hg estaba unido a azufre inorgánico, posiblemente de partículas de suelo adheridas al tejido. Además, se procedió a estudiar a nivel subcelular la distribución de Hg analizando muestras de alfalfa mediante Microscopia de Transmisión Electrónica (TEM), que permitió detectar depósitos densos, debido a la presencia de Hg, en la pared celular de raíces de la epidermis y xilema, lo que concuerda con los resultados de fraccionamiento subcelular realizados.

    Por último, se estudió la influencia de la fertilización nitrogenada sobre la absorción de Hg por la alfalfa y sobre parámetros de estrés como peroxidación de lípidos, contenido en clorofilas, actividad enzimática de enzimas glutatión reductasa (GR) o ascorbato peroxidasa (APX). El estudio se realizó previamente bajo condiciones controladas en Sandra Carrasco Gil semihidropónico y posteriormente se llevó a maceta con suelo contaminado de Almadén, para aproximarse paulatinamente a condiciones reales de campo. En ambos casos, se observó que la fertilización con NO3 Un conocimiento preciso de los mecanismos de detoxificación y tolerancia de metales tóxicos es importante para optimizar las estrategias de descontaminación mediante fitorremediación. El trabajo de investigación que se presenta abre nuevas perspectivas hacia la aplicación de técnicas avanzadas para estudiar el comportamiento del Hg y su dinámica en plantas, con el objetivo último de poder aplicar estos conocimientos a fitotecnologías. En concreto, el empleo de plantas de alfalfa, podría permitir la estabilización de contaminantes, y facilitar la revegetación de suelos contaminados, evitando a su vez, erosión y pérdida de fertilidad como pueden ser el caso de Almadén.

    A su vez, es interesante destacar la importancia de una adecuada nutrición nitrogenada para mejorar la tolerancia a contaminantes, si bien ha de realizarse una monitorización de los cultivos para evitar el riesgo de introducir el Hg en la cadena trófica, y llegar a suponer un problema para la salud humana.

    reducía el estrés oxidativo en las raíces.

    Sin embargo la fertilización con un abono NPK del suelo de Almadén hizo que la planta acumulara en la parte cosechable, niveles de Hg por encima de lo permitido legalmente, poniendo de manifiesto la importancia del estudio de la absorción de Hg para evitar riesgos en la salud humana.