Eliminación de contaminantes para las plantas

INTRODUCCIÓN
El exceso de residuos depositados en suelos a modo de: escombreras, balsas de lodos vertidos incontrolados,
derrames, fugas, etc. han originado ya desde la década de los setenta una voz de alarma en forma de
accidentes (explosiones de hidrocarburos, incendios debidos a agentes contaminantes,...), pequeñas afecciones
(molestias respiratorias o erupciones cutáneas), o molestias generales (malos olores y horizontes visuales
desagradables).
Las tecnologías utilizadas para el tratamiento de emplazamientos contaminados, han venido sufriendo grandes
avances en los últimos años, aunque existen aun muchos problemas por resolver. Los métodos utilizados para
la eliminación de los contaminantes del suelo implican procesos físicos, químicos y biológicos. La utilización
del método mas apropiado en cada caso implica también una dificultad añadida.
Las tecnologías de remediación implican la eliminación del contaminante mediante aislamiento o
transformación de los contaminantes en otros productos inocuos.
La fitorremediación es una técnica, actualmente en sus inicios, con la que se pretende, que zonas que han
sufrido una contaminación sean recuperadas mediante el empleo de plantas, a las que se les potencia mediante
muy diversas herramientas su actividad biológica.
Un factor que puede dotar a esta técnica de una mayor capacidad descontaminante es la utilización de plantas
que previamente hayan sido manipuladas en laboratorio, ya sea potenciando características propias de la
planta o mediante la introducción de genes de otros seres vivos, gracias a los cuales el vegetal manipulado
adquiere la capacidad de eliminar agentes contaminantes para los que antes era incapaz.
El potencial de esta técnica es prometedor pero los riesgos y limitaciones deben ser tenidos en cuenta
dependiendo de la zona en la que se quiera aplicar y del resto de técnicas posibles para la descontaminación
de cada región.
Con este trabajo pretendemos conseguir aclarar el estado actual de la fitorremediación utilizando plantas
transgénicas así como las ventajas y riesgos que aporta.
TRANSGÉNICOS
¿Qué son?
Los organismos vivos están formados por conjuntos de genes. Las diferentes composiciones de estos
conjuntos determinan las características de cada organismo. Variando esta composición se puede hacer variar
las características de una bacteria, una planta o de un animal. Este proceso consiste en transferir desde
organismo un gen responsable de determinadas características a otro organismo, al cual se pretende incorporar
esta característica. También se puede modificar o suprimir un gen de un organismo eliminando una
determinada característica.
Esta tecnología permite transferir características entre distintos organismos por muy distanciados que este
evolutivamente hablando, saltando todas las barreras evolutivas posibles. El método mas extendido es la
utilización de genes de los que conocemos la información que codifican introduciéndola en plásmidos y
posteriormente estos plásmidos se introducen en el ser vivo que queramos que adquiera dichas propiedades.
Dependiendo del ser vivo objetivo usaremos un método u otro, en plantas pueden usarse azotobacter como
vectores para la introducción de los nuevos genes o bombardeo con partículas.
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Ventajas e inconvenientes
El mercado de los transgénicas vegetales esta controlado en su mayoría por un numero reducido de empresas
que también controlan el mercado de los productos fitosanitarios (AstraZeneca, Monsanto, Novartis, Aventis,
Dupont, Pioneer Hi−Breed, Agrevo).
La escasez de estudios a medio o largo plazo que prueben su inocuidad es reducido y de poca fiabilidad por
estar realizados, en su mayoría por las mismas empresas que controlan la producción de las plantas
transgénicas.
La utilización de antibióticos como marcadores puede favorecer el desarrollo de resistencias a antibióticos en
algunos microorganismos. Así como provocar la eliminación de especies silvestres al ser las especies
transgénicas, por lo general, mas resistentes que sus parientes silvestres.
El uso de estas plantas puede provocar la aparición de super−plagas, ya que muchos de los genes introducidos
pretenden evitar el ataque de insectos y si alguno es capaz de adaptarse a esta manipulación se convertirá en
una plaga mas difícil de combatir.
Los transgénicas pueden provocar contaminación genética. Está demostrada la posibilidad de transferencia
espontánea a plantas silvestres de la misma familia, los genes introducidos en una variedad cultivada. Los
genes con resistencia a herbicidas, por ejemplo, pueden ser transferidos espontáneamente a plantas silvestres,
con el riesgo de hacerlas super−malezas dañinas de difícil control. Los "transgenes" también se transfieren a
variedades tradicionales o convencionales de la misma especie en campos vecinos.
Los impactos de los transgénicas en la naturaleza son irreversibles ya que no es posible restablecer los
equilibrios ambientales en el caso de los transgénicas. Puede dejar de usarse un agro−tóxico, por ejemplo, y
restablecer un equilibrio entre insectos y plaga y sus predadores después de cierto tiempo. En el caso de los
transgénicas, una vez liberados en la naturaleza no es posible deshacer los impactos en los ecosistemas, o
controlar los procesos de transgénesis espontánea que pueden ocurrir, porque es imposible retirar de la
naturaleza los genes que fueron artificialmente introducidos en una planta. Con la tecnología "Terminator"
(crea semillas estériles), y la tecnología "Traitor" (crea semillas que se vuelven fértiles previa la aplicación de
un insumo) se pretende evita la extensión incontrolada de las plantas transgénicas pero estos métodos no se
han demostrado eficaces al cien por cien.
Otro de los inconvenientes para su utilización es la falta de legislación o la total prohibición para su cultivo
por parte de algunos países.
Un problema mas especifico de la fitodescontaminación es que se ha desarrollado una línea de investigación
en la que se utiliza árboles con lo que los efectos de la manipulación a nivel de semilla o fruto pueden tardar
muchos años desde su introducción en un medio silvestre.
Las ventajas que aportan los Transgénicas con su uso, centrándonos mas en el problema de la
descontaminación, es reducir en gran medida el impacto, de los métodos usados, tanto biológico al usarse
productos químicos para eliminar productos químicos anteriores, como visual al sustituir un terreno yermo por
una pradera o un pequeño bosque.
La eliminación o inmovilización de los residuos ya sean metales pesados o productos químicos de otra
naturaleza por parte de plantas, puede acelerar la recuperación de suelos que de otra forma serian inutilizables
durante décadas y si este potencial lo vemos mejorado con la utilización de plantas transgénicas lo que
potencia la eliminación y amplia el abanico de sustancia sobre las que se puede actuar puede suponer que
recuperemos un terreno en unos pocos años.
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FITORREMEDIACIÓN
¿QUE ES?
La fitorremediación es una tecnología emergente que emplea a las plantas, en desiguales unidades de procesos
y plantas de producción, campos contaminados de diversas maneras... , para remediar el suelo, los sedimentos,
aguas de superficie, y aguas subterráneas, que se encuentren contaminadas principalmente por: metales
pesados, materia orgánica y radionucleotidos.
A la vista de las diferentes aplicaciones que puede llevar a cabo la fitorremediación esta se puede dividir en
las siguientes áreas:
1.− Fitoextracción: utiliza la biomasa vegetal−extractiva para remediar suelos contaminados por metales
pesados y algunos compuestos radiactivos.
2.− Rizofiltración: utilización de las raíces de las plantas para extraer los diferentes metales tóxicos o aceites
que se puedan encontrar en aguas contaminadas ya sean superficiales o profundas. Se ha visto que esta técnica
puede ser mejorada insertando microorganismos simbióticos específicos en la rizosfera de la planta.
3.− Fitoestabilización: las plantas se utilizan para eliminar la biodisponibilidad de los metales tóxicos del
suelo para que así no puedan ser utilizados por otro tipo de plantas a las cuales puede resultar perjudiciales.
4.− Fitodegradación: Las plantas y microorganismos asociados se pueden utilizar para degradar los agentes
contaminantes del suelo.
5.− Fitovolatilización: los agentes contaminantes absorbidos por las plantas son convertidos en sus fases
volátiles (gases) y liberados a la atmósfera por los estomas.
6.− Fitoestimulación: las raíces de las plantas son capaces de estimular microorganismos los cuales van a
degradar los agentes contaminantes de la rizosfera.
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De las diferentes ramas de las cuales se ocupa la Fitorremediación la fitoextracción y la rizofiltración son las
mas importantes ya se ocupa de la descontaminación de suelos que poseen metales pesados.
Los metales pesados como por ejemplo: zinc, plomo, níquel, cromo, etc., constituyen uno de los problemas de
los problemas de mayor dificultad para solucionar, esto es debido a su naturaleza inorgánica ya que esta no es
susceptible a biodegradarse.
La utilización de plantas para la extracción de metales pesados es debida a que estas pueden tener algún
mecanismo de tolerancia o acumulación de estos; como se indica en el siguiente gráfico:
Ventajas e inconvenientes
Es una tecnología de aplicación in situ es decir en el mismo lugar en el cual se ha producido la contaminación,
que incluye un coste bajo, menor perturbación en el lugar contaminado, emisión aérea mínima.
Con este sistema se emplea la energía solar disponible y los procesos biológicos, químicos y físicos emanados
de la planta como es la absorción, transformación, acumulación, extracción, reserva y degradación rizosferica
microbial para lograr la remediación del lugar afectado por los agentes contaminantes.
Su impacto en relación con las personas y animales del área implicada en el proceso de descontaminación es
mucho mejor aceptada que los métodos clásicos debido a que se la considera una tecnología potencialmente
estética y elegante ya que su impacto visual y acústico es menor o nulo. Una ventaja adicional para las
poblaciones humanas es su bajo coste.
Esta técnica se emplea para descontaminar lugares afectados por diferentes elementos como son metales
pesados, materiales orgánicos y radionucleoides gracias a la gran variedad de especies y áreas en las que
puede actuar la fitorremediación.
Se puede considerar a la fitorremediación como una solución permanente para la descontaminación de un
determinado lugar debido a su desarrollo de su acción a lo largo del tiempo.
Otra ventaja que se debe tener en cuenta respecto a su uso es que puede emplearse conjuntamente con otros
métodos de descontaminación clásicos.
En oposición a las ventajas anteriormente enumeradas encontramos que la fitodescontaminación tiene limitada
la profundidad de extracción debido a la limitada profundidad que alcanzan las raíces de las plantas utilizadas,
ya que solo se descontaminan aquellos lugares a los que llegan las raíces de éstas.
El proceso de absorción, por ejemplo de metales pesados, es bastante lento, por lo que no seria útil para una
remediación rápida del problema. Seria más propia para una remediación a medio plazo.
La planta se puede saturar de los metales que esta absorbiendo por lo que estas plantas tendrán que irse
reponiendo para que no se saturen y poder descontaminar el lugar. En el caso de absorción radicular todo esto
también dependerá de la salinidad, pH, potencial hídrico, ecetera, que tendrá el suelo.
Es alta la peligrosidad debido a la ingesta de estas plantas por diferentes animales silvestres, dado que de esta
manera se pueden incorporar a la cadena alimentaria diversos metales pesados que por ejemplo podrían ser
tóxicos para algún eslabón de dicha cadena. Por eso es importante cumplir la normativa vigente para la
fitorremediación con transgénicos.
FITORREMEDIACIÓN y TRANSGÉNICAS
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Debido a la excesiva contaminación por metales pesados se esta trabajando en ingeniería genética para
conseguir plantas transgénicas que puedan ser utilizadas en fitorremediación, ya que así se podrán obtener una
gran diversidad de plantas que puedan acomplejar los metales pesados como anteriormente hemos indicado.
Desde el punto de vista del diseño experimental en campo abierto estos ensayos no difieren de cualquier otro
screening genético para uno o varios rasgos fenotípicos pero lo que añade la transgenia a dicho ensayo son las
necesidades de cumplimentar una serie de requisitos legales que en Europa han de seguir la normativa del
Decreto EEC 220/90 sobre la liberación internacional de organismos modificados genéticamente y que son la
aplicación de la regulación que la administración de EE.UU. puso en marcha anteriormente. En definitiva
dicha regulación hace que los ensayos de campo de plantas transgénicas:
• Son supervisados y manejados por personal experto.
• Hay obligación de hacer publico el cultivo de esta planta, así como el sitio, duración, ecetera de ese
cultivo.
• Hace necesario identificar el posible daño ambiental si lo hubiera.
En España, y mas concretamente en Castilla y León, se publico el Decreto 42/1999 (BOCyL 10−03−1.999)
cuyo titulo Utilización confinada, liberación voluntaria y comercialización de organismos modificados
genéticamente para prevenir riesgos para la salud humana y el medio ambiente, nos da a conocer la
posibilidad de cultivo o no de plantas transgénicas en esta comunidad.
A continuación veremos como se modifican, actúan y usan plantas transgénicas para la descontaminación de
diferentes compuestos químicos.
Existen hasta 400 plantas que tienen distintos grados de eficiencia en la acumulación de sustancias tóxicas y
se espera que aumenten en número y utilización para la descontaminación de aguas y suelos. También existen
plantas que lo hacen naturalmente.
Fitodescontaminación de mercurio y metilmercurio.
El mercurio inorgánico en suelos y sedimentos contaminados es relativamente inmóvil, aunque los procesos
biológicos y químicos pueden transformarlo a metilmercurio más tóxico y más bioasimilable. Además el
metilmercurio provoca neurotoxicidad en vertebrados y es traspasado de la presa al depredador a través de los
tejidos que han sido contaminados.
Las estrategias tradicionales para la descontaminación de esos suelos son costosas y pueden destruir el lugar,
de manera que como alternativa se propone el uso de plantas transgénicas.
Como veremos, algunas de estas plantas (las descontaminadoras de productos con mercurio) poseen un gen
bacteriano modificado de la reductasa, merA, son capaces de convertir el Hg(II) tomado por las raíces en
Hg(0) mucho menos tóxico y volátil que se elimina a la atmósfera. Otro tipo de plantas usan el gen merB de la
liasa, modificado de bacterias y puede convertir el metilmercurio tomado por las raíces de la planta en
sulfhidril mercurio(II) limitante. Las plantas que expresan ambos genes son capaces de convertir el mercurio y
el metilmercurio iónicos en mercurio elemental volátil.
La fitodescontaminación de metilmercurio a través de la expresión del merB en Arabidopsis da resistencia a
los organomercuriales.
El metilmercurio es un tóxico ambiental que causa degeneración neurológica severa en animales. Es
producido por las bacterias en los suelos y los sedimentos que se han sido contaminado por mercurio.
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Para aumentar el potencial de las plantas de extraer y desintoxicar este producto químico usamos una planta
modelo de thaliana de Arabidopsis, expresando gen modificado de bacterias llamado merBpe que actúa
codificando la liasa organomercurial (MerB) bajo el control de un promotor de la planta. MerB cataliza la lisis
del protón en el enlace del carbono−mercurio, eliminando el ligando orgánico y lanzando Hg(II), una especie
menos móvil del mercurio.
Las plantas transgénicas que expresan el merBpe crecen vigorosamente en una amplia gama de
concentraciones del cloruro de monometilmercurio y del acetato de fenilmercurio. Las plantas que carecían de
ese gen fueron inhibidas o muertas con las mismas concentraciones de organomercuriales.
El desarrollo del álamo amarillo para la fitodescontaminación del mercurio.
Observamos que las bacterias resistentes al mercurio expresan el gen merA al contacto con mercurio iónico
también a otro menos tóxico como el mercurio elemental. La expresión del gen merA en plantas transgénicas
puede proporcionar un acercamiento ecológico compatible para la remediación de la contaminación del
mercurio. Se transformaron embriones del álamo amarillo con tres formas modificadas del merA por
bombardeo de micro proyectiles. Todas las formas modificadas del merA confirieron resistencia al mercurio
tóxico, aunque se vio que la estabilidad de la expresión de merA aumentaba proporcionalmente al grado de
modificación de la secuencia de codificación del gen. Las plantas que contenían el gen modificado merA18
germinaron y crecieron vigorosas en los medios que contenían niveles normalmente tóxicos de mercurio
iónico y eliminando el mercurio elemental aproximadamente 10 veces más que las plantas no transformadas.
Fitodescontaminación de Cadmio
La expresión de la sintetasa de glutatión en mostaza india realza la acumulación y tolerancia del cadmio.
Una de las formas por la cual las plantas desintoxican los metales pesados está en el secuestro con los
péptidos de los metales pesados que atan a los llamados fitoquelantes o su precursor, el glutatión. Para
desarrollar en estas plantas transgénicas la acumulación y/o tolerancia de metales pesados se usó Escherichia
coli que tiene la sintetasa de codificación del glutatión en el gen gshII (GS) expresándolo en el citosol de la
mostaza india (Brassica juncea).
Las plantas transgénicas del GS acumulan considerablemente mas cadmio que las de tipo salvaje, además las
plantas GS demostraron tolerancia alta al Cd en las etapas de semilla y de planta adulta.
Fitodescontaminación de tricloroetileno
Para la fitodescontaminación del contaminante orgánico tricloroetileno (TCE) se examinó un álamo híbrido
que fue modificado genéticamente usando un gen humano del citocromo P450. Como promotor se usó el 35S
del virus del mosaico de la coliflor.
Esta modificación varía el rango de compuestos asimilables que además del TCE incluye el dibromo etileno,
benceno, estireno, cloroformo y otros compuestos menos tóxicos o no tóxicos por una reacción oxidativa. Los
productos de la reacción son finalmente transportados a los tallos y hojas.
Fitodescontaminación de níquel
Alyssum pintodasilvae especie hiperacumuladora de níquel; aunque esta planta no sea transgénica también es
usada en la descontaminación de níquel, ya que es tóxico impidiendo la capacidad de absorber y traslocar
diversos elementos esenciales y sin embargo es altamente beneficioso para el crecimiento y desarrollo de A.
Pintodasilvae.
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Fitodescontaminación de TNT
La fitodescontaminación de TNT (2,4,6−Trinitrotouleno) se ha conseguido expresando el gen de la
nitrorreductasa de bacterias en plantas de tabaco. Gracias a la enzima nitrorreductasa codificada por este gen
se cataliza la reducción de TNT a hidroxiaminodinitrotolueno (HADNT)
También tenemos otros contaminantes como el arsénico debido a que hasta 1968 se usaba como herbicida e
insecticida por lo que aun se encuentra en altas concentraciones en los suelos donde se aplicaron estos
productos. Se está experimentando con el uso de un helecho (Pteris vittata) que acumula grandes cantidades
de arsénico aunque se desconoce el mecanismo y la razón de dicha acumulación ya que es altamente tóxico
para los seres vivos.
CONCLUSIÓN
Los estudios realizados hasta la fecha con esta técnica, muestran que las sucesivas labores de limpieza han
mejorado notablemente la situación de la zona afectada. Esta situación deberá ser mejorada ostensiblemente
una vez se haya aplicado anteriormente las labores de neutralización e inmovilización de los diferentes
contaminantes del suelo así como el uso de plantas transgénicas. No obstante y aun utilizando todas estas
técnicas de fitorremediación puede llegar a quedar una contaminación remanente que seguirá presente en
diversas comunidades de organismo especialmente en aquellas que habitaban la zona afectada.
En la actualidad se trata de un campo de estudio en el que encontramos muchas trabas para su puesta en
acción debido a la presión de la opinión publica, por la utilización de plantas transgénicas y la legislación
actual que pone muchas trabas a la hora de realizar ensayos de campo con estas plantas, aunque como hemos
expuesto a lo largo del trabajo aporta numerosos beneficios que deben tenerse en cuenta antes de desechar la
fitorremediación con plantas transgénicas por los riesgos potenciales.
BIBLIOGRAFÍA
• Madigan, Martinko, Parker (1997). Brock Biología de los microorganismos. Ed. Prentice Hall Iberia,
Madrid.
• Guerra Sanz, J. M. (1999). Ingeniería genética en horticultura. Junta de Andalucía: Consejería de
agricultura y pesca.
• Barcelo, J. Sabater, B. Nicolas, G. Sanchez R. (1997). Fisiología Vegetal. Ed. Piramide, Madrid.
• Azcon−Bieto, J. Talon, M. (2001) Fundamentos de fisiología vegetal. Ed. McGraw Hill
interamericana
Internet:
• Http://www.hannover2000.net/expo2000hannover/es/tecnologia/proyectos/fitorremediacion/corto.htm
• Http://www.usach.cl/ima/bioremed.htm
• Http://www.usach.cl/ima/fitorrem.htm
• Http://www.jcyl.es
• Http://www.ecoportal.com.ar/noti/notas919.htm
• Http://www.ostp.gov/html/ceq_ostp_study6.pdf
• Http://www.phytotech.com/index.html
• Http://www.aidisar.org/ecodirsa7.html
• Http://www.ambientenews.com.ar/a_news/34.htm
• Http://www.ostp.gov/html/ceq_ostp_study6.pdf
• Http://www.mobot.org/jwcross/phytoremediation/phytorem_research.htm
7
INDICE
INTRODUCCION 1
TRANSGÉNICOS 2
¿QUE SON? 2
VENTAJAS E INCONVENIENTES 3
FITORREMEDIACIÓN 5
¿QUE SON? 5
VENTAJAS E INCONVENIENTES 7
FITORREMEDIACIÓN y TRANSGÉNICAS 9
CONCLUSION 13
BIBLIOGRAFIA 14
PLANTAS TRANSGÉNICAS Y FITORREMEDIACIÓN.
Alfonso Alvarez Martín, Carlos Buendía Ibars y Carolina García Cantón
Las tecnologías utilizadas para el tratamiento de emplazamientos contaminados, han venido sufriendo grandes
avances en los últimos años, aunque existen aun muchos problemas por resolver. Los métodos utilizados para
la eliminación de los contaminantes del suelo implican procesos físicos, químicos y biológicos. La utilización
del método mas apropiado en cada caso implica también una dificultad añadida.
La utilización de plantas para descontaminar zonas con residuos peligrosos ya sean metales pesados, materia
orgánica o radionucleótidos es un tecnología emergente que se denomina fitorremediación. Con esta técnica
se puede abarcar distintos tipos de descontaminación, ya sea por el lugar de emplazamiento o por los métodos
a utilizar como por ejemplo fitovolatilización, rizofiltración,... .
Combinando esta nueva tecnología con la utilización de técnicas de ingeniería genética podemos obtener
nuevos organismos a los cuales se les denomina plantas transgénicas y que pueden poseer nuevas
características ajenas a la especie de la que se parte y con ello conseguir un mayor rendimiento en los
procesos de descontaminación.
En la actualidad se investiga para obtener plantas que son capaces de eliminar compuestos muy diversos,
como por ejemplo: la planta del tabaco mediante la expresión de un gen bacteriano es capaz de reducir la
TNT(2,4,6−Trinitrotolueno).
Hoy en día se trata de un campo en el que encontramos muchas trabas para su puesta en acción debido a la
presión de la opinión publica, por la utilización de plantas transgénicas y la legislación actual que pone
muchas trabas a la hora de realizar ensayos de campo con estas plantas.
Bibliografía:
8
• Madigan, Martinko, Parker (1997). Brock Biología de los microorganismos. Ed. Prentice Hall Iberia,
Madrid.
• Barcelo, J. Sabater, B. Nicolas, G. Sanchez R. (1997). Fisiología Vegetal. Ed. Pirámide, Madrid.
• Http://www.hannover2000.net/expo2000hannover/es/tecnologia/proyectos/fitorremediacion/corto.htm
• Http://www.usach.cl/ima/bioremed.htm
1.− La descontaminación de diferentes residuos peligrosos a traves de plantas de denomina:
• Zoorremediación
• Ictiorremediación
• Fitorremediación
• Todas las anteriores
2.− ¿Podria ser posible que la planta de tabaco modificada genéticamente eliminara el TNT (2,4,6
trinitrotolueno) de una zona contaminada?
• No, solamente se usan para hacer cigarrillos light
• Unicamente si la planta de tabaco es cultivada en zig−zag
• Si
• Ninguna de las anteriores
3.− ¿La expresión de que tipo de gen hace posible que la planta de tabaco se use para la fitorremediación del
TNT?
• Un gen humano
• Un gen de rata
• Un gen de lombriz de tierra
• Un gen de bacteria
FISIOLOGÍA VEGETAL APLICADA
3º BIOLOGÍA
Alfonso Álvarez Martín
Carlos Buendía Ibars
Carolina García Cantón
*3*
En la fotografía observamos plantas sobre las que sé esta estudiando la cantidad de agentes contaminantes
liberados a la atmósfera.
En el esquema se pude observa el flujo seguido por el Pb en su proceso de eliminación del suelo.
Producción de plantas transgénicas utilizando Agrobacterium tumefaciens.
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