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) olga_nirvana@hotmail.com Asesor: Dra. María Guadalupe de la Rosa Álvarez (Universidad de Guanajuato) delarosa@quijote.ugto.mx 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. 6. Peralta, J.R., Gardea-Torresdey, J.L., Tiemann, K.J., Gomez, E., Arteaga, S., 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