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EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD DE CADMIO EN LAS SEMILLAS DE HUIZACHE YÓNDIRO (Acacia.

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EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD DE CADMIO EN LAS SEMILLAS DE HUIZACHE YÓNDIRO (Acacia farnesiana) RECOLECTADAS EN JALES MINEROS

Ana Guadalupe Alpizar Negrete1 , Dr. Gustavo Cruz Jimenez2 1

División de Ciencias Naturales y Exactas, Universidad de Guanajuato, ana6086_4@hotmail.com 2

Universidad Guanajuato, División de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de Farmacia, cruzg@ugto.mx.

RESUMEN

Se evaluó la toxicidad del cadmio (Cd) en semillas de huizache yóndiro (Acacia farnesiana) obtenidas del municipio de Xichú con la finalidad de usar esta especie vegetal como un posible candidato para la fitorremediación debido a que el huizache crece en lugares aledaños a jales mineros que contienen altas concentraciones de metales pesados. Las semillas de A. farnesiana se sembraron en una solución hidropónica con diferentes concentraciones de nitrato de cadmio (Cd(NO3)2). En este estudio se evalúo el efecto del Cd(II) en la germinación, crecimiento de raíz y tallo, y producción de biomasa de A. farnesiana. En la concentración más baja utilizada de 0.01ppm, existe un efecto tóxico significativo en las semillas (p<0.05) al compararse con el tratamiento control, impidiendo que éstas germinen de manera adecuada e impidiendo su desarrollo a plántulas. Estos resultados demuestran que esta especie es muy sensible a Cd(II) en comparación con otras especies previamente reportadas.

PALABRAS CLAVES: fitorremediación, tolerancia, Xichú, Guanajuato, fitotoxicidad INTRODUCCIÓN

La minería es la obtención selectiva de minerales y otros materiales de la corteza terrestre. En México se le considera un país productivo minero-metalúrgico, en base a los datos de producción de minerales en México obtenida en Octubre del 2011, su producción está enfocada al oro, plata, cobre, zinc y otros minerales, aumentando la producción de un 24% con respecto al año pasado [1].

México comenzó con problemas de contaminación desde principios de la época colonial y hasta nuestros días continua la explotación del oro y la plata provocando una gran producción de jales mineros; los cuales son residuos en forma de lodos y fangos (mezcla líquida de materiales finamente molidos) que quedan después de la extracción de metales a partir de minerales metalíferos, y que usualmente se comportan como un suelo]. En su interior existen mezclas de reactivos químicos que facilitaban la extracción de los metales en la minas, por lo que es común que estas presas presenten altos contenidos de elementos potencialmente tóxicos (EPT) como arsénico(As), plomo (Pb), cadmio (Cd), selenio (Se) y zinc (Zn), además del mercurio (Hg) y el cianuro (CN-) [2].

En los diferentes lugares de explotación minera en el estado de Guanajuato, se observa que al pasar los años, existe una gran diversidad de especies vegetales que crecen sobre estos sitios y que se han

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considerable de EPT. Esta característica puede ser utilizada con la finalidad de usarse con fines de fitorremediación la cual es una tecnología en la que se utilizan plantas con la finalidad de remover contaminantes.

Sin embargo la toxicidad de metales pesados hacia las plantas varía con el metal individual y la concentración, inducción de clorosis y la reducción de la producción de biomasa [3]. Por lo cual es importante aclarar que no todas las especies de plantas son apropiadas para la fitorremediación. La planta ideal para este propósito debe tener varias características entre las que se incluyen un crecimiento rápido, una alta producción de biomasa y la habilidad para acumular cantidades significativas de contaminantes en la parte aérea así como tolerancia a altas concentraciones de los contaminantes en el medio de crecimiento. En cuanto a la concentración de metales y no metales, la mínima concentración en la parte de los hiperacumuladores depende del elemento. Así por ejemplo, para Zn y Mn, el límite es del 1%, para Co, Ni, Cu, Cr y Pb la mínima concentración es del 0.1%, y para Cd es de 0.01%. [4]

Marco teórico. El cadmio (Cd) es un metal pesado blando y dúctil, de número atómico 48, pertenece al grupo 12 de la tabla periódica y es de color blanco azulado. El cadmio produce efectos tóxicos en los organismos vivos, aun en concentraciones muy pequeñas.

La biodisponibilidad del Cd para la planta depende de numerosos factores físicos, químicos y biológicos que modifican su solubilidad y el estado del metal en el suelo. Los principales factores son el pH del suelo, el potencial redox, la temperatura, el contenido de las arcillas, materia orgánica y agua. Por último es importante destacar el tipo de cultivo de que se trate, ya que no todas las plantas acumulan cadmio en igual medida[6]

En general el Cd interfiere en la entrada, transporte y utilización de elementos esenciales (Ca, Mg, P y K) y del agua, provocando desequilibrios nutricionales e hídricos en la planta. Uno de los síntomas más extendidos de la toxicidad por cadmio es la clorosis producida por una deficiencia en hierro, fosfatos o por la reducción del transporte de Mn. El tratamiento con cadmio produce reducción de la actividad ATPasa de la membrana plasmática, alteraciones en la funcionalidad de la membrana plasmática y desequilibrios en el metabolismo del cloroplasto, inhibiendo la síntesis de clorofila y reduciendo la actividad de enzimas implicadas en la fijación de CO2 [5].

Huizache yóndiro (Acacia Farnesiana). Es un arbusto espinoso o árbol pequeño, perennifolio, de 1 a 2 m de altura la forma arbustiva y de 3 a 10 m la forma arbórea, con un diámetro a la altura del pecho de hasta 40 cm. El huizache yóndiro posee efectos restauradores, ya que puede estabilizar bancos de arena, además es recomendado para frenar arenas movedizas, también como conservador de suelo (controla la erosión), puede recuperar terrenos degradados y es un fijador de nitrógeno. El tiempo promedio que tarda en germinar es de 12 días. La germinación y crecimiento de las plántulas se ve favorecida en un rango de pH de 5 a 8 y a una temperatura de 30 ºC. [6]

Justificación. El uso de la fitorremediación se considera una técnica potencialmente capaz de dar soluciones para la remoción de metales pesados con un gasto financiero y tecnológico relativamente menor. En este trabajo se evalúa la toxicidad del Cd en el huizache yóndiro (Acacia farnesiana) con la finalidad de determinar la tolerancia que presenta esta planta hacia este metal. Esta especie puede ser de gran utilidad como posible fitorremediadora de suelos extrayendo el cadmio de los suelos, ya que crece en sitios contaminados y es una planta nativa del estado de Guanajuato.

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MATERIALES Y METODOLOGÍA

Preparación de medio nutritivo y solución de Cd. Se preparó una solución nutritiva modificada de a cuerdo a como lo reporta Peralta y cols. [7] con las siguientes soluciones concentradas: Ca(NO3)2  4H2O (0.35 mM); CaCl2 2 H2O (2.1 mM); KH2PO4 (0.97mM);KNO3 (0.255mM); Mg(NO3) 6H2O (0.91 μM); Fe(NO3)39H2O (10 μM); H3BO3 (23.13 μM); MnCl24H2O (3.9 μM); MoO3 (23.13 μM); Zn(NO3)2 6H2O (0.37 μM); CuSO45H20 (0.44 0.37 μM). Posteriormente, se tomaron 10 ml de cada una de las soluciones, se adicionó la cantidad necesaria de Cd para obtener concentraciones finales de 0, 0,01, 0.1, 10 y 100 ppm. Finalmente, se ajustaron a un pH de 5.8 y se aforaron a un volumen final de 1000 mL. Tratamiento de las semillas. . La recolección de A. farnesiana se llevó a cabo de forma manual en la zona de Xichú, tomando aproximadamente 100 vainas de huizache de seis muestras de arbustos de A. farnesiana que crecen en suelos aledaños en jales mineros. El sitio de recolección está localizado a 21° 19, 903’ latitud norte y 100° 01, 888’ longitud oeste. Una vez teniendo nuestras semillas se esterilizaron agregándoles 4% de hipoclorito de sodio manteniendo en agitación suave por 30 min y después se lavaron con agua esterilizada.

Siembra de semillas. Se usaron toallitas de papel esterilizadas en autoclave para la germinación de las

semillas utilizándose 5 toallitas por replica.

En cada toallita se colocaron 10

semillas dejando espacios de 1 cm de

las orillas y entre ellas

humedeciéndose con las diferentes

concentraciones del metal para después

doblarlas primero horizontalmente y

después verticalmente

aproximadamente de un centímetro entre

cada doblez formando finalmente

un rollo. Previamente a la colocación de

rollos, se esterilizaron vasos de plástico de 1 L con hipoclorito de sodio al 8% por media hora; una vez esterilizados se procedió en colocar 5 rollitos en cada vaso de plástico como se observa en la Figura 1 colocándoles su respectiva solución nutritiva a diferentes concentraciones del metal.

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Una vez terminado este proceso se colocaron cada uno de los vasos en una cámara de crecimiento dando un periodo de oscuridad de dos días y una vez germinadas las semillas, se dejaron en un fotoperiodo de 12 hr. luz y 12 hrs. oscuridad.

Evaluación de la tolerancia al Cd. Las semillas de A. farnesiana se dejaron germinar y crecer durante dos semanas. Posteriormente del tiempo de germinación, se procedió a cosechar las plántulas obtenidas, separando la raíz y parte aérea (tallos y hojas), midiendo la longitud de raíz y tallos. Se cuantificó la biomasa obtenida en base a peso seco para cada uno de los tratamientos y sus triplicados, para lo anterior, las muestras se dejaron en una estufa durante 12 horas a una temperatura de 60ºC.

Análisis estadístico. Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) y el análisis post-hoc de Tukey HSD para identificar diferencias significativas en las respuestas evaluadas para cada uno de los tratamientos realizados por triplicado, y la significancia de 0.05.

DISCUSION DE ANALISIS Y RESULTADOS

Análisis del porcentaje de germinación. Después de 15 días que se les dio a las semillas para que estas germinaran y posteriormente convertirse en plántulas, algunas de estas semillas no completaron el periodo de germinación observándose como embriones. El criterio para considerar a una semilla como germinada es el que presentara un embrión mayor a 2mm.

El porcentaje total de germinación, se muestra en la Figura 2 observándose una grafica correspondiente a la tabla observándose con mayor claridad como el cadmio afecto su crecimiento.

Figura 2. Porcentaje de germinación de Acacia farnesiana en presencia de Cd a diferentes concentraciones. Las barras muestran el promedio ± la desviación estándar. Letras diferentes indican

diferencias significativas entre los tratamientos (p<0.05).

Los resultados observados en la figura anterior muestra que el porcentaje de germinación se redujo significativamente (p<0.05) a partir del tratamiento de 0.01 ppm con respecto al control, lo cual indica la alta toxicidad del Cd, incluso a la más baja concentración del Cd utilizado en el experimento.

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Evaluación del crecimiento de raíz y tallo. En la Tabla 1 se muestra el promedio general de crecimiento de tallo y raíz en el control y en el tratamiento en donde crecieron las plántulas suficientes para realizar una estadística. El tratamiento de 0.01 ppm no presentó diferencias significativas con respecto al control en la longitud del tallo y la raíz. Sin embargo, la cantidad de plántulas obtenidas en el tratamiento de 0.01ppm de Cd fue menor que en el control. En los tratamientos con concentraciones mayores a 0.01ppm no crecieron plántulas y se presentaron nada más algunas semillas germinadas, lo que demuestra la toxicidad del Cd en estas concentraciones.

Tabla 1. Evaluación de la toxicidad del Cd en la longitud de tallo y raíz. Concentración

(mg/L)

Tallo (cm) ± D.E.* Raíz (cm) ± D.E.

0 5.9 ± 1.6 7.6 ± 2.6

0.01 3.2 ± 1.6 4.2 ± 2.6

* D.E. = Desviación estándar

Evaluación de la producción de la biomasa. El tratamiento control presentó un promedio de peso de tejido seco de 0.1186 ± 0.0134 (media± desviación estándar), y al compararse con los otros tratamientos se encontraron diferencias significativas en cuanto a la producción de la biomasa (p<0.05). Esto indica que el Cd a concentraciones mayores de 0.01ppm afecta la producción de biomasa.

Al compararse los resultados anteriores con el trabajo de Valtierrra (2011) [8], en donde experimenta con coliflor (Brassica oleracea var. botrytis) y mezquite (Prosopis glandulosa) se observa que A. farnesiana presenta efectos tóxicos del Cd incluso en más bajas concentraciones, ya que tanto en la coliflor como en mezquite el efecto fitotóxico se presenta a partir de concentraciones de 5 y 1 ppm de Cd(II), para coliflor y mezquite, respectivamente. Por otro lado, en A. farnesiana, el efecto tóxico en 0.01 ppm, indicando que es mucho menos tolerante que la coliflor y el mezquite, siendo ésta especie nativa del estado de Guanajuato.

CONCLUSIÓN

En el municipio de Xichú se observó que el huizache yóndiro (A. farnesiana) crecía en un sitio aledaño a los jales con altas concentraciones de metales pesados, por lo que se propuso como una posible especie fitorremediadora. Sin embargo, al evaluar su tolerancia, los resultados no fueron tan satisfactorios como se esperaba, puesto que el porcentaje de germinación en cada una de la concentraciones con Cd(II) no fue mayor del 2%. En concentraciones de 0.01 ppm y mayores se observó un efecto tóxico en la germinación y la producción de biomasa al ser comparado con el tratamiento control. El efecto tóxico que se presentó en la elongación de raíz y tallo, no existieron diferencias significativas entre el control y el tratamiento de 0.01ppm de Cd(II) (p<0.05), sin embargo, la producción de plántulas fue mucho menor, y en concentraciones mayores a 0.01ppm de Cd(II) no se desarrollaron plántulas suficientes y los embriones no se desarrollaron de manera adecuada para formar plántulas. Los resultados demuestran que A. farnesiana es poco tolerante al Cd(II) y que con fines de fitorremediación es mejor utilizar otras especies como la coliflor, ya que tolera mayores concentraciones de Cd(II).

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AGRADECIMIENTOS

Este presente trabajo va dirigido a aquellos que hicieron posible poder culminarlo, al Dr. Gustavo Cruz Jiménez quien dirigió este proyecto depositando su confianza y paciencia en mí, brindándome la experiencia de colaborar con un usted, lo admiro. A la Universidad de Guanajuato por darme la oportunidad de participar en este verano de investigación científica y por darnos un incentivo para el desarrollo de este proyecto y a mis asesores de la DCNyE por la motivación que nos dan a todos nosotros como alumnos para recalcarnos la importancia, la utilidad que tiene el área de ciencias y el interés hacia la investigación.

REFERENCIAS

[1] Instituto Nacional de Estadística y Geografía

<http://www.inegi.org.mx/inegi/contenidos/espanol/prensa/comunicados/minbol.asp> [consultada 04/07/12]

[2] Ramos Y.R. (2006) Estrategia para identificar jales mineros con potencial de riesgo ambiental en el distrito minero: estudio de caso en el distrito de Guanajuato, México. 23(1):54 – 74

[3] Odegba, VJ,(2006) Effects of heavy metal son some proximate composition of Eichhornia crassipes, vol 10 J. Appl. Sci. Environ. Mgt. pp. 83 – 87

[4]Dra. María Guadalupe de la Rosa fitorremediación

<http://www.revistaequim.com/numeros/2/fitorremediacion.htm> [consultada 04/07/12] [5] Rodriguez-Serrato(2008) Toxicidad del cadmio en plantas, AEET17 (3): 139-146. [6] Willd. Acacia Farnesiana Publicado en: Species Plantarum 4(2):1083-1084. 1806

[7] Resendiz S. M (2011). Evaluación del efecto de selenio en la Toxicidad y acumulación del cromo en Mezquite Prosopis spp pp 15- 17 y 64

[8] Valtierra G.A. Evaluación del efecto de selenio y cadmio en la germinación y crecimiento de Mezquite (Prosopis glandulosa) y Coliflor (Brassica oleracea var. botrytis) pp 33- 36

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