Fitoextracción de metales pesados en suelos contaminados (página 2)

El conocimiento actual de la forma como los exudados de
la raíz, ácidos orgánicos y quelantes
sintéticos corregidos; potencian la fitoextracción
de metales desde el suelo y su traslocación de la
raíz hacia los brotes, es muy importante. Mientras que la
habilidad de las plantas para acumular metales hasta cierto punto
depende de su capacidad para tolerar elevadas niveles de metal,
hasta cierto punto dependiente de su capacidad para tolerar
elevados niveles de metal en los tejidos, algunos mecanismos
implicados en la acumulación por pate de las plantas,
parecido a la compartimentación en la vacuola y la
quelación en el citoplasma, deben también
investigarse (Warsel et al., 2003). El conocimiento acerca de los
procesos rizosféricos más complejos mediados por
exudados de la raíz, no se pueden desarrollar sobre el
mismo avance referido al conocimiento de la biología de
las raíces (Bais et al., 2004), y muchos buenos sistemas
de fitoextracción permanecen para su investigación.
Sin embargo el destino de los exudados en la rizósfera, y
las reacciones naturales involucradas en la fitoextracción
y el buen transporte de metales por las plantas, aún no es
entendido completamente, esto es admitido porque ellos
contribuyen significativamente para la acumulación de
metales en las plantas. Los compuestos químicos que
probablemente se encuentran en la rizósfera están
claramente asociados con el incremento de la absorción de
metales desde el suelo y su traslocación a las
raíces.(Mench & Martin,1991:Salt et
al.,1995;Krishnamurti et al.,1997;Lin et al.,2003;Wensel et
al.,2003).

El bajo peso molecular de los ácidos
orgánicos probablemente indica que los exudados son los
más importantes en los sistemas de fitoextracción
natural. Ellos influencian la adquisición de metales por
cualquiera de los complejos formados con iones metálicos o
disminuyendo el pH alrededor de las raíces y alterando las
características del suelo. Sin embargo a pesar del hecho
de que la absorción de metales puede ser incrementada
debido a la disminución del pH(Brown et al.,1994),esta
claro que la compleja capacidad de los ácidos
orgánicos, antes que su capacidad para disminuir el pH, es
el principal factor relacionado con la movilización de los
metales en el suelo y su acumulación en las plantas
(Bernal et al.,1994;Mc Grath et al.,1997;Gupta et
al.,2000;Quartancci et al.,2005).Los efectos indirectos de los
exudados de la raíz sobre la actividad microbiana, las
propiedades físicas de la rizósfera y el
crecimiento dinámico de las raíces, pueden
producirse también por la solubilidad y absorción
de iones (Marshner,1995;Walker et al.,2003).Por ejemplo, los
microorganismos pueden estar presentes para movilizar Zn por
hiperacumulación en Thlaspi caerulescens (Whiting
et al.,2001), mediante la disolución de Zn a partir de la
parte no productiva en el suelo.

Algunas plantas liberan quelantes metálicos
específicos o reducen compuestos dentro de la
rizósfera para ayudar a la absorción de Fe y Zn,
cuando la disponibilidad de estos micronutrientes es
baja(Marschner,1995).Otro estimulo ambiental que tiene que
asociarse con la exudación de ácidos
orgánicos de las raíz, incluyendo la
anoxia(Marschner,1995) y la exposición a
Al(Ma,2000;Piñero setal.,2002).Esto significa que los
metales acumulaos pueden incrementar la solubilidad por
liberación de quelantes desde las raíces. Sin
embargo, solamente algunos reportes, sobre la implicancia de
exudados específicos en la absorción y
acumulación de metales potencialmente tóxicos por
las plantas, son poco conocidos. En suma, los coeficientes de
exudación y composición química de los
exudados hiperacumuladores son virtualmente
desconocidos.

Salt et al. (2000) no pudieron identificar alguna
afinidad entre el Ni y el compuesto quelante de Ni en la
rizósfera del planta hiperacumuladora Thlaspi
goesingense. En contraste, ellos establecieron que los
quelantes de Ni histidina y citrato acumulado en los exudados de
en los exudados de la raíz de la planta no
hiperacumuladora Thalspi arvense, expuesta a Ni.
Aquellos descubrimientos realizados por lo autores para sugerir
que la liberación de estos exudados por T.
arvense puede ser una estrategia para reducir la
absorción y toxicidad del Ni, pero Persons et al. (1999),
también establecen que la hiperacumulación de Ni
por T. goesingense , no es determinada por la
sobreproducción de histidina es respuesta al Ni. Puesto
que concentraciones no tóxicas de Ni, ambas especies de
plantas traslocan Ni a las raíces en coeficientes
equivalentes (Krämer etal., 1997), la existencia de un
mecanismo más eficiente de estas especies en la
acumulación de Ni. Krämer et al. (2000), presentan
evidencias con respecto a que la histidina libre puede estar
también involucrada en el transporte de Ni a través
del citoplasma dentro de la vacuola en T. goesingense,
la cual puede ser responsable para la tolerancia y
acumulación de Ni. Krämer et al. (1996), reportaron
anteriormente un incremento de 36 veces en la
concentración de histidina libre, en los exudados del
xilema dela planta hiperacumuladora de Ni Alysium
lesbiacum después de su exposición a Ni,
sugiriendo que la histidina puede estar involucrada en el
transporte y almacenamiento de Ni en aquellas especies. Kerkeb
&Krämer.(2003) recientemente presentaron nueva evidencia
acerca de que el aumento de histidina produce liberación
de Ni desde las raíces dentro del xilema, no solamente en
A. lesbiacum sino también en la especie no
hiperacumuladora B. juncea. Salt et al. (2000)
identificaron complejos Zn-histidina en las raíces de la
especie hiperacumuladora Thlaspi caerulesens, pero
Knight et al. (1997), McGrath et al.(1997) y Zhan et al.(2001) no
detectaron algún exudado especifico relacionado con la
acumulación de Zn por estas especies.

No solamente el rol que juegan los exudados de la
rizósfera en la acumulación de Ni y Zn no es
totalmente entendido, allí también existe una
carencia de información acerca del rol de la
exudación de las raíces en la fitoextracción
de la mayor parte de metales ambientalmente relacionados. De esta
manera es una realidad muy concreta, que allí no existe
una evidencia concluyente, que los exudados hiperacumuladores
quelantes específicos en la rizósfera para aumentar
la absorción de metal. Por lo tanto, la liberación
y la traslocación necesita ser investigad de una manera
más profunda. En efecto, incrementar la absorción
de la raíz, es el primer paso para la remoción
exitosa desde el suelo. Suposiciones acerca de la
compresión de estos procesos y los compontes involucrados,
son esenciales para la tecnología de la
fitoextracción. Las investigaciones concluidas por Ryan et
al. (2001), indican que la verdad acerca de que las plantas
pueden ser aprovechadas a partir de la exudación de
ácido orgánico, en un gran número de
vías, fue un estimulo interesante de ingeniería
genética para el incremento de la exudación de
acido orgánico en la copa en especies de pastura. Estos
autores sostienen que grandes cambios en la producción de
ácido orgánico pueden obtenerse en levaduras y
bacterias por la inactivación o sobreexposición de
genes específicos, cuyos productos están
involucrados en la biosíntesis de acido orgánico.
Estos estudios con microorganismos pueden ser útiles en la
determinación puedan manipularse con éxito pata
altera la biosíntesis de ácidos orgánicos y
exudación de ácidos orgánicos en las
plantas.

Por supuesto, este avance sobre el conocimiento del
control genético de los exudados de la raíz puede
ser utilizado para acelerar la habilidad de las plantas en la
extracción de metales desde el suelo. Anteriormente
exudados específicos de la raíz, relacionados con
el incremento de la absorción de metales del suelo fueron
identificados, en las plantas pueden ser dirigidos, mediante la
ingeniería genética una elevada exudación de
aquellos componentes naturalmente biodegradables. La
manipulación genética de la rizósfera de la
planta para aumentar la solubilidad del metal puede ser de esta
manera una buena opción, y no solamente puede hacer
más eficiente la fitorremediación; si no
también vencer las fuerzas ambientales asociadas con la
fitoextracción químicamente inducida.

Los agentes quelantes para la
fitoextracción

El nombre "quelante" deriva de la palabra griega
"chela", que significa pinza, porque el anillo que se forma entre
el quelante y el metal es similar, en apariencia, a los brazos de
un cangrejo con el metal en sus pinzas. En la Figura 6, se
muestran algunos ejemplos de agentes quelantes. Se ha demostrado
que el ácido etilen diamino tetra acético (EDTA) es
uno de los agentes quelantes sintéticos más
eficientes para incrementar la solubilidad de varios metales en
el suelo como el plomo, cromo y cobre. (Blaylock et al.,
1997). La capacidad del EDTA para aumentar la
concentración de metales solubles en el suelo está
influenciada por varios factores como la concentración y
tipo de metales, el pH del suelo, y el tipo de partículas
del suelo, entre otras. Sin embargo, su uso tiene algunas
desventajas como que no es selectivo para extraer un solo metal
(Barona et al., 2001) debido a que forma complejos con
cationes como Al3+, Ca2+, Fe2+ Mg2+ (Waisel et al., 1996). Una
alternativa para movilizar metales en el suelo es el uso de
ácidos orgánicos de bajo peso molecular (acido
málico, tartárico, cítrico, glucónico
y láctico), identificados en los exudados de las
raíces de vegetales comunes, cereales y soya. Hoy en
día está muy bien documentado que los exudados de
las raíces están involucrados en la
liberación de nutrimentos en el suelo (Schnitzer, 2000).
La importancia de los agentes quelantes en el suelo, se debe a su
capacidad para incrementar la solubilidad de cationes
metálicos, logrando así que las raíces de
las plantas los absorban fácilmente, pero cuando la
concentración de metales disponibles en el suelo es
excesiva, las plantas pueden presentar síntomas de
toxicidad como respuesta al estrés ocasionado por los
mismos (Ann et al., 2005).

Figura 6. Ejemplo de agentes quelantes.
(Fuente: Hernández, 2009)

Fito
extracción una tecnología con un futuro
prometedor

Algunos avances importantes se hicieron en los
últimos años, referidos al proceso de entendimiento
de los procesos involucrados en la fitoextracción de
metales desde suelos contaminados, especialmente en aquellos que
contribuyen a la absorción e hiperacumulación de
metales.

Sin embargo, muchos vacios con respecto al conocimiento
a la fisiología del suelo y sus componentes
químicos y microbiológicos, tiene que ser resueltos
antes de que la fitorremediación pueda convertirse en una
tecnología comercial. Por ejemplo, un mejor entendimiento
de la interacción que se produce en la rizósfera,
será importante para el éxito definitivo de la
fitoextracción, como una técnica apropiada para
limpiar la superficie de los suelos. Se esperan futuros avances
en este campo de investigación, que produzcan un impacto
sustancial sobre el potencial de la fitoextracción. La
identificación de exudados específicos asociados
con la solubilización de metales en el suelo, puede
facilitar la utilización de caminos alternativos para la
manipulación de la rizósfera de la planta, y
aumentar de esta manera la biodisponibilidad del metal. Para la
fitoextracción químicamente inducida, la
dinámica de los metales quelados en la rizósfera,
necesita para ser examinada, cualquiera de los dos caminos para
poder superar los riesgos asociados con la baja degradabilidad de
los quelantes sintéticos, o para optimizar el uso de
más componentes biodegradables. Adicionalmente, las
investigaciones y políticas diseñadas tienen que
también dentro de las uniones químicas de metales
en los suelos e identificar cuales d e ellas son los objetivos
para la fitoextracción. No obstante, es un consenso que la
concentración total no esta correlacionada con
biodisponibilidad, la mayor parte de enfoques que hace la
legislación sobre la remediación de suelos sobre
las concentraciones tolerantes de metal en los suelos. Aunque
este parece ser seguido, correcciones químicas pueden ser
suficientemente reactivas, para extraer metales estrechamente
limitada para los óxidos y silicatos minerales y quelados
por materia orgánica, lo cual representa unas fracciones
amplias de metales en los suelos contaminados, promoviendo en el
exterior, el lixiviado de metales en el perfil del
suelo.

El conocimiento completo de la tolerancia de la planta
al metal, será esencial para desarrollar estrategias para
incrementar genéticamente la habilidad de las plantas para
la acumulación de metal. Esto tendrá significativas
implicancias para la fitorremediación. Dado que la
mayoría de las especies hiperacumuladoras conocidas,
crecen lentamente y tiene biomasa pequeña, expresando sus
genes acumuladores de metales en el crecimiento rápido,
elevada biomasa de plantas, es una prometedora
aproximación para desarrollar plantas que puedan ser
utilizadas en la tecnología de fitoextracción. Las
técnicas agronómicas para el exitoso crecimiento de
plantas para la fitoextracción propuestas en la
fertilización, mediante la aplicación de quelantes
y prácticas para minimizar la propagación de
metales a través dela cadena alimenticia, también
se espera una investigación más
detallada.

Podemos esperar que en un futuro cada vez más
cercano, y gracias a las especies hiperacumuladoras
transgénicas, estos problemas se puedan solucionar,
desarrollando variedades artificiales a medida, que sean
más tolerantes al contaminante, posean mayor eficacia
absorbente, resistan al clima de la región que se desee
descontaminar y acumulen el contaminante en las hojas y partes
superiores de la planta, de forma que sea más fácil
de recolectar. Por último, sería deseable que su
cosecha se pudiera automatizar fácilmente y que el metal
fuera recuperado para ser reciclado y obtener así un
beneficio económico adicional.

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Autor:

M. Sc. Marco Valdivia
Málaga

Instituto de Bioingeniería Aplicada
(ABI). Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa.
Calle San Agustín Nº. 115. 2do. Piso.
Arequipa-Perú.

Web: http://abiunsa.edu.pe