Capacidad torremediadora de Capacidad torremediadora de
Hydrocotyle ranunculoidesHydrocotyle ranunculoides
L. f., en L. f., en
aguas contaminadas con mercurioaguas contaminadas con mercurio
Phytoremediation capacity of Phytoremediation capacity of
Hydrocotyle ranunculoidesHydrocotyle ranunculoides
L. f., in L. f., in
waters contaminated with mercurywaters contaminated with mercury
Recibido: 18 de Agosto 2018 | Aceptado: 02 de Octubre 2018
Abigail Rumaja
1
, Jackeline Z. Huamán
1
& Anahí Cardona
1
1
Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco
Correo electronico: anahi.cardona@unsaac.edu.pe
ResumenResumen
El objetivo fue evaluar la capacidad torremediadora de la especie
vegetal H. ranunculoides L. f., en relación a la contaminación de
muestras de agua con mercurio a diferentes concentraciones. Para lo cual
se realizaron tres etapas, la primera fue la recolección y el cultivo en
sistema hidropónico, la segunda la contaminación con mercurio (II) en
muestras de agua en laboratorio y la tercera evaluar la capacidad
torremediadora. Para el análisis del mercurio se usó la técnica de
Espectrofotometría de Absorción Atómica (AAS). También se evaluó las
alteraciones morfológicas y de composición. La exposición de la
especie vegetal a la contaminación con mercurio a las concentraciones de
0.1, 0.5, 1.0, 2.0 y 5.0 ppm duró 15 días. En los resultados, muestran que la
concentración 1.0 ppm genera clorosis y a 5.0 ppm necrosis; en cuanto a
la longitud de raíz, tallo y hojas se observó disminución proporcional a la
concentración de mercurio. La morfología interna muestra alteraciones por
el mercurio a nivel de pared celular, organización de tejidos y sistema
vascular, tanto en raíz, tallo y hoja. En la composición se observó
disminución del porcentaje de humedad, cenizas, proteínas, grasas y bra e
incremento del porcentaje de carbohidratos, en diferentes concentraciones.
El factor de bioacumulación fue mayor a 1000 mg/L hasta la concentración
1.0 ppm de mercurio. El factor de traslocación en las concentraciones 0.1 y
0.5 ppm Hg2+ es > 1mg/L y en concentraciones de 1.0, 2.0 y 5.0 ppm Hg2+
el mercurio se encuentra en mayor proporción en raíz.
Palabras clave: Fitorremediación; mercurio; factor de bioacumulación (BAF); factor de
traslocación (FT); Hydrocotyle ranunculoides L. f. espectrofotometría de absorción
atómica.
AbstractAbstract
The objective was to evaluate the phytoremediation capacity of the plant
species H. ranunculoides L. f., In relation to the contamination of water
samples with mercury at dierent concentrations. For which three stages
Ambiente, Comportameinto y Sociedad
(2018), 11, 2, 1-28 eISSN 2709-8219X
Doi: 10.51343/racs.v1i2.571
were carried out, the rst was the collection and cultivation in a
hydroponic system, the second the contamination with mercury (II) in
laboratory water samples and the third evaluated the phytoremediation
capacity. For the analysis of mercury, the Atomic Absorption
Spectrophotometry (AAS) technique was used. Morphological and
compositional alterations were also evaluated. Exposure of the plant
species to mercury contamination at concentrations of 0.1, 0.5, 1.0, 2.0, and
5.0 ppm lasted 15 days. In the results, they show that the 1.0 ppm concentration
generates chlorosis and at 5.0 ppm necrosis; As for the length of the root,
stem and leaves, a proportional decrease was observed in the mercury
concentration. Internal morphology shows alterations by mercury at the cell
wall level, tissue organization and vascular system, both in root, stem and
leaf. In the composition, a decrease in the percentage of humidity, ashes,
proteins, fats and ber and an increase in the percentage of carbohydrates
were observed, in dierent concentrations. The bioaccumulation factor was
greater than 1000 mg / L up to the 1.0 ppm concentration of mercury. The
translocation factor in concentrations 0.1 and 0.5 ppm Hg2 + is> 1mg / L and
in concentrations of 1.0, 2.0 and 5.0 ppm Hg2 + mercury is found in a higher
proportion in the root.
Keywords: Phytoremediation; mercury; bioaccumulation factor (BAF); factor of
traslocation (FT); atomic absorption spectrophotometry.
IntroducciónIntroducción
La torremediación tiene como mecanismo la bioacumulación, que consiste
básicamente en absorber, concentrar y precipitar metales pesados en el interior de las
células de las especies vegetales. Estos procesos se pueden dar en diferentes partes de la
planta, como son vacuolas y pared celular de hojas, tallos y raíces (Cabo & Frers, 2008;
Delgadillo et al, 2011) Para realizar este estudio se tomó en cuenta la problemática de
la alta contaminación del agua por metales pesados entre ellos el mercurio, cuya fuente
son los residuos de actividades productivas como: la minería, industria, agricultura
(fertilizantes y herbicidas), y también debido a causas naturales por fenómenos
geológicos (meteorización, la erosión de las rocas y la lixiviación). Por tal motivo se
buscan nuevas técnicas de descontaminación, una de estas sería la torremediación
con macrótas acuáticas como es
Hydrocotyle ranunculoides
(Mateccllo) (Pinto, 2014;
Cubero & Vieira, 1999).
Los recursos hídricos a nivel mundial vienen siendo afectados principalmente
por la actividad minera en la cual se lleva acabo procesos de lixiviación provocando la
liberación de altas concentraciones de metales pesados entre ellos el mercurio (Díaz,
2016). El mercurio debido a su alta toxicidad puede ocasionar efectos deletéreos en
la salud. Se habla además de que dicho metal es bioacumulable, permaneciendo entre
18 y 30 años en el organismo, también compite con el Fe, Zn, Mn, Se, y Cu por los
ligandos en sistemas biológicos alterando funciones metabólicas. Los metales se
incorporan usualmente a las proteínas, algunas de las cuales funcionan como enzimas o
catalizadores biológicos (Pinto, 2014; Gisbert, 2001).
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En Cusco, Perú, crece la especie vegetal
Hydrocotyle ranunculoides
(Mateccllo);
que de comprobarse su capacidad torremediadora en relación a la contaminación con
mercurio, podría ser utilizada en el tratamiento de aguas contaminadas por este metal,
mediante la construcción de humedales articiales especialmente en zonas afectadas por
la actividad minera.
El presente trabajo de investigación tiene por objetivo evaluar la
capacidad torremediadora de la especie vegetal
Hydrocotyle ranunculoides
(Mateccllo) en relación a la contaminación con mercurio a diferentes concentraciones.
MetodologíaMetodología
Materiales y métodosMateriales y métodos
Lugar de ejecución del trabajo.Lugar de ejecución del trabajo.
El cultivo hidropónico se llevó a cabo en un gabinete adecuado para la
adaptación de las especies vegetales, ubicado a una altitud de 3235 m.s.n.m. en la ciudad
de Cusco, Perú. La etapa de contaminación con mercurio, preparación de reactivos y
análisis por espectrofotometría de masas se realizó en el laboratorio MCQUIMICALAB
Cusco, Perú.
El procesamiento y lectura de las muestras se realizó en el laboratorio de la
Escuela Profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional San
Antonio Abad del Cusco, Perú. El análisis proximal de la especie vegetal y preparación de
reactivos se realizó en el laboratorio de Química de la Escuela Profesional de Química
de la Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco, Perú.
El análisis de la morfología interna y externa de la especie vegetal se realizó
en el laboratorio de Farmacognosia y Productos Naturales de la Escuela Profesional de
Farmacia y Bioquímica de la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco,
Perú.
Diseño del estudio.Diseño del estudio.
Se realizó un estudio de tipo cuasi experimental. Se usó un
análisis secundario de una investigación primaria (Huamán y Abigail, 2017).
Procedimiento para determinar la concentración de mercurio en raíz, parte Procedimiento para determinar la concentración de mercurio en raíz, parte
aérea y agua.aérea y agua.
Método de la ditizona - 3500 Hg C. ( Eaton, Cresceri y Greenberg, 1995) Método de la ditizona - 3500 Hg C. ( Eaton, Cresceri y Greenberg, 1995)
(Sandell, 1950). Fundamento de la extracción de mercurio por el método de la ditizona(Sandell, 1950). Fundamento de la extracción de mercurio por el método de la ditizona
El mercurio ionizado reacciona con la ditizona para dar un
omplejo coloreado: el ditizonato de mercurio, que presenta tonos entre
anaranjado y rojo. La ditizona disminuye la tensión supercial de las disoluciones,
produciendo gotas pequeñas y aumentando la cantidad de muestra que llega a la llama.
La ditizona es el reactivo de elección cuando es cuestión de aislar mercurio de una
solución conteniendo una sola parte pequeña de metales pesados tales
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como cobre, plata, zinc, etc., porque al combinarse la ditizona y el
mercurio forma ditizonato de mercurio, el cual puede ser extraído
cuantitativamente de la solución débilmente básica, esta es fácilmente descompuesta
por agitación del solvente orgánico con una solución ácida diluida 0.01N de ácido
sulfúrico.
Determinación del factor de bioacumualción (BAF) y factor de traslocación Determinación del factor de bioacumualción (BAF) y factor de traslocación
(Mendieta W. C. & Taisigue L. K., 2014)(Mendieta W. C. & Taisigue L. K., 2014)
El cálculo del factor de bioacumulación (BAF) se hizo para estimar la relación
entre los residuos de mercurio en las plantas y las concentraciones medidas en el medio
donde viven (agua). Los BAF se calcularon dividiendo la concentración de mercurio
total en la planta con la del agua. Los factores de bioacumulación indican qué especies de
plantas pueden ser consideradas acumuladoras, tolerantes o exclusoras.
El factor de traslocación se obtuvo dividiendo la concentración en el órgano de
interés (parte aérea) entre la concentración en la raíz. Los factores de bioacumulación y
traslocación indicarán qué especies de plantas pueden ser consideradas acumuladoras,
tolerantes o exclusoras.
Las plantas con BAF ≥1000 mg/L y FT ≥ 1 mg/L son considerados como
acumuladoras o híper acumuladoras, las que presentan valores <1000 mg/L y < 1 mg/L,
respectivamente, son consideradas como tolerantes y las que presentan valores < 100
mg/L y < 1 mg/L se consideran como plantas exclusoras.
Fórmula del factor de bioacumulación (BAF):
[Hg]tejidos
BAF
=
[Hg]agua
Donde:
[Hg] tejidos= Es la concentración total de mercurio en el tejido vegetal (raíz y parte
aérea).
[Hg] agua= Es la concentración de mercurio inicial en el agua contaminada.
Fórmula del factor de traslocación (FT):
([Hg]parte aérea)
F T
=
[Hg]raíz
Donde:
[Hg] parte aérea= Es la concentración total de mercurio en parte aérea.
[Hg] agua= Es la concentración total de mercurio en raíz.
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Procedimiento general para la caracterización de la morfología externa e interna Procedimiento general para la caracterización de la morfología externa e interna
de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoidesde la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides
- Evaluación de la presencia de clorosis y necrosis en Hydrocotyle
ranunculoides durante la contaminación con mercurio (Azcón & Talón, 2008)
Durante los 15 días de contaminación se observó la aparición de
clorosis y necrosis foliar a las diferentes concentraciones de mercurio.
- Descripción morfológica externa (morfometría) (Azcón & Talón, 2008)
La morfometría se realizó antes y después de la contaminación del agua
con mercurio, donde después de la contaminación que duró 15 días se
observaron cambios en el crecimiento tanto de la raíz como el de la parte aérea.
Para obtener las características morfológicas de las muestras vegetales, se
utilizó el vernier y la observación directa, considerando los siguientes parámetros:
Talla de la planta en cm.
Longitud del tallo en cm.
Diámetro del tallo en cm.
Longitud de raíz en cm.
Longitud de hojas en cm.
Ancho de hojas en cm
- Descripción morfológica interna (Azcón & Talón, 2008)
Después de los 15 días de contaminación con mercurio se procedió a realizar los cortes
histológicos de ambas especies para observar los efectos tóxicos de este metal a nivel
de tejidos.
- Índice estomático y densidad estomática (Barrientos & Borys, 2003)
Índice estomático:
(Número de estomas)
IE
= ×100
(Número de células epidérmicas+número de estomas)
- Densidad estomática
(Número de estomas)
DE
=
mm
2
Representa el cociente entre el número de estomas y la cantidad de células epidérmicas.
Procedimiento para el análisis proximal Procedimiento para el análisis proximal
Este procedimiento se realizó antes y después de la contaminación con
mercurio, con la nalidad de determinar las concentraciones de grasas, proteínas y
carbohidratos ya que estos tienen un papel importante en el mecanismo de
torremediación.
- Determinación de proteína total (Método kjeldahl AOAC, 991.20) (Adaptado)
(AOAC International, Ocial methods of analysis of AOAC International., S. F.)
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Fundamento: Toda materia orgánica es degradable cuando se somete a un proceso de
digestión en presencia de un ácido y catalizador formándose sales que contienen
nitrógeno, el nitrógeno se libera en forma de amoniaco por una reacción de sustitución
con una base fuerte, el nitrógeno liberado se captura en ácido para luego cuanticar por
titulación ácido-base.
Cálculos:
Donde:
%N total: Porcentaje de nitrógeno total
N = Normalidad de solución estándar de H2SO4
Vf = Volumen nal de H2SO4 consumido
m= Peso en g de la muestra
Para obtener la cantidad de proteína bruta se multiplica por el factor de conversión que es
6.25 para productos vegetales.
- Determinación de bra total (Método gravimétrico hidrólisis ácida y alcalina AOAC.
920,86) (Adaptado) (AOAC International, Ocial methods of analysis of AOAC
International., S. F.)
Fundamento: Su determinación se basa en la simulación de la digestión en el organismo
por compueos ácidos y alcalinos separando los conituyentes solubles de los insolubles.
Cálculos:
Donde:
P1= Peso de la bra cruda después de la digestión ácida alcalina en (g)
P2= Peso de la muestra incinerada (ceniza), (g).
Pm= Peso de la muestra (g)
- Determinación de ceniza total (Método gravimétrico, por calcinación AOAC 940.26
(Adaptado) (AOAC International, Ocial methods of analysis of AOAC
International., S. F.)
Fundamento: El agua y los vapores son volatilizados y la materia orgánica es quemada en
presencia de oxígeno en aire a CO2 y óxido de nitrógeno, la mayoría de los minerales son
convertidos, en óxidos, sulfatos, fosfatos, cloruros y silicatos, elementos como el hierro,
selenio, plomo y mercurio, pueden volatilizarse parcialmente con este procedimiento.
El porcentaje de ceniza se determina sometiendo a calcinación por 2
horas. A una temperatura de 600 °C hasta la eliminación de materia orgánica y
quedando solo óxidos metálicos presentes y se calcula con la siguiente fórmula:
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- Determinación de grasas totales (Método gravimétrico, extracción con Socklet AOAC)
(AOAC International, Ocial methods of analysis of AOAC International., S. F.)
Fundamento: Todos los lípidos tienen la propiedad común de ser solubles en solventes
orgánicos (metanol, etanol, acetona, cloroformo, éter, hexano, benceno, etc.) e insolubles
en agua.
Cálculos:
Donde:
M= Peso de la muestra seca en gramos.
P2= Peso del balón en gramos.
P1= Peso del balón más grasa en gramos.
- Determinación de carbohidratos totales (Cálculo por diferencia) (Cano, 1999,
Juárez, 2011)
Llamados también glúcidos, hidratos de carbono o sacáridos, son
moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua.
Se calculó por diferencia; restando de 100 los porcentajes de humedad, proteínas,
grasas, y cenizas como se muestra en la fórmula.
% C.H.=100-(% Humedad +% Grasa +% Proteína +% Ceniza)
Resultados Resultados
Determinación de la concentración nal de mercurio en raíz y parte aérea (hojas y Determinación de la concentración nal de mercurio en raíz y parte aérea (hojas y
tallos); de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoidestallos); de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides
En la tabla 1, se muestran las concentraciones de mercurio absorbidas por la
especie vegetal H. ranunculoides, en estas se observa que a bajas
concentraciones existe una mayor traslocación de la raíz a la parte aérea y a altas
concentraciones disminuye la traslocación de mercurio e incrementa la acumulación
en raíz.
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Tabla 1 Tabla 1
Concentración nal de mercurio
Hydrocotyle ranunculoides (Mateccllo)Hydrocotyle ranunculoides (Mateccllo)
DS: Desviación estándar
Determinación de la concentración nal de mercurio en aguaDeterminación de la concentración nal de mercurio en agua
En la tabla 2, se muestran los resultados de la concentración nal de mercurio
en agua y el porcentaje de remoción, donde se observa una disminución frente a las
concentraciones iniciales, lo cual nos indica que a menor concentración de mercurio
en agua hay mayor porcentaje de remoción y va disminuyendo a altas concentraciones.
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Tabla 2Tabla 2
Concentración de mercurio en agua
Grupo de prueba positivo: Hydrocotyle ranunculoides (Mateccllo)Grupo de prueba positivo: Hydrocotyle ranunculoides (Mateccllo)
Nota:
* Promedio de 3 muestras ** Desviación Estándar
Determinación del factor de bioacumulación (BAF) y factor de traslocación (FT) de la Determinación del factor de bioacumulación (BAF) y factor de traslocación (FT) de la
especie vegetal Hydrocotyle ranunculoidesespecie vegetal Hydrocotyle ranunculoides
En la tabla 3, se observan los valores de BAF para H.
ranunculoides
a
concentraciones: 0.1, 0.5 y 1.0 ppm de Hg2+ el BAF es > 1000 mg/L. Por lo que
podemos decir que a concentraciones bajas (0.1-1.0 ppm de Hg2+) acumula
mercurio tanto en raíz como en parte aérea, y a medida que incrementa la concentración
del contaminante disminuye la acumulación en la parte aérea.
Tabla 3Tabla 3
Factor de bioacumulación de traslocación
Hydrocotyle ranunculoides Hydrocotyle ranunculoides
* Promedio de 3 muestras ** Desviación Estándar
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Caracterización de la morfología interna raíz y parte aérea (tallos y hojas) de la especie Caracterización de la morfología interna raíz y parte aérea (tallos y hojas) de la especie
vegetal Hydrocotyle ranunculoides después de la contaminación con mercurio, mediante vegetal Hydrocotyle ranunculoides después de la contaminación con mercurio, mediante
cortes histológicoscortes histológicos
En la gura 1, 2 y 3 se observa los cortes transversales realizados en la hoja,
tallo y raíz.
Figura 1 Figura 1
Corte transversal de hoja del Grupo Control
Fuente: Huamán y Rumaja , 2017
Figura 2 Figura 2
Corte transversal de tallo Grupo control
Fuente: Huamán y Rumaja , 2017
Figura 3Figura 3
Corte transversal de raíz del Grupo control
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
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En las guras 4, 5, 6, 7, 8 y 9 al realizar un análisis comparativo del efecto del
mercurio a diferentes concentraciones se puede mencionar que a bajas concentraciones
(0.1 y 0.5 ppm de mercurio) la especie vegetal H. ranunculoides no muestra cambios en la
morfología interna, demostrando así su capacidad de tolerancia y adaptación frente
al mercurio.
Figura 4 Figura 4
Corte trasversal de hoja - Concentración 0.1 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 5Figura 5
Corte transversal de tallo - Concentración 0.1 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 6 Figura 6
Corte transversal de raíz - Concentración 0.1 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
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Figura 7 Figura 7
Corte trasversal de hoja - Concentración 0.5 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 8 Figura 8
Corte trasversal del tallo - Concentración 0.5 ppm
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 9 Figura 9
Corte trasversal de la raíz - Concentración 0.5 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
En las guras 10, 11, 12, 13, 14 y 15; a las concentraciones de 1.0 y 2.0 ppm
g2+, se observa que el mercurio provoca alteraciones a nivel de pared celular, membrana
plasmática, sistema vascular y organización de los tejidos, en raíz y parte aérea.
De igual modo, a partir de la concentración 1.0 ppm Hg2+ se observa una
indiferenciación de estratos debido a la inhibición del crecimiento celular.
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Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 11 Figura 11
Corte trasversal de hoja - Concentración 1.0 ppm
Figura 10 Figura 10
Corte trasversal de tallo-Concentración 1.0 ppm
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 12 Figura 12
Corte trasversal de raíz - Concentración 1.0 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
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Figura 13 Figura 13
Corte trasversal de hoja - Concentración 2.0 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 14 Figura 14
Corte trasversal de tallo - Concentración 2.0 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 15 Figura 15
Corte trasversal de raíz - Concentración 2.0 ppm
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
En la imagen 16,17 y 18 se observa que tanto para la hoja, tallo y raíz, los daños
provocados por el mercurio son más severos, produciendo la necrosis celular.
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Figura 16 Figura 16
Corte trasversal de hoja - Concentración 5.0 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 17 Figura 17
Corte trasversal de tallo - Concentración 5.0 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
Figura 18 Figura 18
Corte trasversal de raíz - Concentración 5.0 ppm.
Fuente: Huamán y Rumaja, 2017
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Evaluación de la presencia de clorosis y necrosis en raíz y parte aérea mediante la Evaluación de la presencia de clorosis y necrosis en raíz y parte aérea mediante la
observación de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides durante la etapa de observación de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides durante la etapa de
contaminación con mercuriocontaminación con mercurio
En la tabla 4, los resultados muestran que, la clorosis en estas especies
vegetales se debe por efecto del Hg2+ en el proceso de la fotosíntesis. A mayores
concentraciones los daños son más severos produciendo la necrosis celular.
Tabla 4Tabla 4
Clorosis y necrosis de las especies vegetales
DIA Hydrocotyle ranunculoides (Mateccllo)Hydrocotyle ranunculoides (Mateccllo)
Evaluación de la morfometríaEvaluación de la morfometría
En la tabla 5, se aprecian los síntomas visuales no especícos producidos por
el Hg2+, como son: inhibición del crecimiento radicular y reducción del área foliar.
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Tabla 5 Tabla 5
Evaluación de la morfometría de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides antes y
después de la contaminación con mercurio
Hydrocotyle ranunculoides (mateccllo) Hydrocotyle ranunculoides (mateccllo)
* Promedio de 3 muestras ** Desviación Estándar
Evaluación del índice y densidad estomáticaEvaluación del índice y densidad estomática
En la tabla 6, se observan los resultados del índice y densidad estomática
cuanticados en ambas caras (adaxial y abaxial), ya que estas especies son
anestomáticas. En esta se observa que a medida que incrementan las concentraciones de
Hg2+, ambos factores disminuyen frente al grupo control.
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Tabla 6Tabla 6
Determinación del índice y densidad estomática de Hydrocotyle ranunculoides
(Mateccllo)
Evaluación del análisis proximal de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides antes Evaluación del análisis proximal de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides antes
de la contaminación con mercuriode la contaminación con mercurio
En la tabla 7, se presentan los valores del análisis proximal realizado antes de
la etapa de contaminación con mercurio, los cuales corresponden a la media obtenida
del análisis de 3 mediciones. Estos valores están expresados por 1 g de muestra fresca.
En la composición química de esta especie vegetal se observa que la parte aérea presenta
un mayor porcentaje de humedad, cenizas, proteínas, grasas y bra en relación a la raíz.
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Tabla 7 Tabla 7
Análisis proximal de Hydrocotyle ranunculoides
* Promedio de 3 muestras ** Desviación Estándar
Evaluación del análisis proximal de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides después Evaluación del análisis proximal de la especie vegetal Hydrocotyle ranunculoides después
de la contaminación con mercuriode la contaminación con mercurio
En la tabla 8, se muestran los resultados del análisis
proximal de H. ranunculoides después de la contaminación con mercurio,
donde se observa una disminución en cuanto al porcentaje de humedad,
cenizas, proteínas, grasas, bra y un incremento en el porcentaje de carbohidratos.
A las concentraciones de 0.1 y 0.5 ppm Hg2+ los porcentajes de humedad,
ceniza, proteínas, grasas, bra en raíz y parte aérea disminuyeron y los porcentajes de
carbohidratos incrementaron ambos ligeramente respecto al grupo control. Por lo que
podemos decir que, a estas concentraciones el Hg2+ no provoca cambios
signicativos en la planta, demorando así una capacidad de tolerancia y adaptación a
estas concentraciones.
A las concentraciones 1.0, 2.0 y 5.0 ppm Hg2+ se muestra una elevada
disminución en el porcentaje de humedad en raíz. En la parte aérea al igual que en la raíz
se presenta una disminución del porcentaje de humedad con respecto al grupo control.
Para el porcentaje de cenizas se muestra una ligera disminución tanto en la raíz
como en la parte aérea.
En el caso del porcentaje de proteínas los resultados muestran una disminución a
medida que se incrementa la concentración de Hg2+.
Para el porcentaje de grasas, los resultados muestran un decremento tanto en la
raíz como en la parte aérea a las diferentes concentraciones de Hg2+.
En el porcentaje de carbohidratos, los resultados muestran un incremento tanto
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en la raíz como en la parte aérea a las diferentes concentraciones de Hg2+.
Tabla 8 Tabla 8
Análisis proximal de Hydrocotyle ranunculoides (Mateccllo) después de la
contaminación con mercurio
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DiscusionesDiscusiones
De la concentración nal de mercurio en raíz y parte aérea (hojas y tallo) se
plantea que las raíces absorben cantidades signicativas de metales, pero
simultáneamente restringen su traslocación a la parte aérea, ello probablemente
debido a que la retención del metal en las raíces se basa en la unión de metal a sitios de
intercambio de iones sobre la pared celular y en la precipitación extracelular en la forma de
carbonato de mercurio (Torres, 2018; Lane & Martin, 1977). Los resultados muestran que
hay traslocación aún en concentraciones altas, y que la totoxicidad es mayor debido a
la alta concentración de mercurio, esto podría ser sustentado por el estudio morfológico,
donde se observa que a nivel radicular hay alteraciones en el cilindro cortical y Banda de
Caspari, los cuales cumplen la función de ser membranas selectivas que al ser destruidas
permiten el paso del Hg2+ hacia la parte aérea
Entonces puede inferirse que, sobrepasado un cierto umbral de
concentración de metales, el metabolismo de la especie vegetal se ve
comprometido y es incapaz de adaptarse a la acumulación de elementos tóxicos.
Además, algunos de los síntomas que presentaron (clorosis y necrosis) son característicos
de muerte celular. Sin embargo, en condiciones de estrés moderado se detectaron algunas
respuestas especícas a Hg2+, lo que ayudará a comprender las diferentes
respuestas homeostáticas a elementos tóxicos (Torres, 2018; Lane & Martin, 1977).
Por lo que los factores de traslocación en los resultados son mayores a concentraciones
0.1 y 0.5 ppm Hg2+, con lo que podemos corroborar que a bajas concentraciones el
mercurio se trasloca en mayor proporción haa la parte aérea (Mendieta &
Taisigue, 2014).
Las alteraciones a nivel de pared celular, membrana plasmática, sistema vascular y
organización de los tejidos, en raíz y parte aérea, se podría explicar que el Hg2+ a nivel de
la pared celular provoca trastornos enzimáticos en la biosíntesis de sus constituyentes,
debido a cambios en el ensamblaje de los polímeros, disposición de los microtúbulos o
al aumento de la adhesión celular de la lámina media (Azcon y Talon, 2008; Lindberg &
Wingstrand, 1985).
Según Navarro J. y col., a nivel de la membrana plasmática el Hg2+
provoca daños mediante diferentes mecanismos como: oxidación y entrecruzamiento de
proteínas (grupo tiol), inhibición de las proteínas de membrana que son esenciales como
por ejemplo la H+ - ATPasa, cambios en la permeabilidad, composición y uidez de los
lípidos de membrana. El Hg2+ sigue esencialmente la vía de la xilema y en sus relaciones
con las células vecinas pueden inducir cambios en la pauta de diferenciación del propio
siema vascular (Navarro, Aguilar & López, 2007).
La clorosis ocurre porque este metal produce alteraciones en los cloroplastos,
disminución en la tasa fotosintética, distorsión de la ultra estructura de los
cloroplastos, restricción de síntesis de clorola, plastoquinona y carotenoides, así
como también obstrucción del transporte de electrones, inhibición de actividades
enzimáticas del ciclo de Calvin y deciencia del CO2 como un resultado del cierre
estomático (Posada y Arroyave 2006; Drazkiewicz, 1994). El Hg2+ perjudica
también la absorción de elementos esenciales tales como hierro y magnesio en plantas
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de pepino y como consecuencia inhibe la síntesis de clorola (Burzynski, 1987).
Estos daños de los aparatos fotosintéticos se deben a la anidad del Hg2+ por
ligandos de proteínas N- y S-. Asimismo, se ha observado degradación de la clorola
debido al incremento de la actividad clorolasa (Prieto et al, 2009) (Drazkiewicz, 1994).
En una fase más avanzada de alteración se producen intensos
cambios metabólicos y de regulación celular, y ocurre nalmente el
eímulo de la senescencia por acumulación crónica del metal pesado (García, 2006).
Los metales pesados al ingresar en las plantas pueden alterar
diversos procesos metabólicos trayendo como consecuencia variadas
respuestas biológicas a nivel bioquímico, celular y siológico manifestándose en el
crecimiento y desarrollo de las plantas (Zhongjin & Neumann, 2000).
La inhibición del crecimiento radicular de estas especies vegetales podría deberse
a la inhibición de la proliferación celular y la muerte de las células de los meristemos
apicales, así como a la alteración de la permeabilidad de las membranas celulares, por
la unión de los iones de Hg2+ a grupos suldrilos de proteínas y a la parte hidrofílica de
fosfolípidos, afectando la homeostasis iónica y la subsecuente alteración de la actividad
de enzimas cruciales en el metabolismo de las plantas (Paz , 2014; Janicka et al, 2008).
Estos síntomas se evidencian más a medida que las concentraciones de
mercurio incrementan, por ejemplo, la disminución del crecimiento se hace más
evidente a concentraciones de 1.0, 2.0 y 5.0 ppm para H. ranunculoides. La longitud
de las raíces, tallos y hojas de H. ranunculoides disminuyen signicativamente después
de ser contaminadas con Hg2+ a las concentraciones de 1.0, 2.0 y 5.0 ppm Hg2+
durante 15 días respecto al grupo control. Esta tendencia también ha sido
observada en raíces de Pisum sativum y Mentha spicata cultivadas con 5000 ug/L de
HgCl2 (Barceló J. & Poschenrieder Ch., 1992) y en el desarrollo y crecimiento de
Taraxacum ocinale a las concentraciones de 50, 100, 150 ppm de plomo (Alba, 2013).
Bethke y Drew mencionan que, la transpiración y la intensidad de la respiración
están en razón directa al número y abertura de los estomas que inuyen directamente sobre
la asimilación clorofílica, señalando que la disminución de la cantidad de estomas por
mm2 incrementa la resistencia estomática de la planta y de esta manera evita un
exceso de transpiración; sin embargo, tanto la densidad estomática (DE) como el índice
estomático (IE) son tan variables que están fuertemente inuenciadas por diversas
condiciones estresantes como condiciones de sequía y altas concentraciones salinas
(Salas, Sanabria y Pire, 2001)(Bethke & Drew, 1999).
La deshidratación se debe al estrés oxidativo inducido por el Hg2+, lo que
produce una inhibición en los canales de agua y la disminución de la conductividad
hidráulica desde la raíz hasta las hojas limitando el crecimiento de las raíces, como
reeren Zhongiin Lu y Neumann. Se ha demostrado también que los iones de Hg2+
inhiben rápidamente el transporte de agua a través de las raíces aisladas de plantas de
cereales como maíz y trigo (Zhongjin & Neumann, 2000; Zhang, Stephen, & Tyerman,
2000).
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El Hg2+ altera los niveles de elementos minerales debido a que bloquea la
entrada de cationes (K+, Ca2+, Mg2+,Mn2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+) y aniones (NO3−)
en el sitio de absorción de las raíces, eo se relacionada con el tamaño de los
radios iónicos del metal (Posada y Arroyave, 2006; Hernández, 2002; Douglas, 1991).
La disminución de proteínas se puede explicar debido a que el Hg2+ forma
mercáptidos con el grupo (-SH) de la cisteína, complejos con los grupos fosfatos e
incremento de la actividad enzimática (proteasas), provocando así una acelerada
hidrólisis de proteínas, esto según Jana y Choudhuri. Al igual que la raíz, la parte aérea
muestra una disminución de 0.013, 0.025, 0.137, 0.193 y 0.227 % en relación al grupo
control, esto debido a los mismos mecanismos de totoxicidad que ocurren en la raíz
(Prieto et al, 2009; Jana & Choudhuri, 1982).
El Hg2+ altera la proporción de lípidos membranales en el tejido foliar,
observándose una marcada reducción en el contenido de los glucolípidos Monogalactosil
Diacilglicerol (MGDG) y Digalactosil Diacilglicerol (DGDG), así como un incremento
de los fosfolípidos Fosfatidilcolina (FC) y Fosfatidiletanolamina (FE). A nivel de raíz,
se observa una reducción en el contenido de esteroles totales, principalmente el sitosterol,
sin embargo, el contenido de estigmasterol presenta un incremento. Adicionalmente, se
presenta una disminución en el contenido de FE y FC. De forma general, el Hg2+ causa
una reducción en el contenido de lípidos totales (Alonso, 2011; Jana & Choudhuri, 1982).
El incremento de azúcar se puede explicar a que este produce una
disminución en el transporte de sacarosa, debido a que el Hg2+ se une
fuertemente a los grupos carboxilo de los carbohidratos del ácido galacturónico y del
ácido glucorónico en la pared celular, lo cual restringe su transporte vía apoplasto, por lo
tanto, provoca una acumulación en hojas y raíces (Devi, Nidhi, Anil, 2012; García, 2006).
Asimismo, Devi R. halló un aumento del 10-20 % en el contenido de
sacarosa al cabo de siete días en plantas de guisante (Pisum sativum L.). La
explicación de estas respuestas puede deberse a una serie de mecanismos de
defensa no especícos los cuales son activados cuando las plantas son
expuestas a contaminación por plomo. Estos incluyen la síntesis de osmolitos, entre los
cuales se encuentran la glucosa y la prolina (Devi, Nidhi, Anil, 2012; García, 2006).
ConclusionesConclusiones
En el estudio se evaluó la capacidad torremediadora de la especie vegetal
Hydrocotyle ranunculoides en relación a la contaminación con mercurio,
concluyendo que la capacidad torremediadora dependerá de la concentración de
mercurio que se encuentre en el agua, por lo tanto H. ranunculoides obtuvo un factor de
bioacumulación > 1000 mg/L hasta la concentración 1.0 ppm Hg2+, mientras que
para las concentraciones de 2.0 y 5.0 ppm Hg2+ es tolerante. El factor de traslocación
para las concentraciones: 0.1 y 0.5 ppm Hg2+ es > 1mg/L, indicando que el mercurio
se encuentra también en la parte aérea, mientras que para las concentraciones 1.0, 2.0
y 5.0 ppm Hg2+ el mercurio se encuentra en mayor proporción en la raíz, la mayor
concentración de mercurio en la raíz se relaciona con el daño que este metal produce en la
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morfología externa (clorosis y necrosis) e interna de la raíz y parte aérea de
Hydrocotyle ranunculoides, como alteraciones a nivel de la pared celular y organización
de tejidos a medida que la concentración de mercurio incrementa, hasta llegar a una
senescencia celular. Esta toxicidad altera también la composición química en la raíz,
encontrándose una disminución del porcentaje de humedad en un 1.89 %, cenizas
0.23%, proteínas 0.34 %, 0.06 % grasas y 0.02 % bra a medida que se incrementa la
concentración del mercurio; mientras que el porcentaje de carbohidratos incrementó
en un 2.43 %, en comparación al grupo control. Mientras que para la parte aérea la
disminución en el porcentaje de humedad fue 1.82 %, cenizas 0.27 %, proteínas 0.844%,
grasas 0.07 % y bra 0.01 % y un incremento de 3.01 % para carbohidratos (Huamán y
Rumaja, 2017).
AgradecimientosAgradecimientos
Esta investigación fue apoyada por la Universidad Nacional de San Antonio
Abad del Cusco, Perú, a través de un nanciamiento otorgado a las Bachilleres Jackeline
Zúmiko Huamán Tito y Abigail Rumaja Santos (Consejo de unidades de investigación).
Se agradece a la Mgt. Anahí Karina Cardona Rivero, al Ing. Mario Cumpa Cayuri y
Mgt. Janet González Bellido por su apoyo y asesoramiento en la realización de pruebas
experimentales en los laboratorios y al Blgo. José Luis Sierra Herrera por la ayuda
brindada durante el análisis de nuestras muestras en el laboratorio de Farmacognosia y
Productos Naturales:
Declaración de conicto de interésDeclaración de conicto de interés
Los autores declaran no tener ningún tipo de conicto de intereses
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