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Efecto tóxico de cafeína, dicromato de potasio y metomilo en la germinación de Vicia faba
Toxic effect of caffeine, potassium dichromate and methomyl on the germination of Vicia faba
Karen Jessica Jordán–Quispe1* & Julia Griselda Muñiz–Duran1
1Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco, Av. La Cultura 733, Cusco, Perú.
*Autor corresponsal: Karen Jessica Jordán–Quispe, karen.jordan@unsaac.edu.pe
RESUMEN
El uso creciente y la inadecuada manipulación de sustancias tóxicas en la agricultura podrían afectar en la economía, el ambiente
y la salud pública. La presente investigación desarrollada en el laboratorio de Biología Molecular de la Facultad de Ciencias
Biológicas- UNSAAC, tuvo por objetivo evaluar efectos tóxicos y genotóxico en la germinación de Vicia faba a través de pruebas
toxicológicas (bioensayos) en el crecimiento del sistema radicular y del coleóptilo para medir toxicidad germinativa y el ensayo de
micronúcleos para determinar la genotoxicidad a nivel del material genético, para tal fin los compuestos tóxicos seleccionados
fueron, metomilo, dicromato de potasio y como control positivo la cafeína, compuestos de uso frecuente en la agricultura e industria
textil, actividades propias de las zonas andinas en Perú. Las concentraciones fueron determinadas a través de un aprueba piloto
500, 1000, 2000, 4000 y 8000 ppm, los datos obtenidos permitieron determinar la CL50 mediante el programa EPA PROBIT-1,5.
Para la elongación del sistema radicular y coleóptilo se consideró la relación dosis–efecto en la germinación a las diferentes
concentraciones establecidas y para la genotoxicidad se observó la presencia o ausencia de micronúcleos, obteniéndose una CL50
en cafeína, dicromato de potasio, metomilo de 2172, 8 ppm, 3286,9 ppm y 5174, 6 ppm respectivamente. En cuanto a la
genotoxicidad el recuento de micronúcleos realizado en las radículas de Vicia faba determinó una prevalencia porcentual entre 3%
y 9.75% en las tres primeras concentraciones 1000, 2000 y 4000 ppm, a 8000 ppm las células presentaron lisis. Por lo tanto, los
resultados obtenidos evidenciaron efectos tóxicos y genotóxicos en Vicia faba causado por metomilo, dicromato de potasio y
cafeína.
Palabras clave: Vicia faba, toxicidad, genotoxicidad, CL50.
ABSTRACT
The increasing use and inadequate handling of toxic substances in agriculture could affect the economy, the environment and public
health. The present research developed in the Molecular Biology laboratory of The Faculty of Biological Sciences - UNSAAC,
The objective in this research was to evaluate toxic and genotoxic effects on the germination of Vicia faba, l. through toxicological
tests (bioassays) of root and shoot growth to measure germinative toxicity and the micronucleus assay to determine genotoxicity at
the level of genetic material, for this purpose the toxic compounds selected were methomyl, potassium dichromate and as a positive
control caffeine, compounds Frequently used in agriculture and the textile industry, activities typical of the Andean areas in Peru.
The concentrations were determined through a pilot test of 500, 1000, 2000, 4000 and 8000 ppm. The data obtained allowed the
LC50 to be determined through the EPA PROBIT-1.5 program. For root and stem elongation, the dose-effect relationship on
germination was considered at the different established concentrations and for genotoxicity, the presence or absence of micronuclei
was observed, obtaining an LC50 in caffeine, potassium dichromate, methomyl of 2172.8 ppm, 3286.9 ppm and 5174.6 ppm
respectively. Regarding genotoxicity, the micronucleus count carried out in the radicles of Vicia faba determined a percentage
prevalence between 3% and 9.75% in the first three concentrations 1000, 2000 and 4000 ppm, at 8000 ppm the cells showed lysis.
Therefore, the results obtained showed toxic and genotoxic effects in Vicia faba caused by methomyl, potassium dichromate and
caffeine.
Key words: Vicia faba, toxicity, genotoxicity, LC50.
INTRODUCCIÓN
La toxicidad es la capacidad intrínseca que posee un agente
químico de producir efectos adversos sobre un organismo,
dependiendo de las propiedades químicas del compuesto como
de su concentración, según sea la duración y frecuencia de la
exposición al tóxico y su relación con el ciclo de vida del
organismo (Giannuzzi et al., 2018).
Un daño toxico puede medirse teniendo en cuenta cambios
visibles, como clorosis, esterilidad, disminución en el número
de semillas germinadas, tamaño de la raíz, sin embargo,
también se evidencian cambios a nivel genético (Rey et al.,
2017).
La genotoxicidad es la capacidad relativa de un agente de
ocasionar daño en el material genético, originando efectos
biológicos adversos, El daño inducido en el “material genético”
incluye no sólo al ADN, sino también a todos aquellos
componentes celulares que se encuentran relacionados con la
funcionalidad y comportamiento de los cromosomas dentro de
la célula (Padilla, 2007).
Los ensayos biológicos de toxicidad son eficaces para
determinar el efecto de agentes físicos y químicos sobre
organismos bajo condiciones experimentales específicas
manipulables y controladas (Padilla, 2007). Estos efectos
pueden ser tanto de inhibición como de magnificación,
evaluados por la reacción de los organismos, tales como muerte,
crecimiento, proliferación, multiplicación, cambios
morfológicos, fisiológicos o histológicos. Por lo que la presente
investigación busca determinar el nivel de toxicidad y
genotoxicidad que sustancias como cafeína, dicromato de
potasio y metomilo puedan ejercer en V. faba a diferentes
concentraciones.
METODOLOGÍA
La investigación se desarrolló en el laboratorio de Biología
Molecular de la Facultad de Ciencias Biológicas, UNSAAC,
utilizando semillas de Vicia faba como organismo modelo del
estudio, materiales de vidrio, reactivos y equipos de laboratorio,
así como un microscopio óptico compuesto de campo claro.
La metodología consistió en desarrollar una prueba piloto
(Diaz et al., 2004), para identificar el intervalo de
concentraciones de cafeína, dicromato de potasio y metomilo,
correspondientes a tres concentraciones en serie logarítmica de
100, 1000 y 10000 ppm., utilizando 30 semillas seleccionadas
CANTUA Vol. 20 (1): 11-15 (2020). Versión Online ISSSN 2709-8817
Jordán–Quispe & Muñiz–Duran: efecto tóxico en la germinación de Vicia faba
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previamente desinfectas en solución hipoclorito de sodio al 0.5
% durante 15 minutos y enjuagada con agua de caño, en cada
una de las concentraciones preestablecidas durante 7 días,
incluida la muestra control negativo, al cabo del tiempo
establecido se registró el número de semillas germinadas y no
germinadas.
Posterior a la prueba piloto se llevó a cabo las pruebas
definitivas utilizando un intervalo de concentraciones más
reducidas de 500, 1000, 2000, 4000 y 8000 ppm; posterior a los
7 días de instalado el experimento se procedió al registro de
semillas germinadas y no germinadas. Para la evaluación de
elongación radicular las semillas se mantuvieron hasta el día 14
y se registró con un vernier la longitud de la radícula de cada
semilla en todos los tratamientos. Con los resultados obtenidos
se determinó la CL50 mediante el programa EPA PROBIT-1,5.
Para evaluar la genotoxicidad se efectuó la Prueba de
micronúcleos (Valencia et al., 2005), utilizando 30 semillas de
V. faba en las concentraciones de 500, 1000, 2000, 4000 y 8000
ppm de cafeína, dicromato de potasio y metomilo, después de
14 días se obtuvieron las radículas, previo tratamiento con
orceína acética clorhídrica 2% según el método de Tjio &
Levan, citado por (Orbegoso & Casana, 2016), se aplicó la
técnica del Squash y se procedió al recuento de micronúcleos
en 200 células en las láminas porta objetos y se lectura con el
objetivo de inmersión, finalmente se evaluó el porcentaje de
micronúcleos presentes por concentración en cada una de las
sustancias.
RESULTADOS
Efecto tóxico de Cafeína, Dicromato de Potasio y Metomilo
en la Germinación de V. faba
El efecto de la Cafeína en la germinación de V. faba, a 500
ppm no tiene efecto inhibitorio, es a partir de 1000 ppm que se
evidencia un 10% de inhibición en la germinación alcanzando
un 100% de inhibición a 8000 ppm (Fig. 1).
Figura 1. Efecto inhibitorio de cafeína en la germinación de V.
faba.
No se observa efecto inhibitorio en la germinación de
semillas de V. faba para dicromato y metomilo a 500 ppm,
probablemente debido a un incremento en la capacidad
biotransformadora de V. faba para modificar estos compuestos
en metabolitos fácilmente excretables (Menéndez & Martín,
2006). En concentraciones de 1000 ppm y 2000 ppm se
registran un comportamiento similar, donde un 5% de las
semillas en tratamiento no logra germinar. Sin embargo, a 4000
ppm se observa un 65% y 20% de inhibición en la germinación
para dicromato de potasio y metomilo respectivamente, a 8000
ppm dicromato de potasio evidencia 100% de inhibición en la
germinación en comparación a 85% de metomilo (Fig. 2 y 3).
Figura 2. Efecto inhibitorio de dicromato de potasio en la
germinación de V. faba.
Figura 3. Efecto inhibitorio de metomilo en la germinación de
V. faba.
CL50 y análisis PROBIT
La Tabla 1 muestra los valores de la CL50, evidenciando que
Cafeína es más tóxico que dicromato de potasio ya que se
necesita menor concentración de Cafeína 2172.7 ppm para
inhibir la germinación del 50% de la muestra tratada, por el
contrario, metomilo es menos tóxico, ya que necesito 5174.5
ppm para inhibir la germinación del 50% de semillas tratadas.
Tabla 1. CL50 para cafeína, dicromato de potasio y metomilo.
En la Fig. 4 se observa las pendientes de las líneas dosis-
Probit, de acuerdo con (Repetto & Repetto, 2009) se tiene que
a mayor pendiente mayor es la toxicidad de una sustancia por
consiguiente se puede establecer que la cafeína es más toxica
que el dicromato de potasio y el dicromato de potasio más
toxico que metomilo.
Toxico
LC/EC
50
Límite de confianza del 95%
Límite
superior
Límite
inferior
Cafeína
2 172.787
2 651.071
1 780.771
Dicromato
de potasio
3 286.976
5 013 445.504
2. 589
Metomilo
5 174.568
2 691. 091
1 780.771
0
20
40
60
80
100
500 1000 2000 4000 8000
010
30
95 100
ppm
ppm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
500 1000 2000 4000 8000
05 5
20
85
% NG
ppm
CANTUA Vol. 20 (1): 11-15 (2021). Versión Online ISSSN 2709-8817
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Figura 4. Comparación dosis-respuesta de cafeína, dicromato de potasio y metomilo en V. faba.
Efecto citotóxico de cafeína, dicromato de potasio y
metomilo en la inhibición del crecimiento radicular (ICR)
de V. faba.
El porcentaje de inhibición del crecimiento radicular (ICR)
por cafeína a 500 ppm es de 58.77 %, a 1000 ppm se incrementa
a 67.69%, y a 8000 ppm alcanza a 100 % tal como se muestra
en la Fig. 5; por lo que el crecimiento en función de la dosis se
hace asintótico, que idealmente está determinada por una
hipérbola (Mencías & Mayero, 2000). Experimentalmente las
curvas Dosis-Respuesta suelen mostrar una distribución
normal, representada por una campana de Gauss, donde una
dosis máxima lleva a un efecto máximo (Gutiérrez &
Salsamendi, 2001).
Figura 5. Porcentaje del efecto de la cafeína en el crecimiento
radicular de V. faba
El efecto de dicromato de potasio y metomilo en el crecimiento
radicular de V. faba. a 500 ppm es de 36.57% y 25.18%
respectivamente, ambos menores al porcentaje de ICR de
cafeína, también se registra el 100% de ICR para dicromato de
potasio a 8000 ppm y 98.79% en metomilo a 8000 ppm (Figs.
6 y 7).
Tomando en cuenta que la elongación radicular es un parámetro
para determinar la fitotoxicidad de sustancias tóxicos (Leos
et al., 2016) se puede concluir que metomilo es menos tóxico
en comparación a dicromato y cafeína.
El Indice de crecimiento radicular (ICR) en todos los
tratamientos en semillas de V. faba fue superior para cafeina en
comparación a dicromato de potasio y metomilo, siendo
metomilo el registro más bajo para todas las concentraciones,
por lo que esta inhibicion podria involucrar mecanismos
relacionados con posibles alteraciones asociados a la
elongación radicular, vinculados con el ordenamiento de las
microfibrillas de celulosa a lo largo del eje de crecimiento
radicular, impidiendo una adecuada expansión celular (Fig. 8).
Figura 6. Porcentaje del efecto del dicromato de potasio en el
crecimiento radicular de V.faba.
Figura 7. Porcentaje del efecto del metomilo en el crecimiento
radicular de V. faba.
0
20
40
60
80
100
500 1 000 2 000 4 000 8 000
58.77 67.69 77.32
98.94 100
% ICR
ppm de Cafeína
0
20
40
60
80
100
500 1 000 2 000 4 000 8 000
36.57 38.62
54.06
86.05
100
%ICR
ppm de Dicromato de potasio
0
20
40
60
80
100
500 1 000 2 000 4 000 8 000
25.18
38.04
53.37
83.65
98.79
% ICR
ppm de Metimolo
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
012345
Unidades Probit
Log Concentración
Metomilo
Cafeína Dicromato de
Potasio
Jordán–Quispe & Muñiz–Duran: efecto tóxico en la germinación de Vicia faba
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Tabla 2. Efecto genotóxico mediante la prueba de
micronúcleos V. faba sometida a Cafeína, Dicromato de
potasio y Metomilo.
Efecto genotóxico mediante la prueba de micronúcleos
En la Tabla 2 se pueden observar los resultados del conteo
por duplicado de micronúcleos observados en 200 células de
meristemas apicales de la raíz de V. faba en las concentraciones
de 1000 ppm, 2000 ppm y 4000 ppm de cafeína, dicromato de
potasio y metomilo el porcentaje de micronúcleos varia de 3 a
9.75, mientras que a una concentración de 8000 ppm la célula
presenta lisis probablemente por la dosis alta.
CONCLUSIONES
1. La cafeína y dicromato de potasio en una concentración a
8 000 ppm tienen efecto toxico en la germinación de V.
faba en un 100%, mientras que metomilo a la misma
concentración ejerce un 85% de germinación.
2. El efecto citotóxico de cafeína, dicromato de potasio y
metomilo en el crecimiento radicular de V. faba, se da a
partir de 500 ppm y se incrementa conforme aumenta la
concentración así a 8000 ppm metomilo afecta en un 98,
79%, mientras que cafeína y dicromato de potasio afectan
en un 100%.
3. La CL50 para Cafeína es de 2172.7 ppm, para dicromato de
potasio 3286.9 ppm y para Metomilo 5174. 5 ppm, por lo
que Cafeína es más toxico que dicromato de potasio y
dicromato de potasio más toxico que metomilo.
4. La cafeína, dicromato de potasio y metomilo tienen efectos
genotóxicos en V. faba en 4,7 a 9,7% a 4000 ppm.
Figura 8. ICR por efecto de cafeína, dicromato de potasio y metomilo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Díaz, M. C., Bustos, M. C., y Espinosa, A. J. (2004). Pruebas
de toxicidad acuatica: fundamentos y métodos. Universidad
Nacional de Colombia.UNIBIBLOS.
Giannuzzi, L., Ortega, F., & Ventosi, E. G. (2018). Principios
generales de la toxicología. En Toxicología General y
Aplicada. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de
Ciencias Exactas.
https://ri.conicet.gov.ar/handle/11336/112476
Gutiérrez, J. B., & Salsamendi, A. L. de C. (2001).
Fundamentos de Ciencia Toxicológica. Ediciones Díaz de
Santos.
Leos Rivas, C., Rivas-Morales, C., & García, D. G. (2016).
Capítulo actividad antioxidante y toxicidad (pp. 41-76).
https://doi.org/10.3926/oms.333
Mencías, R. E., & Mayero, F. L. M. (2000). Manual de
toxicología básica. Ediciones Díaz de Santos.
Concentraciones
MN/200
%MN
%MN
Cafeína
1 000
7
3.5
3
5
2.5
2 000
12
6
5.25
9
4.5
4 000
21
10.5
9.75
18
9
8 000
0
0
0
0
0
Dicromato de potasio
1 000
6
3
3
9
4.5
2 000
10
5
4.25
7
3.5
4 000
18
9
8.5
16
8
8 000
0
0
0
0
0
Metomilo
1 000
4
2
2.5
6
3
2 000
9
4.5
4.75
7
5
4 000
9
4.5
4
10
3.5
8 000
0
0
0
0
0
0
20
40
60
80
100
500 1 000 2 000 4 000 8 000
58.77
67.69
77.32
98.94 100
36.57 38.62
54.06
86.05
100
25.18
38.04
53.37
83.65
98.79
% ICR
ppm
ICR Cafeina ICR Dicromato de potasio ICR Metomilo
CANTUA Vol. 20 (1): 11-15 (2021). Versión Online ISSSN 2709-8817
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Menéndez, M. D. Á., & Martín, J. M. (2006). Vicia Faba L.:
Capacidad bioindicadora de contaminación de agua por
metilmercurio. Observatorio Medioambiental.
Orbegoso, B. R. A., & Casana, B. P. M. (2016). Regulación del
ciclo celular (CC) de Vicia faba L por el extracto alcohólico
de Annona cherimola Mill "chirimoya. Scientia
Agropecuaria, 7(SPE), 245-251.
https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2016.03.12
Padilla, A. E. S. (2007). Ensayo de toxicidad aguda al efluente
de la ptar del municipio de chía mediante la utilización de
semillas de lactuca sativa l y propuesta para su utilización
como agua de riego para hortalizas.
Repetto, J. M., & Repetto, K. G. (2009). Toxicología
fundamental. Ediciones Díaz de Santos.
Rey, A. R., Luna, L. C., Cantillo, G. M., & Espinosa, M. E. S.
(2017). Efectos nocivos del plomo para la salud del hombre.
Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas, 35(3), 251-
271.
Valencia R, Sáchez J, Gómez JL, Júarez L, García E, Montiel
J, Garcia, E., Montiel, J. M., y Waliszewski. S. M. (2005).
Vydate L-24, un plaguicida carbámico que induce
aberraciones cromosómicas en células meristemáticas de
Vicia faba.
Presentado: 20/03/2024
Aceptado: 25/04/2024
Publicado: 08/07/2024