Toxicidad de cd en plantas de pimiento y brócoli. Evaluación de tratamientos paliativos

Resumen

La contaminación ambiental por cadmio (Cd) se ha incrementado drásticamente en la naturaleza debido principalmente a la intensificación de las actividades industriales, la aplicación de fertilizantes fosfatados y al uso de lodos de depuradora. Estas actividades han llevado a la contaminación a gran escala de los suelos agrícolas. El cadmio es un metal pesado sin función biológica, que resulta tóxico a bajas concentraciones en humanos, animales y plantas. En cultivos agrícolas, el Cd se absorbe y transporta desde la raíz a la hoja fácilmente, pudiendo ser acumulado en los tejidos en concentraciones que afectan negativamente al crecimiento y desarrollo. El Cd provoca anomalías en la absorción de nutrientes y en el desarrollo vegetativo, afecta en el metabolismo celular a nivel enzimático, fotosintético, estomático e hídrico. Todo ello induce la producción de un elevado estrés oxidativo que impide y limita el crecimiento y disminuye el rendimiento en los cultivos agrícolas. Actualmente, el uso de bioestimulantes ha sido objeto de estudio con el objetivo de disminuir el efecto del Cd en el desarrollo de plantas. Sin embargo, los resultados varían en función de diferentes factores, como son la composición de las moléculas evaluadas, la dosis utilizada, el modo y el momento de la aplicación. Por tanto, bajo este contexto, se ha desarrollado esta tesis cuyo objetivo principal ha consistido en evaluar el efecto que tienen la aplicación de diferentes sustancias bioestimulantes en plantas crecidas en condiciones de estrés por Cd. Se han realizado 3 experimentos para dilucidar qué materias activas, en qué dosis y en qué forma de aplicación es la más eficaz para paliar la toxicidad del Cd y disminuir su daño en los cultivos. Los cultivos seleccionados para los experimentos fueron pimiento y brócoli, debido a su importancia en agricultura. El pimiento tiene una tolerancia baja-media al Cd, ya que lo acumula en sus tejidos (raíz principalmente), observándose síntomas visuales rápidamente. El brócoli es un cultivo con tolerancia media, que acumula Cd en sus tejidos, principalmente en las hojas y en la inflorescencia. En el primer experimento se evalúo si la aplicación de selenio (Se) inhibía la absorción, acumulación de Cd y su toxicidad en plantas de pimiento crecidas en condiciones hidropónicas con solución nutritiva enriquecida con Cd. Por esta razón, se realizaron cuatro tratamientos (¿Cd/¿Se, +Cd/¿Se, +Cd/+SeF y +Cd/+SeR) para determinar el tipo de aplicación de Se más adecuada (vía foliar y/o vía radicular) en cuanto a la reducción de los efectos tóxicos del Cd en las plantas. En el segundo experimento se analizó si el efecto beneficioso de la aplicación de Se en la disminución de toxicidad por Cd, en plantas de pimiento crecidas en hidroponía en condiciones de fitotoxicidad por Cd con cuatro tratamientos (¿Cd/¿Se, +Cd/¿Se, +Cd/+SeF y +Cd/+SeR), fue consecuencia de que el Se mejora la eficacia del metabolismo del nitrógeno y del carbono. Para ello se analizaron: las concentraciones de aniones relacionados con este metabolismo, como nitratos, nitritos y amonio, las actividades de diferentes enzimas como nitrato reductasa, nitrito reductasa y glutamato sintasa, poliaminas en sus diferentes formas, ácidos orgánicos, aminoácidos y azúcares en los tejidos de las hojas y raíces. Por último, en el tercer experimento se evaluó el efecto de las aplicaciones exógenas de Biocat G (ácidos fúlvicos/húmicos), selenio (Se) y quitosano en raíces y/o hojas de plantas de brócoli expuestas a estrés por Cd. Los tratamientos aplicados fueron: (i) T1: solución nutritiva Hoagland (NS), (ii) T2: NS + Cd a 3 mg L-1 (NS + Cd), (iii) T3: NS + Cd + aplicación radicular de Biocat G (NS + Cd + BioG), (iv) T4: NS + Cd + aplicación foliar de Se (NS + Cd + Se1), (v) T5: NS + Cd + aplicación radicular de Se (NS + Cd + Se2) , (vi) T6: NS + Cd + aplicación foliar de quitosano (NS + Cd + quitosano1), y (vii) T7: NS + Cd + aplicación radicular de quitosano (NS + Cd + quitosano2). De estos experimentos las conclusiones más relevantes fueron las que se muestran a continuación: I. Primer experimento: Los resultados obtenidos mostraron que el exceso de Cd en la solución nutritiva resultó en una disminución de la biomasa total de las plantas cultivadas en estas condiciones (48% +Cd/¿Se , 45 % +Cd/+SeF , y 38 % +Cd/+SeR , relativo a ¿Cd/¿Se). Esta reducción del crecimiento se debió a: (i) la toxicidad del Cd y (ii) el desequilibrio nutricional que sufrían las plantas con la presencia de Cd en la solución nutritiva. Parece que, en condiciones hidropónicas, la adición de Se a la solución nutritiva, y por tanto su absorción a través de las raíces retrasó y redujo en gran medida los efectos tóxicos del Cd en las plantas de pimiento, a diferencia de la aplicación foliar de este elemento. II. Segundo experimento: Los resultados mostraron la superioridad del tratamiento +Cd/+SeR con respecto al tratamiento +Cd/+SeF, ya que el primero activa una serie de mecanismos relacionados con la síntesis poliaminas conjugadas, la asimilación de nitrógeno, el ciclo de Krebs, y, el aumento del ácido clorogénico. Los datos del estudio metabólico indicaron que el tratamiento foliar con Se provocó algunos daños en las plantas de pimiento o desencadenó una serie de respuestas metabólicas diferentes a las observadas en las plantas SeR que condujeron a que el SeF no fuera tan efectivo como el SeR. Los resultados indicaron que el SeR disminuyó la acumulación y toxicidad de Cd a medida que mejoró la homeostasis de las poliaminas, se incrementaron los mecanismos de defensa como el fenilpropanoide y se bloqueó la entrada de Cd a las plantas. III. Tercer experimento: Los resultados mostraron que la aplicación exógena de Biocat G y Se mejoraron los efectos adversos causados por la toxicidad del Cd. Biocat G consiguió limitar el transporte de Cd desde las hojas a las inflorescencias, reduciendo el contenido de Cd en la parte comestible. Estos tratamientos dieron los mejores resultados ya que desactivaron la reactividad del Cd en los tejidos, pero no afectaron a su acumulación en la planta.