Caracterización de la respuesta fisiológica de Salvinia sp. frente a la exposición a metales pesados y su relación con la eficiencia del proceso de fitorremediación

Abstract

Resumen: El uso de plantas para remover contaminantes (i.e., fitorremediación) es una técnica ampliamente utilizada y validada, a la vez de ser económica, sustentable y bajo impacto ambiental. Se han estudiado y utilizado diversos tipos de plantas para la remoción de metales pesados en medios acuáticos, debido a que cada especie posee diferentes características y capacidades. Entre ellas, las macrófitas del género Salvinia han demostrado ser muy eficientes en la remoción de metales y metaloides. La presente investigación tuvo por objeto ahondar en el conocimiento de la capacidad fitorremediadora de Salvinia sp. frente a la exposición a metales pesados, en la respuesta fisiológica de estas plantas al estrés metálico, y su incidencia en el proceso de fitorremediación. Para ello, se expusieron especímenes autóctonos de Salvinia biloba Raddi, obtenidos de humedales naturales del río Paraná, a iguales concentraciones (50±1 o 100±2 μM) de cadmio (Cd2+), cobre (Cu2+), plomo (Pb2+) o zinc (Zn2+) en ensayos independientes, y se analizó la eficiencia y la velocidad de remoción para cada metal en la columna de agua a 0, 2, 4, 6, 10, 24 y 48 h de tratamiento. Adicionalmente, se realizó un análisis de compartamentalización mediante el cual se determinó la cantidad de metal adsorbido superficialmente a la biomasa y acumulado intracelularmente. Finalmente, se evaluó el efecto fitotóxico ocasionado en S. biloba a causa de la exposición a los diferentes metales. A partir de los resultados obtenidos se demostró que, en las condiciones ensayadas, S. biloba mostró mayor eficiencia para la remoción de iguales concentraciones de Pb2+ y Cu2+ respecto a Cd2+ y Zn2+. La adsorción y la acumulación intracelular de los metales se dio de manera progresiva a lo largo del tiempo; sin embargo, se evidenciaron diferencias en las cinéticas de remoción para Pb2+ y Cu2+ (primer orden), respecto a las obtenidas para Cd2+ y Zn2+ (segundo orden). Adicionalmente, se manifestaron algunos cambios diferenciales, tanto en las características físicas de las plantas como en los parámetros fisiológicos estudiados contenido de clorofilas, flavonoides, más no se manifestaron cambios significativos en carotenoides, antocianinas y carbohidratos solubles, lo cual implica que la respuesta fisiológica de S. biloba frente a la exposición a metales pesados es diferente para cada relación metal/concentración. Sin embargo, el daño toxicológico provocado en las plantas a causa del estrés metálico parece no estar directamente vinculado con su capacidad de acumulación, indicando que los mecanismos de respuesta al estrés en S. biloba responden en forma independiente a la regulación del proceso de fitorremediación.

Abstract: The use of plants to remove pollutants from the environment (i.e., phytoremediation) is a validated and widely used technique, and at the same time, it is an economic, sustainable and eco-friendly technology. Several plants have been used for metal ions removal from aquatic environments since each species has distinctive characteristics. In particular, macrophytes belonging to Salvinia sp. have proved to be highly efficient in metal ions and metalloids removal from contaminated waters. The aim of the present investigation was to get insight into Salvinia sp. phytoremediation performance against the exposure to different heavy metals. In addition, plants physiologic response induces by metallic stress and how metals phytotoxicity could affect the phytoremediation process was also assed. For these purposes, autochthonous free-floating S. biloba Raddi specimens were collected from naturally-occurring wetlands at Paraná river, and separately exposed to 50±1 or 100±2 μM of cadmium (Cd2+), copper (Cu2+), lead (Pb2+) or zinc (Zn2+) in batch experiments. Metals removal performance from artificially-contaminated water samples was evaluated at 0, 2, 4, 6, 10, 24 and 48 h of plants exposition. In addition, a compartmentalization analysis was carried out in order to quantify the amount of metals adsorbed or accumulated into plants. Finally, metals phytotoxicity in S. biloba was indirectly assessed by measuring chlorophylls, flavonoids, carotenoids, anthocyanins and soluble carbohydrates content. Our results showed that under the assayed conditions, S. biloba has a greater ability to remove equal concentration of Pb2+ or Cu2+, than Cd2+ or Zn2+. All the metals were progressively adsorbed and accumulated within plants; however, elimination kinetics from water samples was different for Pb2+ and Cu2+ (first order) in comparison with the obtained for Cd2+ and Zn2+ (second order). Moreover, physical damage in S. biloba tissues and affection of plants physiological parameters probed to be dependent of the metal/concentration ratio. However, the toxicological damage caused in plants by heavy metals stress seem not to be straight-linked with S. biloba metal elimination capacity, indicating that abiotic-stress response mechanisms and the phytoremediation process are independently regulated.