Especiación y distribución de mercurio en plantas como base científica para fitotecnologia=speciation and distribution of mercury in plants as scientific bases for phytotechnology

El mercurio (Hg) y la mayoria de sus compuestos son altamente toxicos para las personas y para los ecosistemas. Es considerado un contaminante global debido a su alta movilidad y extremada persistencia en el medio ambiente. Un factor muy importante de los efectos del mercurio en el medio ambiente es su capacidad para acumularse en organismos y ascender por la cadena alimentaria convirtiendose en una seria amenaza para la poblacion humana. El area minera de Almaden, situada al sur de Espana (Ciudad Real), ha sido durante siglos la zona de mayor produccion de Hg a nivel mundial. El cese de la produccion de Hg ha impuesto la necesidad de promover otras actividades economicas, tales como la agricultura y la ganaderia las cuales se han visto debilitadas por el contenido de Hg en los suelos agricolas de la zona. Por tanto, era importante evaluar el riesgo potencial para la salud humana y el medio ambiente considerando la absorcion y distribucion de Hg en cultivos que se adapten a las condiciones de la zona. En este sentido, se propuso el uso de la alfalfa (Medicago sativa) como cultivo alternativo y/o como planta para fitotecnologias en la comarca de Almaden, la cual podria ayudar a eliminar o estabilizar contaminantes evitando a su vez, erosion y perdida de fertilidad en los suelos. No obstante, para la utilizacion de alfalfa en fitotecnologias es preciso conocer en detalle aspectos como la especiacion y distribucion de contaminantes dentro de la planta, para determinar el posible uso agronomico de estas. Ademas, para favorecer la produccion de biomasa y permitir una adecuada revegetacion de los suelos contaminados es necesario determinar la influencia de la fertilizacion por nitrato (NO3 El Hg se acumulo principalmente en la raiz, concretamente en la fraccion celular particulada, mayoritariamente de pared celular. Se determino asimismo la especiacion del Hg soluble mediante cromatografia liquida de alta resolucion (HPLC) acoplada a un espectrometro de masas de tiempo de vuelo (TOFMS), lo que nos permitio identificar fitoquelatinas (PCs) y homofitoquelatinas (hPCs) unidas a Hg en plantas tratadas con Hg 30 ? M. Estos biotioles estan considerados como uno de los mas importantes mecanismos de defensa de las plantas frente a metales pesados, siendo sintetizados en las celulas vegetales a partir de glutation (GSH) u homoglutation (hGSH, existente en algunas leguminosas). La enzima que cataliza la reaccion es la fitoquelatina sintasa, que se activa post-traduccionalmente por la acumulacion del metal, y produce una familia de ), principal nutriente limitante en los suelos problema, con respecto a la tolerancia a Hg. Resumen peptidos con la estructura general (Glu-Cys)n Para estudiar la localizacion de Hg a nivel de tejido se empleo micro Fluorescencia de Rayos-X con fuente Sincrotron (? -SXRF), estableciendose que el Hg estaba localizado posiblemente en los conductos vasculares de raiz, tallo y hojas de alfalfa, de plantas que fueron crecidas en un medio hidroponico puro para aumentar la concentracion y la senal de fluorescencia. Paralelamente se estudio la localizacion de Hg en plantas de marrubio (Marrubium vulgare) muestreadas en un suelo contaminado ubicado en una antigua planta metalurgica, donde se obtenia Hg a partir del mineral cinabrio. Los resultados revelaron que si bien las plantas crecidas hidroponicamente absorbian el metal a traves de los apices de las raices translocandolo a parte aerea, las plantas naturales presentaron un comportamiento exclusor, reteniendo el Hg en la raiz sin translocacion a parte aerea. -Gly, donde n varia segun el tiempo de exposicion al metal y su dosis. Esta identificacion tambien fue llevada a cabo en plantas de maiz y cebada para investigar posibles diferencias entre especies vegetales. Este este sentido, se detectaron 11 nuevos complejos no descritos anteriormente, formados por Hg y metil-Hg unidos a PCs y hPCs. Para comprobar la importancia de estos biotioles en la detoxificacion de Hg se utilizaron plantas mutantes de Arabidopsis thaliana deficientes en la produccion de PCs, cad1-3, y en el nivel de GSH, cad2-1, apreciandose que la falta de formacion de complejos Hg-PC disminuye la tolerancia a Hg. Mediante la tecnica de Absorcion de Rayos-X (EXAFS) se identificaron los enlaces de coordinacion en torno al Hg, cuando este es absorbido por la planta. Este analisis, al igual que el de localizacion de Hg, se llevo a cabo en raiz, tallo y hoja de alfalfa y raiz y hoja de marrubio. Mientras que en alfalfa, mas del 79% del Hg estaba unido a azufre organico (enlaces Hg-Cys), en el marrubio mas del 60% del Hg estaba unido a azufre inorganico, posiblemente de particulas de suelo adheridas al tejido. Ademas, se procedio a estudiar a nivel subcelular la distribucion de Hg analizando muestras de alfalfa mediante Microscopia de Transmision Electronica (TEM), que permitio detectar depositos densos, debido a la presencia de Hg, en la pared celular de raices de la epidermis y xilema, lo que concuerda con los resultados de fraccionamiento subcelular realizados. Por ultimo, se estudio la influencia de la fertilizacion nitrogenada sobre la absorcion de Hg por la alfalfa y sobre parametros de estres como peroxidacion de lipidos, contenido en clorofilas, actividad enzimatica de enzimas glutation reductasa (GR) o ascorbato peroxidasa (APX). El estudio se realizo previamente bajo condiciones controladas en Sandra Carrasco Gil semihidroponico y posteriormente se llevo a maceta con suelo contaminado de Almaden, para aproximarse paulatinamente a condiciones reales de campo. En ambos casos, se observo que la fertilizacion con NO3 Un conocimiento preciso de los mecanismos de detoxificacion y tolerancia de metales toxicos es importante para optimizar las estrategias de descontaminacion mediante fitorremediacion. El trabajo de investigacion que se presenta abre nuevas perspectivas hacia la aplicacion de tecnicas avanzadas para estudiar el comportamiento del Hg y su dinamica en plantas, con el objetivo ultimo de poder aplicar estos conocimientos a fitotecnologias. En concreto, el empleo de plantas de alfalfa, podria permitir la estabilizacion de contaminantes, y facilitar la revegetacion de suelos contaminados, evitando a su vez, erosion y perdida de fertilidad como pueden ser el caso de Almaden. A su vez, es interesante destacar la importancia de una adecuada nutricion nitrogenada para mejorar la tolerancia a contaminantes, si bien ha de realizarse una monitorizacion de los cultivos para evitar el riesgo de introducir el Hg en la cadena trofica, y llegar a suponer un problema para la salud humana. reducia el estres oxidativo en las raices. Sin embargo la fertilizacion con un abono NPK del suelo de Almaden hizo que la planta acumulara en la parte cosechable, niveles de Hg por encima de lo permitido legalmente, poniendo de manifiesto la importancia del estudio de la absorcion de Hg para evitar riesgos en la salud humana.