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REDUCCION DEL EFECTO TOXICO DEL CADMIO POR MICROORGANISMOS DE LA RIZOSFERA EN PLANTAS DE Eucalyptus
globulus.
C. ARRIAGADA1 J. OCAMPO2 & M. HERRERA1
Depto. Ingeniería Rural, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos y de Montes, Universidad de Córdoba. Apartado 3048 – 14080. Córdoba-España. E-mail:
[email protected]
(2)Estación Experimental del Zaidín. Profesor Albareda 1. 18008. Granada-España.
(1)
RESUMEN
Se estudia la interacción entre plantas de Eucalyptus globulus, con el hongo micorrícico arbuscular Glomus deserticola (MA) y distintos
hongos saprofitos (HS), como herramienta de tolerancia de las plantas a la toxicidad de distintas dosis de Cadmio (Cd). Se ensayaron tratamientos de
MA, HS, MA y HS, en presencia de 0, 50 y 100 ppm de Cd. Las plantas inoculadas con el endofito MA produjeron la mayor cantidad de clorofila.
Solo la dosis de 100 ppm de Cd disminuyó considerablemente la producción de este compuesto. La aplicación de Cd redujo en un 50% la materia seca
aérea y radical de todas las plantas de E. globulus. El Cd no afectó a las raíces de las plantas inoculadas con MA y MA+HS, mientras que las plantas
no inoculadas presentaron una deformación leve en su longitud. La interacción G. deserticola y Trichoderma sp, es la que más favorece la
micorrización de las plantas de E. globulus en presencia de Cd. Los resultados obtenidos indican que la inoculación MA restringiría, inmovilizaría o
secuestraría al Cd, impidiendo su traslocación a las raíces y parte aérea de la planta. Este efecto puede verse potenciado en forma directa o a través de
la simbiosis por algunos HS.
Palabras claves: Eucalyptus globulus, Contaminación, Metales pesados, Cadmio, Micorrizas, Microorganismos.
SUMMARY
Glomus deserticola (MA) and different saprophyte fungi (HS) have been studied as a tool to increase the tolerance of Eucalyptus globulus
Labill to high levels of cadmium. Levels of cadmium of 0, 50 and 100 ppm were studied in MA, HS, MA and HS treatments. Plants inoculated with
the MA endophyte produced the highest level of chlorophyll. The level of chlorophyll was only reduced by the treatment of 100 ppm of Cd. Aerial
and root part dry weight were reduced in a 50 % after Cd application on E. globulus plants. Application of Cd had no effect in inoculated plants with
MA and MA +HS. Control plants showed a root deformation. The interaction between G. deserticola and Trichoderma sp, produced the best
mycorrhization on Eucalyptus growing in soils with Cd. Our results show that MA inoculation could restring, immobilize or kidnap the Cd avoiding
the translocation to root and aerial part of the plants. That effect could directly increase by their interaction o some HS.
Key words: Eucalyptus globulus, Pollution, Heavy metals, Cadmium, Mycorrhiza, Microorganisms,
INTRODUCCION
La contaminación de la biosfera es sin duda un factor determinante en los problemas medioambientales en la actualidad. La contaminación del
suelo por metales pesados, puede ser a través de diversos agentes, entre estos, residuos urbanos, fertilizantes, pesticidas junto con la aplicación de
residuos sólidos a las tierras agrícolas y la actividad minera la cual además, origina profundas modificaciones en el paisaje.
El término metal pesado es generalmente aceptado en estudios de medio ambiente. Este término sin embargo, se refiere estrictamente a
elementos metálicos con una masa específica mayor de 5 g x cm-3 capaces de formar sulfuros. Metales traza sería el término más correcto, ya que este
último, se basa sólo en concentración. Algunos de estos metales son micronutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas, tales como Zn, Cu,
Fe, Mn y Mo mientras que otros no tienen función biológica conocida, como el Cd, Pb y Hg (Marschner, 1995). La presencia de altas concentraciones
de estos metales en el suelo, actúan como agentes selectivos de la actividad biológica de los mismos, dando como resultado un ecosistema con una
población altamente resistente a los metales pero con una baja diversidad de especies en cada uno de sus niveles (Ernst, 1990). De esta forma, no sólo
se limita el establecimiento de las plantas, sino que también se reduce el número y actividad de los microorganismos benéficos del suelo. así, la
importancia de los microorganismos del suelo se puede entender por su demostrada capacidad para inmovilizar estos metales pesados, permitiendo al
mismo tiempo la sobrevivencia de diferentes especies vegetales (Chanmugathas y Bollag, 1987).
Dentro de la población de microorganismos del suelo, los hongos formadores de micorrizas arbusculares, benefician el establecimiento y
crecimiento de las plantas, mejorando la absorción de nutrientes minerales necesarios y de difícil disponibilidad para las plantas (Marschner, 1995).
Además, estos hongos proporcionan a las plantas una gran resistencia frente a elementos adversos, tanto bióticos como abióticos (Ocampo, 1993),
reduciendo concentraciones de algunos elementos tales como, Cu, Zn, Cd y Mn (George et al., 1994; Bürkert y Robson, 1994; Weissenhorn y Leyval.,
1995). Por otro lado se ha descrito que los hongos saprofitos, segregan sustancias que pueden actuar sobre el crecimiento de los hongos formadores de
micorrizas arbusculares (McAllister et al., 1995) y además pueden ser importantes degradadores de sustancias tóxicas (Madrid et al., 1996).
Se debe tener en cuenta que los metales pesados no pueden ser degradados químicamente, con lo que, la restauración de los suelos
contaminados se limita a procesos de inmovilización y extracción/concentración. Mediante la fitoextracción se utilizan plantas acumuladoras para
eliminar los metales del suelo, pero la mayoría de estas plantas pertenecen a la familia Brassicaceae que no son micotróficas. Así, y como estas
plantas producen poca biomasa es interesante considerar otras de mayor productividad tales como las del género Eucalyptus, siendo una opción el
utilizar E. globulus, el que posee una amplia plasticidad de desarrollo sobre suelos empobrecidos o marginales.
El objetivo del presente trabajo ha sido estudiar el efecto fitotóxico del Cd en plantas de E. globulus inoculadas con el endofito arbuscular
Glomus deserticola y los saprofitos Fusarium concolor, Trichoderma sp y Pleurotus ostreatus.
MATERIAL Y METODOS
Material Vegetal
Se utilizaron semillas de E. globulus, germinadas en arena - vermiculita (1:1 v:v) y después de su emergencia, se trasplantaron a macetas de
320 ml con una mezcla de turba - vermiculita (2:1 v:v), esterilizada a vapor fluente una hora durante tres días consecutivos. Las plantas se cultivaron
en cámara de cultivo con un fotoperíodo de 16 horas y temperaturas de 24º C (día)/ 18º C (noche) y 60% de humedad relativa. Semanalmente se
aplicó 25 ml de una solución de nutrientes (Hewitt, 1952) con 50 mg de fósforo.
Material Fúngico
Se utilizó el hongo formador de micorriza arbuscular (MA) Glomus deserticola (Trappe, Bloss and Menge). Como hongos saprofitos (HS) se
utilizaron Fusarium concolor, Pleurotus ostreatus y Trichoderma sp. La inoculación de las plantas se efectuó en el caso de MA, al mismo tiempo de
repicar las plantas cuando éstas tenían el segundo par de hojas verdaderas. La inoculación de los HS se procedió a través de una suspensión acuosa con
una densidad de esporas de 7,5 x 105 conidios x ml-1, para Trichoderma sp. y 5,5 x 105 conidios x ml-1 para F. concolor. Se cultivaron durante 1
semana a 28º C en medio nutritivo MEA + estreptomicina. Para la inoculación con P. ostreatus,una vez cultivado el hongo en MEA, se cortaron
cuadrados de 1 cm2 y se aplicaron a granos de cebada esterilizados 1 hora a 115º C; y se incubaron durante una semana a 28º C. La inoculación de las
plantas se llevó a cabo aportando al sustrato 5 granos de cebada colonizados completamente por el hongo, por maceta.
Cosecha y Análisis de Plantas.
Después de 16 semanas de crecimiento y antes de su cosecha se midieron las variables: altura, diámetro de cuello, número de hojas, clorofila
relativa y clorofila total de todas las plantas de E. globulus. La determinación de la clorofila relativa se efectuó utilizando un medidor de clorofila
Minolta 502 (SPAD), y para la clorofila total se siguió la metodología de extracción propuesta por Arnon (1949). Tras la cosecha se determinó el peso
seco de la parte aérea y radical. Para la determinación de la colonización micorrícica se procedió a la tinción de raíces según lo descrito por Phillips y
Hayman (1970). El porcentaje de longitud de raíz micorrizada se estimó utilizando la técnica descrita por Giovannetti y Mosse (1980). Las
raíces de todas las plantas se observaron bajo lupa de 6x, para determinar si éstas eran sensibles al Cd, mediante la observación de algún síntoma de
necrosis. Se asignó el siguiente criterio: más del 40% de necrosis = Sensible; 10 - 40% de necrosis = Leve; 0- 10% de raíz con síntoma de necrosis =
Normal.
Diseño Experimental.
Las plantas se cultivaron con las siguientes concentraciones de Cd 0: 0 ppm, I: 50 ppm y II: 100 ppm. El pH se ajustó a 5,0 ± 0,1. Además se
establecieron 8 tratamientos: Control no inoculado, plantas inoculadas con F. concolor, Trichoderma sp, P. ostreatus, G. deserticola, plantas
inoculadas con G. deserticola y F. concolor ó Trichoderma sp ó P. ostreatus. Se establecen 3 repeticiones para cada muestra.
Los resultados obtenidos se sometieron a un análisis de varianza (ANOVA) comparándose las medias mediante el test de Tukey (Sokal y
Rohlf, 1981). Los datos de porcentaje son transformados en el arcoseno de su raíz cuadrada, y a todos los datos se les realizó un test de normalidad y
de homogeneidad de varianzas antes del ANOVA.
RESULTADOS Y DISCUSION
Los resultados de la figura 1, muestran que se produjo un aumento significativo e importante del crecimiento en altura de todas las plantas que
presentaban colonización del hongo MA, no existiendo diferencias significativas entre los tratamientos que se inocularon con HS.
Figura 1. Crecimiento en altura en plantas de E. globulussometidas a dosis de Cd e inoculadas con G. deserticola y distintos HS.
Este aumento del crecimiento también se observa, aunque menos acusado, en la plantas inoculadas con el hongo MA y sometidas a las dosis de
50 y 100 ppm de Cd. Esto concuerda con lo observado por Pereira y Herrera (1997), quienes encuentran que la micorrización de endofitos
arbusculares aumentan la resistencia de las plantas a altas concentraciones de metales pesados.
Figura 2. Diámetro de cuello en plantas de E. globulussometidas adosis de Cd e inoculadas con G. deserticola y
distintos HS.
Figura 3. Número de hojas en plantas de E. globulussometidas a dosis de Cd e inoculadas con G.
deserticola y distintos HS
En la figura 2, se puede observar que la acción del endofito MA y los HS inciden levemente en el diámetro de cuello de las plantas de E.
globulus, ya sea con o sin aplicación de Cd. Por el contrario, el número de hojas jóvenes en las plantas con aplicaciones de Cd, se reduce en un 50%
(figura 3), pero al igual que el diámetro de cuello, la acción del endofito AM y los HS no benefician significativamente la producción foliar por parte
de la planta.
Tabla 1. Producción de clorofila relativa y clorofila total en plantas de E. globulus sometidas a dosis de Cd e inoculadas con G. deserticola y distintos HS. Letras distintas denotan diferencias significativas según test
de Tukey (Pœ0.05).
Se ha observado que la mayor cantidad de clorofila total la producen aquellas plantas que fueron inoculadas con el endofito MA, respecto de
las plantas no inoculadas con MA (Tabla 1). Este efecto también se ha observado en aquellas sometidas a las dosis de Cd I y Cd II. Van den Driessche
(1991), describe relaciones lineales entre la concentración de clorofila y nutrientes (N, Mg y Fe), los que forman parte de la molécula de clorofila y su
síntesis, por lo que se puede asumir que la deficiencia de cualquiera de estos nutrientes podrían afectar la síntesis de clorofila (Cordeiro et al, 1995). En
los tratamientos sometidos a dosis de Cd puede parecer probable suponer que este elemento este interactuando de manera antagónica con alguno de
estos nutrientes (N, Mg y Fe), o bien compitiendo por el transportador para afectar directamente la síntesis de la clorofila.
Tabla 2. Peso seco de la parte aérea y radical y colonización micorrícica en plantas de E. globulus sometidas a distintas dosis de Cd e inoculados con G. deserticola y distintos HS. Letras distintas denotan diferencias
significativas según test de Tukey (Pœ0.05).
En la tabla 2 podemos observar como la aplicación de Cd reduce el peso seco de la raíz y parte aérea de todas las plantas, alcanzando en la
mayoría de los casos, un 50%. Cabe destacar que aquellas plantas no expuestas a las dosis de Cd y no inoculadas con MA, poseen un mayor peso seco
radical que las plantas micorrizadas. Esto puede deberse fundamentalmente a que las plantas micorrizadas reducen y a la vez optimizan su sistema
radical, aumentando la nutrición de la misma, dado a que esta simbiosis se basa fundamentalmente en la eficiencia en la asimilación de nutrientes
necesarios para las plantas (Harley y Smith, 1983). El sistema radical de las plantas de E. globulus no inoculadas con el endofito MA se ve afectado
por la aplicación de Cd, ya que presentaban una necrosis leve de la raíz. Esto concuerda con Joner y Leyval (1996), quienes encuentran que las hifas
extraradicales del hongo MA transportan el Cd desde el suelo pero la transferencia desde el hongo a la planta se restringe e inmoviliza en las
estructuras fúngicas, sin afectar fuertemente a las raíces y parte aérea.
El porcentaje de colonización micorrícica disminuye en presencia de 50 y 100 ppm de Cd, en alrededor de un 30 y 53% respectivamente (Tabla
2). La inoculación conjunta de G. deserticola y Trichoderma sp, favorece más la colonización arbuscular, al ser expuesta la planta a la dosis de 50
ppm de Cd. La dosis de 100 ppm de Cd, si bien afecta a la colonización de todos los tratamientos, es menos tóxica para las plantas inoculadas con MA
y HS. Esto concuerda con McAllister et al (1994), quienes estudiando la interacción MA y HS encuentran que la segregación de sustancias por parte
del HS, puede actuar de manera benéfica para el hongo micorrícico.
Por último, podemos concluir que, las plantas de E. globulus inoculadas con el endofito MA, fueron más resitentes a la acción fitotóxica del
Cd. Los hongos saprofitos utilizados en este experimento, parecen tener una acción directa sobre la resistencia de E. globulus a la aplicación de Cd, lo
que permite una acción más favorable en el establecimiento de la simbiosis MA. Por lo tanto, se concuerda con lo observado por Joner y
Leyval (1996), en que el hongo MA inmovilizaría o secuestraría en sus estructuras fúngicas al Cd, lo que impediría y dificultaría su traslocasión a las
raíces y parte aérea de la planta, viéndose potenciado o interviniendo en este “secuestro” del Cd, la inoculación con algunos HS.
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