Hispanopedia WikiLa fitoextracción es un subproceso de fitorremediación en el que las plantas eliminan elementos o compuestos peligrosos del suelo o el agua, generalmente metales pesados , metales que tienen una alta densidad y pueden ser tóxicos para los organismos incluso en concentraciones relativamente bajas. [1] Los metales pesados que extraen las plantas también son tóxicos para ellas, y las plantas utilizadas para la fitoextracción son conocidas por ser hiperacumuladoras que secuestran cantidades extremadamente grandes de metales pesados en sus tejidos. La fitoextracción también puede ser realizada por plantas que absorben niveles más bajos de contaminantes, pero debido a su alta tasa de crecimiento y producción de biomasa, pueden eliminar una cantidad considerable de contaminantes del suelo. [2]
Metales pesados y sistemas biológicos
Los metales pesados pueden ser un problema importante para cualquier organismo biológico, ya que pueden reaccionar con una serie de sustancias químicas esenciales para los procesos biológicos.
También pueden descomponer otras moléculas en especies aún más reactivas (como las especies reactivas de oxígeno ), que también alteran los procesos biológicos. Estas reacciones agotan la concentración de moléculas importantes y también producen moléculas peligrosamente reactivas como los radicales O y OH .
Los no hiperacumuladores también absorben cierta concentración de metales pesados, ya que muchos de ellos son químicamente similares a otros metales que son esenciales para la vida de las plantas.
El proceso
Para que una planta extraiga un metal pesado del agua o del suelo, deben suceder cinco cosas.
- El metal debe disolverse en algo que las raíces de la planta puedan absorber.
- Las raíces de las plantas deben absorber el metal pesado.
- La planta debe quelar el metal para protegerse y hacer que el metal sea más móvil (esto también puede suceder antes de que el metal sea absorbido). La quelación es un proceso por el cual un metal se rodea y se une químicamente a un compuesto orgánico.
- La planta traslada el metal quelado a un lugar para almacenarlo de forma segura.
- Por último, la planta debe adaptarse a cualquier daño que los metales causen durante el transporte y el almacenamiento.
Disolución
En sus estados normales, los metales no pueden ser absorbidos por ningún organismo. Deben estar disueltos como un ion en solución para ser móviles en un organismo. [3] Una vez que el metal es móvil, puede ser transportado directamente sobre la pared celular de la raíz por un transportador de metales específico o transportado por un agente específico. Las raíces de las plantas median este proceso al secretar cosas que capturarán el metal en la rizosfera y luego transportarán el metal sobre la pared celular. Algunos ejemplos son: fitosideróforos, ácidos orgánicos o carboxilatos [4] Si el metal está quelado en este punto, entonces la planta no necesita quelarlo más tarde y el quelante sirve como una caja para ocultar el metal del resto de la planta. Esta es una forma de que un hiperacumulador se proteja de los efectos tóxicos de los metales venenosos.
Absorción radicular
Lo primero que ocurre cuando se absorbe un metal es que se une a la pared celular de la raíz. [5] Luego, el metal se transporta a la raíz. Algunas plantas luego almacenan el metal mediante quelación o secuestro. Muchos ligandos de metales de transición específicos que contribuyen a la desintoxicación y el transporte de metales se regulan positivamente en las plantas cuando los metales están disponibles en la rizosfera. [6] En este punto, el metal puede estar solo o ya secuestrado por un agente quelante u otro compuesto. Para llegar al xilema , el metal debe pasar a través del simplasma de la raíz.
Transporte de raíz a brote
Los sistemas que transportan y almacenan metales pesados son los sistemas más críticos en un hiperacumulador porque los metales pesados dañarán la planta antes de que se almacenen. El transporte de metales pesados de la raíz al brote está fuertemente regulado por la expresión genética. Se han identificado los genes que codifican los sistemas de transporte de metales en las plantas. Estos genes se expresan tanto en plantas hiperacumuladoras como en plantas que no lo hacen. Existe una gran cantidad de evidencia de que los genes que se sabe que codifican los sistemas de transporte de metales pesados se sobreexpresan constantemente en plantas hiperacumuladoras cuando se exponen a metales pesados. [7] Esta evidencia genética sugiere que los hiperacumuladores sobredesarrollan sus sistemas de transporte de metales. Esto puede ser para acelerar el proceso de la raíz al brote, lo que limita la cantidad de tiempo que el metal está expuesto a los sistemas de la planta antes de que se almacene. Se ha analizado la acumulación de cadmio. [8]
Estos transportadores se conocen como ATPases transportadoras de metales pesados (HMAs). [9] Una de las HMAs mejor documentadas es HMA4, que pertenece a la subclase HMA Zn/Co/Cd/Pb y se localiza en las membranas plasmáticas del parénquima del xilema. [7] HMA4 se regula positivamente cuando las plantas están expuestas a altos niveles de Cd y Zn, pero se regula negativamente en sus parientes no hiperacumuladores. [10] Además, cuando aumenta la expresión de HMA4 hay un aumento correlacionado en la expresión de genes que pertenecen a la familia ZIP (proteínas transportadoras reguladas por zinc y hierro). Esto sugiere que el sistema de transporte de raíz a brote actúa como una fuerza impulsora de la hiperacumulación al crear una respuesta de deficiencia de metales en las raíces. [11]
Almacenamiento
Los sistemas que transportan y almacenan metales pesados son los más críticos en un hiperacumulador, porque los metales pesados dañan la planta antes de ser almacenados. A menudo, en los hiperacumuladores, los metales pesados se almacenan en las hojas.
¿Cómo puede ser útil la fitoextracción?
Para plantas
Existen varias teorías que explican por qué sería beneficioso para una planta hacer esto. Por ejemplo, la hipótesis de la "defensa elemental" supone que tal vez los depredadores evitarán comer hiperacumuladores debido a los metales pesados. Hasta ahora, los científicos no han podido determinar una correlación. [12] En 2002, el Departamento de Farmacología de la Universidad Médica Bangabandhu Sheikh Mujib en Bangladesh realizó un estudio en el que se utilizó jacinto de agua para eliminar el arsénico del agua. [13] Este estudio demostró que el agua podía purificarse completamente de arsénico en unas pocas horas y que la planta podría usarse como alimento para animales, leña y muchos otros fines prácticos. Dado que el jacinto de agua es invasivo, es económico de cultivar y extremadamente práctico para este propósito.
Véase también
Referencias
- ^ "Hiperglosario MSDS: Heavy Metal". www.ilpi.com . Archivado desde el original el 23 de septiembre de 2011. Consultado el 30 de octubre de 2011 .
- ^ Guidi Nissim W., Palm E., Mancuso S., Azzarello E. (2018) “Fitoextracción de oligoelementos de suelos contaminados: un estudio de caso en clima mediterráneo”. Environmental Science and Pollution Research https://doi.org/10.1007/s11356-018-1197-x Archivado el 6 de octubre de 2021 en Wayback Machine.
- ^ Misra V., Tiwari A., Shukla B. y Seth CS (2009) Efectos de las enmiendas del suelo en la biodisponibilidad de metales pesados de los relaves de minas de zinc. Environmental Monitoring Assessment 155, 467–475.
- ^ Han F., Shan XQ, Zhang SZ, Wen B. y Owens G. (2006) Aumento de la acumulación de cadmio en las raíces del maíz: el impacto de los ácidos orgánicos. Plant and Soil 289, 355–368.
- ^ Clemens S., Palmgren MG y Krämer U. (2002) Un largo camino por recorrer: comprensión y diseño de la acumulación de metales en las plantas. Trends in Plant Science 7, 309–315.
- ^ Seth, CS, et al. "Fitoextracción de metales tóxicos: un papel central para el glutatión". Plant, Cell and Environment (Planta, célula y medio ambiente) (2011) SCOPUS. Web. 16 de octubre de 2011.
- ^ ab Rascio, N., y F. Navari-Izzo. "Plantas que acumulan cantidades excesivas de metales pesados: ¿cómo y por qué lo hacen? ¿y qué las hace tan interesantes?" Plant Science 180.2 (2011): 169-81. SCOPUS. Web. 16 de octubre de 2011.
- ^ Küpper, Hendrik; Leitenmaier, Barbara (2013). "Capítulo 12. Plantas que acumulan cadmio". En Astrid Sigel, Helmut Sigel y Roland KO Sigel (ed.). Cadmio: de la toxicología a la esencialidad . Iones metálicos en las ciencias de la vida. Vol. 11. Springer. págs. 373– 413. doi :10.1007/978-94-007-5179-8_12. ISBN 978-94-007-5178-1. Número de identificación personal 23430779.
- ^ KB Axelsen y MG Palmgren, Inventario de la superfamilia de bombas iónicas de tipo P en Arabidopsis. Plant Physiol., 126 (1998), págs. 696–706.
- ^ A. Papoyan y LV Kochian, Identificación de genes de Thlaspi caerulescens que pueden estar involucrados en la hiperacumulación y tolerancia a metales pesados. Caracterización de una nueva ATPasa transportadora de metales pesados. Plant Physiol., 136 (2004), págs. 3814–3823.
- ^ M. Hanikenne, et al. La evolución de la hiperacumulación de metales requirió cambios cisregulatorios y triplicación de HMA4. Nature, 453 (2008), págs. 391–395
- ^ Rascio, N., y F. Navari-Izzo. "Plantas que acumulan metales pesados: ¿cómo y por qué lo hacen? ¿y qué las hace tan interesantes?" Plant Science 180.2 (2011): 169-81. SCOPUS. Web. 16 de octubre de 2011.
- ^ Misbahuddin, M. y A. Fariduddin. "El jacinto de agua elimina el arsénico del agua potable contaminada con arsénico". Archives of Environmental Health 57.6 (2002): 516-8. SCOPUS. Web. 26 de septiembre de 2011.
