cicy.repositorioinstitucional.mx · 2018. 5. 28. · CICY ( POSGRADOE ) Cl C'AS ( BIO OGICAS Centro...
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·:- -!$ CICY ( POSGRADOE ) Cl C' AS ( BIO OGICAS Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. Posgrado en Ciencias Biológicas EFECTOS FISIOLÓGICOS, MORFOLÓGICOS Y BIOQUÍMICOS DE LA EXPOSICIÓN AL PLOMO EN LAS ESPECIES Avicennia germinans, Laguncularia racemosa Y Rhizophora mangle · Tesis que presenta MARÍA DEL REFUGIO CABAÑAS MENDOZA En opción al título·de MAESTRO EN CIENCIAS Ciencias Biológicas: Opción Recursos Naturales Mérida, Yucatán, México MAYO, 2014
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CICY ( POSGRADOE
) Cl C'AS ( BIO OGICAS
Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C.
Posgrado en Ciencias Biológicas
EFECTOS FISIOLÓGICOS, MORFOLÓGICOS Y
BIOQUÍMICOS DE LA EXPOSICIÓN AL PLOMO EN
LAS ESPECIES Avicennia germinans, Laguncularia
racemosa Y Rhizophora mangle ·
Tesis que presenta
MARÍA DEL REFUGIO CABAÑAS MENDOZA
En opción al título·de
MAESTRO EN CIENCIAS
Ciencias Biológicas: Opción Recursos Naturales
Mérida, Yucatán, México
MAYO, 2014
CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTIFICA DE YUCA TAN, A. C.
POSGRADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS
RECONOCIMIENTO
SOSGRADOEN
CIENCIAS ( BIOLÓGICAS
Por medio de la presente, hago constar que el trabajo de tesis titulado "EFECTOS
FISIOLÓGICOS, MORFOLOGICOS Y BIOQUIMICOS DE LA EXPOSICIÓN AL
PLOMO EN LAS ESPECIES Avicennia germinans, Laguncularia racemosa Y
Rhizophora mangle" fue realizado en los laboratorios de la Unidad de Recursos
Naturales y de la Unidad de Biotecnología del Centro de Investigación Científica de
Yucatán, A.C. bajo la dirección de los doctores José Luis Andrade Torres y Jorge
Santamaría Fernández, dentro de la Opción de Recursos Naturales, perteneciente al
Programa de Posgrado en Ciencias Biológicas de este Centro.
Atentamente,
Coordinador de Docencia
Mérida, Yucatán, México; 22 de Mayo del2014
DECLARACIÓN DE PROPIEDAD
Declaro que la información contenida en la sección de Materiales y Métodos
Experimentales, los Resultados y Discusión de este documento proviene de las
actividades de experimentación realizadas durante el período que se me asignó para
desarrollar mi trabajo de tesis, en las Unidades y Laboratorios del Centro de
Investigación Científica de Yucatán, A.C. , y que a razón de lo anterior y en
contraprestación de los servicios educativos o de apoyo que me fueron brindados, dicha
información, en términos de la Ley Federal del Derecho de Autor y la Ley de la Propiedad
Industrial, le pertenece patrimonialmente a dicho Centro de Investigación. Por otra
parte, en virtud de lo ya manifestado, reconozco que de igual manera los productos
intelectuales o desarrollos tecnológicos que deriven o pudieran derivar de lo
correspondiente a dicha información, le pertenecen patrimonialmente al Centro de
Investigación Científica de Yucatán, A.C., y en el mismo tenor, reconozco que si derivaren
de este trabajo productos intelectuales o desarrollos tecnológicos, en lo especial , estos se
regirán en todo caso por lo dispuesto por la Ley Federal del Derecho de Autor y la Ley de
la Propiedad Industrial, en el tenor de lo expuesto en la presente Declaración .
María del Refugio Cabañas Mendoza
AGRADECIMIENTOS
A CONACYT por la beca otorgada: número de apoyo 326818.
Al laboratorio de Fisiología Vegetal de la Unidad de Recursos Naturales y de
Biotecnología del CICY, así como al laboratorio de Procesamiento de Alimentos del
Instituto Tecnológico de Mérida, en especial a los doctores José Luis Andrade Torres,
Jorge Santamaría Fernández y Enrique Sauri Duch, por el apoyo económico y los
conocimientos brindados para la realización de esta tesis y como parte de mi formación
como investigadora.
A los técnicos Roberth Armando Us Santamaria y José Luis Simá Gómez del laboratorio
de Fisiología Vegetal , y a mis compañeros del área de Recursos Naturales por el apoyo
en el manejo de equipo y en el trabajo de campo y de laboratorio que hicieron posible esta
investigación.
A mi familia y amigos que están ahí cuando los necesito, por apoyar mis decisiones sean
cuales sean y por motivarme a seguir el camino correcto para mi vida ... por hacerme reír y
comprenderme en mis malos momentos ...
Los ganadores hicieron lo que los perderos nunca quisieron hacer ...
Índice
ÍNDICE GENERAL PÁGINA
ÍNDICE DE FIGURAS ... .. ... .. .......... ......... ............... .. .. ........ ... ............................ .. ............... V
ÍNDICE DE CUADROS ..... ............. .. .................................. ............................... ................. ix
RESUMEN ....... ... ............... ................ ............... .. ......... .. ............... .. .. .... ... .. ..... .. .. .. ...... .. ... .. 1
ABSTRACT .... ... ............ .... .. .... ................. .... .. ..... .. ..... .. ... .... ....... ......... ................. ..... ..... ... 3
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN ........... .......... .... .. .......... .. ................................................................... 5
ANTECEDENTES GENERALES ...... ...... ........... .. .. ......... ..... ... ................ ..... ......... ...... .. 7
El plomo y su estudio en fitotoxicidad .................................... .. .. .. .... .... ...... .. ............. 7
Capacidad de acumulación de metales en especies de manglar .............................. 9
Efectos de los metales pesados en especies de manglar .. ...... ........ .. .... .. ............... 11
Niveles de contaminación de plomo en lagunas costeras de México .................. .. .. 12
JUSTIFICACIÓN .. .. ... .. .............. ... ............................................. ....... .. ....... ... ............... 13
PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN E HIPÓTESIS .......... .. .. ......... .. ................ ...... ..... 14
OBJETIVOS Y ESTRATEGIA EXPERIMENTAL ......... ... .. .... ............... .... ....... .... .... ..... 15
Objetivo general .... .. ... .. ................... .. .... ...... ........ .. ..... .. ............................ .. ............ 15
Objetivos particulares ..... .. .. ............................... ........ .. ..... .................. .............. .... .. 15
Estrategia experimental ..... ..... ..... ... .. ... .. ..... .. .. ................. .......... .... .... ....... .... .......... 15
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ... ....... .. ... .......... .. ... ... .. ................... .... .................. 17
CAPITULO 11. CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN DE PLOMO EN PLANTAS DE Avicennia germinans, Laguncularia racemosa Y Rhizophora mangle
INTRODUCCIÓN ....... .. ............... ............. ............. .......... ....... .. .. .... .............. .. ..... ... ..... 21
MATERIALES Y Mt:TODOS .... ................. ....... ................. .. ...... ....... ....................... .... 23
Aclimatación y condiciones de cultivo de plantas de Avicennia germinans,
Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle ............... .............. .. .. ....................... 23
Exposición al plomo ........................... ............ ... .............. ............ .. ........ ... ............... 24
Concentración de plomo en los tejidos ........ ............... ...... ... .................... ............... 25
Bioconcentración y translocación de plomo en plántulas de Avicennia germinans,
Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle ....... .. .......... ........ .............. ... .. .. .. ...... 25
Índice
Análisis estadísticos ....... ....... ... ........... .................... .... ........................................... 26
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... .. .................... .... .. .. ................................................... 26
Aclimatación de plantas de Avicennia germinans, Laguncularia racemosa y
Rhizophora mangle ... .................................... ..... .... .. ............... .................... ...... ...... 26
Concentración de plomo en la raíz .............................. .. .... .. .... .... ........ ................... 30
Concentración de plomo en el tallo .... ................ ...................... ............................... 32
Concentración de plomo en la hoja .......... .............. ................................................. 33
Concentración de plomo total .................. .................... .. .. .... ......................... .......... 35
Bioconcentración y translocación de plomo en plantas de Avicennia germinans,
Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle ........................................................ 37
CONCLUSIÓN .. ...... ..... ............... ......... .... ...... ... ........ ................... .... ...... ........ ... ......... . 43
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ... .. ...................................... .. ..... ........ ... .... ........ ... 45
CAPITULO 111. EFECTOS DEL PLOMO Y CAPACIDAD DE TOLERANCIA EN PLANTAS
DE Avicennia germinans, Laguncu/aria racemosa Y Rhizophora mangle
INTRODUCCIÓN .. .... ...... ... ........ ... ... .............. ........................ .. .... ... ... ......... ................ 51
MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................... ... ................... ............ 52
Determinación de la eficiencia máxima del fotosistema 11 ................ ...................... 52
Medición de la tasa de fotosíntesis neta .............................................................. ... 53
Concentración de pigmentos: clorofila a, by carotenoides .............................. ...... . 53
Fuga de electrolitos ........................................................... ... ............................ ...... 54
Evaluación de la respuesta de crecimiento .................................. .. ......................... 54
Análisis estadísticos ................................. ...................... ............ ............ ................ 54
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................ ..................... ............. ..... ........ .. ...... .. ........... 55
Cambios morfológicos en plantas de Avicennia germinans, Laguncularia racemosa y
Rhizophora mangle por la exposición al plomo .... ...... .. ...... .. ...... ...... ........ .......... ..... 55
Efectos del plomo en la eficiencia máxima del fotosistema 11 .............. .. .......... .. ...... 60
Efecto del plomo en la tasa de fotosíntesis neta ...................... .... ................ .... ...... 64
Efecto del plomo en la concentración de clorofila a y b ..... ..... .. ... ...... ...... ...... .......... 67
ii
Índice
Efecto del plomo en la concentración de carotenoides ... .............. .. ..... ..... ...... .. .. ... 72
Efecto del plomo en la fuga de electrolitos ........ ...... .. ............ .. .. ................ ...... .. ...... 7 4
Efecto del plomo en la dinámica de crecimiento .. .... .... .... .. .... ........ .... ...... .. .. .... .. ..... 78
CONCLUSIÓN .............. ...... ... ... .... .... ... ...... ........................... .............. .... .. ... ..... ......... . 84
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..... .... .. ... .. ... .................... .. ....................... ... .... ... .. 87
CAPITULO IV
DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN GENERAL .......... ............................ .............. .. .......... .. 91
PERSPECTIVAS ... ... ... ............. .. .... .............. .... .. .... ... .......... ...... ........................ .. ...... . 97
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .... ... .. .... ..... ........ ... .... .. ... .................. ... ... .... ..... .. ... 98
iii
Índice
iv
Índice
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Diseño esquemático de la estrategia experimental .......................................... 16
Figura 2. Plantas de Avicennia germinans (A) , Laguncularia racemosa (B) y Rhizophora
mangle (C) utilizadas en el experimento ..... .. .. ... .. .... .. ... ......................................... ....... ... 23
Figura 3. Esquema del proceso experimental en las tres especies de manglar ............... 24
Figura 4. Comportamiento de la eficiencia máxima del PSII obtenida en las últimas cuatro
semanas del periodo de aclimatación en plántulas de las tres especies de manglar ....... 27
Figura 5. Estado físico de plantas de Avicennia germinans (A), Laguncularia racemosa
(B) y Rhizophora mangle(C) antes (1) y después (2) de la aclimatación con solución
nutritiva ......... ......... ............ .. .......... .................... .. .......... ..................... ............................. 29
Figura 6. Concentración promedio de plomo en la raíz de las tres especies de manglar
(barras de error estándar) ..... ....... ..... ............... .... .. .... .... .... .................. ...... ..... ................. 31
Figura 7. Concentración promedio de plomo en el tallo de las tres especies de manglar
(barras de error estándar) ...... ...... .. .. .... ... .. ...... .... .. .. .. ........... .. ..... ....... ... ........................... 33
Figura 8. Concentración promedio de plomo en la hoja de las tres especies de manglar
(barras de error estándar) ... .... ....... .... ... .... .... ................. ... ..... .. ... .......... .... ... ................. ... 34
Figura 9. Concentración promedio de plomo en la plantas de las tres especies de manglar
(barras de error estándar) ............. ... .. .. ......................................... .............. .......... ........... 36
Figura 1 O. Efectos del plomo sobre la morfología radicular de plantas de A. germinans
(A) , L. racemosa (B) y R. mangle (C) bajo diferentes tratamientos a los treinta días de
exposición ................................. .. .......... .... .. ........ ............... .............. .... ...... .... .................. 55
Figura 11. Efectos del plomo sobre la morfología de tallo de plantas de A. germinans (A),
L. racemosa (B) y R. mangle (C) bajo diferentes tratamientos a los treinta días de
exposición ..... ... ... .. ... ...................................................... .... .. ....... .. .. ... .............................. 56
Figura 12. Efectos del plomo sobre la morfología foliar de plantas de A. germinans bajo
V
Índice
diferentes concentraciones y tiempos de exposición ... .......... ....... ..... .. ... ............. ...... ...... 57
Figura 13. Efectos del plomo sobre la morfología foliar de plantas de L. racemosa bajo
diferentes concentraciones y tiempos de exposición .... ............ .... .. ................................. 58
Figura 14. Efectos del plomo sobre la morfología foliar de plantas de R. mangle bajo
diferentes concentraciones y tiempos de exposición .... .. .. ...... ........ .. .... .. ...................... .. .. 59
Figura 15. Eficiencia fotosintética máxima promedio (Fv/Fm) de las tres especies,
obtenida en cada tratamiento durante los 30 días de exposición ........ .. .............. .. .... .. ..... 61
Figura 16. Análisis de regresión lineal de A. germinans y L. racemosa y regresión
polinómica de R. mangle, entre el contenido de plomo encontrado en la hoja y la eficiencia
máxima del PSI! , p.:::_0.05 .......... .. .. .. ......... .. .. ...... .... .. ................ ........ .... ... .... ... ... .. ... ....... ... . 61
Figura 17. Asimilación diaria de C02 obtenida en las tres especies durante el periodo de
exposición y para cada uno de los tratamientos (barras de error estándar) .......... .. .. .. ..... 65
Figura 18. Análisis de regresión logarítmica de A. germinans y regresión exponencial de
L. racemosa y R. mangle entre el contenidpo de plomo encontrado en la hoja y la tasa de
fotosíntes is neta; p.:::_0.05 ..... .... ... ... ........ ... ... ...... .. ..... ...... .. ....... ... ....... .. .... ..... ............. ..... .. 65
Figura 19. Concentración de clorofila a encontrada a los O, 2 y 30 días de exposición en
cada uno de los tratamientos con plomo para las tres especies de manglar (barras de
error estándar) ..... ......... ....... ........ ... .............. .. .... ..... .... ...... .. ..... .. .... .... ... .. ....... .............. ... 68
Figura 20. Análisis de regresión polinómica de A. germinans y R. mangle y regresión
lineal de L. racemosa entre el contenido de plomo encontrado en la hoja y la
concentración de clorofila a, p.:::_0.05 .. .... .. ...................... ................ .. ................ .............. .. 68
Figura 21 . Concentración de clorofila b encontrada a los O, 2 y 30 días de exposición en
cada uno de los tratamientos con plomo para las tres especies de manglar (barras de
error estándar) ............... .............. ........ ............. ... .... .. ... .......... ........ .... .... .. .. ....... ... ... .... .... 70
Figura 22. Análisis de regresión lineal de A. germinans, regresión polinómica de L.
racemosa y regresión potencial de R. mangle entre el contenido de plomo encontrado en
vi
Índice
la hoja y la concentración de clorofila b, p<Oo05 .. o ...... o ............ o .. o .... o .... oo ooo oooooo .... o .... oooooooo 70
Figura 23. Concentración de carotenoides encontrada a los O, 2 y 30 días de exposición
en cada uno de los tratamientos con plomo para las tres especies de manglar (barras de
error estándar) o o o o o .... o o o o .. o .. .. o .... o .. o o .. o o o .. .. o o o .... o .. o .... o ...... o o o o .. o o o .. o o o o o o o o o o o o o .. .. o o .. o o o o .. o o .... o o o .... o 73
Figura 24. Análisis de regresión polinómica de A. germinans y L. racemosa y regresión
logarítmica de R. mangle entre el contenido de plomo encontrado en la hoja y la
concentración de carotenoides, p<Oo05 ooooo ooo ooooooooooo oooooooooooooooooooooo oo ooooo .... o .. .. o .. ooooo oo oooo .... 73
Figura 25. Porcentajes promedio de fuga de electrolitos obtenidos en raíz (A) y tallo (B)
de cada especie, en cada uno de los tratamientos con plomo a los O, 2 y 30 días de
exposición , (barras de error estándar) ........ .............. .. .. .. .............. ...... ...... .. .. .... .. .. .... ...... o 75
Figura 26. Análisis de regresión polinómica de A. germinans, L. racemosa y R. mangle
entre el contenido de plomo encontrado en raíz y la fuga de electrolitos en raíz (A);
análisis de regresión polinómica de A. germinans y R. mangle y regresión potencial de L.
racemosa entre el contenido de plomo en tallo y la fuga de electrolitos en tallo (8) , p.::,Oo05
ooooooo oo ooooooooooooooooooo oooo ooo oooooo oooo oooo oooooooooooooooooooooooooo ooo oooo oooooooooooo oooooooooooooo ooooooooooo ooooo ooo oooooo ooo 77
Figura 27. Área foliar promedio de las especies A. germinans, L. racemosa y R. mangle
encontrada a los O, 2 y 30 días de exposición en cada tratamiento con plomo (barras de
error estándar) o o o .. .. .. o .. o o ...... o .. .. o o .. o .. o ...... o o o o .. o o .. o .. .. o .. .. o .. o o o .. .. o o .. o .. o o .. o o o o o o o o o o o .. o o o o o o o o .... o .... o .. 79
Figura 28. Análisis de regresión polinómica de A. germinans y L. racemosa, y regresión
logarítmica de R. mangle entre el contenido de plomo encontrado en la hoja y el área
foliar, p<0005o .... oo ooooo oo oo ooooooooooooooooooooo .... o .... o ... oo ooooooooooo oooo oooo .... ooooo ooooooooooooooooooooo oo ooo .... o .. ooo 79
Figura 29. Densidad radicular promedio de las especies A. germínans, L. racemosa y R.
mangle encontrada a los O, 2 y 30 días después de la exposición en cada uno de los
tratamientos con el plomo (barras de error estándar) .. ...... .. ............ .. .. ................ .......... .. o 80
Figura 30. Análisis de regresión logarítmica de A. germinans y L. racemosa, y regresión
lineal de R. mangle del contenido de plomo en la raíz entre la densidad radicular, p<Oo05
oooooooooooooooooooooooooooooooo ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo oo ooo ooooo oooooo oo ooo oooo oooo ooooo oooooo oooooooo o 80
vii
Índice
Figura 31. Peso fresco promedio de los tejidos de raíz, tallo y hoja de las tres especies de
manglar bajo diferentes tratamientos con plomo y en diferentes periodos de exposición
(barras de error estándar) ............ ........... ........ .. ....... ..................................................... .. . 82
Figura 32. Análisis de regresión exponencial de A. germinans y L. racemosa , y regresión
polinómica de R. mangle del contenido total de plomo entre el peso fresco tota l, p=::_0.05 .
..... ............. .... .. ... .. .... .. .... .. .. ... .. ........... ..... ...... .. .... .... ... ...... .... ......... ... ........... ... ... ... ...... .. ... 82
Figura 33. Efecto visual de la raíz y las hojas de plantas de las tres especies de manglar
expuestas a 300¡JM de plomo , al final el periodo de exposición ...... .. .. .... .................... .... . 92
Figura 34. Diagrama del comportamiento de A. germinans durante el proceso
experimental (acumulación y tolerancia) .. ...... .. ................... .. ........ .... ... ...... .. ................ .. .. 94
Figura 35. Diagrama del comportamiento de L. racemosa durante el proceso experimental
(acumulación y tolerancia) .. ... ... ....... ..... ...... .. .............. .. ....... ... .......... .. .............. .... .... ....... 95
Figura 36. Diagrama del comportamiento de R. mangle durante el proceso experimental
(acumulación y tolerancia) .. .. ........................ .. .... .. ..... .... .. ..... ... ....... .. ........ .... .......... ...... ... 96
viii
Índice
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Concentración media de plomo (ppm) en agua y sedimento superficial de
zonas costeras del Golfo de México ... ... ......... ........... ..... ........... ......... .. ..... ... .. .. ....... .... ... . 12
Cuadro 2. Factor de bioconcentración promedio de plomo en tejidos de A. germinans, L.
racemosa y R. mangle para cada tratamiento, a los dos y treinta días de exposición al
metal .... ....... ..... ...... ..... ........ .. ...... ......... ..... ... .. ............ ... .. ...... .... ........... ..... ....... .... ............ 38
Cuadro 3. Factor de translocación de plomo en tejidos aéreos de A. germinans, L.
racemosa y R. mangle para cada tratamiento, a los dos y treinta días de exposición al
metal. ................ ... .... ... ......... ..... ..... ........ ...... ....... .. ....... .. .. ......... ...... ... ....... ...... .... .... ... ...... 41
ix
Índice
X
RESUMEN
El manglar es considerado uno de los ecosistemas más importantes y productivos a nivel
ecológico y económico. Sin embargo, las actividades de los asentamientos urbanos
cercanos a estas zonas han provocado que estos ecosistemas sirvan como un depósito
de contaminantes debido a la descarga continua de estos al ambiente; un ejemplo de
ellos son los metales pesados, siendo el plomo es uno de los más tóxicos y persistentes
en el ambiente debido a su capacidad de no ser biodegradable y a su integración y
bioacumulación en los tejidos, lo que puede provocar en un mediano o largo plazo la
alteración en el funcionamiento de los organismos. El objetivo de esta investigación fue
conocer la capacidad de retención de plomo que tienen las plantas de Avicennia
germinans, Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle, así como conocer el efecto de
ciertas concentraciones del mismo sobre la fisiología , morfología y bioquímica de las tres
especies. Las plantas fueron regadas con O, 75, 150 y 300 !JM de Nitrato de plomo al
inicio de experimento, con un segundo riego a los quince días con la misma concentración
de plomo en cada tratamiento; el proceso experimental tuvo una duración de un mes y por
cada tratamiento se tomaron muestras de hoja, tallo y raíz de tres individuos a los O, 2 y
30 días para la realización de análisis de cuantificación de plomo, contenido de
pigmentos, eficiencia fotosintética , tasa de fotosíntesis neta, dinámica de crecimiento y
fuga de electrolitos. Los resultados muestran una acumulación del metal por parte de las
tres especies principalmente en la raíz, siendo A. germinans la que tuvo mayor capacidad
de concentración . A pesar de que los datos de concentración son mayores a lo reportado
en otros estudios, el factor de bioconcentración y el de translocación demuestran que
estas especies no son híperacumuladoras pero podrían ser utilizadas como
fitoestabilizadoras. Los efectos del plomo en las especies fueron más significativos en
aquellas plantas que fueron regadas con la concentración más alta del metal y a mayor
tiempo de exposición y en los parámetros de eficiencia máxima del fotosistema 11 , tasa de
fotosíntesis diaria, fuga de electrolitos, contenido de clorofila b y daño en las hojas;
también hubo un aumento en el contenido de carotenoides, como posible medida de
protección a los efectos del metal. L. racemosa fue la más resistente a los efectos del
plomo a diferencia de R. mangle que presentó mayor daño físico y los valores más bajos
en la mayoría de los parámetros analizados así como una menor captación del plomo.
1
ABSTRACT
The mangrove forest is considered one of the most important and productive ecosystems
from the ecological and economical point of view. However, the urban settlements
activities near these forests have caused that these ecosystems serve as pollutants
reservoirs, due to continuous discharge of these to the environment. These contaminants
include heavy metals, such as lead, one of the most toxic and persistent metal in the
environment, which is not biodegradable and accumulates in tissues, resulting in medium
or long-term alterations in the functioning of organisms and effects on neighboring
ecosystems. The objective of this study was to know the retention capacities of lead on
seedlings of Avicennia germinans, Laguncularia racemosa and Rhizophora mangle, and
the effects of certain concentrations of lead on the physiology, morphology and
biochemistry of these three species. Seedlings of about one year of age were irrigated with
O, 75, 150 and 300 1-1M of lead nitrate at the beginning and on the day fifteenth of the
experiment; the experimental process !asted a month and for each treatment we sampled
leafs, stems and roots of three individuals at O, 2 and 30 days of the experiment. To
analyze of lead concentration , pigment content, photosynthetic efficiency, net
photosynthetic rate, growth dynamics and electrolyte leakage. Our results show that the
three species were able to accumulate lead in their tissues. In all cases, the metal was
mainly accumulated in the root. Although the accumulation was higher than values
reported in other studies, the bio-concentration and translocation factors showed that
these species were not hyper-accumulators but they could be used as phyto-stabilizer of
elements. The effects of lead on the species were more evident in those plants that were
irrigated with the highest concentration of the metal at a longer exposure time. The effects
were higher for the maximum efficiency of photosystem 11, daily photosynthetic rate,
electrolyte leakage and content of chlorophyll b; in addition , leaf tissues were more
affected than roots . On the other hand, we found an increase in carotenoid content, which
can apparently be a protective measure to the metal effects. In conclusion, although the
three species were able to accumulate lead in their tissues, A. germinans had the greatest
concentration capacity, but L. racemosa was the most tolerant to the effects of lead, and
R. mangle showed the highest physical damage, the lowest values in most of the
parameters analyzed, and the lowest lead uptake capacity.
3
Capítulo 1
INTRODUCCIÓN
Los manglares son formaciones vegetales en donde predominan especies de árboles y
arbustos que presentan, en su mayoría, raíces aéreas respiratorias o extensiones de la
raíz de crecimiento ascendente llamadas neumatóforos que les ayudan a la regulación de
iones y al intercambio de gases; además, crecen en un amplio rango de salinidad de
agua. Se desarrollan en las planicies costeras de los trópicos húmedos principalmente
alrededor de las lagunas o desembocaduras de ríos, y son considerados como una
transición entre los ecosistemas terrestres y marinos (CONABIO, 2009).
A nivel mundial, los manglares ocupan el 1% de los bosques tropicales (15.2 millones de
hectáreas; Field , 1996) y México se encuentra entre los cinco países con mayor extensión
de este ecosistema (aproximadamente 770 057 hectáreas) con alrededor del 55%
(423,751 ha) en la Península de Yucatán. De las 54 especies de mangle que hay en el
mundo, cuatro predominan en el país: Avicennia germinans (mangle negro), Laguncularia
racemosa (mangle blanco), Rhizophora mangle (mangle rojo) y Conocarpus erectus
(mangle botoncillo) (CONABIO, 2009).
Este tipo de ecosistema es considerado uno de los más importantes a nivel ecológico ya
que brinda una gran variedad de servicios ecosistémicos, tales como: áreas de refugio,
crianza y alimentación de diversos grupos de organismos (alta productividad y riqueza
biológica); importadores de materia orgánica por la alta producción de biomasa
(almacenamiento de carbono y nutrientes) y exportadores de materia hacia la zona marina
por ayuda de las mareas; zonas de amortiguamiento a inundaciones y huracanes y franjas
de protección y estabilización costera; filtros biológicos; y como proveedor de alimento y
materiales a las poblaciones humanas; entre muchos otros (CONABIO, 2009; Orihuela et
al., 2004; Lynch et al. , 1989).
La presencia de asentamientos urbanos, la industria y la agricultura mecanizada han
provocado que las zonas con bosque de manglar se vean amenazadas por las continuas
descargas de contaminantes (aguas residuales, escorrentías agrícolas, el vertimiento de
residuos sólidos y desechos industriales) lo que provoca pérdidas en la diversidad y
productividad así como la disminución de la calidad de las aguas. Un ejemplo de estos
5
Capítulo 1
contaminantes son los metales pesados que, a concentraciones muy elevadas, llegan a
tener un alto poder de toxicidad y persistencia en el ambiente debido a su característica
no biodegradable y a su bioacumulación en la cadenas tróficas, lo que provoca - a
mediano o largo plazo - alteraciones en el funcionamiento de los organismos y una
posible afectación de los ecosistemas vecinos.
El plomo es uno de los metales pesados con mayor presencia e impacto en los
ecosistemas, su fitotoxicidad ocasiona desordenes en numerosas actividades fisiológicas.
Entre los principales procesos que afecta están: la actividad enzimática del Ciclo de
Calvin, la síntesis de clorofila , la absorción de elementos esenciales como el hierro y el
magnesio, el potencial hídrico, la inducción al cierre estomático, la respiración y el
transporte de electrones. Lo que da como resultado la disminución de la fotosíntesis y la
inhibición del crecimiento de los tejidos (García, 2006).
En la búsqueda de maneras que ayuden a remediar la contaminación con metales
pesados, las plantas ofrecen bajos costos de operación y mantenimiento, así como el
mantener un impacto regenerativo en los sitios donde es aplicado. Sin embargo, la
fitorremediación sigue siendo una técnica en fase experimental con algunas limitaciones
que la convierten en un proceso lento y difícil de llevar a la práctica, debido también a la
competencia que tiene con otras técnicas que usualmente se emplean. Algunas de estas
limitaciones son la poca información que se tiene sobre las especies vegetales
potencialmente utilizables y la poca movilidad o biodisponibilidad de algunos metales
como el Pb o el Cr que dificultan su efectividad (Diez, 2008; Harvey et al., 2002) .
Se ha propuesto la utilización de especies arbóreas en las técnicas de remediación ya
que su crecimiento puede llegar a producir muchos beneficios que ayuden a la
estabilización del suelo o el contaminante. Un ejemplo de esto es el descenso de la
erosión del suelo por viento o agua gracias a la presencia de biomasa aérea y la caída de
hojarasca que crean una barrera. Además, el sistema radicular ayuda a mantener la unión
del suelo y absorber grandes cantidades de agua que reduce el lixiviado de los metales
del suelo hasta en un 16% en comparación de las coberturas con herbáceas (Diez, 2008).
Si bien la identificación de especies "hiperacumuladoras" ha sido escasa, la detección de
especies "hipertolerantes" a diferentes metales incrementa las expectativas de éxito de los
6
Capítulo 1
procesos de fitorremediación de suelos contaminados, el uso de estas especies vegetales
podría permitir la realización de actividades de restauración con menor impacto ambiental,
es decir con una menor destrucción y alteración del medio, en comparación con otras
técnicas tradicionales que pueden traer efectos secundarios adversos (Méndez, 2009;
Diez, 2008).
En el caso de los ecosistemas de manglar, los sedimentos son un excelente medio para la
acumulación y secuestro de los metales pesados por periodos largos de tiempo debido a
las condiciones anaeróbicas existentes por la poca actividad microbiana y las propiedades
fisicoquímicas que restringen la biodisponibilidad del metal lo que podría ayudar a
estabilizar y minimizar el daño que los metales ocasionan.
ANTECEDENTES GENERALES
El plomo y su estudio en fitotoxicidad
El ser humano ha empleado a los metales pesados para la fabricación de herramientas
desde tiempos muy antiguos siendo el plomo (Pb) el primero que fue utilizado hace
alrededor de 7000 - 5000 años A.C (Goldaracena, 2007). Sin embargo, su desecho no
era considerado como un tipo de contaminación hasta el surgimiento de la revolución
industrial cuando se les dio a los metales una nueva aplicación y una mayor utilización,
haciéndose más notorias las consecuencias nocivas hacia el medio ambiente y la salud.
Por esta razón el hombre comenzó a interesarse en conocer los daños que los diferentes
metales causaban.
Los primeros estudios sobre la toxicidad de metales pesados se iniciaron en los años 50's
llevándose a cabo en organismos acuáticos debido a su alto consumo y vía directa hacia
los humanos. Tomando los mismos modelos de estudio, en 1970 diversos autores
realizaban pruebas utilizando espectrofotometría de absorción atómica lo que permitió
establecer el orden de toxicidad de algunos metales logrando, para los años 90's, que
estas investigaciones dieran a conocer que la potencialidad tóxica de los metales solo
está presente cuando se encuentran como cationes lo que les permite unirse con ciertos
compuestos del organismo (Goldaracena, 2007).
Las plantas también han sido utilizadas como indicadores de contaminación por metales
7
Capítulo 1
pesados debido a que son los principales consumidores primarios en las cadenas tróficas,
por donde se alcanzan niveles altos de toxicidad en animales y humanos. Estudios
realizados en diferentes tipos de plantas coinciden que los cloroplastos son los órganos
indicadores de los daños ocasionados por el Pb en el proceso metabólico de la
fotosíntesis: la afinidad del metal por grupos sulfhídricos de proteínas produce un cambio
en la composición lipídica de las membranas de los tilacoides, así como la reducción de
los apilamientos del grana y de la cantidad de estromas (Stefanov et al., 1995; Rebechini
y Hanzely, 1974 citado por García, 2006).
También se sabe que el exceso de Pb afecta al sitio donador y receptor del fotosistema 11 ,
al complejo citocromo b/f y al fotosistema 1 debido a que el metal causa una fuerte
disociación del polipéptido extrínseco del complejo disociador de oxígeno del PSII
ocasionando un desplazamiento de calcio, cloro y manganeso desde el sitio donador del
PSII lo que provoca que subunidades fundamentales de este complejo, como el complejo
cosechador de luz, tengan cambios conformacionales que no permitan el ensamblaje de
cofactores, proteínas extrínsecas y de componentes redox llevando a la degradación de
las subunidades del PSI! (Ahmed y Tajmir-Riahi, 1993; Rashid et al., 1991). En resumen,
el Pb altera complejos proteína-pigmento que son responsables de la absorción de la
radiación solar, el transporte de electrones y la fotosíntesis.
No obstante, existen algunas especies de plantas cuyas raíces pueden captar grandes
cantidades de metales pesados y de otros componentes tóxicos restringiendo su
desplazamiento hacia las partes aéreas; además, se ha demostrado que las plantas
presentan mecanismos de tolerancia al estrés como lo es la producción de antioxidantes y
la síntesis de quelantes, entre otros. La distribución del metal en las células y los tejidos
de la planta va a variar dependiendo de su concentración en el medio, del tiempo de
exposición y de las propiedades fisicoquímicas de éste, lo que determina la posibilidad de
que pase a través de las barreras fisiológicas (Salas, 2007).
En algunos casos, la absorción y la tolerancia que presentan las plantas han sido
consideradas como una herramienta de limpieza de suelos y agua contaminados, por lo
que han sido utilizadas en los últimos años como modelos en diversos estudios, donde las
más representativas han sido las especies acuáticas (Arenas et al. , 2011; Estrella-Gómez
et al., 2009) .
8
Capítulo 1
Una de las especies más utilizadas ha sido Lemna minor (Balen et al., 2011; Razinger et
al., 2008; Tkalec et al., 2008) en la cual se ha demostrado que a concentraciones altas de
cadmio (Cd) y zinc (Zn) hay presencia de clorosis , una disminución en la tasa de
crecimiento, daños en el ADN, disminución en el contenido de pigmentos fotosintéticos y
un aumento en la peroxidación lipídica, donde el Cd es el que causa mayor toxicidad y
estrés oxidativo. Los mecanismos de protección mostraron en la mayoría de los casos un
aumento en la producción de antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos que ayudan a
disminuir el contenido de especies reactivas de oxígeno; sin embargo, a concentraciones
altas la actividad de protección de estas enzimas se ve debilitada.
Otra especie acuática, Salvinia mínima (Gómez et al., 2012; Safaa et al., 2004) ha
mostrado que a exposiciones de Pb y cobre (Cu) se da una disminución en los pigmentos
de los tejidos, este último afecta también el crecimiento de la planta y la asimilación de
C02 ; sin embargo, en estudios con Pb se ha observado un incremento en la actividad
enzimática del glutatión y glutatión sintetasa aunque solo en las primeras horas del
experimento. Prado et al. (201 O) encontraron para este estudio que la asimilación de
cromo (Cr) en esta especie llega a producir una disminución en el peso seco, pero sin
afectar la cantidad de pigmentos fotosintéticos; además, se encontró una disminución en
la respiración total y residual asf como en el contenido de azucares (sacarosa) y
carbohidratos. Debido a la capacidad que tiene esta especie para acumular metales,
especialmente Cu, se ha propuesto como una fuente de remediación.
Capacidad de acumulación de metales en especies de manglar
Varios han sido los estudios realizados en ecosistemas de manglar sobre la capacidad de
acumulación de metales en plantas, entre algunos de ellos se encuentra el de Campos y
Gallo (1997) quienes realizaron un trabajo en la ciénaga grande de Santa Marta en
Colombia para conocer el contenido de Cd, Cu y Zn en hojas de R. mangle y A.
germinans en la época de lluvias, semi lluvias y sequia. Los contenidos más altos de Cd
en las hojas fueron para la época de sequía en ambas especies, estas concentraciones
fueron disminuyendo en las otras temporadas principalmente en el mangle rojo ; las hojas
de A. germinans presentaron las cantidades de Cu más altas en la época de sequia con
pocas diferencias en las demás estaciones. En el caso del Zn, también las hojas de los
manglares tuvieron mayor cantidad en la época de sequia que en otros periodos; donde
9
Capítulo 1
las hojas de A. germinans tuvieron el doble que las de R. mangle, por lo que se concluyó
que el mangle negro (A. germinans) tiene mayor capacidad de absorción de estos metales
debido a los diferentes mecanismos que presenta para acumularlos.
En el 2004, Foroughbakhch y sus colaboradores realizaron una investigación sobre la
diversidad biológica y el conten ido de Pb, Cr y Cd en la zona de manglar del sureste de
Tamaul ipas y norte de Veracruz; para el estudio toxicológico se analizaron muestras de
sedimento y agua así como tejidos de raíz, tronco, ramas y hojas de L. racemosa por ser
la especie más dominante en el sitio. Los valores más altos de Pb, Cd y Cr fueron
encontrados en el sedimento: el Pb fue el de mayor concentración y el Cd el de menor
concentración en todos los tejidos de la planta; además, la raíz tuvo una mayor fijación de
los tres metales. Con este trabajo se llegó a la conclusión de que especies como L.
racemosa pueden ser eficaces para la fijación metales en diferentes tejidos manteniendo
una baja recirculación en comparación con las especies herbáceas.
Otro estudio llevado a cabo también en la ciénaga de Santa Marta, fue el de Villamil en el
201 O, en el que cuantificó la acumulación de Cu , Zn , Pb, Cr y Cd en tejido de raíz, tallo ,
rama y hoja de A. germinans, L. racemosa y R. mangle. Los muestreos fueron en tres
sitios en la época de lluvia y de sequia. Los resultados obtenidos mostraron pocas
diferencias en el contenido de metales en ambas temporadas, a diferencia de los sitios de
muestreo donde si hubo variación en las concentraciones; el Cu , Zn y Pb se encontraron
en todos los tejidos con una menor proporción en las ramas. En el caso de los otros
metales, el Cr solo estuvo presente en la raíz y el Cd estuvo casi nulo en todos los tejidos
de las tres especies. Avicennia germinans fue la especie que tuvo mayor concentración
de metales en todos los tejidos analizados, principalmente de Zn.
La retención de metales por parte de los manglares depende de la tasa de crecimiento de
cada especie, de la capacidad de concentración en los tejidos, de los mecanismos de
bloqueo y excreción salina y de las condiciones de estrés (Matagi et al., 1998),
manifestándose una mayor fitotoxicidad en suelos ácidos debido a que a pH bajos los
metales suelen presentar mayor solubilidad y disponibilidad (a excepción del arsénico,
molibdeno, selenio y Cr) .
10
Capítulo 1
Efecto de los metales pesados en especies de manglar
Se han llevado a cabo algunos estudios en los cuales se pretende conocer el efecto que
tiene este tipo de toxicidad en la fisiología de las plantas, al tomar en cuenta el
crecimiento de los individuos y la eficiencia en la fotosíntesis. Estudios realizados con
especies de manglar en el sur de China (Huang and Wang , 201 O; Mohammed et al. , 2009;
Zhang et al., 2007) han demostrado que Kande/ia cande/ es capaz de acumular
concentraciones altas de Cd a comparación de Bruguiera gymnorrhiza, la cual tiene
mayor capacidad de acumulación de Pb y mercurio; ambas especies tienden a presentar
una disminución en el contenido de carotenoides y clorofila a/b así como un aumento en
la producción de radicales libres conforme aumentan las concentraciones de los tres
metales. Además, las hojas de K. cande/ en plantas expuestas al Cr, muestran una
disminución hasta del 60% en la biomasa, presentan clorosis y necrosis.
Avicennia marina es otra especie que también ha sido estudiada para observar los efectos
de los metales pesados. Se ha podido observar en esta especie una acumulación de
plomo y zinc en los tejidos, principalmente en la raíz; solo que para el Zn, esta absorción
se da de manera lenta. A altas concentraciones y periodos de exposición prolongados las
plantas comienzan a sufrir clorosis, una reducción del área foliar y altura del tallo, cambio
en grosor de las hojas, desecación, un aumento en la peroxidación lipídica y una
diminución en la biomasa total y en la relación C/N de los cotiledones (Zheng et al., 2010;
Caregnato et al., 2008).
Casi nulos han sido los artículos reportados para México que involucran tanto la
capacidad de tolerancia como el daño fisiológico que ocasionan los metales en las plantas
de manglar, dos casos de estudio son en San Crisanto y bahía Chabihau en Yucatán
donde se evaluaron los efectos que provocaba el Cd en el aparato fotosintético
(González-Mendoza et al., 2007) y en la arquitectura radical de plántulas de Avicennia
germinans (González-Mendoza et al., 2007). Los resultados mostraron que esta especie
es capaz de acumular grandes concentraciones de Cd, principalmente en la raíz, y que
dicha acumulación llega a ser más alta a lo reportado en algunas especies
híperacumuladoras. Sin embargo, al finalizar el periodo de experimentación, se dio una
inactivación del fotosistema 11 y disminuciones significativas en la conductancia de los
estomas y fotosíntesis neta principalmente en plantas con mayor exposición de Cd. Esto
11
Capítulo 1
último se pudo deber a la sustitución del Ca del centro catalizador del PSII por Cd y a la
acción de éste en la síntesis de enzimas o en el Ciclo de Calvin que redujo la demanda de
C02; también se encontró que cuando la absorción de Cd en la raíz es baja esta se
modifica aumentando su crecimiento como resultado de una red integrada de procesos de
respuesta como la producción de antioxidantes, reparación de la pared celular
(suberización) o producción de ácidos grasos.
Niveles de contaminación de plomo en lagunas costeras de México
Se han elaborado trabajos de investigación en algunas zonas costeras de los estados de
Yucatán , Campeche, Tabasco, Veracruz y Tamaulipas que dan a conocer la presencia de
plomo en muestras de agua y sedimento. En el cuadro 1 se presentan algunos de los
valores encontrados.
Cuadro 1. Concentración media de plomo (ppm) en agua y sedimento superficial de zonas costeras del Golfo de México
Localidad Sedimento Agua Referencia Pb (ppm) Pb (ppm)
Celestún o ---- Pérez et al., 2011 Penlnsula de Yucatán 0-36 Puerto Las Coloradas- Sisal 19.373 --- González et al., 2004 Yucatán Laguna de Términos Ponce, 1998 in Villanueva et al., 1992 Campeche 33.96 0.001 Páez Osuna et al. , 1987 in Villanueva et al., 1992 Laguna del Cannen 6.49 0.43 Pérez -Zapata, 1981 in Villanueva et al., 1992 Tabasco 0.04 Rosas et al., 1983 in Villanueva et al., 1992
ERB 46.7 Macauley et al., 2007 Veracruz ERM 218 --
NEP 112 Laguna de Alvarado 0.85 Vázquez et al., 1995 Veracruz 20.15 Rosales et al. , 1986 in Villa nueva et al., 1992 Río Coatzacoalcos Méndez et al., 1982 in Víllanueva et al. , 1992 Veracruz 43.53 29.4 Pérez- Zapata et al. , 1984 in Villa nueva et al.,
0.94- 15.4 11 .67 1992 Botella y Páez 0. , 1986 in Villanueva et al., 1992
Laguna de Pueblo Viejo --- 0.21 4 Robledo 1987 in Villanueva et al., 1992 Veracruz 1.96 Cárdenas et al. , 1990 in Villa nueva et al., 1992 Laguna San Andrés 0.8-1 0.4-0.7 Vázquez-Sauceda et al., 2006 Tamaulipas Laguna La Costa 28 .57 .021 Foroughbakhch et al., 2004 Tamaulipas Límites máximos pennisibles ---- 0.006 SEDUE, 1990 en aguas costeras Límites máximos pennisibles 0.4 (P.D) 0.210.5 (P .D) NOM 001 1996 ECOL Límites máximos en aguas costeras 0.2 (P.M) 0.411 .0 (P .M) permisibles de contaminantes en descargas de
aouas residuales en aguas y bienes nacionales
Casi todos los valores registrados, principalmente en Veracruz, están muy por arriba de lo
permitido por la NOM 001 1996 ECOL y por la SEDUE (Servicios Especializados en
Desarrollo Urbano y Ecología) por lo que estas zonas son consideradas como de alta
12
Capítulo 1
contaminación por el metal. A pesar de que son pocos los estudios que demuestran la
presencia del metal en las zonas costeras pertenecientes a la Península de Yucatán,
estos reportan concentraciones un poco altas al menos en una zona de muestreo lo que
podría indicar que, en general, las zonas costeras de Yucatán no presentan una gran
problemática de contaminación por metales o bien que son pocos los estudios que se han
hecho al respecto que no reflejan la condición real de estos sitios. No obstante, es
importante conocer la respuesta que tienen las especies que habitan en estos
ecosistemas a contaminación por metales como una medida preventiva en caso de
presentarse un aumento en el grado de contaminación dada por el aumento de la
población.
JUSTIFICACIÓN
El impacto ecológico que causa el vertimiento de metales pesados en los manglares es
considerable ya que afecta a una gran variedad de organismos, entre ellos las plantas.
Debido a esto, se ha vuelto importante la realización de estudios que den a conocer que
especies arbóreas tienen la capacidad de retener a los contaminantes en sus tejidos, así
como los efectos que estos generan en el comportamiento y funcionamiento de los
individuos; esta información podría ayudar a disminuir la contaminación de estos
ecosistemas y la afectación de otros tipos de organismos. Sin embargo, a pesar de que
estos impactos han sido estudiados en diversos ecosistemas desafortunadamente no se
cuenta con suficientes recursos económicos y humanos para llevar a cabo programas de
control y vigilancia, o bien no han sido operados correctamente, por lo que se deben
buscar alternativas donde la capacidad de retención y la resistencia que tienen los
organismos a la exposición de metales sea un papel fundamental para la
descontaminación.
El presente trabajo tiene como propósito dar a conocer la eficacia de acumulación y los
mecanismos de actuación de uno de los metales más tóxicos en tres de las especies de
manglar más representativas de México. Posteriormente, los resultados de este trabajo
podrían servir como base para el establecimiento de metodologías de restauración de
ecosistemas semi acuáticos.
13
Capítulo 1
PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN E HIPÓTESIS
Al momento de hacer el planteamiento del problema surgieron las siguientes preguntas:
¿Cuánta capacidad de acumulación de plomo tendrán las especies A. germinans, L.
racemosa y R. mangle? ¿En qué tejido se encontrará la mayor concentración? ¿A mayor
concentración de plomo en el medio y más tiempo de exposición, mayor acumulación?
¿El plomo causará un efecto negativo en el funcionamiento de las tres especies? De ser
así, ¿estos efectos aumentarán a mayor concentración de plomo y a mayor tiempo de
exposición? ¿Qué tejido será el más perjudicado? ¿Qué especie será la que acumule la
mayor cantidad de plomo, cuál será la más resistente a la toxicidad del metal y en base a
esto, cuál podría funcionar como una especie adecuada para la destoxificación de suelos
en el ecosistema de mangle?
Se plantearon las siguientes hipótesis para tratar de responder a las preguntas descritas:
1. L. racemosa, R. mangle y principalmente A. germinans serán capaces de acumular el
plomo en sus tejidos y, esta acumulación será mayor conforme aumente el tiempo de
exposición y la concentración de metal en el sustrato; la raíz tendrá la mayor
concentración de plomo a diferencia de la hoja que será el tejido con menor capacidad
de retención .
2. El plomo influirá de forma negativa en la eficiencia fotosintética, la asimilación de C02,
el contenido de clorofila , el crecimiento y la fuga de electrolitos de las tres especies,
esto conforme aumente su acumulación en los tejidos. No obstante, mostrarán cierta
resistencia al estrés, la cual será diferente en cada una de ellas.
3. Avicennia germinans, ha sido reportada como una especie capaz de acumular altas
concentraciones de metales, incluido el plomo, además de mostrar cierta resistencia a
algunos parámetros fisiológicos: por lo que probablemente sea la que presente menor
afectación y sea la más eficaz para la descontaminación.
14
Capítulo 1
OBJETIVOS Y ESTRATEGIA EXPERIMENTAL
Objetivo general
Conocer la eficacia de acumulación de plomo que tienen las especies Avicennia
germinans, Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle y evaluar algunas de las
respuestas fisiológicas, morfológicas y bioquímicas que les produce la exposición al
metal ; comparando la capacidad de retención y de respuesta al estrés entre las tres
especies, como una forma de demostrar su posible uso en técnicas de restauración.
Objetivos particulares
1. Determinar la capacidad de retención que tienen las tres especies de manglar
mediante la cuantificación de la concentración de plomo en los tejidos de raíz, tallo y
hoja.
2. Conocer la respuesta que tienen las tres especies a diferentes concentraciones de
plomo y durante distintos tiempos de exposición , mediante análisis de crecimiento,
contenido de pigmentos, fuga de electrolitos y fotosíntesis.
3. Comparar entre especies la capacidad de acumulación y de tolerancia al estrés, para
identificar cuál o cuáles podrían ser más eficaces en la descontaminación de
ecosistemas de manglar.
Estrategia experimental
Para poder responder a los objetivos e hipótesis, el trabajo consistió en la exposición de
plántulas de A. germinans, L. racemosa y R. mangle previamente aclimatadas en
condiciones de vivero, a diferentes concentraciones de plomo; posteriormente se tomaron
muestras de raíz, tallo y hoja en diferentes días de exposición para la realización de
análisis de concentración de plomo en tejidos, de evaluación fotosintética, dinámica de
crecimiento, contenido de pigmentos y fuga de electrolitos.
15
Capítulo 1
A vicennia germinans, Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle
Reserva de la Biosfera Ría Celestún
Plántulas 1 año
v Aclimatación 40 individuos por especie
Solución Hoagland (Hoffmann et al. , 2004)
500ml 25% pH6 semanal por 2 meses
.¡, Riego 500ml al día O y día 15
O, 75, 150, 300 iJM Pb(N03)2
Toma de muestra al día O, 2 y 30 de exposición (n = 3)
Raíz
Tallo Espectrofotometría de emisión de plasma ~~ Concentración de plomo 1~ y/o Obtención del FBC y FT
Hoja
1 1 Tasa de fotosíntesis neta
·l Análisis fisiológicos
1 Eficiencia fotosintética PSII
1
Dinámica de crecimiento: Peso fresco,
'"l Análisis morfológicos 1~ área foliar, densidad radicular, número total de hojas y altura tallo
Clorofila a-b y carotenoides totales
K¡ ....1 Anális is bioquímicos (Wellburn , 1994)
1 Fuga de electrolitos
1
ANOVA, Prueba de Tukey, regresión
Análisis estadísticos ~~ .._ ____ __, simple (p< 0.05)
R versión 2.13.1 para Windows
Figura 1. Diseño esquemático de la estrategia experimental
16
Capítulo 1
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20
Capítulo 11
CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN DE PLOMO EN PLANTAS DE Avicennia
germinans, Laguncularia racemosa Y Rhizophora mangle
INTRODUCCIÓN
El comportamiento de los metales en el medio ambiente suele estar determinado por sus
formas fisicoquímicas específicas más que por su concentración total en el sustrato. Estas
formas químicas, al igual que la movilidad y la biodisponibilidad del metal, a su vez están
reguladas en conjunto por los diferentes componentes del suelo y por los factores
químicos, físicos y biológicos que influyen en la reactividad de estos componentes (Inés,
2002).
Las plantas han desarrollado mecanismos altamente especializados para absorber,
acumular y traslocar nutrientes, sin embargo algunos metales y metaloides no esenciales
también pueden ser absorbidos, acumulados y translocados ya que presentan un
comportamiento electroquímico similar. Dicha absorción y acumulación depende del
movimiento de los metales del sustrato a la raíz de la planta, de su paso por las
membranas de las células corticales de la raíz, de su transporte por el xilema de la raíz a
los tallos y de su posible movilización por el floema desde las hojas hacia los tejidos de
almacenamiento como los frutos (Lasat, 2000). Otra forma en que las sustancias tóxicas
pueden entrar en la planta es mediante la absorción foliar la cual es mediada por una fase
de penetración cuticular y un mecanismo de carácter metabólico que permite la
acumulación de los metales contra un gradiente de concentración (Kabata - Pendías,
2000).
En toxicología, la bioconcentración se define como el proceso por el cual los organismos
absorben y concentran sustancias químicas del medio que los rodea incrementando
progresivamente su cantidad acumulada en los tejidos (en función del espacio); no
obstante cuando estas sustancias llegan a encontrarse en concentraciones más elevadas
que las concentraciones del medio ambiente se habla de una bioacumulación que puede
producirse a partir de fuentes bióticas o abióticas (en función del tiempo); se habla de una
biomagnificación cuando las concentraciones alcanzan niveles muy altos a medida que se
avanza en el nivel tráfico de la cadena alimenticia (Escobar, 201 0).
21
Capítulo 11
Se han reportado algunas estrategias básicas que las plantas emplean para poder crecer
en suelos contaminados, entre las cuales se encuentran: 1) la exclusión de los metales,
previniendo su entrada a las células ; 2) el mantenimiento bajo y constante de la
concentración de metales en algunos tejidos, restringiendo su acumulación principalmente
en la raíz; y 3) la acumulación de contaminantes en los tejidos aéreos, que puede reflejar
el nivel del metal que hay en el suelo o que excede varias veces la cantidad de metal
presente en el sustrato (Inés, 2002).
Las plantas híperacumuladoras son aquellas capaces de acumular una mayor cantidad de
contaminantes en sus tejidos, algunos autores mencionan que una especie
hiperacumuladora eficaz puede restringir a los metales mayormente en la parte aérea la
cual puede ser cosechada eliminando al contaminante del suelo y de la planta (Diez,
2008; Baker y Brooks, 1989). Actualmente se consideran plantas híperacumuladoras a
aquellas que pueden concentrar más de 1 O 000 mg/Kg de manganeso o Zn , más de 1000
mg/Kg de cobalto, Cu, níquel, Pb o Se y/o más de 100 mg/kg de Cd en materia seca
(Baker et al., 2000); se han identificado alrededor de 400 especies híperacumuladoras
siendo la mayoría especificas a un solo metal , además de poseer poca biomasa y tener
un crecimiento lento (Gleba et al., 1999 citado por Inés, 2002) . De estas especies, 14 han
sido identificadas como acumuladoras de Pb (Diez, 2008) . La poca información que se
tiene en el conocimiento de este tipo de especies ha generado limitaciones en el uso de
plantas para remediación de sitios contaminados.
También existen plantas que no son consideradas en su totalidad como especies
híperacumuladoras; sin embargo, son capaces de concentrar altas cantidades de
contaminantes en sus raíces restringiendo su desplazamiento hacia las partes aéreas.
Estas plantas han demostrado ser tolerantes al estrés que causa la presencia de metales
(Salas, 2007) .
La capacidad de bioconcentración y de bioacumulación puede ser medida por medio del
factor de bioconcentración (FBC), este coeficiente se define como la relación existente
entre la concentración de metal hallado en la planta y la concentración de metal total que
hay en el medio de crecimiento; entre mayor sea el valor de BFC, más bioacumulación
habrá en los organismos. El factor de translocación (FT) describe la relación que hay
entre los metales de la parte aérea con los de la raíz y, al igual que en el FBC, valores
22
Capítulo 11
mayores indicarían una buena eficiencia hiperacumuladora; sin embargo, valores
menores a uno dirían que las especies son bioestabilizadoras ya que el mayor contenido
de metal se estaría acumulando en la raíz.
MATERIALES Y MÉTODOS.
Aclimatación y condiciones de cultivo de plantas de Avicennia germinans,
Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle
Se utilizaron plántulas de mangle rojo, blanco y negro que fueron colectadas a principios
del año 2011 en la Reserva de la Biosfera Ría Celestún en Yucatán y que fueron crecidas
en condiciones de vivero. Se colocaron a 40 individuos de cada especie en un medio
hidropónico: cada planta se distribuyó de manera individual en bolsas de plástico con
agrolita como medio de retención de humedad, de soporte y fijación para las raíces. Cada
una fue regada con 500ml de solución nutritiva modificada de Hoagland (Hoffmann et al.,
2004).al25% pH 6 cada siete días por un periodo de dos meses.
Figura 2. Plantas de Avicennia germinans (A), Laguncularia racemosa (B) y Rhizophora
mangle (C) utilizadas en el experimento
Durante la etapa de aclimatación, las plantas se encontraron bajo condiciones de
temperatura de 23 a 40 oc durante el día y de 20 a 29 oc durante la noche, una humedad
relativa promedio del 54% en el día y del 78% en la noche y una densidad promedio de
flujo de fotones de 9.75 mol m-2 d-1 bajo malla sombra.
23
Capítulo 11
Exposición al plomo
Después de la aclimatación, se pusieron en agua destilada a 36 individuos de cada
especie durante siete días y se lavó la agrolita con el fin de eliminar nutrimentos que
pudieran provocar la precipitación y la no disponibilidad del metal. Las plantas fueron
regadas con 500 mi de agua desionizada preparada con O, 75, 150 y 300 IJM de Nitrato de
plomo (Pb(N03)2) ; al día quince de exposición se hizo un segundo riego de los individuos·
con el metal , bajo las mismas condiciones y concentraciones que al principio de la
exposición , debido a que los valores encontrados en parámetros clave como la eficiencia
fotosintética no proporcionaban una idea clara del estrés que puede llegar a causar el Pb;
se dejó otro lapso de 15 días para la evaluación de las plantas. Cabe mencionar que
durante el proceso de exposición al metal , las plantas no fueron regadas con ningún tipo
de nutrimento.
24
Cl)
~ Tiempo O
-~ Oía 2 4) O>
~ Oía 30
~Tiempo O e ~ Oía2 ~ .J Oía 30
~ Tiempo O O';' e: ~ Oía 2
Oía 30
Figura 3. Esquema del proceso experimental en las tres especies de manglar.
Capítulo 11
Las condiciones ambientales a las que las plantas estuvieron expuestas fueron :
temperatura de 16.65 a 40.8 oc, humedad relativa del 33.8 al 86.8% y una densidad
promedio de flujo de fotones de 12.84 mol m-2 d-1 bajo malla sombra. Para cada
tratamiento, se tomaron muestras de hoja, tallo y/o raíz de tres individuos en los días O, 2
y 30 para la realización de los análisis mencionados en este capítulo y en el capítulo 3.
Concentración de plomo en los tejidos
Para llevar a cabo la cuantificación del contenido de plomo se pesaron tres gramos de
tejido fresco de raíz, tallo y hoja, los cuales fueron cortados en trozos pequeños y
colocados en una mufla a 550 oc por cinco horas para la obtención de cenizas blancas;
se dejaron reposar por una hora en un desecador. Las cenizas obtenidas se disolvieron
en 4ml de ácido clorhídrico 3M y se aforaron a 1 O mi con ácido nítrico al 1% VN
(A.O.A.C. , 1990) para su cuantificación posterior en un espectrofotómetro de emisión de
plasma (modelo 400, Perkin-Eimer) con plasma de argón utilizando una longitud de onda
de 220.353. Se llevó a cabo la preparación de una curva de calibración de 0.5, 2.0, 5.0,
20.0 y 50.0 ppm de nitrato de plomo utilizando como control HN03 al 1%.
Los resultados en ppm obtenidos fueron convertidos mediante la fórmula: mg/g=
((ppm/1 000) x 1 Oml) 1 3g . Para una mejor interpretación y comparación de los resultados,
los datos fueron convertidos a ug/g de peso fresco.
Bioconcentración y translocación de plomo en plántulas de Avicennia germinans,
Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle
Para conocer si las especies de manglar analizadas pueden ser consideradas como
especies híperacumuladoras se calculó el factor de bioconcentración en cada uno de los
tejidos y en toda la planta a través de la formula (Hernández-Colorado et al., 2012; Ruiz y
Armienta, 2012; Villamil, 201 O; Diez, 2008):
FBC = Concentración de plomo en el tejido (¡Jg/g) 1 Concentración de plomo total en el
medio (mg/L)
También se calculó el factor de translocación de la raíz a la parte aérea para saber si las
especies podrían ser utilizadas como bioindicadoras de plomo o como fitoextractoras,
25
Capítulo 11
para ello se usó la siguiente ecuación (Ruiz y Armienta, 2012; Duran, 201 O; Villamil, 201 O;
Diez, 2008):
FT = Concentración de plomo en la parte aérea (IJg/g) 1 concentración de plomo en la raíz
(¡Jg/g)
Análisis estadísticos
Se llevo a cabo un análisis de varianza de los datos correspondientes a la concentración
de plomo en cada tejido y total para cada especie de manglar, en base a un diseño en
bloques completos aleatorizados tomando como factor-tratamiento las diferentes
concentraciones de plomo a las que fueron expuestas las plantas y como factor-bloque
los días de muestreo; también se realizó una prueba de comparación de medias de Tukey
para conocer en donde se encontraban las diferencias. Los análisis se determinaron bajo
un nivel de confianza del 95% (p_:: 0.05) utilizando el paquete estadístico R versión 2.13.1
para Windows.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Aclimatación de plantas de Avicennia germinans, Laguncularia racemosa y
Rhizophora mangle
Dado que algunas de las plantas a utilizar presentaban síntomas relacionados con la falta
de nutrientes, se decidió llevar a cabo mediciones semanales de la eficiencia fotosintética
del PSII en el último mes del proceso de aclimatación . Se tomaron cuatro mediciones al
día (pre amanecer, dos horas altas de luz y al anochecer) y se compararon entre sí los
valores para observar si la solución nutritiva ayudaba a mejorar el estado físico de las
plantas y así tener una mejor confiabilidad de los resultados, conocer la susceptibilidad o
grado de estrés que pudieran tener los individuos a la luz ambiental y si existía una
recuperación de los centros de reacción al final del día lo que podría dar una idea de la
sensibilidad de las plantas a la exposición por el metal.
En algunos estudios donde se incluyen mediciones de la eficiencia cuántica máxima del
fotosistema 11 (Fv/Fm) en plantas, se ha visto que valores menores a 0.75 y 0.7 están
asociados a una actividad fotosintética subóptima debida a la limitación por nutrientes,
26
Capítulo 11
como el nitrógeno (Sanclemente y Peña, 2008). La disminución de la eficiencia es
causada por una disminución de los componentes de la membrana incluyendo los
transportadores de electrones de la cadena fotosintética (Sanz et al., 2001) y la reducción
en la tasa de recambio de las reacciones involucradas en la cadena de transporte de
electrones y fijación de C02 (Saxe et al., 1998). Cabe mencionar que aún cuando Fv/Fm
es conocido como un indicador de deficiencia en nutrimentos, este parámetro puede no
reflejar necesariamente un estrés nutricional principalmente en aquellas especies que
crecen en condiciones de equilibrio.
Avicennla germinans 0,9 .---...------------:--
0,8 l-+tt-eit--------...... -o.7 J--+-=:...._¡1--H .. - -rlre-- .;-.-.-,-J-- • Stmanal
.f 0·6
• Stmanall
:f :~ • Semana 111
o.• 1-----"---:-• _ __.,H----- e semaoaJV 0.2 1-----.. --.....-tt-----0.1 ..__ ______ ;__ __ _
--? 5:00am !O:OOam * 2:00pm * 6:00pm~ Horado! dio
Laguncularla racemosa
•.• r:-;.--::--------..---0.8 f-t.la.t-lt--,....,..,;;-----H~-
0·7 f4----''---ll-f-ll--ll-l-tl--.._- -;z. • seman11
~ 0'6
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~ 0·5
.. Semana m OA f---------"~---1 OScmonoiV
0.3 1-------------0.2 '---------------? 5:00am lO:Ohm * 2:00pm * 6:00pm ~
Hora doldla
Rhizophora mangle 0.9 r-.-:~--------r-
0.8 ~lflf---;:-,~------Hla.-
0.7 1-''--:Z:---t-lH-- --J-.ri-- ._..::t--'*• stmJna 1
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~ o.s AStmanalll
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M!-------=--t----0,2 ..__ ______ _. • .__ __ _
5:00¡m * !O:OOam * 2:00pm * 6:00pm *
Hor• doldfa
Figura 4. Comportamiento de la eficiencia máxima del PSII obtenida en las últimas cuatro
semanas del periodo de aclimatación en plántulas de las tres especies de mangle. Los
asteriscos indican los días y los tratamientos en los que se encontraron diferencias
significativas, y las flechas o llaves muestran en comparación de cual se obtuvieron dichas
diferencias, p_::O. 05.
27
Capítulo 11
Durante el mes de medición, el Fv/Fm en el pre amanecer se encontró en promedios de
0.78, 0.82, 0.81 y 0.8 en A. germinans, de 0.79, 0.83, 0.82 y 0.81 en L. racemosa y de
0.82, 0.81 , 0.82 y 0.79 en R. mangle para cada una de las semanas de medición. Casi
todos los individuos de las tres especies tuvieron una aclimatación positiva en el
transcurso de las semanas ya que, de acuerdo a lo reportado por Maxwell & Johnson
(2000), valores de 0.83 son indicadores de un buen desempeño fotosintético en la
mayoría de las especies de plantas; posiblemente los valores bajos (0.6-0.75)
correspondían a aquellas plantas en las cuales la falta de nutrimentos fue más visible.
Cabe mencionar que en la última semana los valores del pre amanecer disminuyeron un
poco en A. germinans y R. mangle, sin embargo las plantas seguían mostrando buena
eficiencia fotosintética; para el caso de L. racemosa estos se mantuvieron contantes.
Las fluctuaciones obtenidas en las horas de luz demuestran que varios de los individuos,
son susceptibles a presentar una mayor condición de estrés ya que mostraron la
capacidad de bajar rápidamente su eficiencia principalmente A. germinans y R. mangle;
no obstante, estas disminuciones fueron estadísticamente significativas en las tres
especies diferenciándose entre sí y con el pre amanecer y anochecer. Los valores
estuvieron en intervalos de 0.70 a 0.15 en A. germinans, de 0.80 a 0.50 en L. racemosa y
de O. 79 a 0.23 en R. mangle, la eficiencia más baja se encontró en condiciones donde la
luz era relativamente más alta (2:00 pm) con un rango aproximado de 400 y 550 ¡Jmol m· 2s-1, a pesar de esto las disminuciones en L. racemosa fueron similares en ambas horas
de luz.
Los rangos de eficiencia en cada una de las especies se mantuvieron casi iguales a lo
largo de las semanas de aclimatación; al parecer el riego con nutrimentos no influyó en la
aclimatación de las plántulas de A. germinans ya que no se encontraron diferencias
significativas entre las semanas de medición , los valores reg istrados en la primera
semana fueron significativamente diferentes de las demás en L. racemosa y de la cuarta
semana en R. mangle. A pesar de los valores bajos obtenidos en las mediciones de luz,
casi todas las plantas mostraron una recuperación igual o mayor al 90% al finalizar el
periodo de luz en todos los días de medición , esto se debe a que estas especies suelen
estar adaptadas a condiciones extremas de luz en los sitios donde habitan y al estar bajo
condiciones menores de luz es lógico que puedan tolerar el estrés luminoso. Solo en A.
28
Capítulo 11
germinans y L. racemosa, los valores de Fv/Fm del pre amanecer y del anochecer no
mostraron diferencias significativas entre sí.
Laguncularia racemosa fue la especie con la mayor eficiencia fotosintética y con la menor
reducción en los valores tanto a lo largo del día como a lo largo de las semanas teniendo
una buena aclimatación en comparación con A. germinans y R. mangle que tuvieron una
mayor variación en las mediciones y los valores más bajos de eficiencia fotosintética en
las horas de luz en algunos de sus individuos. La eficiencia fotosintética que fue obtenida
en el pre amanecer no aumentó sucesivamente conforme transcurrían las semanas de
medición en ninguna de las especies, pero se mantuvieron constantes durante el proceso.
Figura 5. Estado físico de plantas de Avicennia germinans (A), Laguncularia racemosa (B) y
Rhizophora mangle (C) antes (1) y después (2) de la aclimatación con solución nutritiva.
La aclimatación de cierta forma influyó en la recuperación física de las plantas que
presentaban algunos síntomas y ayudó a mantener estables a aquellas que inicialmente
se encontraban en buenas condiciones (Figura 5}, para el experimento se trató de
29
Capítulo 11
escoger a individuos con buena eficiencia fotosintética y con menor daño morfológico.
Para R. mangle se utilizaron algunas plantas con eficiencia de 0.6 a 7.5, por lo que
posiblemente pudo influir en los resultados.
Concentración de plomo en la raíz
En este apartado se muestran las concentraciones promedio de plomo en peso fresco que
se encontraron en la raíz de cada uno de los tipos de manglar; en la figura 6 se observa
que las tres especies tuvieron la capacidad de acumular el metal principalmente en este
tejido. El metal estuvo presente a partir del segundo día de exposición y fue aumentando
conforme pasaban los días de tratamiento, los valores más altos se hallaron en el último
día de muestreo y en aquellos individuos que recibieron la concentración más alta de
plomo.
Avicennia germinans fue la que absorbió el metal y lo acumuló en la raíz en mayor
cantidad; en esta especie, el Pb se encontró en rangos de 2.2 a 43 ¡Jg/g en el día dos y de
6.8 a 152.3 ¡Jg/g en el día treinta de exposición ; por el contrario, L. racemosa presentó el
menor contenido de plomo en este tejido con valores que iban de 3.8 a 33.8 ¡Jg/g en el
segundo día y de 6.1 a 11 O ¡Jg/g en el último día de exposición. En el caso de R. mangle,
el Pb estuvo presente en concentraciones de 4.5 a 42 ¡Jg/g y de 3.7 a 117.1 ¡Jg/g en el
segundo y último día de exposición . No obstante, hubo pocas diferencias entre las
concentraciones de Pb en las raíces de las tres especies a los 30 días de tratamiento con
la mayor concentración de metal en el medio.
Los análisis estadísticos mostraron que, en los tres tipos de mangle, los datos
encontrados en el último día de exposición difieren significativamente de aquellos hallados
en el tiempo cero, por lo que entre mayor fue el tiempo que las plantas estuvieron en
contacto con el metal mayor fue la acumulación en la raíz. El tratamiento con la
concentración más alta influyó más en la retención de Pb en la raíz en comparación con el
tratamiento control en A. germinans; a diferencia de los otros dos tratamientos con Pb y el
control en L. racemosa y en comparación con el tratamiento de 751JM y el control en R.
mangle.
Los resultados encontrados en este tejido pueden explicarse por el hecho de que las
30
Capítulo 11
raíces, principalmente las más profundas, son las responsables de la captación de los
nutrientes ya que están en constante interacción con los sedimentos por lo que juegan un
papel importante en la dinámica del ciclo de elementos tanto esenciales como no
esenciales (Hernández, 2002 citado por Naranjo-Sánchez y Troncoso-Oiivo, 2008).
Avicennía germinans
.. ~ .. ~ / .. <9~ .. ~ .. ~ $~ .. # .. ,...,.t..,<f'.t / ~Od Zd IOd *
Cone•nt.rad6n/P•rfodo de •xposlc:iÓf'\
Laguncularia racemosa
...... .t .... /.,# .. ,...,.t.t;>..t.,# .. -.·l // ~Od Zd • SOd *
Concent radón/ Periodo de exposición
Rhizophora mangle 1
··111111111111 us uo
-lOS
j ~ ~ !~ • Rafz
= >(! 15 o
.. ~.,.t // .. ,...,.t./ .. / .. -.·l.// ~Od Zd 30d *
Concentradón/P•riodo de exposlciOn ···-······· ·-·· ······-- ··-···-·----·
Figura 6. Concentración promedio de plomo en la raíz de las tres especies de manglar (barras
de error estándar). Los asteriscos indican los días y los tratamientos en los que se encontraron
diferencias significativas, y las flechas o llaves muestran en comparación de cual se obtuvieron
dichas diferencias, p:::0.05.
Los valores obtenidos en este trabajo fueron más altos a los ya reportados para Pb en
raíz de mangle. Villamil (2010) obtuvo rangos de 2.09 a 14.93 ¡.¡g/g en las tres especies,
con un contenido total en sedimento entre, 4.5 y 18.21 ¡.¡g/g ; además, se ha observado una
concentración de 13.84 ¡.¡g/g en L. racemosa, con 28.57 ug/g en sedimento
(Foroughbakhch et al. , 2004); y <2.38 ¡.¡g/g en raíces aéreas y 27.92 ¡.¡g/g en raíces
absorbentes de R. mangle sin medición en sedimento (Naranjo-Sánchez y Troncoso-
31
Capítulo 11
Olivo, 2008).
Sin embargo, estas cifras fueron obtenidas a partir de muestras de tejido de árboles
localizados en diferentes sitios con grados más bajos de contaminación , lo que explica
porque los resultados aquí mencionados son mayores a lo encontrado en otros trabajos;
también hay que tomar en cuenta que en condiciones naturales la marea moviliza el Pb
de un lugar a otro, lo que puede llegar a cambiar las condiciones fisicoquímicas del suelo,
disminuyendo la disponibilidad del metal para las plantas (Villamil, 201 O).
Concentración de plomo en el tallo
Durante todo el proceso experimental, las concentraciones promedio de Pb observadas
en el tallo de A. germinans muestran una acumulación similar en todas las plantas
expuestas al metal , a excepción del día 30 donde las plantas tratadas con 300~M
aumentaron sus valores drásticamente. En L. racemosa se dio una acumulación gradual
conforme pasaron los días de exposición y entre mayor fue la concentración del metal
expuesto; R. mangle también presentó este comportamiento pero solo en el segundo día
de medición, en el último día los valores se mantuvieron un poco bajos que en el día dos y
similares entre tratamientos (Figura 7).
En las tres especies, solo el tratamiento con la concentración más alta fue
estadísticamente significativo en las plantas; L. racemosa fue la única en la que el periodo
de exposición influyó significativamente, siendo el ultimo día de exposición donde se
encontraron las diferencias en comparación con el tiempo cero. Los rangos de
concentración fueron de 0.33 a 6.6 ~g/g y 1.16 a 36.1 ~g/g para A. germinans, de 1 a 5. 7
~g/g y de 1.3 a 20.7 ~g/g para L. racemosa y de 1 a 7.3 ~g/g y de 1 a 3.5 ~g/g para R.
mangle en el día dos y treinta de tratamiento. Al parecer, A. germinans tuvo mayor
transporte de plomo en este tejido que R. mangle.
Algunos estudios mencionan que el tallo, después de las raíces , es el tejido que puede
almacenar una mayor concentración de metales (Rahman et al., 2009; Foroughbakhch et
al., 2004; Silva et al. , 1990), también se ha reportado la particularidad que tienen algunas
especies arbóreas de manglar de incorporar a los elementos no esenciales en tejidos
perennes como el tronco o los tallos y util izarlos como vertederos semipermanentes de
32
Capítulo 11
estos tóxicos, presentando tolerancia al daño que estos pudieran ocasionarles (Lacerda,
1998 citado por Naranjo-Sánchez y Troncoso-Oiivo, 2008). En nuestros resultados, solo
en A. germinans y L. racemosa el tallo fue el segundo tejido con mayor concentración de
Pb, con valores iguales o mayores a 20 ug/g de peso fresco; sin embargo, esto solo
ocurrió al finalizar el experimento y a mayor concentración de metal en el sustrato.
40 SS 30
Avicennia germinans
Co neentrad ón/Perio do de expo.$Jc1ón
Laguncularia racemosa
8 Tallo
"' e r allo
~ 25 !t 20 ;; 1'5 ... 10 - . ~
q,~ .. ~ ..... "~ / "'~ .. ~ -$'~#~ q,~ .. ~ // --7 Od 2d 30d *
Concent ración/Periodo de exposición
Rhizophora mangle 40 r---------------------•• t------------
30 +====================== ~ 25 f-.! 20 +---------------- e rallo f u t----+--~.~---- •• +-----~~ --~4-----
s L::::i:;¡;;;;;¡;,;~iiiiilfi3t::íiiiiiiii::iii
Od Concentración/Perio do efe exposición
· Figura 7. Concentración promedio de plomo en el tallo de las tres especies de manglar (barras
de error estándar). Los asteriscos indican los días y los tratam ientos en los que se encontraron
diferencias significativas, y las flechas muestran en comparación de cual se obtuvieron dichas
diferencias, p_:::O.OS.
Concentración de plomo en la hoja
En la figura 8 se observa que A. germinans fue la tuvo la menor concentración de Pb en la
hoja con valores similares entre ambos días de muestreo, hubo intervalos de 1.5 a 5.8
¡.Jg/g en el día dos y de 1.4 a 6.3 ¡.Jg/g en el día treinta; las plantas regadas con 75 !JM
33
Capítulo 11
mostraron los valores más altos los cuales fueron disminuyendo conforme aumentaba el
contenido de metal en el sustrato. En el día dos, L. racemosa y R. mangle mantuvieron
casi constantes el contenido de Pb entre tratamientos, pero en el día treinta se dio un
aumento en la concentración conforme aumentaba el tratamiento con el metal ; en el
segundo y último día de exposición el metal se mantuvo en rangos de 6 a 11 .3 ¡Jg/g y de
6.7 a 10.22 ¡Jg/g en L. racemosa y de 4.3 a 7 ¡Jg/g y de 3.2 a 12.55 ¡Jg/g en R. mangle,
siendo el mangle blanco (L.r.) el que tuvo la mayor retención de Pb en este tejido.
Laguncularia racemosa
~ .,.,..Jo .,.,.Jo_,../' ~ .,.,.Jo . .,.,..Jo ..... -1' ~ .,,..Jo .,./'_,.,.Jo "\ ..:> ">\]"" "\ ,..,.- ..,\)- "\ ..._"? ..,I,J,...
* Od ~2d ~30d Concentnclón/Periodo de e xposición
Rhizophora mangle
.. ~..,:1 ..,.t ~:1 .. ,.,:1 ..,.,-1' ~:1 ~ ,..,:1 ., .. :1 d':t ' "'Y ' ...,. .... .,
* Od ~ 2d ~ 30d Conc:entrad6n/Periodo de expost clón
Figura 8. Concentración promedio de plomo en la hoja de las tres especies de manglar (barras
de error estándar). Los asteriscos indican los días y los tratamientos en los que se encontraron
diferencias significativas, y las flechas o llaves muestran en comparación de cual se obtuvieron
dichas diferencias. p<0.05.
Hubo diferencias estadísticamente significativas en las concentraciones de Pb en hojas de
las plantas control con las plantas de los tratamientos de 75 y 150 ~M en A. germinans y
34
Capítulo 11
L. racemosa; por el contrario, R. mangle no presentó diferencias significativas en ninguno
de los tratamientos aplicados con el metal. El tiempo en el que fueron expuestas las
plantas influyó significativamente en las tres especies.
Se ha reportado que las hojas de individuos jóvenes en general pueden llegar a tener una
mayor concentración de metales lo cual se debe a que al estar en sus fases de formación
acumulan muchos iones de elementos que pueden servir para su crecimiento pudiendo
también acumular elementos no esenciales como el Cd, Cu , Zn y Pb, a pesar de ser
menos móviles y con una translocación lenta (Lacerda, 1998 citado por Naranjo-Sánchez
y Troncoso-Oiivo, 2008); en este trabajo, esto puedo haber ocurrido en las plántulas de R.
mangle ya que obtuvieron concentraciones más altas en las hojas que en el tallo. Cabe
señalar que A. germinans presenta glándulas especializadas en las hojas que cumplen la
función de excretar iones de Na y K liberando a su vez elementos no esenciales
(Tomlinson, 1986 citado por Villamil, 201 O), este podría ser el motivo por el cual lo valores
de plomo encontrados en las hojas de esta especie fueron más bajos.
Concentración de plomo total
Tomando como base las concentraciones encontradas en la raíz, el tallo y la hoja, así
como la cantidad en peso fresco de cada una de estas partes en la planta, se calculó lo
que se puede considerar como las concentraciones totales de plomo en las plantas. En la
figura 9 se encuentran las concentraciones promedio halladas en cada una de las
especies de manglar, tomando como supuesto que la concentración de metal en los
tejidos fue homogénea y que la cantidad de agua en los individuos fue constante se
observó que A. germinans fue la que logró acumular la mayor concentración de plomo a
comparación de R. mangle que tuvo la menor capacidad de retención . En los días dos y
treinta, se registraron valores que iban de 4.6 a 29.7 ¡Jg/g y de 4.8 a 87.6 ¡Jg/g en A.
germinans, de 4.9 a 22 ¡Jg/g y de 5.1 a 67.8 ¡Jg/g en L. racemosa, de 3.2 a 20 ¡Jg/g y de
2.9 a 47.2 ¡Jg/g en R. mangle.
En las tres especies, el aumento de la concentración de Pb en las plantas estuvo en
función del aumento de la concentración del metal en el sustrato y a mayor periodo de
exposición , sin embargo solo L. racemosa y R. mangle tuvieron diferencias significativas
en el día 30 y en el tratamiento de 3001-JM con respecto al tiempo cero y a las plantas
35
Capítulo 11
control, en A. germinans solo el tratamiento con la concentración más alta fue
estadísticamente significativo a diferencia del control. El comportamiento encontrado en
este estudio concuerda con algunas publicaciones donde se demuestra que A. germinans
es capaz de acumular altas concentraciones de metales incluyendo el plomo (Villamil,
201 O; Campos y Gallo, 1997), y ha sido reportada en algunos casos como posible especie
hiperacumuladora de Cu y Cd , llegando a acumular hasta 3000 mg/Kg de Cd
concentrándose mayormente en la raíz (González-Mendoza et al. , 2008; González
Mendoza et al., 2007) . Se han reportado otras especies de manglar como buenas
acumuladoras de plomo como lo es el caso de Aviccenia marina, Kandelia cande/,
Bruguiera gymnorrhiza, entre otras (Caregnato et al., 2008; MacFarlane et al. , 2007;
Zhang et al., 2007).
•• 70
-; 'o ~ 50 - .. f so = 20
10
•• ,. ü fO
~ 50 - .. f JO = 20
10
Avicennia germinans
D Total
Ocl
Concentrodón/f'ertodo de •ICPo>iclón
Laguncularia racemosa
~ --'>IL ..l.
DTotal
..... ~ ..... ,.~ .. #~ • .... :~ ... <f'~ .. ~~ • .... :~ .,.,<>~ / ~ Od 2d IOcl
Concentr•dón/Peñoclo de exposlc:lón
Rhizophora mangle
-D Total
-rl ..... ~ ..... .#.,,;>~ ..... ~ // ..... ~ $~ #~ ~ Ocl 2d I Ocl
Concentrodón/f'ertodo de •ICPoslclón
Figura 9. Concentración promedio de plomo en la plantas de las tres especies de manglar
(barras de error estándar). Los asteriscos indican los días y los tratamientos en los que se
encontraron diferencias significativas, y las flechas o llaves muestran en comparación de cual
se obtuvieron dichas diferencias, p_:::0.05.
36
Capítulo 11
Algunos autores han reportado que A. germinans, L. racemosa y R. mangle pueden llegar
a tener una mayor acumulación de metales cuando viven en sitios donde hay una alta
contaminación del suelo, esto probablemente a la capacidad que tienen estas especies de
aclimatarse a esas condiciones (Villamil , 2010; Campos y Gallo, 1997).
Hay que tomar en cuenta que la concentración de los metales en los ecosistemas de
manglar no solo depende de la fuente de contaminación sino también de las condiciones
físicas y químicas de cada uno de estos sistemas, la biodisponibilidad que estos
elementos pueden llegar a tener para las plantas depende de variables como el pH, el
potencial redox, la salinidad , la humedad, el contenido de materia orgánica, limos y
arcillas principalmente (Diez, 2008).
Algunos autores (Naranjo-Sánchez y Troncoso-Oiivo, 2008; Lacerda, 1993 citado por
Naranjo-Sánchez y Troncoso-Oiivo, 2008) han registrado que menos del 1% del plomo
está disponible para la captación de raíces de R. mangle y otras especies distribuidas en
Asia, sin embargo esto puede variar ya que las condiciones que afectan a la disponibilidad
suelen ser especificas para cada sitio. El secuestro de metales en el sedimento y su poca
disponibilidad podría ayudar también a estabilizar y minimizar el daño que estos
ocasionan.
Bioconcentración y translocación de plomo en plántulas de Avicennia germinans,
Laguncularia racemosa y Rhizophora mangle
Las plantas difieren en sus estrategias de tolerancia hacia los metales, existen especies
capaces de mantener niveles muy bajos de elementos a pesar del alto contenido en el
suelo y, por el contrario, hay otras especies que pueden acumular una alta cantidad de
metales sin mostrar síntomas evidentes de toxicidad. Este tipo de estrategias han sido
reportadas en plantas que crecen en suelos muy contaminados (Baker et al., 1981 citado
por Diez, 2008) distinguiéndose estas en plantas exclusoras, indicadoras y
acumuladoras.
Dicha capacidad de retención puede ser medida mediante el factor de bioconcentración,
en este estudio se obtuvo para cada tejido y para cada una de las plantas de las tres
especies de manglar. En el cuadro 3 se muestran los valores promedio correspondientes
37
Capítulo 11
al segundo y último día de exposición , los resultados pertenecientes al día cero o inicio
del experimento no se mencionan debido a que presentaron datos negativos o nulos que
no son relevantes en la discusión de los resultados.
Cuadro 2. Factor de bioconcentración promedio de plomo en tejidos de A. germinans, L. racemosa
y R. mangle para cada tratamiento a los dos y treinta dfas de exposición al metal.
Especie Tratamientos Raíz Tallo Hoja Planta
Día 2, O~M o o o o Cl) e: Día 2, 75 ~M 0.286 0.065 0.215 0.206 ca .s Día 2, 150~M 0.084 0.037 0.098 0.073 e ~ Día 2, 300~M 0.312 0.030 0.037 0.155 t:n .~ Día 30, O~M o o o o e: e: Día 30, 75 ~M 0.470 0.060 0.182 0.321 ~ (,)
Día 30, 150 ~M 'S: 0.797 0.028 0.075 0.447 q: Día 30, 300 ~M 0.902 0.233 0.036 0.581
ca Cl)
Día 2, O~M o o o o o Día 2, 75 ~M 0.199 0.062 0.283 0.205 e ~ Día 2, 150~M 0.110 0.0502 0.167 0.111 (,)
e Día 2, 300~M 0.169 0.035 0.073 0.118 ,ca ~ Día 30, O~M o o .!!! o o ::S
Día 30, 75 ~M (,) 0.262 0.064 0.279 0.219 e: ::S Día 30, 150~M 0.277 0.119 0.150 0.215 t:n ca
..,J Día 30, 300~M 0.851 0.097 0.086 0.516
Día 2, O~M o o o o ~
Día 2, 75 ~M 0.041 0.182 0.158 - 0.231 t:n e: Día 2, 150~M 0.159 ca 0.217 0.057 0.115 e
e Día 2, 300~M 0.233 0.038 0.047 0.131 o Día 30, O~M o o o o .:::: g. Día 30,75 ~M 0.306 0.081 0.180 0.223 .!::! ~ Día 30, 150~M 0.460 0.065 0.107 0.267
Día 30, 300 ~M 0.872 0.024 0.084 0.399
En las tres especies se observa que la raíz, a partir del segundo día, fue la que presentó
38
Capítulo 11
los valores más altos en el factor de bioconcentración (FBC) en comparación con los
demás tejidos principalmente en plantas tratadas con la concentración de 300¡.¡M de
plomo, al finalizar el experimento estos valores siguieron en aumento conforme
aumentaba la cantidad de metal en el sustrato. Debemos recordar que al terminar el
periodo de exposición también fue la raíz en donde se encontró la mayor concentración
del metal la cual aumentaba gradualmente conforme aumentaba el tratamiento, esto
concuerda con lo descrito en este factor. Cabe mencionar que A. germinans fue la que
tuvo el FBC mayor a diferencia de L. racemosa.
Se ha demostrado que, cuando no hay una saturación por parte del metal en el suelo, las
plantas tienen mayor capacidad de absorberlo dando como resultado una mayor limpieza
cuando la contaminación se presenta a niveles bajos o medios. En estas especies se
pudo ver que, aun con concentraciones relativamente altas de plomo, las raíces son
capaces de acumularlo más eficientemente entre mayor sea el tiempo de exposición por
Id que la descontaminación podría ser más efectiva.
En las tres especies, el FBC correspondiente al tallo indica que este es el tejido que tiene
la menor capacidad de concentrar al plomo. En R. mangle, el FBC disminuye conforme
aumenta el contenido de plomo en el sustrato y entre mayor es el tiempo de exposición;
esto demuestra que la acumulación de plomo en el tallo de esta especie es más eficaz
cuando la contaminación es mínima. El comportamiento encontrado en A. germinans y L.
racemosa muestra una disminución de los valores entre mayor es la concentración de
plomo de cada tratamiento en apenas dos días de exposición; sin embargo, al finalizar el
periodo experimental estos aumentan gradualmente con respecto a la concentración de
plomo en el sustrato.
Esto podría significar que, cuando las plantas no están aclimatadas a vivir en sitios
contaminados, entre menor concentración de plomo haya en el sustrato el tejido tiene más
capacidad de acumularlo; no obstante, esto se vuelve menos eficiente cuando va
aumentando la concentración de metal. En cambio cuando el tiempo es mayor y hay una
mejor aclimatación por parte de los individuos, esa capacidad se recupera y el poder de
acumulación va aumentando conforme lo hace la concentración de metal en el sustrato.
A pesar de que en algunas plantas el tallo fue el segundo tejido con mayor contenido de
39
Capítulo 11
plomo, este solo funcionó como medio de transporte ya que la hoja fue el segundo tejido
donde el FBC fue más alto; a pesar de esto, en ambos días de muestreo todas las
especies tuvieron una disminución del FBC entre mayor fue la concentración de plomo en
el sustrato, el día treinta y el tratamiento con 3001-JM mostraron una baja capacidad de
concentración . Los FBC más altos en hoja los mostró L. racemosa , a diferencia de A.
germinans.
Tomando en cuenta los resultados obtenidos por planta, en las tres especies se observa
que en el día dos los valores disminuyen conforme aumenta la cantidad de plomo, por el
contrario para el día treinta la capacidad de acumulación se hace más alta entre mayor
sea el tratamiento con plomo. Esto podría explicarse, como se hizo con el tallo , por la baja
aclimatación que tienen las especies a poco tiempo de exposición, pero que va mejorando
a un mediano o largo plazo ya que aumenta su eficacia de retención aun cuando el
contenido de plomo en el sustrato es alto. Las plántulas de A. germinans tuvieron mayor
capacidad para retener el plomo que R. mangle.
A pesar de que las tres especies pudieron asimilar el plomo en sus tejidos y en algunos
casos esto aumentaba a mayor concentración en el sustrato, todos los valores fueron
menores a uno, esto junto con los resultados obtenidos de concentración en los tejidos
indica que estas plantas funcionan eficazmente como exclusoras siendo esta capacidad
mayor entre menor es el FBC.
Como ya se sabe las especies híperacumuladoras de metales son potencialmente
utilizables en procesos de fitoextracción siendo la biomasa y el nivel de bioacumulación
(entre mayor sea el FBC) los factores que definen la eficiencia del proceso (McGrath y
Zhao, 2003 citado por Diez, 2008). A pesar de esto, las especies exclusoras de metales
son potencialmente utilizables en la fitoestabilización de suelos considerándose a la
revegetación de sitios contaminados una de las técnicas más sustentables para la
estabil ización de suelos a largo plazo (Tordoff et al., 2000); otra ventaja de la exclusión de
metales es que permite mantener bajas concentraciones de estos en los tejidos aéreos
evitando su entrada en la cadena trófica , además este tipo de plantas suelen ser más
tolerantes al efecto tóxico de los metales.
40
Capítulo 11
Cuadro 3. Factor de translocación de plomo en tejidos aéreos de A. germinans, L. racemosa y R.
mangle en cada tratamiento a los dos y tre inta días de exposición al metal
Especie Tratamientos Tallo Hoja Tallo+ Hoja
Día 2, O¡.~M -0.987 0.76 -0.226 Cl) e: Día 2, 75 ¡.~M 0.405 0.825 1.106 "' .5 Día 2, 150¡.~M 0.406 1.668 2.069 e Cl) Día 2, 300¡.~M 0.126 0.191 0.317 tn .~ Día 30, O¡.~M 0.205 -0.154 0.051 e: e: Día 30, 75 ¡.~M 0.158 0.456 0.614 Cl) (,)
Día 30, 1501JM ·s 0.047 0.185 0.232 q:
Día 30, 300¡.~M 0.054 0.674 0.417
"' Día 2, O¡.~M -0.663 0.565 -0.097 Cl) o Día 2, 75¡.~M 0.382 1.57 1.952 e Cl) Día 2, 150¡.~M 0.450 1.504 1.955 (,)
e Día 2, 300¡.~M 0.228 0.67 1.154 ·"' t::
Día 30, O¡.~M -0.362 -1 .289 -1.652 ~ ::S
Día 30, 75 ¡.~M 0.246 1.068 1.315 (,) e: ::S Día 30, 150¡.~M 0.612 0.649 1.262 tn
"' ..,J Día 30, 3001JM 0.18 0.114 0.294
Día 2, O!JM -0.245 -1.426 -1.323 Cl)
Día 2, 75¡.~M 0.177 0.82 0.997 -tn e: Día 2, 150¡.~M 0.354 0.565 0.92 "' e
e Día 2, 300¡.~M 0.194 0.356 0.551 o Día 30, O¡.~M 0.25 -17 -16.75 .:: g.
Día 30, 75 ¡.1M 0.342 0.726 1.069 .~
~ Día 30, 150¡.~M 0.141 0.232 0.374
Día 30, 3001JM 0.033 0.127 0.271
En investigaciones llevadas a cabo in situ, la raíz de las tres especies de manglar ha
presentado un factor de concentración para plomo de 1.9 y 3 en A. germinans, de 12 y 96
en L. racemosa y de 5 y 126 en R. mangle cuando la cantidad de plomo en el sustrato es
baja y media (Villamil , 201 O) demostrando una buena capacidad de acumulación cuando
las plantas crecen y se aclimatan en un suelo contaminado con el metal. El hecho de que
41
Capítulo 11
las plantas utilizadas en este estudio hayan sido crecidas bajo condiciones nulas de
plomo y que después hayan sido expuestas a este, podría explicar el por qué se
encontraron valores bajos en este factor.
La eficiencia en el proceso de fitoextracción de un metal va a depender mayormente de la
alta capacidad de translocación, desde la asimilación por las raíces hasta las partes
aéreas o partes cosechables de la planta. En el cuadro 3 se muestra el factor de
translocación promedio que se encontró en cada una de las especies de manglar
analizadas, en este caso tampoco se tomaron en cuenta los resultados obtenidos en el
tiempo cero.
En las tres especies, a partir del día dos, hay presencia de translocación de plomo de la
raíz al tallo el cual es más alto en las plantas tratadas con 150 IJM de plomo y disminuye
en aquellas expuestas a la concentración más alta del metal; al finalizar el experimento,
este comportamiento se volvió a observar en L. racemosa. Por el contrario, al día treinta,
A. germinans tuvo el FT más alto en los individuos regados con 3001JM y en R. mangle los
valores fueron bajos a medida que la concentración de metal en el sustrato era mayor. Se
pudo apreciar, de manera general , que cuando las especies de manglar se encontraban
en condiciones de contaminación baja o media la eficiencia de translocación de la raíz al
tallo era mayor.
La translocación de la raíz a la hoja fue mayor en comparación con la del tallo
principalmente en L. racemosa y R. mangle; en el segundo día de medición , estas dos
especies presentaron los valores más altos a diferencia del día treinta principalmente en
las plantas tratadas con la concentración más baja, estos valores fueron disminuyendo
conforme el Pb aumentaba en el sustrato; en el día dos, en A. germinans hubo aumento
del FT solo hasta la concentración media de plomo, pero luego baja drásticamente en el
tratamiento con la concentración más alta de plomo. En el último día del experimento, las
tres especies tuvieron los valores más altos de translocación en la hoja cuando el sustrato
tenía poco plomo, y fueron disminuyendo conforme aumentaba la concentración de plomo
en el medio.
En L. racemosa, la mayoría de los valores de translocación obtenidos en cada planta son
mayores a uno, por lo que fue la más apta para transportar el plomo acumulado en la raíz
42
Capítulo 11
a las demás partes aéreas, también R. mangle y A. germinans tuvieron algunos valores
mayores o cercanos a uno pero solo a 75 y 150 !JM de plomo en el sustrato, siendo el
mangle rojo (R.m.) el de menor capacidad de translocación. Con esto se demuestra que
hay especies de manglar que toleran concentraciones relativamente altas de plomo en el
suelo debido a que restringen su absorción y translocación hacia las hojas.
En otros estudios llevados a cabo en A. germinans, L. racemosa y R. mangle para plomo
(Villamil , 2010) se ha encontrado que el factor de bioconcentración es más alto que el de
translocación, con valores menores a uno en cada uno de los tejidos aéreos que se
analizaron (hoja, tallo y ramas) lo que demuestra que, a pesar de la buena acumulación
en la raíz, estas especies no fueron capaces de transportar al metal eficazmente a los
demás tejidos. Entre mayor sea el plomo presente en el suelo posiblemente sea más fácil
para la planta retenerlo en la raíz o excluirlo que invertir energía en transpórtalo o bien no
pueden mantenerlo en otros tejidos debido a la alta toxicidad que les produce.
CONCLUSIÓN
En este capítulo se mostró que A. germinans, L. racemosa y R. mangle tuvieron la
capacidad de concentrar el plomo, y como se esperaba fue la raíz el tejido que lo acumuló
en mayor cantidad , encontrándose valores por arriba de lo reportado por otros autores. Si
tomamos como referencia la concentración total de plomo hallado en las plantas, A.
germinans fue la especie que pudo absorberlo y retenerlo más a diferencia de R. mangle
que resulto ser menor eficaz en la acumulación del metal. Las tres especies son capaces
de permanecer en suelos contaminados con plomo, por lo menos en un medio con hasta
300¡.JM de Pb, por lo que podrían utilizarse en procesos de fitocorrección , ya que tienen la
habilidad de acumularlo en sus tejidos. Así mismo se encontró que mientras mayor es el
tiempo de exposición de la planta al metal y mayor la concentración de plomo en el
sustrato, mayor es la acumulación del Pb principalmente en la raíz y en la concentración
total de las tres especies.
El plomo se encontró en un orden de concentración de mayor a menor, que iba de la raíz
a la hoja en A. germinans y L. racemosa, el factor de translocación también siguió este
patrón pero solo en A. germinans; a diferencia de esto, R. mangle presentó un orden de
concentración y translocación raíz-hoja-tallo; la capacidad de acumulación en las tres
43
Capítulo 11
especies fue mejor en la raíz seguida de la hoja y el tallo. A pocos o varios días de
exposición, las especies de manglar tuvieron la habilidad de tener una mayor eficiencia de
translocación y acumulación en la hoja siempre y cuando el nivel de contaminación fuera
bajo o medio (75-150 IJM de plomo) , esto fue más notorio en L. racemosa y menos
común en A. germinans.
A pesar de que las plantas de manglar tuvieron una buena acumulación de metal, los
valores bajos o iguales a uno tanto de FBC como de FT indican que ninguna de las
especies puede ser considerada como hiperacumuladora de plomo; sin embargo, otras
características antes mencionadas sugieren que las especies son aptas como exclusoras
o fitoestabilizadoras de plomo en acciones de descontaminación.
Los resultados obtenidos en este apartado dan una idea de la eficiencia que tienen estas
especies de manglar para retener al plomo, además pueden servir como una base para
ampliar el conocimiento del contenido de plomo que puede ser absorbido y translocados
en estas plantas y como podría esto ser utilizado para la restauración de ecosistemas de
mangle degradados. Para una aproximación más real de la capacidad de acumulación y
un mayor sustento de los resultados, es recomendable llevar a cabo más estudios donde
las plantas puedan adaptarse a altas concentraciones de plomo, u otros metales, para
observar en qué punto estas llegan a saturarse e inhibirse, o si pueden lograr aclimatarse
de modo que aumente su capacidad de acumulación o translocación y si esto se da en un
mediano o largo plazo.
44
Capítulo 11
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48
Capítulo 11
Yang , Y., J. Jung, W. Song, H. Suh and Y. Lee (2000). ldentification of rice varieties with
high tolerance or sensitivity to lead and characterization of the mechanism of
tolerance. Plant Physiology, 124, 1019-1026.
Zhang , F., Y. Wang, Z. Lou and J. Dong (2007). Effect of heavy metal stress on
antioxidative enzymes and lipid peroxidation in leaves and roots of two mangrove
plant seedlings (Kandelia cande/ and Bruguiera gymnorrhiza) . Chemosphere, 67,
44-50.
49
Capítulo 11
50
Capítulo 111
EFECTOS DEL PLOMO Y CAPACIDAD DE TOLERANCIA EN PLANTAS DE
Avicennia germinans, Laguncularia racemosa Y Rhizophora mangle
INTRODUCCIÓN
Las plantas pueden llegar a absorber grandes cantidades de metales por las raíces, y
estas son las que generalmente los acumulan en mayor parte, con lo cual se ayuda a que
dosis altamente toxicas no se trasladen a otras partes de la planta de tal manera que no
se afecte su crecimiento y su normal desarrollo. Muchos organismos como las plantas
tienen la capacidad de ser tolerantes, es decir, de resistir a factores externos y aceptar el
aporte de determinadas sustancias presentes en el medio que pueden causarles estrés.
A lo largo del tiempo han existido cambios evolutivos que dieron origen a la tolerancia a
los metales pesados en diferentes especies de plantas, los cuales representan una serie
de mecanismos eficientes y específicos que permiten mantener dentro de rangos
fisiológicos permisibles la toma de elementos esenciales, además de tener la capacidad
de inactivar metabólicamente a elementos esenciales y no esenciales cuando representan
un riesgo para la célula (Cai y Ma, 2002 citado por González-Mendoza et al. , 2008).
En algunos estudios, como el de Brune et al. (1994), se propone que la regulación
cito plasmática de los metales en plantas se lleva a cabo principalmente por: 1) una baja
absorción a través de la membrana plasmática, 2) secuestro de metales en organelos
subcelulares, 3) precipitación en forma de sales insolubles, 4) formación de complejos con
ligandos orgánicos de bajo peso molecular y, 5) extrusión activa desde la membrana
hacia el apoplasto. Las plantas también son capaces de inducir la formación de
fitoquelatinas involucradas principalmente en la tolerancia a Cd y Cu (Gasic y Korban,
2007; Usha et al., 2007).
El objetivo esencial de la fitorremediación es la utilización de especies con alto poder de
absorción y acumulación lo que conlleva generalmente a una mayor toxicidad para la
planta. Debido a que las especies híperacumuladoras suelen ser más vulnerables, se ha
impulsado el uso de plantas tolerantes, las cuales, aunque acumulen menor cantidad de
metal en su biomasa aérea, puedan tener una mayor productividad (Pulford & Watson,
2003 citado por Diez, 2008; Robinson et al., 2000). Si además de esto, las plantas
51
Capítulo 111
tuvieran la habilidad de sobrevivir a más de un metal en el medio de crecimiento, tolerar
condiciones extremas en el suelo (pH , salinidad) y una alta resistencia a enfermedades
esta técnica sería más eficiente.
La colonización vegetal en suelos ricos en metales dependerá de la capacidad de las
plantas para desarrollar mecanismos de tolerancia (Ernst, 1990). Varias plantas toleran
elevadas concentraciones de metal en el suelo porque restringen su absorción o
translocación hacia las hojas, pero otras lo absorben y acumulan activamente en su
biomasa aérea, lo que requiere una fisiología altamente especializada para disminuir la
toxicidad (Baker y Walker, 1990).
De los trabajos que se han realizado en plántulas de manglar, como Rhizophora
mucronata, R mangle, A vicennia alba, Kandelia cande/ y Aegiceras comiculatun
expuestas a metales como Pb, Hg , Cd, Cu y Zn , se sabe que la tolerancia puede ser
externa, mediante la formación de placas de hierro y microorganismos, e interna, que
incluye la precipitación de los iones metálicos por grupos sulfuros extracelulares, síntesis
de exudados radicales y desarrollo de glándulas secretoras presentes en el tejido foliar de
algunas especies de mangle (González-Mendoza et al., 2008). Si bien en este capítulo no
se estudiaron cuáles fueron los mecanismos de tolerancia que presentaban las 3 especies
de manglar, se midieron algunos parámetros para conocer el grado de toxicidad que el
plomo pudiera tener en las plantas y así saber que especie puede resistir más al estrés.
MATERIALES Y MÉTODOS
Determinación de la eficiencia máxima del fotosistema 11
Se llevó a cabo por medio de un medidor portátil de fluorescencia de la clorofila (MINI -
PAM Photosynthesis Yield Analyzer y MONI-PAM Monitoring PAM Fluorometer, Heinz
Walz GmbH). Las mediciones se realizaron en el pre amanecer o después de cubrir las
hojas por periodos de 15 a 20 minutos con una bolsa de tela negra con el fin de generar
un periodo de oscuridad que permitiera una mayor apertura de los centros de reacción del
PSII y una mejor validez de los resultados. Se tomaron datos en el tiempo cero, en las
primeras 4, 8, 16 y 24 horas de exposición y en los días 2, 6, 8, 12, 15, 20, 23, 27 y 30; los
resultados fueron expresados como Fv/Fm ( (Fm - Fo) 1 Fm, donde Fm es la
52
Capítulo 111
fluorescencia máxima en plantas adaptadas a la oscuridad y Fo es la fluorescencia inicial
en plantas adaptadas a la oscuridad).
Medición de la tasa de fotosíntesis neta
Las tasas instantáneas de asimilación de C02 se registraron cada tres horas desde el
amanecer hasta el anochecer mediante un analizador de gases infrarrojo (IRGA LICOR
modelo 6400, Heinz Walz GmbH), estas mediciones se hicieron sin una fuente alterna de
C02 y tanto la humedad relativa como la concentración de C02 se mantuvieron
constantes dentro de la cámara en valores de entre 25 a 30% y de 360 ¡Jmol m2 s 1
respectivamente, esto con el fin de evitar alteraciones en las lecturas. Hubo mediciones
en los días 1, 8, 12, 15, 19, 22, 26 y 30 de exposición; los valores de asimilación neta
diaria de C02 se obtuvieron al calcular con integrales el área de los valores positivos de
asimilación.
Concentración de pigmentos: clorofila a, by carotenoides
El contenido de clorofilas a y b al igual que de los carotenoides se obtuvo a los O, 2 y 30
días de exposición, mediante la metodología descrita por Wellburn (1994). En oscuridad y
en frío, 500 mg de tejido fresco de hoja fueron homogeneizados en un mortero, añadiendo
acetona al 80%; el macerado se centrifugó a 10 000 rpm por 10 minutos y se separó el
sobrenadante; el material precipitado se diluyó en acetona, se agitó con un vortex y se
centrifugo nuevamente hasta obtener un pelet blanco. El sobrenadante colectado se
diluyó con acetona (lo necesario para obtener valores de absorbancia menores a 1) y se
leyó la absorbancia en un espectrofotómetro a 663, 645 y 470nm, utilizando acetona
como control. El cálculo para conocer los microgramos de pigmentos por mililitro se
realizó de acuerdo ha las formulas descritas por Lichtenthaler & Wellburn (1983):
Clorofila a (Ca)= 12.21 (A663)- 2.81 (A645)
Clorofila b (Cb)= 20.13 (A645)- 5.03 (A663)
Carotenoides totales (Ct)= 1000 (A4 70) - 3.27 (Ca) - 104 (Cb)/198
En base a estos resultados se obtuvo para cada muestra los microgramos de pigmentos
por gramo de peso fresco (PF}, en base a la fórmula: ¡Jg/gPF = (IJg/ml x Vol. Final)/gPF.
53
Capítulo 111
Fuga de electrolitos
Para este análisis se utilizaron muestras de talllo y raíz de 1 cm de largo y 0.5 cm de
diámetro aproximadamente los cuales se enjuagaron con agua destilada y se colocaron
en frascos de vidrio con 15 mi de agua destilada, se pusieron en agitación por 4 horas y
se midió la conductividad eléctrica con un medidor de conductividad (ORION modelo 162,
Thermo Scientific). Después de este tiempo, las soluciones fueron colocadas en autoclave
por 15 minutos a 121 oc, se dejaron enfriar y se midió la conductividad eléctrica final que
fue tomada como el total de electrolitos liberados por los tejidos; se reportó el porcentaje
de electrolitos liberados a las 4 horas con respecto al total. Este procedimiento se llevo a
cabo en los días O, 2 y 30 del experimento.
Evaluación de la respuesta de crecimiento
A los O, 2 y 30 días, en cada especie se obtuvo el peso fresco (PF) de cada tejido y de
cada planta, la densidad radicular (DR), el área foliar (AF), el número total de hojas (TH) y
la altura del tallo (HT). El PF se midió en una balanza analítica; las raíces se sumergieron
en una probeta con agua en un volumen conocido tomando como referencia la diferencia
en mi para sacar la DR (d= m/v); el área foliar se obtuvo mediante un medidor de AF
(LICOR 31 00). Durante el periodo de exposición también se tomó evidencia fotográfica de
cada tejido para registrar cambios físicos en las plantas.
Análisis estadísticos
Para cada parámetro y cada especie, se realizó un análisis de varianza en base a un
diseño en bloques completos aleatorizados, tomando como factor-tratamiento las
diferentes concentraciones de plomo a las que fueron expuestas las plantas y como
factor-bloque los días de muestreo, también se realizó una prueba de comparación de
medias Tukey para conocer entre que variables se encontraban las diferencias; estos
estadísticos se determinaron bajo un nivel de confianza del 95% (p~0.05) utilizando el
paquete R versión 2.13.1 para Windows. Se hicieron análisis de regresión tomando cada
uno de los parámetros analizados como variable dependiente y la concentración de metal
en los tejidos como variable independiente; esto se determinó bajo un nivel de confianza
del 95% (p~0.05) mediante el programa de cálculo Excel versión 2007 para Windows.
54
Capítulo 111
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Cambios moñológicos en plantas de Avicennia germinans, Laguncularia racemosa
y Rhizophora mangle por la exposición al plomo
En este apartado se muestran las características físicas que presentaron la raíz, el tallo y
la hoja de cada una de las especies de manglar bajo diferentes tratamientos con plomo y
periodos de exposición. En la figura 10 se observa que a los 30 días de prueba las plantas
de A. germinans, L. racemosa y R. mangle no presentaron daño visible en la raíz en
ninguno de los tres tratamientos con plomo; hay que recordar que los individuos
muestreados en cada uno de los días son lotes diferentes lo que explica el por qué las
raíces son morfológicamente distintas.
Control
A
B
e
Figura 10. Efectos del plomo sobre la morfología radicular de plantas de A. germinans (A),
L. racemosa (8) y R. mangle (C) bajo diferentes tratamientos a los treinta días de
exposición.
55
Capítulo 111
Como ya se ha mencionado, las plantas presentan mecanismos de tolerancia hacia el
estrés los cuales actúan una vez que los compuestos tóxicos han entrado a las células; a
pesar de que el simplasto puede soportar concentraciones altas de metales, éstos llegan
a ser eliminados del citoplasma mediante su unión a ácidos presentes en la pared o a
aminoácidos como la cisteína formando fitoquelatinas , estos compuestos posteriormente
son almacenados en la vacuola (Ernst, 1975 citado por Garcia, 2006); la formación de
compuestos menos tóxicos o su almacenamiento en lugares no perjudiciales para las
células pudo haber sido la razón por la qué la raíz no sufrió alteraciones visibles.
A
B
e
Figura 11 . Efectos del plomo sobre la morfología de tallo de plantas de A. germinans (A),
L. racemosa (8) y R. mangle (C) bajo diferentes tratamientos a los treinta días de
exposición .
Por otro lado, algunos autores mencionan que los efectos de la toxicidad de metales,
como el Al , el Pb e inclusive el Br, no parecen desarrollar síntomas visibles en las raíces
de algunas especies arbóreas, porque su toxicidad está posiblemente asociada a una
alteración de la división celular del meristemo apical (Nable et al., 1997 citado por Cervilla,
56
Capítulo 111
2009; Casierra-Posada y Aguilar-Avendaño, 2007; García , 2006). Esto puede ser debido
a que la permeabilidad celular a los metales es mayor que en otras zonas. Un análisis
posterior de los ápices radiculares de las especies de manglar analizadas podría dar una
idea del daño que el metal ocasiona.
Control [] 75~M [] 150~M [] 300 ~M
· DíaO
Día 15
Día 20
Día25
Figura 12. Efectos del plomo sobre la morfología foliar de plantas de A. germinans bajo
diferentes concentraciones y tiempos de exposición .
Avicennia germinans y L. racemosa no presentaron daños visibles en el tallo aun cuando
individuos de A. germinans, tratados con 300 IJM de Pb, obtuvieron la mayor acumulación
al terminar el experimento lo que podría indicar tolerancia por parte del tejido de esta
especie. Por el contrario , una de las plantas de R. mangle, expuesta a la más alta
concentración del metal, presentó necrosis a los treinta días de exposición a pesar de ser
57
Capítulo 111
la especie que obtuvo los valores más bajos de acumulación en este tejido; esto nos dice
que al ser un tejido con poca capacidad de retención hay menor resistencia al Pb por lo
que es más probable que sufra algún daño (Figura 11).
Control [] 75~M [] 150~M [] 300 ~M
Día O
Día 15
Día 20
Día 25
Día 30
Figura 13. Efectos del plomo sobre la morfología foliar de plantas de L. racemosa bajo
diferentes concentraciones y tiempos de exposición.
Como se muestra en el capítulo dos, las concentraciones de plomo encontradas en las
hojas de A. germinans fueron bajas en comparación con los otros tejidos y con las demás
especies; las imágenes muestran que, a los 15 días de haber comenzado el experimento ,
hay amarillamiento y caída de hojas en plantas regadas con la concentración más alta; a·
partir del día 25 se observa un cambio gradual en el color conforme aumenta la
concentración en el sustrato haciéndose más evidente en plantas expuestas a 150 y
58
Capítulo 111
3001JM de plomo (Figura 12). Cabe mencionar que también hubo crecimiento de nuevas
hojas en un individuo perteneciente al tratamiento más alto de plomo, sin embargo
comenzaron a amarillarse al finalizar el experimento.
Control [] 751JM [] 1501JM [] 300 IJM
Día O
Día 15
Día 20
Día 25
Día 30
Figura 14. Efectos del plomo sobre la morfología foliar de plantas de R. mangle bajo diferentes
concentraciones y tiempos de exposición.
El contenido de plomo en hojas de L. racemosa se mantuvo algo constante durante el
experimento y obtuvo concentraciones bajas a diferencia de los otros tejidos, siendo la
especie con menor daño foliar; no obstante, a partir del día veinticinco las plantas tratadas
con 300 1-1M de plomo comenzaron a tener en algunas de sus hojas amarillamiento y
marchitamiento hasta finalizar el periodo de prueba (Figura 13). Las plantas de R. mangle
que estuvieron bajo los tres tratamientos con el metal sufrieron el mayor daño foliar ya
59
Capítulo 111
que registraron necrosis, amarillamiento y caída poco antes de llegar a los 15 días de
exposición, estos síntomas se agravaron conforme aumentaba la cantidad de plomo en el
sustrato llegando a haber al final del experimento pérdida total de hojas y ennegrecimiento
apical del tallo , así como muerte de algunos individuos expuestos con la mayor cantidad
de plomo (Figura 14).
Tomando en cuenta que las plantas exclusoras retienen y destoxifican la mayor parte de
los metales en la raíz, es viable pensar que las células que se encuentran en las hojas de
este tipo de plantas resultaran ser más sensibles a los efectos fitotóxicos de los metales,
ya que la poca translocación existente hacia la parte aérea indicaría una aclimatación casi
nula al metal así como escasos mecanismos de tolerancia o regulación en esta zona de la
planta. Esto explicaría los nulos efectos en la raíz y el daño foliar encontrado en las
especies de manglar analizadas.
Como se mencionó, durante la aclimatación la mayoría de los individuos de R. mangle
demostraron tener una mayor susceptibilidad bajo condiciones de estrés ya que tuvieron
una disminución más rápida de su eficiencia fotosintética en condiciones altas de luz.
Tanto la "sensibilidad" de las plantas como el estrés causado por el plomo pueden
explicar porque en esta especie se encontró un mayor daño en el tallo y las hojas.
Efecto del plomo en la eficiencia máxima del fotosistema 11
En los últimos años, el rendimiento cuántico del fotosistema 11 se ha utilizado en plantas
terrestres, acuáticas y algas, incluyendo especies de manglar (González-Mendoza et al.,
2007; MacFarlane, 2002) , para evaluar su respuesta ante diferentes tipos de estrés
ambiental y de contaminantes; además, ha ayudado a la identificación de agentes tóxicos
caracterizando sus modos de acción y sus fuentes (Moreno et al. , 2008) .
En la figura 15 se visualiza la eficiencia máxima del PSI! promedio que se obtuvo en los
treinta días de exposición al plomo; en las tres especies, las plantas usadas como control
aumentaron su eficiencia conforme pasaban los días de exposición estando por arriba de
las plantas tratadas con las tres concentraciones de Pb, además los individuos expuestos
al metal mostraron fluctuaciones en los primeros 15 días estabilizándose posteriormente
hasta finalizar el experimento.
60
Avicennia germinans 0.9
0.8 .... ~ ....,
E 0.7 ... -... .... ... ~ ... --.,--J * -+-Cont.rot -E--~ 0.6 ... 0.5 ---""""' 0.4 -.-Unf111,t
0.3 ...... ",,.",* 0.2
o 4 8 16 1 2 6 1 u 15 20 23 27 30
Horas Días Periodo de e~ posición
Laguncularia racemosa 0.9
0.8 .....
~ ,¡e* r "W" - -0.7
~ 0.6 '-v-' '-----r--'
-.-coMrot * ...... l. 0.5 ...... ¡¡ ...... ~
0.4 -+-U U:O~I
0.3 -+-!1 >00"'1~
O.> o 4 8 16 1 2 6 1 12 15 20 23 27 30
Horas Días Periodo de exposición
Rhizophora mangle o.g
0.8 ~ ,~ ....- ----... 0.7
E 0.6 .'\ ./! "\ ... ~ \ -+-, .. ,,, }
'>' o.s -e-fi 7Stll.l 'T
OA \ -w-fi UOttf.l
0.3 --- -.-n"•"" * 0.2
"-y--J
o 4 8 16 l ¡ 6 a u 15 20 23 27 30
Horas or..s Periodo de exposición
Figura 15. Eficiencia fotosintética máxima
promedio (Fv/Fm) de las tres especies,
obtenida en cada tratamiento durante los 30
días de exposición. Los asteriscos indican
los días y los tratamientos en los que se
encontraron diferencias significativas, y las
flechas o llaves muestran en comparación
de cual se obtuvieron dichas diferencias,
p_:::0.05.
Capítulo 111
Avicennia germinans y• 0 .0056•• 0 .7702
~·-0.061 r•0.24703
0 .9
E 0.8 • • .. . !1 rlf/IA ! • . ¡ 0.7 •
••• iii 0.6 . .. 1 0.5
"' 0.4 ... 0.3
o 1 2 3 4 S 6 7
Pbhoja(l-ll/11
y • -o.ooos . • o .so•9 laguncularia racemosa R1
• 0.0078 r• -o.08845
E 0.9 • .. -~h· • • 0.8 . . •
~ 0.7
1
~ 0.6
·a O. S -~ i!l 0.4
0 .3 o 2 4 6 8 10 12
Pb hoja (l'&fg PF)
v • -0.006Sx2 + 0 .0323x +0.763
Rhízophora mangle RJ • 0 .7984 POLINOMICA
0 .9
! 0.8 . .. "'~ · 0.7 0 .6
........ ¡;¡ o.s --.... ..
"' -a 0.4
"" e 0 .3
~ 0.2 " 0.1 " o
o S 10 15
Pb hoja (118fg PF)
Figura 16. Análisis de regresión lineal de
A. germinans y L. racemosa y regresión
polinómica de R. mangle, entre el
contenido de plomo encontrado en la hoja
y la eficiencia máxima del PSII , p_:::O.OS.
Del tiempo cero al día treinta , A. gerrninans mostró valores promedio de Fv/Fm que iban
de 0.784 a 0.822 en las plantas control, de 0.729 a 0.8, de 0.79 a 0.77 y de 0.765 a 0.715
en las plantas tratadas con 75, 150 y 3001-JM respectivamente; la mayoría de las plantas
expuestas al metal tuvieron un aumento en la eficiencia conforme avanzaba el
experimento pero solo hasta el día 15, en los últimos tres días hubo una pequeña
61
Capítulo 111
diminución de Fv/Fm que fue significativa siendo las plantas expuestas a 3001-JM las que
mostraron una disminución un poco más evidente y las únicas que se diferenciaron
estadísticamente de las plantas control.
Las plantas control de L. racemosa presentaron una eficiencia fotosintética similar en casi
todos los días de muestreo, con valores promedio del tiempo cero al día 30 de 0.793 a
0.817; en las plantas expuestas al metal, este rango fue de 0.809 a 0.795, de 0.789 a
0.789 y de 0.794 a 0.78 en los tratamientos con baja , media y alta concentración . Esta
especie mantuvo el mismo rango de valores en los tres tratamientos con el metal,
teniendo una casi nula disminución de la eficiencia al finalizar el tiempo de exposición, no
obstante, el tratamiento control difirió significativamente de los tratamientos con 75 y
3001-JM.
Los individuos de R. mangle que no fueron fertilizados con el metal mantuvieron su
eficiencia fotosintética estable en un rango de O. 767 a 0.837; por su parte los individuos
expuestos a 75, 150 y 3001-JM de plomo presentaron datos que iban de 0.806 a 0.752 , de
0.771 a 0.726 y de 0.725 a 0.308 respectivamente. Esta especie resultó ser la más
afectada, ya que a partir del día doce comenzó a disminuir gradualmente su eficiencia
conforme iba aumentando la concentración de plomo en el sustrato y entre mayor era el
tiempo de exposición; las plantas tratadas con 75 y 150 IJM mostraron una caída casi
igual, a diferencia de los individuos expuestos a 300 ¡.1M de Pb que presentaron los
valores más bajos con un Fv/Fm cercano a cero, este tratamiento fue el único que se
diferencio estadísticamente de los demás.
Al comparar los datos de Fv/Fm con el contenido de metal encontrado en la hoja, se
puede ver que en A. germinans el Pb no presentó algún efecto negativo en la eficiencia
fotosintética por el contrario tuvo una pequeña correlación positiva, es decir que la
eficiencia aumentó cuando la concentración en el tejido era más alta, pero con un valor de
R2 muy bajo; en este parámetro L. racemosa resultó ser más tolerante ya que tuvo la
mayor acumulación de plomo en la hoja y un descenso casi nulo de la eficiencia
fotosintética por lo que no hubo una correlación entre estas dos variables (Figura 16).
R. mangle tuvo una correlación negativa, donde la eficiencia fotosintética fue
disminuyendo poco a poco conforme iba aumentando el contenido de plomo; al finalizar el
62
Capítulo 111
periodo de exposición hubo un individuo que bajo drásticamente su Fv/Fm casi a cero ya
que tuvo la concentración de Pb más alta en la hoja; este valor extremo y poco natural
pudiera carecer de relevancia o bien no ser suficiente para entender los efectos tóxicos
que llega a producir el metal, no obstante la pérdida de hojas en el tratamiento con mayor
plomo sugiere que la especie es propensa a sufrir daños severos en el fotosistema 11 bajo
una contaminación de 300~M.
Si bien A. germinans tuvo algunos cambios físicos en las hojas, estos no se debieron al
plomo que se acumuló en el tejido, probablemente se debió a cambios ambientales o a la
falta de algunos nutrientes durante el proceso de exposición. Hubo similitudes en L.
racemosa con respecto al comportamiento de Fv/Fm y los pocos cambios físicos
encontrados en las hojas. R. mangle fue la más afectada tanto en la eficiencia del PSII
como en la morfología de las hojas, los resultados negativos en estos dos parámetros
coinciden en el tiempo de exposición (antes de los quince días del experimento) y en la
gradualidad del contenido de plomo utilizado en cada tratamiento.
Son casi nulos los estudios que evalúan la respuesta de la eficiencia máxima del
fotosistema 11 por toxicidad a metales en especies de manglar, entre estos está el de
González-Mendoza et al. (2007) quienes muestran como plántulas de A. germinans, de
tres meses de edad, pueden llegar a presentar fluctuaciones en los valores de Fv/Fm en
las primeras horas de exposición a Cd y como estos comienzan a disminuir (0.83 a 0.81)
a las 30 horas principalmente con la concentración más alta del metal. En plántulas de
seis meses de edad de A. marina se ha visto que, a concentraciones de 500~g/g de Zn,
hay un decline en valores de Fv/Fm de O. 758 a 0.653 después de cinco semanas de
exposición en los cuales se comienza a tener signos visibles de toxicidad (MacFarlane,
2002).
Este trabajo concuerda con lo encontrado en otros estudios, donde A. germinans
disminuye su Fv/Fm a mayor tiempo de exposición y con la concentración más alta del
metal siendo ambas medidas significativas; por otro lado, también se ha visto un
comportamiento en A. marina similar a lo encontrado aquí para R. mangle donde hubo
valores de 0.6 entre mayor era la concentración utilizada, llegando a presentar daños en
tejidos.
63
Capítulo 111
Efecto del plomo en la tasa de fotosíntesis neta
La fotosíntesis ha sido considerada uno de los procesos metabólicos más sensibles a la
toxicidad por plomo, y otros metales pesados, siendo algunos los estudios en especies de
manglar los que han demostrado una inhibición en este parámetro bajo concentraciones
altas de contaminantes. En este apartado se muestra la asimilación diaria de C02 que
presentaron las tres especies de manglar a lo largo de 30 días bajo diferentes
concentraciones de plomo (Figura 17); los valores registrados estuvieron en un rango de
131 .9 a 31 .3, de 61 .5 a 15.3, de 139.2 a 21 .7 y de 128.5 a 10.4 mmol m·2 d-1 en A.
germinans, de 152.3 a 27.6, de 110.2 a 23.2, de 108.9 a 17.1 y de 180.6 a 7.7 mmol m·2 d-
1 en L. racemosa y de 119.8 a 20.3, de 109.1 a 16.4, de 146.6 a 14.3 y de 90.2 a 10.1
m mol m·2 d-1 en R. mangle para el control y para cada uno de los tratamientos con plomo.
La luz es la fuente fundamental para que las plantas puedan llevar a cabo la asimilación
de C02; sin factores limitantes, a medida que aumenta la radiación de luz aumenta
también la tasa fotosintética hasta un punto en que las enzimas se saturan . Los últimos
ocho días de la fase experimental se encontraron nublados por lo que la intensidad
lumínica que les pudo llegar a las plantas fue mínima y por consiguiente hubo una menor
asimilación de C02 , esto explica el porqué las plantas control tendieron a disminuir sus
valores conforme finalizaba el experimento.
A pesar de esto, las plantas control de A. germinans presentaron valores mayores a los
demás tratamientos en casi todo el proceso experimental aun después de disminuir su
asimilación y ser un tanto mayor a la que presentaron las plantas expuestas al Pb; se
encontraron diferencias significativas en las plantas control con respecto a aquellas que
recibieron los tres tratamientos con el metal, haciéndose más notorias estas diferencias
en los últimos 11 días de exposición . Los valores bajos encontrados en los últimos
muestreos y los análisis estadísticos podrían indicar un efecto negativo del plomo en la
asimilación de C02 de las plantas, este efecto al parecer fue similar entre los tratamientos,
sin embargo las plantas tratadas con la concentración más alta presentaron los valores
más bajos.
A pesar de que en la mayoría de los días muestreados, los valores de las plantas control
estuvieron por arriba de aquellos encontrados en las plantas expuestas al Pb, hubo un
64
Capítulo 111
compprtamiento similar en casi todas las plantas correspondientes a L. racemosa; solo la
asimilación de C02 obtenida en las plantas tratadas con 3001-JM de plomo en el día treinta
fue la más baja. Ninguno de los tratamientos con el metal muestra diferencias
significativas, solo los últimos once días de exposición fueron estadísticamente diferentes
con los primeros doce; probablemente el plomo no tuvo algún efecto sobre esta especie o
fue casi nulo.
Avicennia germinans 140 ~----------
120 -r--.-----------1, 100 +-f- y-- --f------ ..,..._Control *
1: so ....-n,.,.., } 0 so --nu•,u ~ ~ * -+-IJ *,U
2o t--*---2~~~~~~
8 12 15 19 22 26 30
Periodo de exposición
Laguncu/aria racemosa 140
120 ., 100 ,
1: 80
o 60 E 40 E
20
~ ~J ~~~
r ~.:h ......... .... I
* * ~ • . ::J.
12 15 19 22 26 30
Periodo de exposición
Rhizophora mangle 140 r-----------120 1-r----------
:¡, 100 t-+r --:;;:==::=:;;;;A===;;;;;:-
~Ceontr.l
---- 11 15 ...
--""'"" _...._ I} JOOpU
~ 80 . -+-c.ncrol * E 60 . ....... i l>...,
o } E 40 ----ll lSO,u
E 20 -- -+-fj lOOplJ
8 12 15 19 22 26 30
Periodo de exposición
y • ·12 .03ln(x) + 59 .713
Avicennia germinans R' • 0 .4o91
140 - ------------
8 120 f---~·----------~ :;- 100 '1---......... --- ------·l! ~ 80 p.,-.:.._-..:.....,.-:---------~~
• • . '-...
e o 60 f::-¡¡>--.=-----...-- --=.. .. --.----. . • • - ...... ..
~ l 40 ~-~_......--=~=-==-.;.._~~-'e 20 f----L.;;:-----~-------~
. • . . .. · • • . . . o L_ ___________ _
o 2 4 6 8
Pb hoja (1'8fg PF)
Laguncularia racemosa y .., 77 .339e-4-0I7x
R' • 0.177
200 ,---------------0 180 ,____ ______ _ ____ _
u 160 f----.-----------~ :r- 140 f----·----------·1! ;:> 120 f--=-. - .=------:.,...---------~ .§ 100 t~::;;:::!~;=:=~=~====::;= e o 80 •
~ l =~ ~~--~~-~~~~~·~~-~~~-~ ~ 2~ t • • • . 4 6 8 10 12
Pb hoj a (1'8fg PF)
Rhizophora mangle y • 70.43Sc..O.t291c
R1 • 0 .3289
200 ~============= 8 180 ~ " 160 f---------------
~ ~ i;~ [:-'---·_·-_-_· ~-=--=--=--=--=--=--=-·=--=--=--=---=--=--=--=--=-=--=--=-= ~ 'E 100 f-------------·S ~ 80 :--.--.-• .--- -a--------·:¡ E 60 i"""-=,..._--.~,...----------
1- ;g L-_--"---"_~--~~----!.,__ .. -._·~~~--~----_-~..::;-_-_ ----o S 10 15
Pb hoja (1'8fg PF)
Figura 17. Asimilación diaria de C02 Figura 18. Análisis de regresión
obtenida en las tres especies durante el
periodo de exposición y para cada uno de
los tratamientos (barras de error estándar) .
Los asteriscos indican los días y los
tratamientos en los que se encontraron
diferencias significativas, y las flechas o
llaves muestran en comparación de cual se
obtuvieron dichas diferencias, p.:::,O.OS.
logarítmica de A. germinans y regresión
exponencial de L. racemosa y R. mangle
entre el contenido de plomo encontrado
en la hoja y la tasa de fotosíntesis neta,
p.:::,O.OS.
65
Capítulo 111
Al parecer no solo la poca captación de fotones influyó en la disminución de la tasa
fotosintética de R. mangle ya que en los individuos que fueron expuestos al metal se
observa una disminución un tanto mayor a la de las plantas control. La asimilación
empezó a disminuir a partir de los doce días principalmente en las plantas expuestas a la
concentración más alta de plomo llegando a valores muy cercanos a cero al finalizar el
experimento. No obstante, los tratamientos con 150 y 300 IJM presentaron diferencias
significativas con el tratamiento control, en esta especie también el primer día fue
estadísticamente diferente de. todos los demás con excepción del día ocho.
En las tres especies la concentración encontrada en la hoja se correlaciona
negativamente con la tasa de respiración, en A. gerrninans y R. mangle se nota más
pronunciada la recta ya que la mayoría de las plantas que tuvieron el contenido más alto
del metal en la hoja presentaron valores de asimilación de C02 más bajos principalmente
en el mangle rojo (R.m.), aunque este tuvo un valor de R2 menor al mangle negro (Ag.);
esto coindice con los cambios morfológicos encontrados en estas dos especies
principalmente en las hojas de las plantas regadas con 3001JM de plomo en los últimos
días de muestreo. La tasa de fotosíntesis neta de L. racemosa también disminuyó en
relación con el contenido más alto del metal en el tejido, pero en menor proporción que los
otros tipos de manglar; estos resultados, y el hecho de que esta especie haya sido la que
tuviera mayor concentración de plomo en la hoja, nos indica que fue la más tolerante en
este parámetro.
Estudios realizados en A. gerrninans han demostrado que plántulas de tres meses de
edad expuestas a 0.054 y 0.267 M de cloruro de cadmio disminuyen su fotosíntesis neta
en las primeras cuatro u ocho horas de exposición siendo la concentración más elevada la
que ocasionó que hubiera valores más bajos en todos los tratamientos llegando casi a
cero a las 30 horas (González-Mendoza et al., 2007). No se encontraron estudios que
ayuden a justificar como es la respuesta de la tasa fotosintética en L. racemosa y R.
mangle por influencia de los metales pesados, no obstante la información aquí recabada
indica que en las tres especies analizadas puede llegar a ocurrir un efecto negativo entre
mayor sea la contaminación de plomo presente en el suelo.
66
Capítulo 111
Efecto del plomo en la concentración de clorofila a y b
Los pigmentos fotosintéticos presentes en los cloroplastos son los responsables de captar
la energía de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) que incide sobre la hoja, los
más importantes son las clorofilas a, b y los carotenoides que son constituyentes
integrales de la membrana del tilacoide formando grupos funcionales que actúan como
antenas captadoras y que ayudan en la conversión de la energía lumínica. Se sabe que el
plomo puede llegar a ocasionar una distorsión en la ultraestructura del cloroplasto por
cambios en la composición lipídica de las membranas tilacoidales, por una inhibición en la
absorción de elementos esenciales como el hierro y magnesio o por el incremento en la
actividad clorofilasa que conduce a una restricción en la síntesis de clorofilas (Garcia,
2006; Stefanov et al. , 1995).
En cada día de muestreo se utilizaron lotes diferentes de plantas que presentaban
heterogeneidad en el desarrollo y tamaño, debido a esto no es factible comparar los
resultados entre tratamientos de la misma concentración por lo que la discusión se hizo
mediante la comparación de los valores entre los diferentes tratamientos por día para
entender más claramente el comportamiento que tuvo cada uno de los pigmentos a la
exposición por el metal.
En este estudio no se encontraron cambios sobresalientes en la concentración de clorofila
a. Los valores promedio encontrados del tratamiento control al tratamiento con la
concentración más alta fueron en A. germínans de 78.2 a 98.99, de 247.79 a 160.05 y de
93.67 a 79.44 j.Jg/g; en L. racemosa de 186.3 a 235.06, de 181 .98 a 169.72 y de 281.68 a
254.72 j.Jg/g; en R. mangle de 93.94 a 74.34, de 70.76 a 92.83 y de 117.09 a 42.78 j.Jg/g
para el tiempo cero, día dos y día treinta del experimento (Figura 19). En A. germínans, no
se encontraron diferencias significativas entre los tratamientos con plomo y solo el
segundo día de exposición difirió significativamente de los demás, en este día las plantas
tuvieron la mayor concentración de clorofila a la cual fue disminuyendo conforme
aumentaba la concentración de plomo en el sustrato, pero al finalizar el periodo de prueba
las concentraciones vuelven a estabilizarse de manera similar que en el tiempo cero.
67
Capítulo 111
Avicennia germinans ~ ··· .----------------------------~ 350 +----------------------------'¡;¡ 300 +--------...Y-----------------.:; 250 +----.. 200 +----~ 1SO t----
f l OO 2 ~o V O
"1~.f',~~~<f>.f' "1~.f',#..,r#" ",~v"',#..,r:J>.f' 4 0d 2d * 30c! F
Conctntradón/Periodo de expo.sleión
Laguncularia racemosa ~ ·oo r----------------------------~ 35o +----------+-----~-------'¡;¡ 300 ~ lSO .. 200
~ J.SO ~ 100 ~ 50 V O
.. 1~.f',#~<F>.f' .. ,~~"' / ~ .. ,~.f' / ~ Od * 2d 30d~
Conuntr•dón/Periodo de exposición
Rhizophora mangle
Od Concenh.adón/Periodo de e_xposfdón
-
-~ 1-- 280
~ 240
~ ~~~ lW'- 120 80
itT- 40
·~ o 1 11 1
_. 1
-r.l 1 1 1 ,:.-~ 400
360
1 ~ 320 i= ~:g 200
jlf- 160 ¡ 120 !,.....- 80 ~...L. 40
1~ o 1 JJ
' 200
- 180 ~ 160 ~ 140 ¿ 120 ~ 100
"' 80 e 60 o ü 40
20 o
o
y • 7 .3831x'- 34.243x + 134.79
Avicennia germinans R'= 0 .1749
.. /. ' ••• • 4
~ .. • • • . o 2 4 6 8
Pb hoja (~g PF)
'" •-:"" r 3.945x+ 212.72
t ' ¡::----- --- · ::·~ -: ----·--- R1 • 0 .0329 ! 1,.-.. -,r .... - . - -:.,. ________
.. r= 0 .18151 . . • . • • . .
• • • . o 2 4 6 8 10 12
Pb hoja (~g PF)
V= ..0.5367X2+ 4.7846X+ 75.556
Rhizophora mangle R1 = 0 .0535
. • -~.--~ .. ~--~--
5 10 15
Pb hoja (~g PF)
Figura 19. Concentración de clorofila a Figura 20. Análisis de regresión pol inómica
encontrada a los O, 2 y 30 días de de A. germinans y R. mangle y regresión
exposición en cada uno de los lineal de L. racemosa entre el contenido de
tratamientos con plomo para las tres plomo encontrado en la hoja y la
especies de manglar (barras de error concentración de clorofila a, p.:::_O.OS.
estándar). Los asteriscos indican los días
y los tratamientos en los que se
encontraron diferencias significativas, y las
flechas muestran en comparación de cual
se obtuvieron dichas diferencias, p.:::_O.OS.
Lagu'!cularia racemosa, a diferencia de las demás especies, presenta una mayor
concentración de clorofila a. Durante el tiempo cero, los valores de las plantas control y
de las plantas tratadas con el plomo fluctuaron entre sí, pero para el segundo día se
68
Capítulo 111
estabilizan encontrándose valores similares, con excepción del tratamiento con 75¡.JM de
Pb que fue mayor a los demás, probablemente esto sea una estrategia de las plantas
para reducir el estrés que el plomo ocasiona, lo cual es más factible cuando el metal se
encuentra en pequeñas concentraciones; al finalizar el experimento ningún tratamiento
resultó ser significativo además de que no se presento una disminución en ninguno de
ellos, por lo que el plomo no tuvo ninguna influencia negativa esta especie. En R. mangle
la concentración de clorofi la a se mantuvo similar en casi todo el periodo experimental , a
diferencia del segundo día donde las plantas tratadas con 150 y 3001JM tuvieron un
pequeño aumento; las concentraciones más bajas se presentaron a los treinta días en las
plantas expuestas a la concentración más alta del metal , no obstante no hubo ninguna
diferencia significativa en esta especie.
Las regresiones realizadas en A. germinans y L. racemosa demuestran que el plomo no
influyó de manera negativa en las especies, al contrario de esto hubo una correlación
positiva en ambas especies lo que podría indicar que el metal influyo en que hubiera un
aumento en la concentración de clorofila a entre mayor era el plomo en la hoja
principalmente en A. germinans; esto posiblemente se deba a los mecanismos de
tolerancia que estas plantas presentan. Por otro lado, en R. mangle hubo una disminución
en la concentración del pigmento cuando el Pb en el tejido era mayor; si bien el valor de
R2 es muy bajo, hubo cierta influencia del metal en esta especie por lo que podría ser más
propensa a sufrir estrés sí se aumentará el grado de contaminación en el suelo.
Los valores promedio de clorofila b encontrados en las plantas control y en las plantas
tratadas con la concentración más alta de plomo fueron de 94.04 y 94.06 ¡.Jg/g, de 79.09 y
42.97 ¡.Jg/g y de 64.19 y 22.77 ¡.Jg/g en A. germinans, de 56.81 y 80.86 ¡.Jg/g, de 109.58 y
62.7 ¡.Jg/g y de 69.66 y 65.88 ¡.Jg/g en L. racemosa y de 42.87 y 31.03 ¡.Jg/g , de 41 .31 y
11 .86 ¡.Jg/g y de 70.08 y 22.47 ¡.Jg/g en R. mangle para el tiempo O y los días 2 y 30 de
exposición (Figura 21).
En A. germinans el contenido de clorofila b fluctúa en el tiempo cero y en el día treinta, no
obstante en el día dos hubo una disminución gradual de plomo a mayor concentración de
plomo en el medio; a pesar de las variaciones encontradas en el último día de exposición,
los individuos expuestos a 3001-!M de Pb muestran la mayor disminución en este
pigmento. Todos las concentraciones de clorofila b correspondientes a L. racemosa varían
69
Capítulo 111
a lo largo del experimento, en el día dos se aprecia una disminución de las plantas
tratadas con respecto al control , pero para el día treinta los valores permaneces similares,
a excepción del tratamiento con 150~M ; ninguno de los resultados que se obtuvieron para
A. germinans y L.racemosa fueron significativos, y al parecer esta última especie presentó
mayor tolerancia a los efectos del plomo.
70
Avicennia germinans
• ,~$' /.,<P-1- • ,~-1--.!>o-1";~ • ,~-!"~o-!';~ ~ M ~
Concentraáón/, eriodo de •KPo sic.ión
Laguncularia racemosa
~
Concentradón/Periodo de • KPosfclón
Rhizophora mangle
Conuntradón/Periodo de e¡cposidón
Figura 21. Concentración de clorofila b
encontrada a los O, 2 y 30 días de
exposición en cada uno de los tratamientos
con plomo para las tres especies de
manglar (barras de error estándar). Los
asteriscos indican los días y los
tratamientos en los que se encontraron
diferencias significativas, y las flechas
muestran en comparación de cual se
obtuvieron dichas diferencias, p.s_0.05.
Avicennia germinans 180
y • · 2 .6185x+ 71 .339 R'=0.0194
r= - 0 .13946
l:: 140 ~-------------160 1
c.o 120 f----"-----"·'------"-· ---~ 100 .._. __. • ._.. ___ --¡¡;-----... -'·=-------iH>: .. q
o 8
Pb hoja (l'&fg PF)
y= 0.7803x1 • 7 .38x + 72 .334
Laguncularia racemosa R' = o.os27
180 r--.-------------- 160 1 . ~ 140 f---------------j ~~~ ~=:::. ==========::;;.;:==~·========= ¡ ~~ ~=---_-'! _____ ...... -;;i:-~----::.:=---"----"--.2 40 .... 20 f------=-------L- -.---0 L_ ____________ _
o 4 8
Pb hoja (l'&fg PF)
Rhizophora mangle
10 12
v-= 30.096x.o.J6S R2 = 0 .1483
160 .----------------
~ 140 f--------------~ 120 f---------------! 100 b------~·~---------: 80 --·----.---·--·---·------
~ 60 ~--------------~ o 40 r:::::-·-·,_. .. ,_ ..... - •·'---·--·------20 --.-::-
0 L_ ____ ..,...:;._:;·~·,__· _______ _
S 10 15
Pb hoja (l'&fg PF) '-
Figura 22. Análisis de regresión lineal de A.
germinans, regresión polinómica de L.
racemosa y r~gresión potencial de R.
mangle entre el contenido de plomo
encontrado en la hoja y la concentración de
clorofila b, p.s_0.05.
Capítulo 111
R. mangle resultó ser la más afectada por la exposición al metal. En el día dos se
encontraron las concentraciones más bajas de clorofila b en las plantas tratadas con las
tres concentraciones de plomo, para el ultimo día de exposición los valores disminuían
conforme aumentaba la concentración de plomo en el sustrato haciéndose más notorio
este descenso en el tratamiento con 300¡..tM; esta especie fue la única que presentó
valores estadísticamente significativos, siendo el tratamiento con la concentración más
alta en los días dos y treinta los que se diferenciaron del tratamiento control y del tiempo
cero.
Tomando en cuenta los análisis de regresión, solo se encontraron correlaciones negativas
en A. germinans y R. mangle obteniendo un valor de R2 similar en estas dos especies; en
L. racemosa no hubo relación entre estas dos variables, esto y el hecho de que fue la
especie con mayor contenido de plomo en la hoja indican la resistencia que esta presenta
al estrés por plomo. A. germinans fue la especie con menor concentración de plomo en la
hoja, por lo que el efecto que sufrió a causa del plomo fue menor en comparación con R.
mangle.
Los resultados de concentración de la clorofila a y b encontrados en el último día de
exposición y con el tratamiento con 3001JM de plomo coinciden con lo encontrado en la
asimilación de C02 y la eficiencia fotosintética de R. mangle; si bien hubo una alta
disminución en los parámetros fotosintéticos, el efecto del plomo no fue lo suficientemente
grave como para ocasionar una disminución cercana a cero en el contenido de clorofilas,
sin embargo se dio un amarillamiento en las hojas como resultado del estrés causado en
estos tres parámetros. La poca influencia del Pb en los pigmentos coincide también con
todos los parámetros, hasta ahora analizados, en L. racemosa. Este estudio concuerda
con otras investigaciones en donde se ha encontrado que, en otro tipo de plantas
expuestas al plomo, la clorofila b suele ser la más afectada (García, 2006; Vodnik et al.,
1999).
En este estudio no se observó un gran impacto del plomo en la clorofila a y b de las tres
especies, pero en otras investigaciones realizadas con plántulas de manglar como
Kandelia cande/ y Bruguiera gymnorrhiza ha sido más evidente el descenso de estos
parámetros al ser expuestas a cadmio, plomo y mercurio, en estos reportes también se ha
visto que las disminución es mayor conforme aumenta la concentración del metal en el
71
Capítulo 111
sustrato siendo K. cande/la más afectada (Huang y Wang, 201 O) . En Avicennia marina
también se ha visto una respuesta negativa de estos pigmentos conforme aumenta la
concentración de plomo, zinc y cobre en las hojas (MacFarlane, 2002; MacFarlane y
Burchett, 2001 ). Una menor edad de las plantas, y por ende una mayor sensibilidad de
estas, podría ser el factor que explicara porque en esos trabajos hay un mayor daño en
comparación con este estudio.
Efecto del plomo en la concentración de carotenoides
En el caso de los carotenoides, en el tiempo cero y en los días dos y treinta, las
concentraciones promedio en los individuos control y en los individuos expuestos a 3001-!M
de Pb fueron de 30.32 a 28.8 ~g/g, de 58.19 a 53.65 ~g/g y de 23.67 a 39.91 ~g/g en A.
germinans, de 68.27 a 64.19 ~g/g, de 48.35 a 62.08 ~g/g y de 88.17 a 79.49 ~g/g en L.
racemosa y de 41.51 a 34.81 ~g/g , de 30.1 a 56.22 ~g/g y de 16.05 a 23.66 ~g/g en R.
mangle.
En las tres especies, en el tiempo cero, las concentraciones fueron más o menos
constantes en todas las plantas, en los siguientes días de muestreo los valores no
disminuyeron conforme aumentaba el contenido de metal en el sustrato, más bien se
mantuvieron similares o aumentaron en comparación con el control; este comportamiento
se debió a que las plantas utilizan este tipo de pigmentos como medio de protección para
las células y los tejidos. La presencia de metales pesados produce un desequilibrio en la
síntesis de especies reactivas de oxígeno, una sobreproducción de radicales libres y
peróxidos genera efectos muy perjudiciales tanto a nivel celular como de ADN, no
obstante los antioxidantes no enzimáticos como los carotenoides ayudan a eliminarlas.
Laguncularia racemosa fue la especie que tuvo en general mayor contenido de
carotenoides en las hojas mientras que A. germinans y R. mangle tuvieron valores más o
menos dentro del mismo rango, esto podría explicar el por qué L. racemosa ha tenido
mayor tolerancia al plomo a diferencia de R. mangle que ha presentado el mayor estrés.
Solo en A. germinans y R. mangle el tiempo de exposición presento valores
estadísticamente significativos siendo el día dos el que presento las diferencias ya que fue
el tiempo en el que hubo mayor aumento del pigmento, esto concuerda con algunos
estudios realizados en A. marina, K. cande/ y B. gymnorrhiza donde a pocos días de
72
Capítulo 111
expuestas las plantas a plomo, zinc, cadmio, mercurio y cobre mayor es su eficiencia de
producción, sin embargo a mayor periodo de exposición (y mayor concentración de metal
en la hoja) las concentraciones de carotenoides van disminuyendo ( Huang y Wang , 201 O;
MacFarlane, 2002; MacFarlane y Burchett, 2001). Hubo una relación positiva de la
concentración de plomo en la hoja con la concentración de carotenoides principalmente
en las tres especies, siendo A. germinans la que presento la R2 más alta.
Avicennia germinans ~ !40 .,-----------------
~ !20 t--------------u lOO +--------------~ so +-------~-----~ 10
g 40
~ 20 a • ~d * 30d~
Concentración/Periodo de eKposlción
Laguncularia racemosa ¡¡:- 140 ,...--------------
~ 120 +-----~~-------u l OO ~. .. 10
~ 60
g 40
:! 20 o :. o V
- -• ,~.~-#" ~ • ,~.~-; .. ,; • ,~.~-.,. ~
Od ~ )0<1
Conuntradón/P11riodo d• exposidón
Rhizophora mangle
L.-____ co_n_••_ntradón/Periodo de expo sición
v = 1.4521x'· 5.4902x + 37.569
Avicennia germinans R'= o.1664
140
~.:0c: ~:4~0¡ L---------~------: . ~ .. - : ----- . . ~ 2~ r~=_J·~~~~·~·---~·--------
6
Pb hoja (118fg PF)
y= -0 .4657x2 + 5.3011x + 64.177
Laguncularia racemosa R'= o.0616
140 1
~ 120 1-----------------------
~ 40 •
. . .:~ .) =ce= ... 11:~ fª ...
o 20 1--------------------a o o 8 10 12
Pb ho)a (118fg PF)
V = 3 .44091n(x) + 36.496 Rhizophora mangle R' = 0 .1723
140
~ 120
1:: 100
.:. 80
..0 • ~ 60 ~ .s! 40
..--u 20
1---.c---::-·---:..___.·---·--------·----.... . . . . • o
o 5 10 15
Pb hoja (118fg PF)
-----·------------------------------~
Figura 23. Concentración de carotenoides Figura 24. Anál isis de regresión polinómica
encontrada a los O, 2 y 30 días de de A. germinans y L. racemosa y
exposición en cada uno de los tratamientos regresión logarítm ica de R. mangle entre el
con plomo para las tres especies de conten ido de plomo encontrado en la hoja y
manglar (barras de error estándar). Los la concentración de carotenoides, p~0 . 05 .
asteriscos indican los días y los
tratamientos en los que se encontraron
diferencias significativas, y las flechas
muestran en comparación de cual se
obtuvieron dichas diferencias, p~0 . 05 .
73
Capítulo 111
Efecto del plomo en la fuga de electrolitos
Las membranas tienen diversas funciones entre las cuales está el servir como barreras
semipermeables que permiten mantener gradientes, compartimentalización y transporte
de muchos elementos; la fluidez en la membrana es un factor importante en la
determinación de la actividad de las enzimas que están asociadas a ella. Las células
vegetales expuestas a estrés por metales pesados, incluido el plomo, pierden la habilidad
para mantener dichos gradientes de concentración a través de las membranas. Este daño
puede ser medido mediante la fuga de electrolitos que detecta el paso de partículas
cargadas desde el protoplasma a una solución externa, con esto se podría conocer como
el grado de daño en la membrana conduce a una alteración en el balance de iones y a su
liberación. En la figura 25 se muestra el porcentaje promedio de electrolitos liberados en
tejido de raíz y de tallo de las tres especies de manglar.
Los porcentajes promedio de fuga de electrolitos en la raíz de A. germinans del tiempo
cero al día treinta muestran rangos de 20 a 19.48, de 20.77 a 38.09, de 20.74 a 38.77 y
de 21 .61 a 34.59 para el control y para cada uno de los tratamientos con plomo. Se puede
observar que los valores correspondientes al control se mantienen más o menos
constantes durante todo el periodo de exposición, también se encontró que el plomo actuó
de forma negativa en la raíz de esta especie ya que hubo un aumento en la fuga de
electrolitos que se hizo más notoria, y estadísticamente significativa, en el último día de
exposición , sin embargo este daño fue similar en todas las plantas tratadas encontrando
que los diferentes tratamientos con el metal no influyeron significativamente en estas
plantas.
En el caso del tallo, en A. germinans, los porcentajes promedio de fuga de electrolitos
mostraron intervalos de 16.21 a 26.49, de 18.9 a 30.75, de 16.53 a 28.89 y de 17.65 a
26.22 en el control y en cada tratamiento a lo largo del periodo de exposición. Hubo un
aumento de los valores correspondientes a cada uno de los tratamientos con plomo en el
transcurso del experimento no obstante los datos de las plantas control siguen la misma
tendencia presentando entre sí casi los mismos porcentajes de fuga, estos valores no
presentaron significancias estadísticas. El plomo no tuvo algún efecto en el tallo de esta
especie.
74
A o 80 ~ 70
Avicennia germinans (Raíz) ----·-·-·-------------
E 6o r--------------------~ 50 +-------··------·- -.-C.MrOI
~ 40 -------------------1--~ -111SJ.~JJ : 30 ;t - nuo..u z w -o-~ ~ 1o r-~~~--~i ______ r ______ _
o •~~-----·------~2d ~3od
Periodo de exposición -·-·-··-··--·---·----···----··----------·--··--··-
A Laguncularia racemosa (Raíz) 80 ,-------------------
·'ª 70 - ·---------------------------------------
e 60 ----------------------······--------------------·-··---------'ú
~ :~ -~~~~:~:~:~~~:~=:~:~:=~:~:~==:=~-~:~¡======~:~~]. =~;;;; ! 3o .....-uu....., J! 2o ·-· ···-~ -¡- ,:J _._n,..,.. ~ 10 ~
0~~----------------~ * Od ~2d 30d
Periodo de exposición
A Rhizophora mangle (Raíz}
80 -------····--·--·--·--·--···~·-·ª 70 r---------------------1 e 60 -----------------------~ ~<.ntr•l * ~ ;~ . ··---·--·-·------~-- ~~ =:::::: ~ 20 - ······· ···-····· ··} ·--··· .-:::::::::: ··-····-··········· -+-11 "'""' 1 .a 10
~ o 2d ~30d
Periodo de exposición
Capítulo 111
B Avicennia germinans (Tallo) 80 . -----------·-----·--·--------·-·-·--·-
"' ~ 70 -------------------------------·
O 60 -------------------- -+-C••uet t 50 -·-·-··--····-··-·---·-·----·-···········-·················--·--~ 40 ---u15..u
~ 30 +===:::;~~~~====1.1 ~1 ...... :, 20 t- ---fl 3*DrpU
z 10 f-_,..,.,....,..,-""""----------------~ 0 ~~~-----------------
~ 2d ~ 30d
Perlado de exposición
B Laguncularia racemosa (Tallo) 80 ,---------------
g 7o r--------------:p 60 t SO ·f--------------.---·--, "-+-Cootrol * ~ 4o l J. ......... n,.,..
...........: ..a. ~nuo"' ~ 30 ---:::. 20 1- u ...... l z 10 ~ ~ o ~ .. --·--·-···-·-··--.. -·---···--~--
* Od ~2d ~ 30d Periodo de exposición
B Rhizophora mangle (Tallo}
-~ ~~ ~------------] 60 ·--· -+- COM~ i ~~ ~----------t:t=*3·--------- . =:::::: Z 1o _ __,.._..;;;;.~ ~ ~ 0 ~~-----------L-------
~ Od ~ 2d * 30d
Periodo de exposición L_____________________________________ ----Figura 25. Porcentajes promedio de fuga de electrolitos obtenidos en raíz (A) y tallo (B) de
cada especie, en cada uno de los tratamientos con plomo a los O, 2 y 30 días de exposición,
(barras de error estándar). Los asteriscos indican los días y los tratamientos en los que se
encontraron diferencias significativas, y las flechas o cuadros muestran en comparación de
cua! se obtuvieron dichas diferencias, p~0.05.
Haciendo una comparación entre los tejidos analizados en A. germinans, claramente se
puede ver que la raíz se vio más influenciada por el metal; el hecho de que este tejido sea
el órgano que principalmente absorbe los elementos esenciales y no esenciales del suelo
y que esta especie fue la que pudo acumular mayor contenido en la raíz es suficiente para
atribuir el por qué presentó la mayor liberación de electrolitos aunque esto no haya sido
suficiente para causar un daño visible en el sistema radicular de las plantas. A pesar de
que el tallo resulto ser el segundo tejido que acumulo mayor plomo en la especie este no
mostro clara evidencia de daño por el plomo, esto puede estar relacionado con los
75
Capítulo 111
mecanismos de tolerancia que presentan las plantas.
En L. racemosa, la raíz mostró una conducta estable en las plantas usadas como control
durante todo el experimento, para el segundo día las plantas tratadas con 75 y 300¡.JM de
nitrato de plomo aumentaron un poco, pero al finalizar el periodo de prueba todas las
plantas tratadas aumentaron aun más sus valores encontrándose porcentajes más altos
en plantas que fueron regadas con 150 y 300 !JM de plomo, a pesar de esto no hubo
diferencias significativas con respecto a los tratamientos con plomo por lo que el plomo
actuó de igual manera en las plantas.
También en el tallo, las plantas control mantuvieron el mismo comportamiento a lo largo
del experimento, a partir del segundo día todas las plantas expuestas al plomo
presentaron un aumento en la fuga de electrolitos estando las plantas tratadas con la
concentración más alta por arriba de aquellas expuestas a 75 y 150 !JM de plomo que
mostraron valores muy parecidos entre sí, este comportamiento se mantuvo igual hasta
finalizar el experimento.
Durante el periodo experimental, L. racemosa presentó porcentajes promedio de 22.31 a
20.69, de 21 .28 a 25.39, de 15.33 a 35.97 y de 22.16 a 33.9 en raíz y de 21 .34 a 23.35,
de 21.02 a 33.58, de 22.23 a 35.18 y 19.15 a 42.32 en tallo tanto en las plantas control
como en las plantas expuestas a cada concentración de plomo. El tallo fue el que
presento el mayor daño con valores que superaban el 40% de fuga, comparando esto con
lo alcanzado por la raíz se aprecia que la diferencia entre estos tejidos es mínima; a pesar
de los daños en la membrana no se presentaron daños físicos visibles en ninguno de los
dos tejidos.
En R. mangle los porcentajes promedio en la fuga de electrolitos mostraron en raíz y tallo
rangos de 8.9 a 23.97 y de 15.45 a 25.46 en el control, de 7.85 a 25.53 y de 14.3 a 26.56
en el tratamiento con 75!-lM , de 13.25 a 40.19 y de 18.5 a 30.16 en el tratamiento con 150
llM y de 13.03 a 66.02 y de 15.65 a 40.83 en el tratamiento con 300 llM. En ambos
tejidos los valores de las plantas control aumentaron del tiempo cero hasta el final de la
prueba sin embargo también lo hicieron aquellas plantas tratadas con las tres
concentraciones de plomo estando por arriba del control; en la raíz la fuga de electrolitos
aumenta conforme lo hace el contenido de plomo en el sustrato haciéndose más notorio
76
Capítulo 111
en el día treinta y en el tratamiento con 150 y 300 1-JM de plomo, los valores
correspondientes al tratamiento con la concentración más alta y el día treinta mostraron
diferencias significativas con respecto al control y al tiempo cero. En el tallo el plomo
influyo de la misma manera ya que los valores fueron casi iguales entre sí a diferencia de
las plantas tratadas con la concentración más alta que, en el último día, mostraron los
porcentajes más altos; no obstante, solo el periodo de exposición influyo
significativamente diferenciándose el día treinta de los demás.
v • -0.0033x' + O.S173x + 22. 143 Avicennia germinans R'=o.s246
so ,------------------------~ 4s r•'-------.. ------,_._.---------------t! 40 • ./ ..
~ :~ / 1 2S ~~~· • - 20 ta ~ 15 ~.~----------------------
~ 10 '"-------------------------o so 100 150 200
Pb ralz (1'1/8 PF)
y • -o.0044x2 + 0.5687x+22 .327
laguncularia racemosa R'•0.4789
E
50
~ i ~ . ~~---~----------~----·~----~ 10 '--------------------------
o 20 40 60 80 100 120
Pb ra íz (1'1/8 PF)
v = -0.0083x1 + 1.2776x T 19.74
Rhizophora mangle R'=0.6194
E
80
~ •
·~70 ~
H ~z~ " ~ 10 ~-------------------------
o so 100 1SO
Pb ralz (1'1/8 PF)
y • -0.0466x' + l.467lx + 23.087
Avicennia germinans R'=o.o913
n f·--==~=====-=--:::::::~>;:;:-. --~---~ 10 c___L_,.__ ____________________ _
o w w m ~
Pb tallo (1'1/8 PF)
Laguncularia racemosa y=31.73Sxo.o199
R'= 0 .6297
H~ · ~ 10 L_ ____________________ ___
.
E
O S 10 1S 20 2S
Pbtallo (1'1/8 PF)
v= -O.S64x' + 3.8404x + 17.912
Rhizophora mangle R'=o.o963
60 ,------------------------
~ so r---~~-----------------
i 40 r------------------------1 30~~--~· --~·~-------------'i • • • -~ 20 ~-~~ •• ~ •• ~=;.~~~~=-~~~-13. • • • • ~ lO OL-~--~2'---------4------6-----8
Pbtallo (1'1/8 PF)
Figura 26. Análisis de regresión polinómica de A germinans, L racemosa y R. mangle entre
el contenido de plomo encontrado en ra fz y la fuga de electrolitos en raíz (A) ; análisis de
regresión polinómica de A germinans y R. mangle y regresión potencial de L racemosa
entre el contenido de plomo en tallo y la fuga de electrolitos en tallo (B) , p,::0.05.
Haciendo una comparación entre tejidos de R. mangle, la raíz resultó ser la más dañada
por el metal ya que llego a aumentar casi al triple el porcentaje de fuga del último día con
77
Capítulo 111
respecto al segundo, y un aumento de lo doble encontrado en el tallo; el plomo que esta
especie llego a acumular en la raíz fue suficiente como para generar una liberación del
60% de los electrolitos pero no para producir un daño visible, por el contrario el tallo
demostró ser un tejido sensible en esta especie ya que con menos cantidad de plomo
acumulado pudo ocasionar la fuga de hasta un 40% de los electrolitos y daño físico.
Los análisis de regresión mostraron en la mayoría de los casos una correlación positiva
por lo que a mayor concentración de plomo en la raíz y el tallo mayor fuga de electrolitos.
En la raíz de las tres especies, la fuga de electrolitos se dio rápidamente a poca
concentración de metal llegando a generar una fuga de 35 a 60% ha concentraciones de
entre 1 O y 20 ¡Jg/g , R. mangle presentó el valor de R2 más alto. En el tallo, L. racemosa
fue la única con un valor de R2 alto teniendo un mayor efecto del plomo en el tejido ; A.
germinans tuvo un pequeño declive en la línea, presentó un valor bajo de R2 y los puntos
en la gráfica están mayormente a bajos porcentajes de fuga y concentraciones nulas de
plomo lo que indica que el metal no influyo en la liberación de electrolitos (Figura 26).
Efecto del plomo en la dinámica de crecimiento
El desarrollo vegetal es un proceso conjunto del crecimiento y diferenciación celular que
está regulado por la acción de diversos compuestos como hormonas, carbohidratos, entre
otros, estos procesos se alternan durante todas las etapas de vida de la planta desde el
desarrollo del embrión hasta la etapa adulta. La incorporación de plomo, u otros metales,
en cantidades excesivas produce alteraciones en procesos enzimáticos y hormonales que
pueden resultar en un daño en todo el funcionamiento de la planta: inhibición rápida del
crecimiento radicular, reducción del área foliar, clorosis, aparición de manchas que llegan
a necrosis, inhibición de la germinación, etc.
En este estudio, se ha demostrado que el plomo puede llegar a tener efectos negativos en
las plantas de las tres especies, esto mediante la medición de parámetros "sensibles"
como la fotosíntesis y la fuga de electrolitos. No obstante, las variables que se analizaron
es este apartado no muestran una influencia por parte del metal en ningún tipo de
manglar ya que la concentración de plomo que pudo ser retenida por los tejidos no fue lo
suficientemente tóxica, esto probablemente se deba a los mecanismos de tolerancia y
protección que desarrollan este tipo de plantas en cada una de sus partes.
78
Capítulo 111
En la figura 27 se muestra el área foliar obtenida en cada una de las especies. Los tres
tipos de manglar presentaron valores que fluctuaron durante todo el experimento
principalmente en L. racemosa; en A. gerrninans y R. mangle las plantas tratadas con
300~-tM tuvieron el área foliar más baja a los dos y treinta días de muestreo, no obstante
esta disminución no fue estadísticamente significativa. Los análisis de regresión muestran,
en todos los casos, una correlación positiva con valores de R2 muy bajos.
Avicennia germinans 600 - ·----·--·--------·
500 -------·--------
Od 2d 30d
Periodo de exposición
Laguncularia rocemos a ~ .-------------.-------
500 +--------------t------e 400 +--------------7''P"-..:----:. ... 300 .... < 200
100 -1-~~~~=~C-~>i
---? 2d 30d
Periodo de exposición
Rhizophora mangle 600 r----·---·--------500 1-----------------·-
NE 400
-t-- C..•r.t
-e-{1 71 ...
- H ISGfdot
-... ¡¡ , ....
-e-1 " "' ::_ 3oo +-------------------- - u u~ < 2oo 1 .A - u """ ~ f -- ,
100 r:::;;¡¡¡¡g§§$~~~~~§=t ~ 'f '
Od 2d 30d
Periodo de exposición
Figura 27. Área foliar promedio de las
especies A. germinans, L. racemosa y R.
mangle encontrada a los O, 2 y 30 días de
exposición en cada tratamiento con plomo
(barras de error estándar) . Los asteriscos
indican los días y los tratamientos en los
que se encontraron diferencias
significativas, y las flechas muestran en
comparación de cual se obtuvieron dichas
diferencias, p.:::_0.05.
y :14 4.329x1 • 1 7.547x + 66.271
Avicennia germinans R1 • 0.0834
350
300
~250 ":' 200 ~ .· .2 150 . . --.. Jl iOO
• , ----50 . ..=. . • .v . . o o 2 4 6 8
Pb hoja 11'&/1 PF)
y = 0 .1348)( 1 + 7.4813K + 188.4 5
Laguncularia racemosa R'• 0.0 43
700 • 600
~500 . . . ":'400 ~ .. ..2 300 . . .. . . &1 200 . ..;¡ •• :,. . .
lOO . . o o 2 4 6 8 10 12
Pb hoja (1'&/1 PF)
y • 3.94661n(x) + 124.52 Rhizophora mangle R2 • 0 .0092
400
:;;- 350
~ 300 . ~ 250 .2 200
. ~ 150 •• .
. .;¡ 100 . . . so • •• • o
o S 10 15
Pb hoja ll'&/1 PF)
Figura 28. Análisis de regresión polinómica
de A. germinans y L. racemosa , y regresión
logarítmica de R. mangle entre el contenido
de plomo encontrado en la hoja y el área
foliar, p.:::_0.05.
79
Capítulo 111
Se ha demostrado que las plantas, cuando son tolerantes, captan y translocan metales a
la parte aérea para posteriormente ser almacenados en un estado no perjudicial , esto
mediante su compartimentación y complejación en las vacuolas celulares; sin embargo
cuando su concentración en las células es grande, estas estrategias de minimización de
daño pueden plantear un costo energético en relación con la tolerancia, lo que conlleva a
consecuencias negativas en el crecimiento o la reproducción de las plantas (Domínguez
et al., 2011)
80
Avicennia germinans 2.4 -r-----------
1.6 +----------- --u,.,.• E 1.2 t----r--------- ~11 ,. .... 'bo o.8 - _j__ ---u-
o.4 -~~_,¡F'. =::._=:::~..:~~!!!!!l.t...,
1.6
E 1.2 . -.. 0.8
0.4
~ 2d 30d
Periodo de exposición
Laguncularia racemosa
Od 2d 30d
Periodo de exposición
Rhizophora mangle 2.4 .-----------
~Cüttltl
...- ¡¡ n: .....
--u•..,.. ........ ,, .......
-t-C.Mr .. 1.6 +----------- --un,u
! 1.2 r ~u ...... 00
o.8 --u-0.4 ~ t
Od 2d 30d
Periodo de exposición
Figura 29. Densidad radicular promedio de
las especies A. germinans, L. racemosa y
R. mangle encontrada a los O, 2 y 30 días
después de la exposición en cada uno de
los tratamientos con el plomo (barras de
error estándar). Los asteriscos indican los
días y los tratamientos en los que se
encontraron diferencias significativas, y las
flechas muestran en comparación de cual
se obtuvieron dichas diferencias, p_s0.05.
y • -0 .031n(x) + 0 .529
Avicennia germinans R' = 0 .1347
1.6
~ 1.4
1 .2 ~ 1 .i: 0 .8 -o ~ 1! 0 .6 ~ • . :2 0.4
~ 0 .2 o o
o so 100 150 200
Pb ra fz h.181s PF)
y • -o.0271n(x) + O. 7333
Laguncularia racemosa R1 • 0 .0485
1.6
~ 1.4 1.2 .
~ 1 .a 0.8 .
~ . -o 0.6
i 0.4 • ~ 0 .2
o o 20 40 60 80 100 120
Pb rafz (~'&fe PF)
y = 0.0022x + 0 .6164
Rhizophora mangle R'= 0 .0603 •= 0.24546
1.6
'ª 1.4 ~ ~ 1.2
j 1 . ... "'
0.8 ... _. e 0 .6 ~ 0.4 • :2
~ 0 .2 e o
o 50 100 150
Pb rafz (1'818 PF)
Figura 30. Análisis de regresión logarítmica
de A. germinans y L. racemosa, y regresión
lineal de R. mangle del contenido de plomo
en la raíz entre la densidad radicular,
p_s0.05.
Capítulo 111
La densidad radicular de cada especie se representa en la figura 29. Durante todo el
proceso experimental , los datos correspondientes a las plantas tratadas con las diferentes
concentraciones de plomo en las tres especies fueron similares entre sí y con el control ,
esto y el hecho de que no se hayan encontrado diferencias significativas en ningún
tratamiento nos indica que el metal no tuvo un efecto negativo en este parámetro.
Además los análisis de regresión mostraron una mayor densidad radicular en algunos
individuos de R. mangle a mayor contenido de metal en el tejido, y una correlación
negativa en A. germinans y L. racemosa, no obstante en los tres casos los análisis
tuvieron valores de R2 bajos.
De los resultados obtenidos en el peso fresco (Figura 31) se puede observar que R.
mangle fue la especie con mayor biomasa a diferencia de A. germinans; en esta ultima
especie, la mayoría de los valores encontrados en los diferentes tratamientos con plomo
permanecen casi similares con respecto al control en los tres tejidos, pero al día treinta los
valores en hoja y raíz presentan una pequeña disminución en individuos tratados con 150
Y 300 !JM de plomo, sin embargo no se aprecia una respuesta clara de las plantas a la
toxicidad del metal. L. racemosa presentó una mayor fluctuación en el peso fresco a lo
largo del experimento debido a que en esta especie hubo mayor variedad de tamaños en
las plantas, la diferenciación de los valores entre los distintos tratamientos indica también
la nula influencia del plomo en el crecimiento; en esta especie la raíz tuvo una mayor
biomasa a diferencia de las hojas y el tallo que muestran cierta similitud entre sí.
La raíz en plantas de R. mangle fue la que obtuvo el peso fresco más alto y las hojas el
más bajo, el peso obtenido fue similar en cada uno de los tejidos a lo largo del
experimento con algunos aumentos en las plantas que fueron tratadas con el metal a
diferencia del control. Ninguna de las disminuciones encontradas en los tres tipos de
manglar presento diferencias significativas, no obstante las gráficas de regresión (Figura
32) muestran una ligera tendencia de disminución en el peso fresco conforme aumenta el
contenido de plomo total en las plantas principalmente en A. germinans, sin embargo los
valores bajos de R2 indican que la relación entre estas variables es mínima.
Se llevo un conteo del número de hojas y de la altura del tallo de cada una de las plantas
en las tres especie, al finalizar el experimento no hubo disminuciones significativas en la
altura del tallo de ninguna planta. En el día treinta algunos individuos, principalmente de
81
Capítulo 111
R. mangle, tuvieron pérdida parcial o total de hojas, a diferencia de algunas plantas de A.
·germinans que presentaron crecimiento de nuevas hojas.
82
Avicennia germinans
Conuntr~eión/Periodo de e)(p05lclón
Laguncularia racemosa 120 u o J OO
90 80 • Hola .. 70
•• • t•lo ::: 50 • A lb •• 50
20 J O o
'", ... .t ..,.l· <i'.t ~ .., .. ,.,.t.,.//
~ ... '",/ ,t/ ~<¡ ..,.s>
Od 2d 30d
Conc:entradón/Periodo de eKposiciÓI1
Rhizophora mangle
Od 2d
Concentradón/Periodo de •xposiclón
Figura 31. Peso fresco promedio de los
tejidos de raíz, tallo y hoja de las tres
especies de manglar bajo diferentes
tratamientos con plomo y en diferentes
periodos de exposición (barras de error
estándar). Los asteriscos indican los días y
los tratamientos en los que se encontraron
diferencias significativas, y las flechas
muestran en comparación de cual se
obtuvieron dichas diferencias, p_:::0.05.
v= 17.027e.o.oolik Avicennia germinans R' • 0 .1011
50
B 45 . . 40
~ 35 E 30
~ 25 .• , ~ 20
~ 15 __, ...... . 10 a. 7 . 5 o
o
90 80 B
~ 70 60 E
8 50 i(l 40 ~ 30 o :e 20 a.
10 o
. . 50 100 150 200
Pb total (1'8/g PF)
y= 32.171e..o.oos. Laguncularia racemosa R' = o.o749
•
• •
!\e . . . 50 100 150
Pb total (I'Bfg PF)
y= M0.005Sx1+ 0.4453x + 53.39
Rhizophora mangle R' • 0
·0923
140 r-------------B uo 1-------------] 100 ¡-.~-----------
E 80 r-~~r-------------o ......
1 60 .~~-·~-----L------~~~-----!'1 40 ~ ~ 20 r..:•::._ ___ -:;.:--------"'---
50 100 150
Pb totai(I'Bfs PF)
Figura 32. Análisis de regresión
exponencial de A. germinans y L.
racemosa, y regres1on polinómica de R.
mangle del contenido total de plomo entre
el peso fresco total, p_:::0.05.
Capítulo 111
Algo contrario a lo reportado en este estudio, se encontró a los 90 días en plántulas de K.
cande/ donde hubo una disminución en el número de hojas y en el tamaño del tallo entre
mayor era la concentración de Cu y Cr, llegando a tener finalmente una pérdida de
biomasa total de 35.9% por Cu y de 60.6% por Cr en comparación con el control (Rahman
et al., 2012; Rahman et al., 2009); también hubo una disminución de la biomasa total ,
área foliar, número de hojas y tamaño de semillas en plántulas de A. marina a mayor
exposición de Zn , Pb y Cu siendo el área foliar la variable más afectada y el Cu el metal
más tóxico (MacFarlane y Burchett, 2002) . En estos trabajos, los individuos estuvieron
expuestos a los metales por un periodo largo de tiempo lo cual pudo influir en que se
notará más el efecto tóxico, apoyando la idea de que las especies de manglar tienen
buena capacidad de tolerancia aun cuando a corta edad.
83
Capítulo 111
CONCLUSIÓN
El presente estudio reveló que las especies de manglar A. germinans, L. racemosa y R.
mangle pueden tener diferentes respuestas fisiológicas, bioqu ímicas y morfológicas bajo
tratamientos de metales y tiempos de exposición diferentes y por ende una diferencia en
la capacidad de tolerancia :
84
• No hubo daño físico sobresaliente en la raíz y el tallo de las tres especies, aunque
R. mangle podría llegar a presentar daños severos en el tallo si se aumentara la
cantidad de plomo en el tejido. La hoja fue el órgano que resultó más dañado
principalmente en R. mangle; L. racemosa no tuvo muchas evidencias de daño
foliar.
• Hubo nula disminución en la eficiencia fotosintética de L. racemosa y una
disminución más sobresaliente en R. mangle ya que tuvo valores muy bajos a
menor tiempo de exposición ; A. germinans disminuyo muy poco su eficiencia pero
solo casi al final del experimento.
• Hubo una pequeña disminución en la asimilación de C02 con un comportamiento un
poco similar a la eficiencia del PSII ; a pesar de que en las tres especies el plomo
ocasiono un baja en la tasa de fotosíntesis neta; R. mangle resultó ser la más
afectada y L. racemosa la que tuvo menor influencia por el metal.
• Hubo algunos valores bajos de clorofila a y b en A. germinans y R. mangle al
finalizar el experimento y con el tratamiento más alto de plomo, principalmente en el
mangle rojo; la clorofila b fue la más afectada. A pesar de esto, el contenido de
pigmentos fue uno de los parámetros menos afectados por el metal encontrándose
pocas diferencias significativas, lo que sugiere que los efectos del plomo no fueron
suficientemente tóxicos para causar daños irreversibles en el aparato clorofilético de
las especies de manglar.
• El plomo perjudica a los complejos proteicos que se encargan de la absorción de la
luz, del transporte de electrones y de otros mecanismos involucrados en la
fotosíntesis , lo que provoca la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS).
Para disminuir el daño que provoca la producción de ROS, las plantas desarrollaron
Capítulo 111
mecanismos antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos; antioxidantes no
enzimáticos como los carotenoides ayudan a eliminar de manera directa a algunas
de estas ROS (peróxido de hidrogeno, anión superóxido). En esta investigación las
tres especies mantuvieron constantes, o aumentaron un poco, su contenido de
carotenoides como un posible mecanismo de defensa por el posible aumento de
ROS; R. mangle al parecer es una especie con poca cantidad de carotenoides en
hojas lo que podría explicar porque fue la especie con más disminución en la
eficiencia de PSII y asimilación de C02, valores bajos en clorofilas y mayor daño
físico en hojas, aun con el aumento del antioxidante.
• En las tres especies, los tejidos de raíz y tallo presentaron daños en la membrana
aunque los porcentajes más altos de fuga de electrolitos se encontraron en la raíz,
en este caso también fue R. mangle en la que el plomo tuvo mayor influencia a
diferencia de las otras dos especies donde hubo porcentajes similares; L. racemosa
presento la mayor fuga en el tallo.
• La mayor cantidad de plomo que pudo ser asimilada por los tejidos de la planta no
fue suficiente para causar daños en el crecimiento de las plantas de las tres
especies en ninguna de las variables medidas, tomando en cuenta lo encontrado
por otros autores probablemente el periodo en el cual estuvieron expuestas las
plantas fue insuficiente; se encontraron algunas pérdidas en las hojas
principalmente en R. mangle.
La morfología de hoja, la eficiencia cuántica del PSII , la asimilación de C02, pigmentos
(clorofila b) y la fuga de electrolitos fueron los parámetros en los que se hizo más notoria
la influencia negativa del plomo; los valores registrados en algunos parámetros muestran
una tendencia gradual de aumento o disminución con respecto al grado de concentración
de plomo que había en el sustrato. Todos los parámetros en donde hubo influencia
significativa del metal fue más sobresaliente al finalizar el periodo de exposición y en
plantas que fueron regadas con la concentración más alta del metal.
Los resultados encontrados en este capítulo muestran que L. racemosa fue más tolerante
al estrés causado por el metal encontrándose estable en la mayoría de los análisis aun
cuando su capacidad de acumulación no fue la más alta, R. mangle por el contrario fue la
85
Capítulo 111
que tuvo menor eficiencia de acumulación y el mayor daño a causa del plomo lo que pudo
deberse, en parte, por las características que presentaban los individuos al inicio de la
aclimatación; si bien, la fertilización con nutrientes ayudo a la recuperación de las plantas,
estas pudieron permanecer sensibles y decaer cuando se indujeron a otro tipo de estrés
lo que nos dice que la especie es susceptible.
Las plantas de manglar han desarrollado una serie de mecanismos fisiológicos,
responsables de la absorción y translocación , que les permiten mantener dentro de
rangos tolerables la toma de elementos esenciales y el bloqueo metabólico de elementos
no esenciales cuando estos representen un riesgo para la célula ; posiblemente, mediante
estos mecanismos de tolerancia, las plantas de las tres especies de mangle regularon y
restringieron el plomo en los tejidos aéreos para evitar la generación de daños graves.
La producción de fitoquelatinas , el aumento de la actividad antioxidante para minimizar la
producción de especies reactivas de oxigeno, la volatilización del metal y su resguardo en
la vacuola son los mecanismos que generalmente utilizan las plantas contra el estrés por
metales por lo que estudios posteriores que involucren el modo de actuación de estos
mecanismos de tolerancia podrían dar una mejor justificación y/o viabilidad de estas
especies en cuestiones de restauración de sitios contaminados. Es decir, la búsqueda no
solo de especies híperacumuladoras si no también de especies hipertolerantes
aumentaría la probabilidad de éxito de alternativas naturales de fitorremediación en
ecosistemas que son ecológica y económicamente importantes.
86
Capítulo 111
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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90
Capítulo IV
DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN GENERAL
Los metales pesados como el cadmio, cobre, plomo, cromo, zinc y níquel son
contaminantes importantes del suelo y agua, especialmente en zonas con alta presión
antropogénica la cual crece cada día. En el país existen diversos sitios contaminados por
metales pesados, incluyendo los manglares, en el caso de la península de Yucatán son
escasos los estudios realizados para conocer el grado de contaminación que presentan
los bosques de manglar así como las técnicas de remediación que pueden llevarse a cabo
en estos sitios.
Los métodos convencionales de remediación de suelos contaminados por metales suelen
ser muy complejos y muy caros por lo que se ha llevado a la búsqueda de nuevas
estrategias, como la fitorremediación, que se caracteriza por ser una técnica ecológica,
segura y barata para la remoción de contaminantes produciendo un mínimo disturbio del
medio (Raskin y Ensley, 2000). La idea de utilizar plantas para reducir el índice de
contaminación en los ecosistemas se dio por el descubrimiento de plantas silvestres y
endémicas que crecían en suelos naturalmente metalíferos que les permitía de alguna
manera a los individuos acumular altas concentraciones de metales en el follaje (Raskin et
al. , 1997).
En base a las hipótesis planteadas, se demostró la capacidad que tienen las especies A.
germinans, L. racemosa y R. mangle de asimilar el plomo en sus tejidos, principalmente
en A. germinans. La raíz fue el tejido con mayor retención del metal, esto a medida que
aumentaba la concentración de plomo en el sustrato y entre mayor tiempo de exposición
al metal tuvieran las plantas; a pesar de esto, este tejido tuvo el menor daño físico visible.
El análisis en conjunto de los resultados obtenidos sobre el efecto de plomo, confirma que
este puede llegar a ser tóxico en las plantas de manglar, lo cual se observó incluso a
bajas concentraciones en los tejidos principalmente en la hoja siendo estas las de mayor
decoloración, necrosis y marchitamiento al finalizar el experimento (Figura 33). Como ya
se dijo anteriormente, este comportamiento pudo deberse a los mecanismos de tolerancia
que se llevan a cabo en la raíz y que en la hoja se dan en menor proporción, esto al ser
especies estabilizadoras.
91
Capítulo IV
A germinans
L mcemosa
R. mangle
Figura 33. Efecto visual de la raíz y las hojas de plantas de las tres especies de manglar
expuestas a 3001JM de plomo, al final el periodo de exposición.
Como se menciono en el capítulo uno, la mayoría de los estudios toxicológicos en
ecosistemas de manglar se basan principalmente en la capacidad de acumulación de las
plantas, y aquellos que mencionan los efectos fisiológicos y morfológicos de los metales
generalmente se han llevado a cabo en especies originarias de Asia y Australia . No
obstante, se demostró que tres de las especies más representativas de México pueden
Jlegar a tener potencial para la descontaminación de sitios degradados con lo que se
podría abrir un panorama para su utilización en otros estudios que ayuden a la auto
regeneración y conservación del manglar.
Algo que no concordó con las hipótesis planteadas fue que L. racemosa, a pesar de que
no puede acumular altas concentraciones de plomo como A. germinans, puede tolerar
más los efectos del metal a concentraciones altas en los tejidos; no obstante, A.
germinans podría ser más efectiva para la descontaminación cuando el nivel de metal en
el suelo sea bajo o medio (alrededor de 75 y 150¡.tM) aun cuando tenga la capacidad de
acumular más metal que las otras dos especies. Finalmente, R. mangle solo podría ser
92
Capítulo IV
utilizada en la descontaminación cuando los niveles de plomo sean bajos en el suelo ya
que es la que menos metal pudo acumular y la que menos pudo tolerar los efectos tóxicos
del metal.
Se encontró que las tres especies no son híperacumuladoras, más bien
fitoestabilizadoras; no obstante, esto no quiere decir que las plantas no tengan la
capacidad de adaptarse a ambientes contaminados con plomo, u algún otro metal, ya que
se han encontrado estudios en los cuales los individuos pueden llegar a tener un alto
factor de bioconcentración cuando han crecido y se han desarrollado en sitios altamente
contaminados (Lotfinasabasl y Gunale, 2012; Villamil, 201 0). Esto se pudo observar, en
parte, en algunas plantas donde el factor de bioconcentración disminuyo en los primeros
días, pero al finalizar el experimento hay un aumento a medida que la concentración en el
sustrato es media o alta; esto hace suponer que a una mayor aclimatación al estrés las
plantas pueden recuperar su capacidad de acumulación aun cuando estos valores no
sean muy altos. Se ha demostrado que manglares del género Avicennia pueden llegar a
ser híperacumuladoras de cobre, zinc y plomo (Vogei-Mikus et al., 2006; MacFarlane y
Burchett, 2002).
En resumen, de la figura 34 a la 36, se esquematiza el comportamiento que tuvieron las
tres especies de manglar al ser expuestas a diferentes concentraciones de plomo durante
un periodo de treinta días, con lo que se dio una idea de la capacidad de acumulación y
tolerancia que pueden llegar a tener las plantas no aclimatadas a este tipo de estrés.
Las diferencias en la acumulación de metales que tienen este tipo de especies, están
dadas por factores influenciados por el desarrollo estructural de los bosques (producción
de materia orgánica y retención de limos y arcillas), por factores ambientales (pH,
salinidad, etc) y factores espaciales (distancia de la fuente contaminante) (Villamil, 2010).
Para la interpretación de estos resultados en campo, hay que tomar en cuenta las
condiciones del lugar ya que pueden variar de acuerdo a sus características ambientales,
topológicas e hidrológicas, lo que repercutirá en el grado de contaminación de cada sitio y
de la biodisponibilidad del metal. Se recomienda llevar a cabo ensayos en el campo que
ayuden a dar una relación de cómo el metal se comporta con su entorno.
93
Capítulo IV
Planta: hasta 47 . 2¡..~g/g PF
FBC < 1, FT :s; 1, valores menores a 1 000 mg/Kg Pb (Baker et al., 2000) = No hiperacumulado
Pequeña disminución en el crecimiento (no significativa)
Pb+2/
(75, 150, 300¡..~M)
! En los 3 tratamientos (principalmente 3001-lM -día 30) Asimilación de C02: valores cercanos a O (300uM-día 30)
! chl a (3001-lM-día 30) ! chl b en día 2 y 30 (3001-lM)
Mínimo carotenoides Sin daño en área foliar
¡ fuga electrolitos solo en tratamiento 300 llM al día 30
Aumento gradual en la fuga de electrolitos en los 3 tratamientos Sin daño en la densidad radicular
Figura 36. Diagrama del comportamiento de R. mangle durante el proceso experimental
(acumulación y tolerancia) .
96
Capítulo IV
PERSPECTIVAS
Algunas de las contribuciones que este proyecto puede aportar son el dar a conocer la
capacidad que tienen, tres de las especies más representativas de los manglares en
México, para acumular contaminantes tóxicos como el plomo así como los efectos que
este puede tener en el funcionamiento de las plantas a diferentes niveles de
contaminación. En base a esto, se pudo conocer que especies podría ser considerada
como una posible fitorremediadora de ambientes de manglar degradados por plomo al
poder acumular una buena cantidad de metal y tener una mayor resistencia a sus efectos
negativos.
Además el uso de especies propias del ecosistema a restaurar o conservar permite una
mejor eficacia de estas ya que son las que mejor se encuentran adaptadas tanto a la
presencia del metal como a los cambios ambientales; si bien este estudio se enfocó en la
capacidad de las especies para sobrellevar el estrés causado por el plomo y no
específicamente en la contaminación que puede estar presente en la Península de
Yucatán, es importante realizar más estudios en aquellas especies encontradas como
potenciales en remediación en las que se pueda asemejar un entorno más parecido a las
condiciones reales para saber en qué sitios del manglar de alguna zona especifica el
plomo está disponible y en qué grado.
Una de las variables importantes en el ecosistema de manglar que puede influir
directamente en la disponibilidad del metal es la salinidad, si bien en este estudio no se
tomo en cuenta este parámetro para evitar una precipitación del metal y que los
resultados no mostraran el efecto del plomo en las especies. Sin embargo, en aquellas
zonas del manglar donde se dan las mareas y hay una menor salinidad de agua se podría
apreciar algo parecido de lo que se encontró aquí.
Un aporte significativo al conocimiento de la fitorremediación proveniente del estudio de
estas especies es el mejorar la comprensión de cómo es que estas interactúan con el
metal pudiendo tomarse como base para estudios futuros debido a la poca información
que se tiene sobre estas en aspectos de respuesta a estrés, principalmente en L.
racemosa y R. mangle
97
Capítulo IV
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