Por estas razones, es importante determinar el nivel de riesgo
ambiental de los plaguicidas lindano y clorpirifos sobre diver
EFECTO ECOTOXICOLGICO DE TRES METALES PESADOS SOBRE EL
CRECIMIENTO RADICULAR DE CUATRO PLANTAS VASCULARES
ECOTOXICOLOGICAL EFFECTS OF THREE HEAVY METALS OVER THE ROOT
GROWTH OF FOUR VASCULAR PLANTS
Iannacone, Jos & Lorena Alvario Universidad Nacional
Federico Villarreal
[email protected]
Para la evaluacin del riesgo ambiental (ERA) de los ambientes
terrestres contaminados por relaves mineros en el Per se requiere
del empleo de organismos biolgicos estandarizados que sean
sencillos, prcticos, sensibles y repetibles como las semillas de
plantas superiores empleadas en bioensayos como herramientas
ecotoxicolgicas. Por lo que el objetivo de este trabajo fue evaluar
el efecto fitotxico del Cr+6, Hg2+ y Pb2+ en forma de dicromato de
potasio (K2Cr207), cloruro de mercurio (Cl2Hg) y acetato de plomo
((CH3C00)2Pb), respectivamente, sobre el crecimiento radicular de
cuatro especies de plantas superiores terrestres: Allium cepa L.
(Liliaceae) Cebolla, Beta vulgaris L. (Chenopodiaceae) Beterraga,
Oriza sativa L. (Poaceae) Arroz y Raphanus sativus L.
(Brassicaceae) Rabanito a 192 h (8 das) de exposicin. Se realizaron
bioensayos de toxicidad subagudas estticas para cada metal y para
cada especie de planta, siguindose un diseo experimental en bloques
completamente randomizados (DBCR): ocho repeticiones con seis
concentraciones emplendose 240 semillas por bioensayo. La secuencia
en orden ascendente para la Concentracin de Inhibicin media del
crecimiento radicular de las semillas (CI50 en mg L-1) a 192 h fue
en la mayora de los casos: Hg2+ > Cr+6> Pb2+. Se analizan las
perspectivas de uso para la evaluacin y para biorremediacin de
suelos contaminados por metales pesados en el Per.
Palabras clave: metales pesados, Per, plantas vasculares,
semillas, relave minero.
Abstract
For environmental risk assessment (ERA) of polluted terrestrial
environment by waste mining in Peru is needed to employ
standardized biological organism, simple, practical, sensitive and
repeatable as seed of higher plants used in bioassays as
ecotoxicological tools. The aim of this research is to evaluate the
phytotoxic effects of Cr+6, Hg2+ and Pb2+ in form of potassium
dichromate (K2Cr207), mercury chloride (Cl2Hg) and lead acetate
((CH3C00)2Pb), respectively, over root growing of four species of
higher terrestrial plants: Allium cepa L. (Liliaceae) Onion bulb,
Beta vulgaris L. (Chenopodiaceae) Sugar beet, Oriza sativa L.
(Poaceae) Rice and Raphanus sativus L. (Brassicaceae) Radish at 192
h (8 days) exposure. Bioassays of static sublethal toxicity for
each metals and for each species of plant were employed, following
a experimental design in block completely randomized (DBCR): eight
repetitions with six concentrations using 240 seeds by bioassays.
The sequence in ascending order for Inhibition Concentration medium
for root seed growing (IC50 in mg L-1) at 192 h exposure in the
majority of cases was: Hg2+ > Cr+6> Pb2+. The perspectives of
use for evaluation and for bioremediation of contaminated soils by
heavy metals in Peru were analyzed.
Key words: heavy metals, Per, seeds, vascular plants, waste
mining.
INTRODUCCIN
Es importante determinar el nivel de riesgo ambiental de los
metales pesados sobre diversos representantes del ecosistema
terrestre utilizando bioensayos ecotoxicolgicos (Iannacone &
Gutierrez, 1999; Arkhipchuk et al., 2000). Entre ellos, las plantas
terrestres presentan especies representativas de los
agroecosistemas hortcolas (Wang, 1991; Arambasic et al., 1995;
Iannacone et al., 2000). Sin embargo, el efecto de los metales
pesados sobre estas cuatro especies de plantas vasculares, no es
bien conocido (Lerda, 1992; Rosa et al., 1999; De Jong & De
Haes, 2001).
La determinacin de algunos aspectos de la ecotoxicidad de
metales pesados empleando bioensayos sencillos y prcticos para
catalogar toxicolgicamente muestras ambientales contaminadas por
plomo, mercurio y cadmio contribuir en el Per, a tomar medidas para
disminuir la problemtica de los relaves mineros (Shanker et al.,
1996; Iannacone & Alvario, 1999).
Los objetivos especficos planteados en la presente investigacin
fueron determinar la ecotoxicidad del cromo (Cr6+), mercurio (Hg2+)
y plomo (Pb2+) sobre la inhibicin del crecimiento radicular de
cuatro plantas vasculares: Allium cepa L. (Liliaceae) Cebolla, Beta
vulgaris L. (Chenopodiaceae) Beterraga, Oriza sativa L. (Poaceae)
Arroz y Raphanus sativus L. (Brassicaceae) rabanito a 192 h de
exposicin.
MATERIALES Y MTODOS
Semillas y bioensayo
Las semillas de A. cepa, B. vulgaris, O. sativa y R. sativus
fueron obtenidas en sobres de 240 semillas procedentes de
supermercados ubicados en el Cercado de Lima-Per en mayo del 2000.
Las semillas de A. cepa pertenecieron a la variedad Credle. Todas
las semillas antes de su empleo en ensayos ecotoxicolgicos fueron
mantenidas en condiciones de oscuridad y a temperaturas de 6 C para
inhibir su germinacin y mantener su fertilidad, segn el criterio
propuesto por Wang (1991). Se descartaron las semillas daadas y se
utilizaron las de un mismo tamao. Para la desinfeccin de las
semillas, se realiz un pretratamiento con una solucin de leja
Clorox diluida al 3,33 g OCl- L-1 (2,5 %), durante 7 a 20 min
(APHA, 1995) y posterior enjuague por cuatro veces en agua
destilada. Los frascos empleados en los bioensayos de 2,8 cm de
alto x 3,5 cm de ancho x 3,5 cm de espesor, y de una onza (= 30 mL)
de capacidad fueron desinfectados con la misma solucin de leja por
30 min, luego se enjuagaron con agua destilada y se procedieron al
secado en una estufa a 30C por 20 min. De igual forma el papel
Tissue previamente cortado en trozos de 3,5 cm2 fue esterilizado
por 15 min en una estufa a 60C.
Las semillas de las cuatro especies de plantas terrestres se
evaluaron en bioensayos estticos utilizando un total de 5 semillas
envase-1, con ocho repeticiones. En cada envase se coloc dos trozos
de papel Tissue, seguidamente se aadi 1 mL de la solucin nutritiva
con cada concentracin de metal pesado (Cr6+, Hg+2 Pb+2) por envase.
Luego se coloc cinco semillas en forma equidistante (cuatro en cada
ngulo y otra en el centro) en cada envase y se cubri con dos trozos
ms de papel Tissue. El agua utilizada para los ensayos biolgicos
consisti en una solucin hidropnica con las caractersticas descritas
por Iannacone et al. (2000). La prueba fue realizada bajo
condiciones de oscuridad. La duracin de la prueba fue de 192 h (8
das). Los indicadores para el bioensayo fueron el crecimiento de la
radcula en mm en comparacin con el control. Los bioensayos se
realizaron a una temperatura de 22 ( 3 C.
Metales pesados
Se emple para la preparacin de las soluciones madres de los tres
metales pesados: dicromato de potasio (K2Cr2O7) y cloruro de
mercurio (HgCl2) a 100 mg L-1 y acetato de plomo (Pb(Ch3COO)2) a
200 mg L-1. En el caso del Cr+6 se emplearon las siguientes
concentraciones 0,625 mg L-1; 1,25 mg L-1; 2,5 mg L-1; 5 mg L-1 y
10 mg L-1, para el Hg2+ se emplearon las siguientes concentraciones
0,625 mg L-1; 1,25 mg L-1; 2,5 mg L-1; 5 mg L-1 y 10 mg L-1, y
finalmente para el Pb2+: 12,5 mg L-1; 25 mg L-1, 50 mg L-1, 100 mg
L-1 y 200 mg L-1. Para todos los casos se emple un factor de
dilucin de 0,5.
Diseo experimental y tratamiento estadstico
Las pruebas de toxicidad subaguda para las cuatro especies de
plantas terrestres se evaluaron en cinco concentraciones nominales
con ocho rplicas, ms el control, en un Diseo Factorial en Bloque
Completamente Randomizado (DBCR): 6 concentraciones x 8 rplicas x 5
repeticiones (longitud de radcula en mm) (Zar, 1996). La eficacia
de los tratamientos se evalu a travs de un Anlisis de Varianza
(ANDEVA) de una va, preva transformacin de los datos a log x+1. En
el caso de existir diferencias significativas entre las
concentraciones se realiz una prueba de Tukey (Norman &
Streiner, 1996). Las CI50s para los ensayos fitotxicos con semillas
se calcularon usando un programa computarizado de la Agencia de
Proteccin ambiental de los Estados Unidos (USEPA), emplendose el
mtodo de interpolacin lineal para toxicidad subletal y calculndose
la concentracin de inhibicin (CI50) (versin 2,0, 1993).
RESULTADOS
La Tabla I muestra los valores comparativos de inhibicin de
crecimiento radicular (punto final de lectura) en trminos de CI50
en los ensayos ecotoxicolgicos con las cuatro plantas vasculares.
Ninguna de las cuatro especies de plantas present la mayor
sensibilidad a los tres metales pesados ensayados. Para el Cr6+ se
observa el siguiente orden decreciente de ecotoxicidad: O. sativa
> A. cepa > B. vulgaris > R. sativus. Para el Hg2+ se
encontr la siguiente secuencia: B. vulgaris > R. sativus > O.
sativa > A. cepa. Para el Pb2+ se encontr la siguiente
secuencia: B. vulgaris > A. cepa > R. sativus > O. sativa.
La secuencia de sensibilidad promedio en orden decreciente fue:
Hg2+ > Cr6+ > Pb2+.
Las Tablas 2 al 4 nos sealan los porcentajes de inhibicin del
crecimiento radicular de las cuatro plantas vasculares a las cinco
concentraciones de cada uno de los tres metales, indicndose las
diferencias en los porcentajes de inhibicin entre las
concentraciones evaluadas. En todos los casos el porcentaje de
inhibicin incrementa con la concentracin del txico.
DISCUSIN
Las pruebas de fitotoxicidad empleando plantas terrestres, no
son frecuentemente usadas en ecotoxicologa (Wang, 1991). Las tres
caractersticas ms importantes de los ensayos con plantas
terrestres, es que se les puede usar con muestras coloreadas o
turbias, en ensayos estticos, semiesttico y de flujo continuo, y
con un mnimo costo de mantenimiento en el laboratorio (Wang, 1991).
El empleo de las semillas de plantas terrestres como herramientas
ecotoxicolgicas son ventajosas, por requerirse poco volumen de
muestra (1 mL envase-1), comparado con otros organismos que
requieren de 50 a 200 mL envase-1 (Arambasic et al., 1995). Los
ensayos de fitotoxicidad con semillas son simples, verstiles y
tiles para evaluar la toxicidad de aguas, sedimentos y muestras de
suelo (Walsh et al., 1991; Rosa et al. 1999). Varias especies de
plantas tienen ventajas sobre otros organismos biolgicos: 1) como
por ejemplo poder almacenarse en forma de semilla por un ao o ms,
2) costo de mantenimiento mnimos, 3) las muestras no requieren
aireacin, 4) muestras con altas turbiedades no requieren filtracin
adicional y 5) pruebas se pueden llevar a cabo sin ajuste de pH.
Las plantas vasculares han sido recomendadas por la USEPA y por la
FDA (Administracin de Drogas y Alimentos) encontrndose buena
sensibilidad, en comparacin con otras especies de semillas de
plantas terrestres (Wang, 1991). El ensayo ecotoxicolgico con
semillas de plantas vasculares presenta algunas ventajas sobre
otras especies terrestres, lo que permite usar cuantitativamente el
crecimiento de raz. Wang (1991) indica que el crecimiento de raz
como punto final de lectura es ms sensible a la toxicidad que la
germinacin de semillas, la cual presenta un alto coeficiente de
variacin (Rosa et al., 1999). Calow (1993) presenta un resumen de
los protocolos de bioensayos de germinacin de semilla y de
elongacin de raz con diferentes especies de plantas, siendo
comparables a nuestro protocolo.
La sensibilidad de las especies a los metales pesados vara
considerablemente a travs de reinos y filas, siendo las plantas
ligeramente mas tolerantes (Rosa et al., 1999). Las diferentes
respuestas de las plantas vasculares puede ser atribuida a factores
tales genticos, fisiolgicos, y rutas toxicolgicas y de destino
ambiental (Crdova et al., 1999).
Lerda (1992) ha encontrado que el plomo reduce el crecimiento
radicular y la frecuencia de clulas mitticas, y el incremento de la
frecuencia de clulas aberrantes en A. cepa. La intensidad del
efecto est en funcin de la concentracin del Plomo.
La comparacin de resultados entre reportes es complicada para
diferentes especies de plantas vasculares por las diferencias en la
sensibilidad de especies, por las diferencias en los tiempos de
exposicin, puntos finales de lectura y de evaluacin (Rosa et al.,
1999; Arkhipchuk & Garonko, 2002). Inclusive la edad de las
semillas debe ser tomada en consideracin, pues pudiera producir
resultados diferentes en semillas de diferentes edades (Arkhipchuk
et al., 2000).
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Tabla 1. Valores comparativos de inhibicin de crecimiento de
radcula en trminos de CI50 (mg L-1) para cuatro ensayos
ecotoxicolgicos con semillas de plantas terrestres para la
evaluacin de tres metales pesados.
CI50 (mg L-1) a 192 h
Especie de plantaCr+6Hg+2Pb+2
Allium cepa L. (Liliaceae)10,3011,66263
Beta vulgaris L. (Chenopodiaceae)> 100,5128,44
Oriza sativa L. (Poaceae)4,585,47438
Raphanus sativus L. (Brassicaceae)22,055,27367
Tabla 2. Porcentajes de inhibicin del crecimiento radicular de
cuatro plantas terrestres expuestas al cromo (Cr+6) a 192 h de
exposicin.
ConcentracionesA. cepaB. vulgarisO. sativaR. sativus
0,62512a30a0a2a
1,257a60b41b2a
2,527b59b50b3a
532b64b68c13b
1049c75b73c32c
Promedios en una misma columna, seguidos por la misma letra, no
difieren significativamente a P = 0,05 (Prueba de Tukey).
Tabla 3. Porcentajes de inhibicin del crecimiento radicular de
cuatro plantas terrestres expuestas al mercurio (Hg+2) a 192 h de
exposicin.
ConcentracionesA. cepaB. vulgarisO. sativaR. sativus
0,62511a55a0a9a
1,257a55a3a22b
2,527b65a18b32c
532b72ab46c33c
1029b78b100d76d
Promedios en una misma columna, seguidos por la misma letra, no
difieren significativamente a P = 0,05 (Prueba de Tukey).
Tabla 4. Porcentajes de inhibicin del crecimiento radicular de
cuatro plantas terrestres expuestas al Plomo (Pb+2) a 192 h de
exposicin.
ConcentracionesA. cepaB. vulgarisO. sativaR. sativus
12,56a30a0a8a
258a60b16b22b
5015a58b18b33c
10032b64bc32c33c
20037b75c34c38c
Promedios en una misma columna, seguidos por la misma letra, no
difieren significativamente a P = 0,05 (Prueba de Tukey).PAGE 6
