TITULO DE LA TESIS.

MICORRIZACIÓN ARBUSCULAR Y ACUMULACIÓN DE MANGANESO EN

PLANTAS ESTABLECIDAS EN UN DEPÓSITO MINERO EN EL DISTRITO DE

MOLANGO, ESTADO DE HIDALGO.

PARA OBTENER EL TITULO DE.

B I Ó L O G O

ALUMNOS QUE LA HICIERON.

SAÚL CRUZ HERNÁNDEZ CERVANTES.

EN LA UNIVERSIDAD DE:

U N I V E R S I D A D A U T Ó N O M A M E T R O P O L I T A N A.

DE LA CARREARA DE.

BIOLOGIA.

EN QUE AÑO.

2008

BIBLIOGARFIA.

ASESORES: DR. FACUNDO RIVERA BECERRIL (UAM-X)

DR. GILBERTO VELA CORREA (UAM-X)

BIÓL. ENRIQUE CRUZ CHÁVEZ ( UAEH)

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INTRODUCCION.

El suelo es el componente clave de los ecosistemas terrestres; es un medio heterogéneo muy complejo que consta de minerales, materia orgánica y alguna fracción acuosa y gaseosa, del que dependen las plantas y los microorganismos (Alloway, 1990). En los últimos años el recurso suelo se ha venido perdiendo al establecer políticas inadecuadas en su manejo, que se expresan en erosión, salinización, contaminación y pérdida de la fertilidad. Al hablar de la acción humana, no sólo se alude al manejo silvoagropecuario de los suelos, sino también a acciones en escenarios ajenos, como lo es la contaminación por residuos industriales, mineros o urbanos (Acevedo, 2000). Estas prácticas pueden liberar altas concentraciones de sustancias tóxicas en el ambiente, cuyas consecuencias suelen apreciarse a través de una alta contaminación en los suelos por arsénico (As) y metales pesados (MP) como Pb, Cd, Zn y Cu, entre otros (Valsami-Jones, 2000; Monroy et al., 2002).

Bajo este contexto, las actividades mineras provocan generalmente un fuerte impactoambiental, con destrucción de los suelos naturales y creación de nuevos suelos (antroposoles) denominados jales (Acevedo, 2000), los cuales presentan concentraciones medias o altas de MP (Ramos-Arroyo y Siebe-Grabach, 2006). Esta situación induce limitaciones físicas, químicas y biológicas que dificultan la reinstalación de vegetación, por lo que se favorece una mayor susceptibilidad a la erosión eólica e hídrica provocando la dispersión de sustancias tóxicas, lo que ocasiona grandes riesgos a los seres vivos y a la salud pública (Herrera y González, 1996).

Este tema ha sido retomado por la Ley General del Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente en materia de residuos peligrosos (LGEEPA) en su artículo 36, y por la NOM-141-SEMARNAT-2003 sobre presas de jales, en donde se menciona que los desechos no podrán ser depositados a menos de 25 km de las poblaciones humanas más cercanas.

En la región de Molango, Estado de Hidalgo, existe el segundo yacimiento más grande de Mn en América; ello ha generado preocupación en las comunidades de la zona por los posibles efectos a la salud que puede provocar la exposición a este

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metal como consecuencia de la deposición a cielo abierto de los desechos mineros. De acuerdo con estudios previos realizados en Molango, se ha demostrado que la gente presenta altos niveles de Mn en la sangre (Sabido, 2000), lo que podría repercutir en enfermedades del sistema nervioso central.

De esta forma, para minimizar la contaminación por MP en los jales se han aplicado diferentes técnicas de descontaminación como la fitorremediación, estrategia que se refiere al saneamiento de áreas contaminadas por medio de plantas (Acevedo, 2000). La fitorremediación busca estabilizar la erosión de los suelos contaminados con MP, disminuyendo el potencial de contaminación por medio del aire y el agua, además de extraer los elementos tóxicos a través de las especies vegetales, conocidas como metalofitas que se caracterizan por acumular MP (Hildebrandt et al., 2007).

La actividad microbiana en la rizosfera juega un papel fundamental en la salud y productividad de las plantas utilizadas en fitorremediación (Jeffries et al., 2003). Dentro de los grupos microbianos benéficos involucrados en el crecimiento de plantas que son capaces de desarrollarse en suelos contaminados con altas concentraciones de MP (metalofitas), están los hongos micorrízicos arbusculares (HMA), con quienes forman una simbiosis mutualista conocida como micorriza arbuscular, misma que posee un papel clave en la nutrición y protección vegetal contra el estrés causado por MP (Rivera-Becerril et al., 2006). Estudios previos (Rivera-Becerril et al., 2002; Rivera-Becerril et al., 2005) han demostrado que las plantas colonizadas con HMA, pueden exhibir cierta tolerancia bajo condiciones de estrés por MP. De esta manera, el presente trabajo tiene como finalidad aportar conocimientos sobre las relaciones de los HMA y las plantas tolerantes a MP para identificar su uso potencial en estrategias de fitorremediación de los jales y otros sitios contaminados.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION.

Determinar la micorrización arbuscular y la capacidad de acumulación de manganeso en plantas presentes en un depósito minero en el Distrito de Molango, Estado de Hidalgo.

OBJETIVOS DE EL INVESTIGADOR.

1. Caracterizar física y químicamente un jale a causa de la extracción de manganeso.

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2. Identificar algunas plantas presentes en el jale.

3. Determinar el nivel de colonización micorrízico arbuscular y la morfología

micorrízica intrarradical en algunas plantas presentes en el jale.

4. Cuantificar los niveles de acumulación de Mn en tejidos vegetales y sustratos.

METODOLOGIA.

LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

El Estado de Hidalgo se ubica en la parte centro del país a 20º7’21’’ de latitud Norte y a 98º44’10” de longitud Este; comprende una superficie de 20,836 km2 y una altitud de 2,000 msnm (INEGI, 2000). Para la realización de este trabajo se eligió el jale de la mina de Autlán ubicada en Nonoalco, localidad de Molango, la cual tiene como principal actividad la extracción de Mn; es una de las minas más importantes a nivel nacional en este rubro (Figura1). Molango es uno de los 84 municipios que componen al Estado de Hidalgo; limita al norte con los municipios de Tepehuacan de Guerrero, al sur con Metztutlán, al este con Lolotla y Xochicoatlán y al este con Eloxochitlán, Juárez Hidalgo y Tlahueltepa. Los principales ríos que atraviesan el municipio son el Malila, Chichapan y Cuxhuacán; los dos primeros están contaminados por Mn (Angeles, 1993).

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Figura 1. Ubicación geográfica de la comunidad de Nonoalco, Hidalgo.

El distrito minero de Molango está enclavado en la Sierra Madre Oriental; se caracteriza por poseer montañas y barrancas con vegetación espesa. El distrito manganesífero se encuentra comprendido dentro de la estructura denominada Anticlinorio de Huayacocotla; cuenta con una estratigrafía representada por rocas metamórficas de edad precámbrica, además de contener rocas sedimentarias comprendidas desde el Paleozoico superior al Cretácico inferior y rocas intrusivas y extrusivas del Terciario (Castillo, 1999). La región se caracteriza por presentar un clima templado húmedo con lluvias todo el año, en especial entre los meses de junio a septiembre, con una precipitación pluvial anual de 1,438 mm y una temperatura anual de 17 ºC. Los suelos de la zona de estudio son de tipo Phaeozem háplico que se desarrollan a partir de rocas sedimentarias e ígneas; tienen fertilidad moderada por lo que su principal uso es forestal. Predomina el bosque mesófilo de montaña compuesto por especies arbóreas de Clethra mexicana, Cornus disciflora, Quercus sororia, Liquidambar styraciflua y Cupressus lindleyi; entre las herbáceas se distinguen Cirsium ehrenbergii, Mentha rotundifolia, Prunilla vulgaris y Senna sp.; los pastos están representados por la especie Cynodon plectostachyum (Enciclopedia de los Municipios, 2002).

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Las principales actividades económicas de la comunidad de Nonoalco incluyen la agrícola de autoconsumo, basada en el maíz, frijol y huertos con especies de árboles frutales como el manzano, durazno, limón, naranjo, guayabo y aguacate producidos sobre extensiones del jale o muy cercanos a este; también se practica la crianza de ganado vacuno y caprino alimentados con pastos y forrajes que crecen bajo las influencias del jale (Figura 2).

Loanterior puede poner en riesgo la salud de la población que es aproximadamente de 810 habitantes (INEGI, 2008) debido a la cantidad de Mn que pudieran contener los alimentos que consumen, además de la exposición a ciertas concentraciones de Mn a causa del arrastre eólico e hídrico de los desechos mineros.

Figura 2.Vista panorámica de la mina de la Compañía Autlán y sus alrededores, en la localidad de Nonoalco, Hgo. Mina y montículos de desechos depositados al aire libre (arriba,izq.), cultivos de maíz cercanos a los jales (arriba, der.), ganado vacuno pastando en los alrededores (abajo, izq.), ganado caprino alimentado con forraje producido en el sitio (abajo,der.).

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La metodología comprendió tres etapas: trabajo de gabinete, trabajo de campo y trabajo de laboratorio, las cuales se describen a continuación:

TRABAJO DE GABINETE

Estuvo centrado en la búsqueda y recopilación de información de los siguientes tópicos: la micorriza en lugares contaminados por desechos mineros, y la micorriza en plantas creciendo en invernadero, sometidas a condiciones de estrés por MP. Finalmente, se investigó acerca de las necesidades nutricionales de los vegetales

TRABAJO DE CAMPO

Se visitó el sitio de estudio y se detectaron las zonas de deposición de los desechos mineros; en el lugar fueron identificadas las especies vegetales establecidas en los montículos de desechos a causa de la extracción de Mn y se procedió a:

A) Toma de plantas para su identificación: fueron seleccionadas cuatro especies; de cada una de ellas se colectaron raíces y tejidos aéreos de tres ejemplares y fueron colocados en prensas de papel para su posterior

identificación taxonómica con ayuda de literatura especializada y expertos botánicos (Bautista et al., 2004).

B) Selección de plantas para su análisis biológico y concentración de metales pesados (Mn, Fe, Al y Zn,): de la misma forma se tomaron tres ejemplares por especie (raíces y tejidos aéreos) y fueron guardados en bolsas de polipapel; se determinaron los niveles de micorrización y la acumulación de MP.

C) Muestreo de sustrato: se colectó aproximadamente 1 kg de sustrato aledaño a las raíces de las plantas y fue guardado en bolsas de polipapel para su posterior análisis en el laboratorio.

TRABAJO DE LABORATORIO

CARACTERIZACIÓN FÍSICA Y QUÍMICA DE LOS SUSTRATOS

Las muestras de sustrato colectadas en campo fueron puestas a secar bajo sombra, tomando las precauciones necesarias para que no fueran contaminadas;

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posteriormente se tamizaron con un tamiz de luz de malla de 2.0 mm y se guardaron en botes de plástico hasta su análisis.

Las determinaciones físicas y químicas de los sustratos se realizaron con base en las pruebas establecidas en la Norma Oficial Mexicana NOM-021-SEMARNAT (2002), que se refiere a las especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de suelos, estudio, muestreo y análisis. Del mismo modo fueron considerados el Manual de Prácticas de Edafología (Muñoz et al., 2000) y el Manual de Análisis de Suelo-Agua-Planta. Diagnóstico, Interpretación y Recomendaciones (Lincon et al., 2001).

El color se determinó de acuerdo con las Tablas de Munsell (1994); tanto el suelo en seco como en húmedo fueron comparados con la gama de colores incluidas y se determinó la clave correspondiente.12

La densidad real del suelo se determinó mediante el método del picnómetro; consiste en obtener el peso de las partículas del sustrato sin contar los espacios ocupados por los poros.

Fue utilizado un picnómetro seco, se agregaron 5 g de muestra y se pesó, posteriormente se agregó agua destilada hasta cubrir la muestra y se movió para eliminar los espacios vacíos;

cuando la muestra estuvo completamente saturada con agua se procedió a aforar el matraz y a pesar; por último, se pesó el picnómetro únicamente con agua destilada y se aplicó la siguiente fórmula:

DR= S / ((S+A) – (s+a))

En donde:

DR= densidad real

S=peso del suelo

A= peso del agua

s + a= peso del agua y suelo mezclados

La densidad aparente fue determinada por medio del método de la probeta; esta variable se refiere a la masa de la muestra del suelo por unidad de volumen sin ser alterada, por lo que incluye los sólidos y los espacios de los poros. Para esta prueba se utilizó una probeta de 10 ml la cual fue pesada, posteriormente se le agregó suelo hasta los 10 ml, se golpeó ligeramente (10 veces) sobre una franela y se aforó con suelo hasta los 10 ml nuevamente. Se aplicó la siguiente fórmula.

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DA= S / V

En donde:

DA= densidad aparente

S= peso del suelo (g)

V= volumen (ml)

El espacio poroso se calculó con la fórmula de Foth (1985), en la que se requieren los valores de DR y DA para sustituir en la fórmula: Porcentaje de espacio poroso = ( 1 – (DA / DR) ) 100

La humedad se midió mediante el método gravimétrico. Se pesó un poco de sustrato tal y como se colectó del sitio de muestreo y posteriormente se puso a secar en una estufa a 100 ºC; cuando el material estuvo seco se pesó y se calculó la diferencia.

La textura fue determinada por el método del hidrómetro de Bouyoucos (Fanning y Fanning, 1992). La técnica permite estimar los porcentajes de arenas, limos y arcillas en el sustrato; las partículas se agrupan en los siguientes diámetros: arena, de 2.0 a 0.05 mm; limo, de 0.05 a 0.02 mm y arcilla, menor a 0.02 mm. Para la determinación de la textura de este sustrato no se aplicó peróxido de hidrógeno ya que no hubo cantidad alguna de materia orgánica; se procedió directamente a pesar 50 g de sustrato en un vaso de batidora, se agregaron 5 ml de oxalacetato de sodio al 5 % y agua hasta la segunda ranura del vaso. Se agitó la mezcla durante 5 min, se depositó en una probeta de 1 l y se agitó durante 1 min; inmediatamente después se tomó la primera lectura con el hidrómetro, así como la

temperatura, se dejó reposar durante 2 h y se tomó la segunda lectura; se hicieron los cálculos correspondientes. Una vez conocidos los porcentajes de limo, arcilla y arena se consultó el triángulo de texturas con la finalidad de determinar la clase textural.

La materia orgánica se midió por el método de Walkley y Black. Se pesaron 0.5 g de suelo en un matraz de 250 ml, se agregaron 5 ml de dicromato de potasio 1 N y posteriormente 10 ml de ácido sulfúrico concentrado. Se agitó la mezcla durante 1 min y se dejó reposar por 30 min, se agregaron 100 ml de agua destilada, 5 ml de ácido fosfórico y 5 gotas de bariosulfonato de difenilamina. Finalmente se tituló con sulfato ferroso 0.5 N hasta que se obtuvo un color verde esmeralda. Los resultados fueron calculados con la siguiente fórmula:

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MO = (B –T / g) ( N ) ( 0.39 ) mcf

En donde:

MO= porcentaje de materia orgánica

B= volumen del sulfato ferroso gastado para valorar el blanco de reactivos (ml)

T= volumen de sulfato ferroso gastado para valorar la muestra (ml)

N= normalidad exacta del sulfato ferroso (valorar por separado)

g= peso de la muestra empleada (g)

mcf= factor de correlación de humedad

El pH se midió en agua destilada; se pesaron 10 g de sustrato en frascos de cristal, posteriormente se agregaron 25 ml de agua destilada y se agitó durante 30 min en un agitador mecánico, finalmente se tomó la lectura con un potenciómetro (pHmetro 220 CORNING). La determinación del pH en fluoruro de sodio (NaF) siguió el mismo procedimiento.

El fósforo disponible fue determinado por el método Bray 1. Se pesó 1 g del sustrato y se colocó en un embudo con papel filtro, se agregaron 7 ml de solución extractora y se agitaron durante unos minutos hasta que la solución quedó clara. Se tomó 1 ml de la solución filtrada, se agregaron 6 ml de agua destilada y 2 ml de solución de molibdato de amonio, procediendo inmediatamente a la lectura en un espectrofotómetro (GENESYS 20), calibrado con un blanco, al 100% de transmitancia a una longitud de onda de 640 nm. Previamente fue leída la curva de calibración.

También se determinó la concentración de algunos elementos químicos en el suelo como calcio y magnesio por el método volumétrico del versenato EDTA; sodio y potasio intercambiables por flamometría con un fotómetro de flama (CORNING 400); la capacidad de intercambio catiónico por el método volumétrico del versenato. ACUMULACIÓN DE MANGANESO EN TEJIDOS VEGETALES Y SUSTRATO

Los tejidos vegetales, raíces y partes aéreas, fueron lavados con agua de la llave y jabón libre de fosfatos de dos a tres veces hasta que no quedaran residuos de polvo; posteriormente se sumergieron en agua deionizada tres veces y se separaron los tejidos aéreos de las raíces; se secaron en bolsas de papel a 35 °C en un horno. Cuando estuvieron

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completamente secos se molieron en una batidora hasta pulverizarse y se guardaron en frascos de plástico a temperatura ambiente.

QUE BENEFICIOS TUVO LA INVESTIGACION.

La fitorremediación busca estabilizar la erosión de los suelos contaminados con MP(Metales pesados), disminuyendo el potencial de contaminación por medio del aire y el agua, además de extraer los elementos tóxicos a través de las especies vegetales, conocidas como metalofitas que se caracterizan por acumular MP (Hildebrandt et al., 2007).

Estudios previos (Rivera-Becerril et al., 2002; Rivera-Becerril et al., 2005) han demostrado que las plantas colonizadas con HMA, pueden exhibir cierta tolerancia bajo condiciones de estrés por MP. De esta manera, el presente trabajo tiene como finalidad aportar conocimientos sobre las relaciones de los HMA y las plantas tolerantes a MP para identificar su uso potencial en estrategias de fitorremediación de los jales y otros sitios contaminados.

COMO RESOLVIO EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACION

Para tratar de resolver la problemática que representan los jales como sitios contaminados, su exposición al ambiente y sus posibles repercusiones en la salud de los organismos, se han aplicado algunas técnicas de descontaminación físicas y químicas, comola lixiviación ácida, encalados, tratamientos electroquímicos, tratamientos térmicos y arrastrede elementos. Estas prácticas son muy costosas y sólo pueden ser aplicadas en sitios pequeños (Acevedo, 2000). El descubrimiento de las propiedades de algunas plantas para tolerar yacumular MP en sus tejidos está siendo aprovechada para la restauración de ambientes contaminados; de esta manera la descontaminación es menos costosa y en armonía con la naturaleza (Ensley, 2000). La estrategia basada en el empleo de plantas para remediar sitios contaminados se denomina fitorremediación, término que proviene del griego phyto (planta) y que asociado a la raíz latina remedium (remover), se refiere al saneamiento de áreas contaminadas mediante el empleo de plantas (Acevedo, 2000). En la fitorremediación se incluyen algunos procesos que de acuerdo en Ensley (2000); Raskin y Ensley (2000) son:

· Fitoextracción

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· Fitofiltración

· Fitoestabilización

· Fitovolatilización

· Fitodegradación

De acuerdo con lo anterior, Hildebrant et al. (2007) mencionan que la fitorremediación tiene por objetivos: a) estabilizar la erosión de suelos con MP, utilizando algunas especies vegetales, lo que disminuye contaminación del aire y el agua, b) la extracción de los elementos tóxicos por medio de los tejidos vegetales. Bajo este contexto, solamente las metalofitas pueden hacer frente a las condiciones adversas en suelos con presencia de MP; algunos ejemplos típicos son Thlaspi alpestre var. calaminare, Viola calaminaria, Armeria vulgaris y Silene inflata (Reeves y Baker, 2000). Varias de estas plantas se caracterizan por ser hiperacumuladoras; se encuentran incluidas dentro de las familias Brassicaceae y Cartophillaceae, principalmente (Hildebrant et al., 2007). La habilidad de acumular metales varía significativamente según la especie vegetal; algunas son capaces de acumular en su biomasa Pb, Ni, Mn, Co, Cu a una cantidad superior a 1,000 mg kg-1 de peso seco y Cd a 100 mg kg-1 (Blaylock y Huang, 2000). Por ejemplo, Xue et al. (2005) descubrieron que Phytolacca acinosa de la familia Phytolaccaceae es una planta capaz de acumular Mn hasta en 19,300 μg g-1 en las partes aéreas y 1,202 μg g-1 en la raíz; esas concentraciones de Mn en los tejidos vegetales pueden variar dependiendo de los niveles del elemento en el sustrato. metalofias han desarrollado diversas adaptaciones fisiológicas que les permiten competir con éxito en suelos contaminados con MP; además, cuentan con la actividad microbiana en la rizosfera que juega un papel importante en la salud y productividad de la planta. En este caso, la colonización de la raíz de las plantas con HMA les permite responder a deficiencias nutricionales, y les confiere una mayor tolerancia contra agentes tóxicos (Rivera-Becerril et al., 2006). De esta manera, Liu et al. (2005) reportaron que Pteris vittata, una planta hiperacumuladora de As inoculada con HMA, llegó a captar hasta 300 mg kg-1 de As en peso seco, reduciendo la concentración del tóxico en el suelo hasta en un 50%.

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CONCLUSIONES.

Nuestras conclusiones son que este trabajo nos presenta que tras el mal manejo de políticas del cuidado de nuestro ecosistema, por parte de la acción humana se tienen que buscar nuevas soluciones, por la contaminación de residuos mineros, cuyas consecuencias suelen apreciarse a través. de una alta contaminación de los suelos.

Aquí demuestra cómo se han aplicado algunas técnicas de descontaminación físicas y químicas al suelo contaminado denominado Jales. En esta tesis nos dice como es el proceso que debe llevar una investigación para obtener buenos resultados en primera es plantear el problema a resolver. Que es frenar la contaminación de los ecosistemas. Segunda los objetivos que se deben tener que en este caso es de buscar la reinserción de vegetación en estos suelos contaminados para evitar la erosión y contaminar mas el medio ambiente tercera es tener una metodología, en este trabajo se utilizaron algunos como trabajo de gabinete, trabajo de campo, trabajo de laboratorio aquí es donde se obtienen los resultados que fue encontrar que tipos de plantas son las que más resisten la contaminación del suelo o son tolerantes, o como aplicar la fitorremediación, estrategia que se refiere al saneamiento de áreas contaminadas por medio de plantas.

El presente trabajo tiene como finalidad aportar conocimientos para identificar su uso potencial en estrategias de fitorremediación de los jales y otros sitios contaminados.

En este trabajo nos demuestra que con el buen manejo de los métodos de investigación y aplicándolos bien se obtienen resultados que nos ayudan a restaurar un poco nuestro medio ambiente y poder tener evidencias de cómo se hizo para poder aplicar en otro caso y hacer comparaciones que nos lleven a mejores resultados.

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