Heavy metal accumulation and tolerance in Betula pubescens: potential use in phytoremediation

Abstract

El uso de especies forestales en fitorremediación ha adquirido popularidad en los últimos años, debido a su gran biomasa y sistema radical. Además, su asociación con hongos micorrícicos del suelo puede mejorar la supervivencia y desarrollo de árboles en condiciones de estrés. Betula pubescens Ehrh. es una especie que se encuentra en entornos degradados y altamente contaminados en toda Europa. Por ello, el objetivo de este trabajo es estudiar el comportamiento de B. pubescens, minorrizada (M) y no micorrizada (M), cuando se cultiva en un suelo industrial contaminado con varios metal(oid)es, a fin de evaluar su idoneidad en fitorremediación. Al comparar el crecimiento del abedul en dos tipos de suelos contaminados con diferentes concentraciones de metal(oid)es, observamos que el efecto de la micorrización sobre la acumulación de estos metal(oid)es dependía de la concentración de éstos en el suelo. Así, las plantas M presentaron una menor acumulación cuando la concentracion de metal(oid)es en el suelo era alta, probablemente debido a que el hongo actuó como una barrera a la entrada de estos elementos en la planta, lo que se tradujo en una mayor producción de biomasa. B. pubescens mostró además una gran tolerancia, no observándose ni inhibición del crecimiento ni reducción de biomasa a lo largo del período de cultivo. Dado que la tolerancia se debe en parte a los mecanismos de detoxificación, cuando estudiamos éstos observamos que el secuestro en la pared celular es el principal mecanismo de detoxificación en plantas expuestas a un estrés crónico, aunque las fitoquelatinas, pero no los ácidos orgánicos, también mitigan la toxicidad de los metal(oid)es dentro de las células. Posteriormente se compararon las respuestas fisiológicas de las plantas M y NM crecidas en el suelo altamente contaminado, observándose que la menor acumulación de metal(oid)es de las plantas M tuvo un efecto beneficioso aliviando su estrés oxidativo. Así, las plantas M presentaron menor concentración de peróxido de hidrógeno (H2O2) y menor actividad de enzimas antioxidantes que las NM. Además, el hecho de que las plantas M crecidas en suelo control presentasen una sobreproducción de H2O2 y mayor actividad y expresión génica de catalasa y ascorbato peroxidasa, sugirió que las especies reactivas de oxígeno intervienen como moléculas de señalización en la regulación de las interacciones planta-hongo. En el crecimiento de las plantas en campo están involucrados diferentes factores bióticos y abióticos que hacen difícil la interpretación de los resultados. Por tanto, en este trabajo, se realizó un ensayo de fitorremediación en el que plantas M y NM de abedul se cultivaron en una parcela industrial contaminada durante 28 meses, obteniéndose altos factores de bioconcentración y traslocación para el Zn y el Cd, lo que, junto con su alta producción de biomasa y capacidad para rebrotar, convierte a B. pubescens en candidata para ser utilizada en la fitoextracción de estos metales. Además, la relativamente alta concentración de metal(oid)es en sus raíces, sugiere un uso prometedor en fitoestabilización, lo que reduciría notablemente el tiempo necesario para la descontaminación del suelo. Debido a la alta variabilidad de pH y a la desigual concentración de metal(oid)es en la parcela no nos fue posible estudiar el efecto de la micorrización; sin embargo, observamos que no había diferencias en la producción de biomasa entre plantas M y NM lo que sugiere que la micorrización previa de B. pubescens puede no ser necesaria para mejorar la fitorremediación. Finalmente, y puesto que en campo no es fácil atribuir el efecto de la micorrización al hongo con el que se micorrizó inicialmente, también quisimos saber si la micorrización con P. ammoniavirescens se mantuvo a lo largo del cultivo. Para ello estudiamos la diversidad, abundancia y distribución de hongos micorrízicos asociados con B. pubescens en la parcela experimental. Los resultados mostraron que todas las plantas analizadas estaban micorrizadas, independientemente de que lo estuvieran o no al inicio del experimento, encontrándose seis nuevos morfotipos fúngicos asociados con abedul. P. ammoniavirescens fue reemplazado por otras especies en la parcela menos contaminada, sin embargo, el hecho de que se haya mantenido en las condiciones más adversas sugiere que la micorrización podría ser interesante en suelos altamente contaminados o aquellos donde la magnitud de la degradación es tal que carecen de comunidades fúngicas nativas.