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Universidad Agraria de la Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez”

Universidad Agraria de la Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez”. Facultad de Agronomía II Taller Biorremediación Especies vegetales y microorganismos rizosféricos tolerantes a metales pesados de un ecosistema contaminado con metales pesados.

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Universidad Agraria de la Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez”

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Presentation Transcript

  1. Universidad Agraria de la Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez” Facultad de Agronomía II Taller Biorremediación Especies vegetales y microorganismos rizosféricos tolerantes a metales pesados de un ecosistema contaminado con metales pesados. Autores: MSc. Sael Sánchez Elías, Dra. María Irene Balbín Arias.1Dr. Nelson Moura Brasil do Amaral Sobrinho.2 1. Universidad Agraria de la Habana (UNAH) Facultad de Agronomía. 2. Universidad Federal Rural de Rio de Janeiro (UFRRJ) Instituto de Agronomía.

  2. Metales pesados – meteorización – plantas Producción sostenible-Actualidad-crisis mundial de los alimentos –tierras disponibles Problema ambiental. Plantas remediadoras Biorremediación (fitorremediación) microorganismos biodisponibilidad

  3. Problema La empresa de Cerámica Blanca contamina el ecosistema donde son vertidos los desechos de su producción, por lo que se hace necesario investigar la presencia de plantas acumuladoras de metales pesados y microorganismos tolerantes a los niveles de toxicidad existentes, para poder aplicar las técnicas de Biorremediación. Hipótesis En el área donde son vertidos los desechos de la Empresa Cerámica Blanca de San José de las Lajas, existen plantas acumuladoras de metales pesados y microorganismos específicos tolerantes a los niveles de contaminación que tienen las rizosferas de estas especies. Objetivo General Identificar especies de plantas acumuladoras de metales pesados y microorganismos rizosféricos tolerantes con potencialidades para aplicar la biorremediación en el área estudiada.

  4. Objetivos específicos. • Determinar la concentración pseudo-total de los metales pesados en las rizosferas de las especies vegetales seleccionadas, de acuerdo a su abundancia en el área experimental. • Determinar el contenido de metales pesados totales en la parte área y radical de las especies vegetales seleccionadas para identificar las que son acumuladoras de metales pesados con posibilidades a ser utilizadas en un sistema de recuperación de los suelos a través de la fitorremediación. • Aislar poblaciones de bacterias, hongos y actinomicetos de la rizosfera de las especies definidas como acumuladoras con más posibilidades a ser empleadas en sistemas de remediación de suelos. • Seleccionar morfotipos aislados con potencialidades para su empleo en técnicas de recuperación ecológica (Biorremediación).

  5. Materiales y Métodos Cynodon dactylon (L.) Pers., Cyperus gigantus L., Typha domiguensis (Pers.) Kunth. y Xanthosoma cubense (Rich.) Schott. (inventario: Quevedo, 2006). Muestras de Plantas (50 y 200 metros) 1 2 3 4 Parte aérea (tallos + hojas) Raíz Área de estudio = n(4) x especie Alloway (1995). Diseño aleatorizado Robert y Henry (2000). Diseño experimental de 2 factores categóricos Factorial Tukey 5% probabilidad. Espectrometría de Adsorción Atómica SP-9 (Fe, Pb, Zn, Cu, Ni, Co, Mn, Cr)

  6. Materiales y Métodos Análisis de los metales en las Rizosferas Área de estudio Agrupadas n(3) 1 2 3 4 (0-20 y 20-40 cm) Alloway (1995). Espectrometría de Adsorción Atómica SP-9 Análisis estadístico Factorial Factores principales -Regresión lineal, correlación entre las variables. Tukey 5% probabilidad 5cm (Fe, Pb, Zn, Cu, Ni, Co, Mn, Cr)

  7. Materiales y Métodos Aislamiento de Microorganismos rizosféricos 500 ml Agitación saranda 1: 30 min. Diluciones seriadas (10,-2 10-4, 10-6) Cynodon dactylon Novo (1983) Atlas y Bartha (2002) B AN H SD A AA 37 0c 120h H-28 0c -10 días Cultivos puros, Descripción morfológica cultural (conservados liofilizados) Selección de morfotipos más tolerantes a niveles de contaminación en condiciones controladas (pH 6,5 con HCl - ZnCl2 y PbCl2, C(0,5mM; 1mM;2mM). 24h 200 rpm Selección de diazotróficos (primeros ensayos) medios (JMV, LGI, LGI-P, JNF-b, NFb, Medio mínimo). 5ml

  8. Resultados y Discusión Pb>Zn>Fe>Co>Cr>Mn>Ni>Cu Concentraciones muy Variables Pb (104288.33) 16 > Zn (9536.68) Zn (9536.68) 3.15 > Fe (2156.75 Co, Cr, Mn (128.33, 112.67, 106.34) 2 Cu y Ni (67.83 y 54.75

  9. Resultados y Discusión Figura 2. Efectos principales de la distancia y la profundidad sobre la concentración de Pb para valores de concentración con un nivel de confianza de 95% y R2=0.9705

  10. Resultados y Discusión Figura 3. Efectos principales de la distancia y la profundidad sobre la concentración de Zn para valores de concentración con un nivel de confianza de 95% y R2=0.9793

  11. Resultados y Discusión Figura 4. Representación de las interacciones entre los metales pesudo-totales del análisis de correlación de componentes principales.

  12. Resultados y Discusión Figura 5. Esquema de los procesos erosivos en el área de estudios donde se observa el fuerte carsismo, y los procesos de arrastre superficial del material contaminante desde los 50 metros de la fuente de contaminación hasta los 200 metros, así como la infiltración del agua cargada de elementos contaminantes a través de un ponor alcanzando al manto freático que se encuentra muy próximo de la superficie. Esquema modificado del original, tomado de Febles (2006).

  13. Resultados y Discusión Tabla 1. Concentración total de metales pesados acumulados por las especies vegetales en sus tejidos. (mg Kg-1. de MS) *1 Modificado de Kabata-Pendias y Pendias (2001). (S) Niveles de concentración suficientes o normales en plantas, (T) Niveles tolerables en cultivos agrícolas (E) Concentraciones excesivas o tóxicas.

  14. Resultados y Discusión Tabla 2. Coeficiente de transferencia de cada planta.

  15. Resultados y Discusión FITOPLANT 2008 Figura 6. Dos cultivos predominantes A-19 (amarilla) y A-4 (roja) de bacterias aisladas de la rizosfera de Cynodon dactylon L. Siembra en estrías por agotamiento para la obtención de colonias puras 36 morfotipos bacterianos sobre los 4 de hongos, y 2 de actinomicetos

  16. Resultados y Discusión

  17. Resultados y Discusión

  18. Resultados y Discusión Tabla 5. Relación de morfotipos con características diazotróficas.

  19. Conclusiones 1. De los ocho metales determinados en las rizosferas de las plantas estudiadas, se encontraron concentraciones pseudo-totales en intervalos que pueden ser considerados elementos contaminantes en los metales Pb y Zn. 2. En las especies ruderales CynodondactylonL.Pers.,CyperusgigantusL.,Typhadominguensis(Pers).Kunth.,Xanthosomacubense(Rich.) Schott. se detectaron los ocho metales pesados evaluados, destacándose el Pb y el Zn como los de mayor concentración en hojas y raíces.

  20. Conclusiones 3. La especie C. dactylon (Bermuda) se definió como hiperacumuladora de Pb y Zn y T. dominguensis (Macío) como acumuladora de Mn y Co. 4. De la rizosfera de C. dactylon se aislaron 36 morfotipos de bacterias, 4 de hongos y 2 de actinomicetos, comprobándose que existe diversidad de microorganismos tolerantes que pudieran potenciar en las plantas de esta especie sus capacidades hiperacumuladoras. 

  21. Conclusiones 5. De los 12 morfotipos más tolerantes a diferentes niveles de concentración de Pb y Zn, ocho presentaron características diazotróficas, lo que pudiera estar relacionado con el posible sistema de interacción suelo contaminado-microorganismos tolerantes-plantas acumuladoras.

  22. Recomendaciones 1. Continuar estudios con C. dactylon (Bermuda) y T. dominguensis (Macío) para su empleo en técnicas de fitorremediación con vistas a descontaminar el ecosistema estudiado. 2. Continuar los estudios con C. dactylon y los ocho microorganismos diazotróficos en un sistema de biorremediación (suelo-planta-microorganismos) a través de la fitoextracción, potenciado con actividad microbiana.

  23. Recomendaciones 3. Determinar los géneros y especies de microorganismos diazotróficos encontrados. 4. Dada la significación y alcance de los resultados, propiciar la divulgación de los mismos tanto con los actores sociales relacionados al área de estudio, como con la formación agronómica del pregrado y postgrado.

  24. Fin Gracias.

  25. Respuestas a la oponencia.

  26. 2. Explique la alternativa que Ud. Propone para el uso de la Biorremediación en zonas contaminadas con metales pesados, teniendo en cuenta los resultados de su trabajo sobre la acumulación en las plantas presentes en las zonas evaluadas.

  27. Degradación enzimática Cometabolismo Biosorción Bioacumulación Biomineralización Biotransformación Biorremediación Inoculación Remediación microbiana Bioaumentación Biolixiviación Inmovilización de Metales Pesados Fitorremediación (Donat, 1994)

  28. Respuestas a la Oponencia. Biorremediación (Fitorremediación) Fitoextracción Remoción de los metales del suelo Acumulación de metales en plantas. Acumuladoras de metales pesados Determinación de metales pesados totales Disponibilidad y/o presencia del contaminante en el suelo. (Metal Pesado) Pseudo-totales Tipo de planta Microbiota Tolerante Microorganismos rizosféricos

  29. Bioaugmentación añadir microorganismos Surfactantes, Cosolventes, Quelatos Sustrato (Contaminante) (Biodegradabilidad) (Biodisponilidad, Movilidad) Microorganismos Medio Ambiente (Requisitos Fisiológicos) Factores Ambientales H2O, T, pH Nutrientes N, P, vitaminas Aceptores de electrones O2, NO3- Donadores de Electrones/Cosustratos H2/CH4 Interrelación de Componentes que Determinan el Éxito de la Biorremediación planta-microorganismo

  30. 1. ¿Que importancia práctica le atribuye Ud. a los resultados de sus investigaciones, teniendo en cuenta la repercusión internacional que han tomado los metales pesados en el suelo?

  31. Respuestas a la Oponencia.

  32. 3. ¿Cree Ud. que la diferencia y presencia de los metales pesados en la zona sea solo consecuencia de la contaminación en la fábrica o pueden haber estado presentes en estos suelos anteriormente. Argumente su criterio?

  33. Respuestas a la Oponencia. Metales Pesados Antropogénico Natural Rocas básicas, ultrabásicas (sedimentarias), ultramáficas (serpentinita) Automotriz, Industrial Actividad Minera, Cerámica Blanca Determinaciones de metales pesados ( pseudo totales) Suelos contaminados y no contaminados Fijar niveles de referencia

  34. Respuestas a la Oponencia. Criterios mundiales sobre valores aceptables y/o permisibles del contenido pseudo-total en suelos agrícolas. Fuente: 1valores citados por Soares (2004) orientadores para diferentes metales pesados en ambientes distintos a ser empleados como referencia para monitorear niveles de contaminación, según el centro holandés CETESB (2001) propuestos para el estado de São Paulo, el cual posee el 33 % de los suelos de tipo Ferralítico y un clima tropical.Otros2 valores citados por Souza (2006) según diferentes criterios a nivel mundial en función de la variabilidad de los metales según su origen pedogenético. CE3 valores de referencia máximos aceptables en suelos agrícolas, considerados como fitotóxicos en el rango para toda la comunidad Europea (Peris, 2006). Los valores entre paréntesis son concentraciones obligatorias por reglamentación contenidos en Lodos con influencia en los suelos 1tolerable y obligatorio, 2 considerado tóxico.

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