Mecanismos de adsorción y acumulación intracelular de Pb²⁺ en Salvinia minima Público Deposited

La fitorremediación es una tecnología ambientalmente pertinente que ha resultado muy útil como método alternativo a las tecnologías convencionales, para el tratamiento de aguas residuales. Dentro de este contexto, los sistemas con plantas acuáticas han demostrado ser eficientes para eliminar metales. En estudios previos se encontró que la adsorción y la acumulación intracelular, en ausencia de nutrientes, son los principales mecanismos de eliminación de Pb2+ por Salvinia minima en sistemas de lagunas operadas por lote. Asimismo, se demostró que este helecho acuático es hiperacumulador de Pb2+ (Olguín et al., 2005). Sin embargo, es necesario generar más conocimiento para entender los mecanismos básicos participantes en la hiperacumulación del metal, lo que permitirá coadyuvar en la optimización de las fitotecnologías para el tratamiento de efluentes que utilizan plantas hiperacumuladoras. El presente trabajo es una contribución al conocimiento de algunos de los factores y mecanismos participantes en la hiperacumulación de Pb2+ en Salvinia minima a diferentes niveles, lo que coadyuvará en la evaluación de la hiperacumulación de metales en otras plantas de este tipo. Se describen por primera vez las características fisicoquímicas de Salvinia minima siendo, el área superficial (264 m²/g) y el contenido de grupos carboxilo (0.95 mmol/H+), dos de las más importantes en la acumulación de metales. Se determinó y evaluó la hiperacumulación de Pb2+ en un amplio intervalo de concentraciones iniciales (Ci) de Pb2+ (0.8±0.00, 2.70±0.03, 4.70±0.06, 15.18±0.55 y 28.40±0.22 mg Pb2+/L) y tiempos de exposición (0.5,2,4,6,8 y 24 h) en presencia de ciertos compuestos orgánicos e inorgánicos (ácido propiónico y sulfato de magnesio). Basado en un análisis de compartamentalización, se propusieron dos factores novedosos tales como el factor de adsorción (FAD) y el factor de acumulación intracelular (FAI) para obtener un mayor entendimiento sobre la hiperacumulación de Pb2+ en la planta. Este proceso se debe principalmente a la adsorción (FAD en el intervalo de 780 a 1980), resultado de sus extraordinarias características fisicoquímicas. Asimismo, se encontró que el Pb2+ fue acumulado intracelularmente a Ci tan altas como 28.40±0.22 mg Pb2+/L (FAI en el intervalo de 57 a1007). Además, se presenta un análisis cinético de dichos mecanismos a partir del cual la quimioadsorción fue inferida como el mecanismo específico responsable de la adsorción de Pb2+, de acuerdo al modelo de adsorción de pseudo-segundo orden. La acumulación intracelular también contribuyó a la hiperacumulación de Pb2+ en S. minima y parece estar descrita por el modelo de Michaelis-Menten.

Phytoremediation is an environmentally sound technology that has shown to be very efficient for the treatment of wastewaters. Treatment systems using aquatic plants have proven to be efficient to remove metals. Previously, it was found that the main Pb2+ removal mechanism, in batch-operated lagoons with Salvinia minima, was adsorption, followed by intracellular accumulation. Furthermore, S.minima was shown to be a Pb2+ hyperaccumulator (Olguín et al., 2005). However, more information is required to understand the mechanisms involved in metal hyperaccumulation and to contribute to the optimization of phytotechnologies using hyperaccumulating plants. This work is a contribution to understand some factors and mechanisms involved in the Pb2+ hyperaccumulation, in Salvinia minima at different levels, which will be very useful for the metal hyperaccumulation assessment in other plants of this type. The physico-chemical characteristics of the plant are presented. A high specific surface (264 m²/g) and a high content of carboxylic groups (0.95 mmol/H+) were found. Pb2+ hyperaccumulation was tested using a wide range of metal initial concentration (Ci) (0.8±0.00, 2.70±0.03, 4.70±0.06, 15.18±0.55 and 28.40±0.22 mg Pb2+/L) and exposure time (0.5, 2,4,6,8 and 24 h) in the presence and absence of some organic and inorganic compounds (propionic acid and magnesium sulfate). Based on a compartmentalization analysis, a bioadsorption (BAF) and an intracellular accumulation factor (IAF) were proposed to obtain an indepth insight into the Pb2+ hyperaccumulation in S. minima. The main mechanism during such process was adsorption (BAF ranged from 780 to1980) and according to the pseudo-second order adsorption model, chemisorption was predicted to play a major role. Surprisingly, it was found that Pb2+ was accumulated into the cells of the plant at a Ci as high as 28.40±0.22 mg Pb2+/L (IAF ranged from 5 to 1007). The intracellular accumulation of Pb2+ in S. minima seems to be described by Michaelis-Menten model.

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