Mecanismos de tolerancia relacionados con la bioacumulación de plomo por Dodonaea viscosa Público Deposited
La contaminación de suelos por elementos potencialmente tóxicos (EPT) es una importante amenaza ambiental y de salud debido a que éstos no se degradan y entran fácilmente en la cadena trófica. El plomo (Pb) es uno de los EPT más abundantes, es altamente tóxico y se encuentra como contaminante en bastas áreas de suelos. La fitorremediación, que implica el uso de plantas tolerantes para acumular y/o estabilizar EPT, es una alternativa factible para remediar estos sitios. La acumulación de Pb por las plantas puede alterar procesos metabólicos importantes y generar estrés oxidante. Sin embargo, muchas plantas pueden resistir este elemento, a través de la activación de mecanismos de exclusión y/o tolerancia. El objetivo de este trabajo fue determinar la resistencia de Dodonaea viscosa (L.) Jacq. al Pb, a través del estudio de su capacidad de exclusión y de la activación de mecanismos de tolerancia relacionados con el glutatión (GSH) y la actividad de enzimas antioxidantes (catalasa [CAT] y peroxidasa [G-POX]) y de conjugación (glutatión S-transferasa [GST]). Para lo anterior, se realizaron ensayos con agrolita bajo diferentes tratamientos con Pb. Cuando D. viscosa se expuso a diferentes concentraciones de Pb por 45 días, se encontró una concentración inhibitoria media (CI50) de 2228 mg kg-1 de agrolita seca (AS). Lo anterior indica una alta resistencia, principalmente debida a la exclusión de este elemento ya que, independientemente del tratamiento, ~90% del Pb total bioacumulado fue retenido en las raíces sin observar signos de fitotoxicidad. En plantas expuestas a una concentración subCI50 de Pb (2000 mg kg-1 AS) para estudiar el efecto del tiempo sobre la tolerancia y bioacumulación, se encontró que del Pb total bioacumulado en 105 días, ~90% fue retenido en raíces y el 40% se bioacumuló durante los primeros 10 días a una tasa de 0.476 µg planta día-1. El estrés causado por la alta tasa inicial de bioacumulación se relacionó con un aumento en la producción de GSH (~1.3 veces) y en la actividad GST (≤3.5 veces). Lo anterior condujo a una correlación negativa entre ambas variables y el Pb bioacumulado, indicando su participación conjunta en la detoxificación. Las actividades G-POX y CAT se incrementaron (≤1.3 y ≤3.3 veces, respectivamente) por efecto del Pb y se correlacionaron positivamente con el metal bioacumulado, sugiriendo que el sistema antioxidante de D. viscosa contribuye de forma importante a la tolerancia. D. viscosa es una especie que resiste la exposición a altas concentraciones de Pb debido a la activación de mecanismos tanto de exclusión (retención en raíz) como de tolerancia.
The soil pollution by potentially toxic elements (PTE) is a serious environmental and human health threat because they are non-degradable and are easily incorporated into the food chain. Lead (Pb) is one of the most abundant PTE, is highly toxic and it can be found as a pollutant in vast areas of soils. Phytoremediation, which involves the use of plants tolerant to bioaccumulate and/or stabilize PTE, is a feasible option to remediate these sites. Pb accumulation by plants can alter important metabolic processes and produce oxidative stress. However, many plant species can resist and accumulate this element through exclusion and/or tolerance mechanisms. The aim of this research was to assess the resistance to Pb by Dodonaea viscosa (L.) Jacq. through the study of both its avoidance (exclusion) ability and the activation of tolerance mechanisms associated to glutathione (GSH) and the activity of antioxidant (catalase [CAT] and peroxidase [G-POX]) and conjugation (glutathione S-transferase [GST]) enzymes. For that purpose, trials with perlite under different Pb treatments were carried out. When D. viscosa was exposed to different Pb concentrations, a half-inhibitory concentration (IC50) of 2228 mg kg-1 of dry perlite (DP) was found. This indicates a high resistance mainly attributed to its exclusion since, independently of the treatment, ~90% of the total bioaccumulated Pb was retained in the roots without any phytotoxicity sign. In plants exposed to a sub-IC50 concentration of Pb to study the effect of time on tolerance and bioaccumulation, we found that from the total Pb bioaccumulated in 105 days, ~90% was retained in roots and 40% was bioaccumulated during the first 10 days at a rate of 0.476 µg plant day-1. The stress caused by the high initial rate of bioaccumulation was associated with an increased GSH production (~1.3-fold) and GST activity (≤3.5-fold). This led to a negative correlation between both variables and the bioaccumulated Pb, indicating their coordinated participation in the detoxification. G-POX and CAT activities increased (≤1.3 and ≤3.3-fold, respectively) by effect of Pb and were positively correlated with the bioaccumulation, suggesting that the antioxidant system in D. viscosa contributes significantly to tolerance. Thus, D. viscosa is a species that withstands the exposure to high Pb concentrations due to the activation of both exclusion (root retention) and tolerance mechanisms.
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