Aislamiento de hongos endófitos de plantas tolerantes a plomo para su potencial uso en fitorremediación Público Deposited
During centuries, the mining in Mexico produced high amounts of wastes that were improperly disposed, impacting large areas of soils with toxic elements such as Pb and Cd. Phytoremediation is one of the few technically and economically feasible alternatives to clean up these sites. In such case, the process involves the use of plants and the associated microorganisms to extract, transform and/or stabilize metals through their accumulation in the aerial tissues (phytoextraction) or their transformation, solubility reduction or accumulation in roots (phytostabilization). Although high concentrations of metals can decrease the activity of microorganisms associated with plants growing in polluted soils, some of them are tolerant and can enhance phytoremediation processes. Among them, there are fungi that at some stage in their life cycle are associated with the roots and behave as endophytes, favoring plant growth and phytoremediation. However, phytoremediation studies related to these fungi are still scarce, but it has been shown to they have great potential to improve the applicability and efficiency of this technique. The application of this type of fungus to improve the phytoremediation of metals has been delayed, partly due to the lack of strains tolerant to toxic metals. In this context, the aim of this study was to evaluate the growth of Dodonaea viscosa, a plant that tolerates and stabilizes lead, by effect of the inoculation with endophytic fungi tolerant to lead. To achieve this aim, the work was divided into three stages. During the first, endophytic fungi were isolated from roots of shrubs (Acacia spp., Prosopis sp. y Fraxinus sp.) growing in a Pb-polluted site in Chihuahua. In the second stage, qualitative tests of interaction between D. viscosa and the isolated strains were conducted. Then, we selected the non-phytopathogenic fungi, which were used for quantitative tests (x3) on the plant growth. Finally, the selected strains were morphologically y identified and their tolerance and lead accumulation ability were determined. We isolated 52 endophytes from roots containing between 200 and 500 mg Pb/kg of dry matter (DM), and a strain isolated from seeds of D. viscosa. Of all isolates, five were not plant pathogens. From these, two strains (AA-1 y DO-S) significantly stimulated (~100%) the biomass production of roots and shoots of D. viscosa with respect to uninoculated plants. Two other strains (AB-2 y PR-1) did not cause significant changes in these variables, while the strain FR-1 significantly reduced the biomass of shoots (33%) and roots (46%). Pb tolerance for each strain was estimated with data from the radial growth rate (RGR) in terms of the half inhibitory concentration (IC50). In general, strains isolated from roots with Pb were more tolerant than that isolated from seeds of D. viscosa. IC50 values, estimated at a concentration range from 0 to 1500 mg Pb/L were found in the following order: AB-2 > PR-1 > FR-1 > DO-S > AA-1. According to the morphological characteristics, we suggest that the strain AB-2 belongs to the Bipolaris genus, PR-1 to Cunninghamella, FR-1 to Emericella, DO-S to Phialocephala and AA-1 to the Penicillium genus. The isolation and study of tolerant fungal endophytes with phytoremediation purposes is of great importance, since their application can improve the plant growth and provide several benefits to the host plants, mainly through the reduction of stress caused by the presence of toxic elements in the soil.
Durante siglos, la minería en México generó grandes cantidades de residuos que fueron dispuestos inadecuadamente, impactando grandes áreas de suelos con elementos tóxicos, como Pb y Cd. La fitorremediación es una de las pocas alternativas técnica y económicamente factibles para limpiar estos sitios. En tal caso, el proceso implica el uso de plantas y los microorganismos asociados para extraer, transformar y/o estabilizar los metales a través de su acumulación en tejidos aéreos (fitoextracción) o su transformación, reducción de solubilidad o acumulación en raíces (fitoestabilización). Aunque altas concentraciones de metales pueden disminuir la actividad de microorganismos asociados con plantas que crecen en suelos contaminados, hay algunos tolerantes y que pueden mejorar procesos de fitorremediación. Entre ellos, hay hongos que en cierta etapa de su ciclo de vida, se asocian con las raíces y se comportan como endófitos, favoreciendo el crecimiento vegetal y la fitorremediación. Sin embargo, los estudios de fitorremediación relacionados con estos hongos son aún escasos, pero se ha demostrado que tienen un gran potencial para mejorar la aplicabilidad y eficiencia de dicha técnica. La aplicación de este tipo de hongos para mejorar la fitorremediación de metales ha sido retrasada, en parte, debido a la falta de cepas tolerantes a metales tóxicos. Con base en lo anterior, el objetivo de este trabajo fue evaluar el crecimiento de Dodonaea viscosa, una planta que tolera y estabiliza plomo, por efecto de la inoculación con hongos endófitos tolerantes a Pb. Para cumplir con el objetivo, el trabajo se dividió en tres etapas. Durante la primera, se aislaron hongos endófitos de raíces de arbustos (Acacia spp., Prosopis sp. y Fraxinus sp.) que crecían en un sitio contaminado con Pb en Chihuahua. En la segunda, se hicieron pruebas cualitativas de interacción entre D. viscosa y las cepas aisladas, de donde se seleccionaron las que no resultaron fitopatógenas; con éstas, se realizaron pruebas cuantitativas (x3) sobre el crecimiento vegetal. Finalmente, las cepas se identificaron morfológicamente y se determinó su tolerancia y capacidad de acumulación de Pb. Se aislaron 52 hongos endófitos de raíces que contenían entre 200 y 500 mg Pb/kg de materia seca (MS), más una cepa de semillas de D. viscosa. Del total de los aislados, cinco no resultaron fitopatógenos para la planta. De éstos, dos cepas (AA-1 y DO-S) estimularon significativamente (~100%) la producción de biomasa de raíces y tallos de D. viscosa con respecto a plantas sin inocular. Otras dos cepas (AB-2 y PR-1) no causaron cambios significativos en dichas variables, mientras que la cepa FR-1 provocó una reducción significativa en la biomasa de tallos (33%) y de raíces (46%). La tolerancia a Pb para cada cepa se estimó a partir de la velocidad de crecimiento radial (VCR), en términos de la concentración inhibitoria media (CI50). En general, las cepas aisladas de raíces con Pb fueron más tolerantes que la aislada de semillas de D. viscosa (DO-S). La CI50, estimada en un rango de concentraciones de 0 a 1500 mg Pb/L, se encontró en el siguiente orden: AB-2 > PR-1 > FR-1 > DO-S > AA-1. De acuerdo con las características morfológicas, se sugiere que la cepa AB-2 pertenece al género Bipolaris, PR-1 a Cunninghamella, FR-1 a Emericella, DO-S a Phialocephala y AA-1 al género Penicillium. El aislamiento y estudio de hongos endófitos tolerantes con fines de fitorremediación es de gran importancia, ya que su aplicación puede mejorar el crecimiento vegetal y conferirle una serie de ventajas a las plantas, principalmente a través de la reducción del estrés que causa la presencia de elementos tóxicos en el suelo.
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