Efectos de los metales pesados en las plantas

 Información preparada por el alumno Daniel Alejandro Truchado Martín de la asignatura de Contaminación Ambiental y Biodiversidad del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica.

 

El término “metales pesados” se refiere a un conjunto de elementos metálicos y a algún semimetal, que no son esenciales (no forman parte de la materia viva) y presentan un efecto tóxico para los seres vivos. Algunos ejemplos son el cadmio (Cd), el plomo (Pb) o el mercurio (Hg).

Las plantas no son una excepción, y la presencia de metales pesados en el suelo tiene una serie de efectos negativos sobre ellas. Sin embargo, también presentan una serie de mecanismos de resistencia a este tipo de contaminantes.

Entre los efectos negativos, se puede encontrar una inhibición del crecimiento de la planta, ya sea de las raíces como del resto de órganos. También tienen lugar un gran número de daños estructurales, puesto que la presencia de metales pesados en el interior de las células provoca la aparición de especies reactivas de oxígeno (ROS), produciendo estrés oxidativo. Esto, además, produce una inestabilidad de las membranas celulares.

Los metales pesados también afectan a la planta en sus actividades fisiológicas y bioquímicas. En el caso de la anhidrasa carbónica, el átomo de zinc presente en su centro activo es reemplazado por uno de metal pesado, produciendo una gran disminución de su actividad. Lo mismo sucede con varias de las enzimas implicadas en el ciclo de Calvin. Otros efectos negativos de los metales pesados en plantas son la disminución del contenido en clorofila y del potencial hídrico en las hojas, o el cierre estomático, con la consiguiente falta de CO2 para llevar a cabo una correcta fotosíntesis.

En cuanto al banco de semillas de un medio contaminado, también se ve afectado de forma negativa por la presencia de metales pesados. La mayoría produce un retraso en la germinación, y en algunos casos como con el plomo, la germinación es inhibida. Cuando la germinación tiene lugar, los embriones presentan tales alteraciones morfológicas y/o fisiológicas que, en muchos casos, acaban muriendo.

En relación a los mecanismos de resistencia frente a metales pesados, las plantas poseen una gran variedad de ellos. A nivel celular, la planta puede bloquear o reducir el flujo de entrada del metal pesado mediante la regulación de transportadores de membrana. También puede darse un bombeo extracelular del metal. Otro mecanismo de resistencia consiste en quelar al metal en el interior de la célula para que no interfiera con el metabolismo, o incluso llegar a bioacumularlo en vacuolas para expulsarlo posteriormente.

Las plantas poseen tres tipos de moléculas capaces de quelar al metal pesado: el glutatión, las fitoquelatinas y las metalotioneínas. El glutatión es un tripéptido que contiene cisteína. Puede unirse al metal y ser excretado posteriormente, o puede atenuar el efecto de la producción de ROS producidas por la presencia del metal en las células. Las fitoquelatinas son oligopéptidos formados por la condensación de varias moléculas de glutatión. Se unen al metal para evitar que produzca daños a la célula y son las más abundantes de las moléculas capaces de quelar metales pesados. Por último, las metalotioneínas son proteínas ricas en cisteína (al igual que las anteriores, con grupos –SH que se van a unir al metal). Su expresión es inducible por el metal pesado.

Los tres tipos de moléculas van a secuestrar el metal pesado para luego ser excretado al medio externo.

Algunas plantas pueden precipitar o inmovilizar el metal pesado en la superficie o en los tejidos de la raíz para así impedir que llegue a la parte aérea.

Un grupo de plantas pertenecientes a varias familias distintas reciben el nombre de hiperacumuladoras, ya que son capaces de absorber entre el 0,1 y el 1% de su peso seco del metal pesado y acumularlo en sus partes aéreas sin sufrir efecto fitotóxico. Esto es posible gracias a la rápida translocación del metal a las hojas y su posterior detoxificación y secuestro en ellas.

Con algunos metales como el Hg, algunas plantas son capaces de absorberlo junto con el agua del suelo, metabolizarlo y liberarlo mediante transpiración en forma de dimetil mercurio a través de los estomas.

Estas últimas propiedades han sido muy utilizadas para la fitorremediación, con el objetivo de eliminar la presencia de un metal pesado de suelos contaminados.

 

Bibliografía:

Cobbett, C. 2002. Phytochelatins and Metallothioneins: Roles in Heavy Metal Detoxification and Homeostasis. Annual Review of Plant Biology. 53: 159-182

Navarro-Aviñó, J. P., Aguilar, I. & Lopez-Moya, J. R. 2007. Aspectos bioquímicos y genéticos de la tolerancia y acumulación de metales pesados en plantas. Ecosistemas. 16: 10-25

Rascio, N. 2011. Heavy metal accumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting? Plant science. 180: 169-181

Sunil Kumar, S. & Shyamasree, G. 2013. Effect of heavy metals on germination of seeds. Journal of Natural Science, Biology and Medicine. 4: 272-275

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