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Acciones enzimáticas y contenidos en ADN
Acciones enzimáticas y contenidos en ADN

Materia orgánica y arcilla frente a la contaminación por metales pesados

miércoles 17 de julio de 2013, 09:27h

Un equipo de investigación integrado por miembros de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y del Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), ha detectado que la alteración de las propiedades bioquímicas y microbiológicas de los suelos agrícolas calcáreos ante la contaminación por metales pesados, puede minimizarse en presencia de constituyentes del suelo como arcilla, materia orgánica humificada y carbonato cálcico. La investigación ha sido financiada por la Red Caresoil.

Las características climáticas (baja precipitación y elevada evapotranspiración) y el contenido en carbonato de los suelos agrícolas calcáreos del área mediterránea favorecen la acumulación y retención de metales pesados en los horizontes superficiales del suelo. Sin embargo, ante un cambio en las condiciones del medio, se podría producir una removilización metálica, lo que implicaría un riesgo de toxicidad para las plantas y los microorganismos del suelo. En este contexto, determinados constituyentes del suelo podrían jugar un papel esencial minimizando este proceso.

Estudios previos del Grupo SIAM del Departamento de Edafología de la UCM, realizados en suelos carbonatados de uso agrícola, pusieron de manifiesto que la arcilla y la materia orgánica son dos constituyentes del suelo claves en la disminución de la bioacumulación de metales pesados en Lactuca sativa L. (lechuga). Posteriormente, y como consecuencia de estos resultados, hemos realizado nuevos estudios, en colaboración con la Unidad Pessac, del INRA, para investigar si estos mismos constituyentes determinan la alteración de las poblaciones microbianas del suelo frente a la contaminación metálica. Con este fin, se seleccionó un grupo de muestras de suelo agrícola (con diferente contenido en carbonato, materia orgánica y arcilla) que fueron contaminadas con una mezcla de Cd, Cu, Pb y Zn a dos niveles (bajo y alto), dentro de los límites permitidos en la legislación europea vigente para suelos agrícolas.

Con el objetivo de estudiar la alteración bioquímica de los suelos ante la contaminación metálica, se evaluaron las actividades extracelulares ?-galactosidasa, ureasa, fosfatasa y arilsulfatasa, puesto que estas actividades están implicadas en los principales ciclos biogeoquímicos de los nutrientes de los suelos (carbono, nitrógeno, fósforo y azufre). Como cabía esperar, todas las actividades enzimáticas disminuyeron con la contaminación metálica (Figura 1A). No obstante, se observó un amplio rango de inhibición (entre 1 y 100%) entre las diferentes muestras de suelo, poniendo de manifiesto que la contaminación metálica no es el único factor que controla la persistencia de la actividad enzimática en estos suelos, sino que los constituyentes del suelo juegan un papel fundamental.

En este sentido, se vio que el mayor porcentaje de inhibición enzimática se producía en un grupo de muestras de suelo con menor proporción de arcilla y materia orgánica humificada. El menor contenido en estos constituyentes podría limitar la estabilización física de las enzimas extracelulares en el medio, así como la retención de metales pesados. Los resultados indicaron, por tanto, que estos constituyentes son esenciales para la persistencia de la actividad enzimática frente a la contaminación metálica en suelos agrícolas calcáreos del área mediterránea, a pesar del bajo contenido en materia orgánica que presentan.

Por otro lado, sabemos que las enzimas extracelulares son generalmente dependientes del estado del organismo (activo, inactivo o muerto), existiendo un desfase temporal entre la muerte celular y la disminución de la actividad enzimática. Con el fin de dilucidar si la disminución de la actividad enzimática se debía en mayor medida a la inhibición de las enzimas, o bien a la alteración de la comunidad microbiana que las sintetiza, el siguiente paso planteado fue evaluar la alteración del tamaño de las poblaciones microbianas, estimado mediante la extracción y cuantificación del ADN total. En este sentido, se observó que la concentración de ADN total disminuía en las muestras contaminadas (~ 50 %), revelando una elevada perturbación de la comunidad microbiana, la principal fuente de enzimas (Figura 1B). Con el objetivo de esclarecer qué población estaba siendo más afectada, se cuantificó la concentración de ADN bacteriano y fúngico mediante PCRs cuantitativas en tiempo real. En primer lugar, observamos una elevada disminución de la concentración de ADN bacteriano (20-50 %), mientras que el tamaño de la población fúngica no se vio significativamente alterado con la contaminación de la mezcla metálica. En segundo lugar, detectamos que la menor disminución de la concentración de ADN bacteriano se producía en suelos con mayor proporción de materia orgánica, arcilla y/o carbonato, mostrando que estos constituyentes juegan un papel clave en la supervivencia y persistencia de la comunidad bacteriana mediante estabilización física, aporte de sustrato y/o retención de los metales.

Por tanto, estos experimentos ponen de manifiesto que tanto la persistencia de las actividades enzimáticas, como la supervivencia de las poblaciones bacterianas, estuvieron determinadas por la proporción de materia orgánica humificada, carbonato y arcilla. El estudio ha sido publicado en la revista Arch Environ Contam Toxicol y en el congreso Soil Interfaces in a Changing World (6th ISMOM) celebrado recientemente en Montpellier (Francia), y forma parte de la tesis doctoral de Ana de Santiago Martín.

Teniendo en cuenta estos resultados, y como conclusión de nuestro estudio, proponemos revisar la legislación europea en materia de suelos contaminados, con objeto de modificar, por un lado, los límites individuales propuestos cuando la contaminación se produce por una mezcla metálica y, por otro, tener en cuenta las características de los suelos, especialmente en suelos carbonatados.

Desde esta perspectiva, nos planteamos seguir con esta línea de investigación para definir qué otros elementos del suelo intervienen en este tipo de contaminación, al tiempo de proponer colaboraciones con aquellas empresas que entre sus líneas de actuación esté la recuperación de suelos, especialmente aquellos que contengan proporciones elevadas de carbonato.

Autores: Ana de Santiago Martín, Nathalie Cheviron, Jose R. Quintana, Concepción González, Antonio L. Lafuente y Christian Mougin.

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