Fitoestabilización de suelos contaminados con metales pesados utilizando especies aromáticas nativas capaces de promover microeconomías regionales

Tesis

Resumen *

El abordaje de la contaminación por metales pesados es una de las áreas controversiales de la investigación ambiental. A pesar de la existencia natural de estos elementos en el ambiente, varias fuentes antropogénicas han contribuido a una concentración inusualmente alta de metales, ocasionando serios daños a la salud y los ecosistemas. En este sentido, y en concordancia con la evolución de los estándares internacionales en materia de cuidado y protección del ambiente, las técnicas y estrategias de explotación industrial se han adaptado marcadamente en pos de alcanzar procesos de aprovechamiento sostenibles. Así, los procesos físico-químicos convencionales de descontaminación de suelos han sido paulatinamente sustituidos por estrategias más eficientes, económicas, de base biológica y con mejor aceptación pública como la fitorremediación. En este contexto, el objetivo de esta tesis fue generar el conocimiento necesario para desarrollar una estrategia de fitoestabilización de suelos contaminados con metales pesados, en base a la utilización sinérgica de especies aromáticas nativas y rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal, en un contexto de revalorización económica de los suelos. Como resultado de las campañas de bioprospección realizadas en sitios mineros y suelos disturbados, contribuí con el hallazgo de una nueva especie vegetal acumuladora de metales pesados con grandes perspectivas de aplicación a campo y con el conocimiento de su respuesta fisiológica y la estructura y diversidad de sus comunidades bacterianas cuando se cultiva en suelos contaminados in vitro. También se aislaron e identificaron bacterias rizosféricas tolerantes y a su vez promotoras del crecimiento vegetal. A través de herramientas moleculares y analíticas de microscopia se evaluó el secuestro de metales por parte de estas bacterias y la posibilidad de bioaumentarlas con el propósito de mejorar la estabilización de los metales en la rizósfera y evitar su translocación a la parte aérea vegetal durante el proceso de remediación. Por último se llevó a campo la estrategia de fitoestabilización para poder confirmar los hallazgos previos in vitro y en invernadero de esta nueva especie acumuladora. Se realizó la revegetación de 2 áreas de tiro y la extracción, a partir de la biomasa generada, de los aceites esenciales así como el seguimiento de la concentración de metal en los subproductos obtenidos. Nuestros resultados indican que Helianthus petiolaris puede crecer en suelos arenosos contaminados con hasta 400 mg Kg-1 de Pb, acumulando en sus raíces hasta un 40 % del metal presente en el suelo y traslocando a la parte aérea vegetal solo el 10% del metal acumulado. Además, esta especie adapta su comunidad bacteriana rizosférica para hacer frente a la presencia de este elemento. Los estudios in vitro indicaron que H. petiolaris también adapta el contenido de pigmentos fotosintéticos en sus células foliares para hacer frente a la presencia de estos metales. A su vez, los aceites esenciales obtenidos de las plantas cultivadas en los sitios contaminados no presentan diferencias en su composición con los obtenidos de sitios no contaminados, aunque el rendimiento de aceite esencial es significativamente menor cuando se obtiene de dichos sitios. Dentro de los 26 microorganismos tolerantes aislados e identificados, 6 bacterias tuvieron la mejor performance en términos de promoción vegetal in vitro. Bacillus paramycoides ST9, Bacillus wiedmanni ST29, Bacillus proteolyticus ST89, Brevibacterium frigoritolerans ST30, Cellulosimicrobium cellulans ST54, Methylobacterium sp. ST85 fueron seleccionadas para llevar a cabo los ensayos de bioaumentación individual y en consorcios. Dos cepas mostraron efectos significativos cuando fueron inoculadas individulmente en la especie vegetal H. annuus: B. proteolyticus ST89, que aumentó un 40% la biomasa vegetal y disminuyó la absorción de metales en un 20% y B. paramycoides ST9, que condujo a un aumento de las concentraciones de Pb y Cd en la parte aérea de H. annuus. Los consorcios testeados no obtuvieron mejores resultados en cuanto al aumento del desarrollo de biomasa vegetal con respecto a los resultados obtenidos con las bacterias individuales bioaumentadas. Sin embargo, fue visible un aumento del 80% y 85% en el secuestro de metales en la rizósfera de las plantas de H. annuus cuando fueron inoculadas con los consorcios artificiales C2 y C3 respectivamente. Por ultimo pudimos localizar las estructuras (sub)-celulares donde estos microorganismos secuestran los metales pesados: Bacillus wiedmanni ST29 y Bacillus paramycoides ST9 absorbieron el Pb dentro de las células; Bacillus paramycoides ST9 adsorbió en la pared celular la mayor cantidad de metal y Cellulosimicrobium cellulans ST54 lo retuvo en la matriz extracelular. Esto nos permite concluir que: i- la bioprospección de especies nativas puede aportar nuevos organismos naturalmente seleccionados, eficiente para la aplicación de la fitorremediación, aprovechando las múltiples ventajas ecológicas que estas especies vegetales representan; ii- la manipulación estratégicamente dirigida de las asociaciones e interacciones sinérgicas planta-bacteria, constituye una estrategia efectiva y tecnológicamente viable para la potenciación de este proceso, y iii- que tanto el aceite esencial como el agua floral obtenidos a partir de la biomasa vegetal pueden comercializarse con la seguridad de que no contienen metales. De esta manera las ganancias de la comercialización de estos productos podrían resolver tanto los costos de implementación de la restauración ambiental, como el impacto socio-económico que dejan muchas actividades extractivas cuando abandonan las áreas afectadas, impulsando emprendemientos que dinamicen las microeconomías en dichas regiones. Información suministrada por el agente en SIGEVA