UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BARCELONA. EFECTOS FISIOLÓGICOS Y COMPARTIMENTACIÓN RADICULAR EN PLANTAS DE Zea mays L. EXPUESTAS A LA TOXICIDAD POR PLOMO

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1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BARCELONA EFECTOS FISIOLÓGICOS Y COMPARTIMENTACIÓN RADICULAR EN PLANTAS DE Ze mys L. EXPUESTAS A LA TOXICIDAD POR PLOMO

2 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BARCELONA FACULTAD DE CIENCIAS LABORATORIO DE FISIOLOGÍA VEGETAL DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA ANIMAL, BIOLOGIA VEGETAL Y ECOLOGÍA VºBº Los directores de l Tesis Dr. Jun Brceló Coll Dr. Benet Gunsé Forcdell Tesis presentd por DIANA GARCÍA VARGAS Pr optr l grdo de Doctor en Ciencis Biológics Por l Universidd Autónom de Brcelon

3 Jun Brceló Coll, Ctedrático de Fisiologí Vegetl y Benet Gunsé Forcdell, Profesor Titulr de Universidd de Fisiologí Vegetl de l Fcultd de Ciencis de l Universidd Autónom de Brcelon. CERTIFICAN: Que l iólog Din Grcí Vrgs, h relizdo jo su dirección en el Lortorio de Fisiologí Vegetl de l Fcultd de Ciencis de l Universidd Autónom de Brcelon, el trjo que pr optr l grdo de Doctor en Ciencis (Sección Biologí) present con el título: EFECTOS FISIOLÓGICOS Y COMPARTIMENTACIÓN RADICULAR EN PLANTAS DE Ze mys L. EXPUESTAS A LA TOXICIDAD POR PLOMO. Considerndo concluid l presente memori, utorizmos su presentción, fin de que pued ser juzgd por el triunl correspondiente. Y, pr que sí conste, firmmos el presente certificdo 3 de julio de Jun Brceló Coll Benet Gunsé Forcdell

4 Especilmente pr mis pdres, mis hermnos y mi esposo.

5 AGRADECIMIENTOS Muchs persons se vieron implicds durnte mí trjo doctorl. Primero que todo, quiero grdecer l Dr. Jun Brceló Coll, quien h ddo l ide pr trjr en este proyecto, siempre creyó en mí y gestionó los recursos pr relizr l investigción experimentl trvés del proyecto BFU CO2-01 del Ministerio de Educción y Cienci de Espñ y los proyectos 2001SGR y 2005R de l Generlitt de Ctluny. Quiero grdecer l profesor Benet Gunsé Forcdell por ceptr l supervisión de est tesis y quien ceptó ser codirector de l mism. Quien condujo l técnic de sond de presión, ls determinciones de los prámetros hídricos en ls plnts, sí como los nálisis de microscopí de epifluorescenci y, los nálisis de polrogrfí junto con Ros Pdill. Quien siempre tuvo disposición pr discutir los resultdos de l investigción. Por su clidd docente como mentor de est tesis doctorl. A ls persons que trjn en l unidd de Fisiologí Vegetl por su oportun yud durnte los últimos tres ños: Chrlotte Poschenrieder, Josep Allué, Mercè LLugny, Roser Tolrà, Xvi Feix, Isel Corrles, Montserrt Amenós, Livi Chves, Sndr Mrtín, Ros Pdill, y Crmen Ny. Estos pequeños logros personles son posiles grcis l poyo emocionl y uenos deseos de mis seres queridos durnte mí úsqued del ser.

6 TABLA DE CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Estrés por metles pesdos Estrés por plomo Distriución de plomo en l ríz Plomo en el poplsto Pred celulr Memrn plsmátic Trnsporte de plomo Efectos fisiológicos A lts concentrciones de P A js concentrciones de P Efectos ultrestructurles Efectos ioquímicos Efectos sore ls ctividdes enzimátics Efectos sore l fotosíntesis Efectos sore l respirción y contenido en ATP Efectos sore l sorción de nutrientes Efectos sore ls relciones hídrics Tolernci l plomo Metolismo oxidtivo Mecnismos de protección vegetl Mecnismos de tolernci l plomo Remedición de suelos contmindos con plomo... 29

7 2. OBJETIVOS MATERIAL Y MÉTODOS EXPERIMENTOS REALIZADOS Muestr iológic Mteril vegetl y condiciones de cultivo Mediciones relizds Actividd del P lire Medid de l ctividd nitrto reducts Medid del crecimiento Determinción del peso fresco, peso seco y contenido hídrico Medid del áre folir Medición de l longitud rdiculr Crecimiento soluto Medid de l extensiilidd de coleóptilos Medid de relciones hídrics y fotosíntesis Determinción del potencil hídrico de l prte ére Determinción del potencil osmótico de ríz y prte ére Determinción de l conductividd hidráulic y funcionlidd de cuporins medinte sond de presión Medición de l ts de trnspirción y fotosíntesis Comprtimentción Medid del P totl....52

8 Medid del contenido y especición del P en exuddos de xilem y en solución nutritiv Visulizción de l vrición en el clcio citoplsmático en punts de ríz Comprtimentción y visulizción de l penetrción de P en punts de ríz Visulizción del P poplástico Visulizción del P simplástico Visulizción de l viilidd celulr en el ápice rdiculr medinte tinción vitl Trtmiento estdístico RESULTADOS Efectos sore l ctividd nitrto reducts Efectos sore el crecimiento Efectos sore peso fresco, peso seco y contenido hídrico Efectos sore el áre folir Efectos sore l longitud rdiculr Efectos sore l extensiilidd, plsticidd y elsticidd Efectos sore relciones hídrics y fotosíntesis Efectos sore el H2O de prte ére, Ψπ de ríz y prte ére yψπ de exuddos Efectos sore l conductividd hidráulic y l funcionlidd de ls cuporins Efectos sore l presión hidrostátic de l ríz Efectos sore el módulo ß Efectos sore t ½ Efectos sore L Pr

9 4.3.3Efectos sore l ts de trnspirción y fotosíntesis Análisis de comprtimentción Contenido totl de P en ríz y prte ére Análisis de exuddos y contenido en P en exuddos y solución nutritiv Efectos sore l comprtimentción de P P poplástico P simplástico Efectos sore ls vriciones de clcio citoplsmático Tinción vitl DISCUSIÓN CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

10 1 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Estrés por metles pesdos. Algunos metles como el Mn +2, el Fe +3, el Zn +2 o el Cu +2 son esenciles pr el desrrollo norml de ls plnts y que son componentes estructurles y/o ctlíticos de proteíns y enzims. Algunos metles, como el Cr +3, V, Ti, Co y Se, pesr de no ser esenciles, son eneficiosos. Sin emrgo, l ctividd humn lier, sore todo l suelo, grndes cntiddes de metles. El exceso de Al +3, Cd +2, Hg +2, As +3 o P +2, resultn de especil relevnci tóxic pr ls plnts. L fitotoxicidd por metles tóxicos se mnifiest prticulrmente en suelos ácidos y fect tnto el crecimiento como l formción de ríces lterles y secundris. Además, l cumulción de Cd +2 o P +2 supone un peligro dicionl l integrrse en l cden trófic. Actulmente se conocen un poco los mecnismos específicos de sorción de metles pesdos por ls memrns vegetles. Sin emrgo, se se que por difusión, flujo en ms e intercmio ctiónico, los metles lcnzn fácilmente l ríz pr seguir l rut poplástic o l rut simplástic. Este órgno constituye l entrd principl de metl pesdo en plnts superiores. L ríz posee crgs negtivs en sus céluls rizodérmics, pertenecientes polímeros como los grupos croxilo del ácido péctico y diverss proteíns estructurles y enzimátics. Ests crgs negtivs, l unirse en el espcio de l rizosfer crgs positivs, como ls de los ctiones metálicos P +2, formn un interfse en equilirio. Estos ctiones entrrn por l pred celulr, que es hidrófil y fcilit el trnsporte e intercmio de iones y un vez llí, se unirán ls crgs negtivs de l pred celulr y serán trnsportdos rdilmente, en prte por l ví poplástic y en prte por l ví simplástic. En ls zons picles jóvenes l nd de Cspri no se h formdo y todo el metl ps poplásticmente hst l zon vsculr, lo que no sucede con ríces dults, donde l diferencición de tejidos y formción de endodermis y exodermis olig ndonr l ví poplástic y utilizr l simplástic (Brceló et l., 2005). Recientes estudios hn demostrdo el uso de trnsportdores en memrn, los cules tienen diferente finidd por lgunos metles y fcilitn su pso trvés de l mism. L principl fmili se denomin ZIP (ZRT, IRT-like Proteine) (Guerinot,

11 2 2000). Respecto l trnsporte lrg distnci, se consider que los metles vijn desde l ríz hst el xilem de ls hojs como iones lires o complejdos con un ácido orgánico, siguiendo l corriente de l trnspirción (Longnecker y Roson, 1993). En el floem se consider l trnslocción sistémic de metles soridos por ls hojs desde l tmósfer y l cumulción ví floem en semills y/o frutos. L soluilidd del metl en el floem se dificult por l presenci de P y por el ph lclino. Sin emrgo, se pueden formr complejos con minoácidos o con l nicotinmid. El primer comprtimento celulr en contcto con los metles pesdos en el espcio del poplsto es l pred celulr, donde los iones se dsoren ls crgs negtivs de l mism y se lmcen grn proporción de los metles pesdos ntes de ser soridos por ls ríces. Estos metles se lmcenn como precipitdos o en form cristlin en ls predes de ls céluls epidérmics o del córtex exterior y se h oservdo que se puede fvorecer in vitro el desplzmiento de los iones dsoridos en l pred celulr con soluciones de intercmio ctiónico. Algunos metles pueden ocsionr reducción de l elsticidd y de l extensiilidd de ls predes celulres (Gunsé et l., 1997). Ests lterciones fisicoquímics de ls predes celulres se sugiere que pueden deerse trstornos enzimáticos en l iosíntesis de los constituyentes mcromoleculres de l pred, cmios en l distriución de crgs y en el ensmlje de los polímeros, cmios en l distriución de los microtúulos y del sistem endomemrnoso (prto de Golgi) y/o cmios en l dhesión entre pred y memrn citoplsmátic. El segundo comprtimento celulr en contcto con los iones metálicos es l memrn plsmátic; por lo tnto, el centro controldor del síndrome tóxico de l sorción de ion metálico hci el interior de ls céluls es el plsmlem. Los efectos iniciles sore l memrn citoplsmátic dependen de l ctividd iónic en l superficie extern del plsmlem de ls céluls rdiculres según cálculos utilizndo el método de Gouy-Chpmn-Stern (Kinride, 1994), unque generlmente los efectos oservdos se trducen en rotur de memrns, pérdid de l comprtimentción celulr y, como síntoms finles, poptosis y necrosis. En condiciones normles, ls crgs negtivs del plsmlem están neutrlizds por ctiones como C +2 y Mg +2 proporcionndo estilidd l memrn. Ctiones

12 3 tóxicos como el Hg +2, con elevd finidd por los grupos sulfhidrilo de ls memrns ocsionn cierre de ls cuporins o cnles hídricos y excesivo flujo de K + (Ernst, 1998), l vez que puede ocsionr l inhiición competitiv de cnles iónicos como el cnl de C +2. Aunque el mecnismo primrio responsle de l disfunción de ls memrns es l peroxidción de lípidos, no se puede confundir el estrés oxidtivo de l fse degenertiv con el metolismo oxidtivo cusdo por ctiones metálicos. Existen vris estrtegis de cción direct e indirect de los iones metálicos pr generr rdicles lires de oxígeno y de especies rectivs l oxígeno (ROS) que, su vez, dñn crónicmente ls memrns, los ácidos nucleicos y l fotosíntesis (Dietz et l., 1999). Los metles pesdos inhien el flujo de electrones de l cden de trnsporte o del Ciclo de Clvin; por lo tnto, cundo l intensidd lumínic es lt, el prto fotosintético sore más energí lumínic que l que suele utilizrse en recciones metólics normles. Como consecuenci, el prto fotosintético trnsfiere l energí los únicos ceptores disponiles en los cloroplstos: los rdicles de oxígeno, donde sucede l rección de Mehler, cuyo producto, el rdicl nión superóxido, form peróxido de hidrógeno. El exceso de peróxido de hidrógeno foment l formción de rdicles hidroxilo (OH - ), oxidntes fuertes de ácidos orgánicos que pueden inicir l formción en cden de nuevos rdicles ltmente tóxicos pr ls céluls. Adicionlmente, l inhiición de l cden de trnsporte electrónico fotosintético tmién puede fvorecer l trnsferenci de energí desde l clorofil excitd por l luz hci el O 2 formándose oxígeno en estdo de singlete, el cul, deido su elevd rectividd es ltmente tóxico pr ls céluls. L rección de defens de ls céluls consiste en l producción de enzims ntioxidntes como l peroxids y superóxido dismuts (SOD), medinte l cden redox scorto-gluttión; sin emrgo, l toxicidd de los metles pesdos ocsion disminución de l cpcidd ntioxidnte de ls céluls (Vn Assche y Clijters, 1990). Tmién se h oservdo l inhiición de l similción de CO 2, tnto por umento en l resistenci estomátic, como de l resistenci mesofílic. Plnts expuests Cd, Al, Cu, Cr, Ni, Zn o Hg mostrron cierre estomático por déficit hídrico inducido por los metles cus de sus efectos tóxicos iniciles en ls ríces y su interferenci con l

13 4 sorción y trnslocción del gu. L reducción de l pertur estomátic en l inhiición de l fotosíntesis inducid por metles pesdos segurmente depende del tipo de metl (Poschenrieder y Brceló, 1999). El Cd y el Al inhien, con similr intensidd, l fotosíntesis y l trnspirción, mientrs que Zn, P y Cu pueden cusr un drástic reducción en l eficienci del uso del gu, lo que sugiere que fctores diferentes los propios del cierre de estoms juegn un ppel en l inhiición de l fotosíntesis por estos metles. Ls dptciones específics de ls plnts l estrés por metles se sn en mecnismos de resistenci que reducen su entrd en l plnt, o que, un vez soridos, permiten su lmcenmiento en lugres no perjudiciles pr ls céluls. Inicilmente se mnifiestn los mecnismos de prevención o voidnce según Levitt (1980), que permiten mntener un j concentrción de metl en el simplsto tles como: o l exudción de sustncis hci l rizosfer. o l inmovilizción en el poplsto. o l secreción folir. o l voltilizción. o el eflujo. L sorción de metles puede disminuir por unión ácidos orgánicos exuddos l suelo por los ápices rdiculres o por los loclizdos en ls predes celulres, sí como por l restricción de su trnsporte trvés de l memrn plsmátic. L nturlez quelnte de metles de los ácidos orgánicos es crcterístic de cd especie. Pr el míz y l judí es el citrto, y pr el trigo es el mlto (Tudel y Tdeo, 1993). Adicionlmente, los metles tmién tienen finidd por fenoles y ciertos minoácidos tles como los sideróforos de origen microino y los fitosideróforos exuddos por ls propis plnts. El mucílgo (mucopoliscáridos) segregdo por l cofi, mntiene húmed l zon picl rdiculr y fvorece l penetrción de l ríz trvés del suelo; demás, puede retener en sus crgs negtivs ctiones como P 2+, Cu 2+ o Cd 2+ previniendo l entrd de estos iones tóxicos l ápice rdiculr (Mrschner, 1995). L inmovilizción cumul un proporción importnte del contenido totl de metles de un plnt en tres frcciones poplástics rdiculres: en el espcio lire de

14 5 gu pr ls forms solules; en el espcio lire de Donnn formdo por crgs negtivs de los ácidos poliglcturónicos, los cules se unen los ctiones metálicos en función de l secuenci Al > P > Cr > Cu > Zn = Mn (Ernst et l., 1992, Rengel, 1997) y en l superficie, pred o espcios intercelulres de ls ríces como depósitos sólidos (Brceló y Poschenrieder, 1999). El eflujo ctivo trvés del plsmlem puede cmir ls propieddes fisicoquímics del suelo y l especición de los metles mnteniendo js concentrciones de metles en el simplsto. Un vez hn entrdo los metles en l célul, empiezn funcionr los mecnismos de tolernci que permiten soportr lts concentrciones de metl en el simplsto y fcilitn el lmcenmiento de los iones tóxicos en lugres no perjudiciles pr ls céluls. Estos mecnismos son: o Desintoxicción (complejos con ácidos orgánicos). o Comprtimentción (cumulción en vcuol). o Actividd de enzims tolerntes. Los metles soridos en l célul pueden ser elimindos del citoplsm por unión los mismos ácidos que tmién están presentes en l pred, o medinte enlces tiol péptidos de jo peso moleculr ricos en el minoácido cisteín (fitoqueltins). Posteriormente, los metles unidos estos compuestos son lmcendos en l vcuol (Ernst, 1975). Ls fitoqueltins son rics en grupos SH, por lo que tmién se les conoce como cdistins.y presentn elevd finidd pr ctiones de metles. Los diferentes iones metálicos tienen diferente cpcidd de inducir l síntesis de fitoqueltins, según l progresión Hg > Cd > As > Ag > Cu > Ni > P > Zn. L sensiilidd l Cd ument en plnts trtds con BSO (un inhiidor de l síntesis de fitoqueltins) y en mutntes de Aridopsis thlin con jos niveles de gluttión el cul es un precursor de l síntesis de fitoqueltins. Prece que l síntesis de fitoqueltins es esencil pr niveles constitutivos normles de tolernci l Cd, Hg y As, pero no pr l tolernci norml l Cu o Zn. L hipótesis de que ls fitoqueltins ctúen como posile form de trnsporte de metles, especilmente del Cd, ls relcion, demás, con l comprtimentción vcuolr. No ostnte, l elevd tolernci l Cd selecciond jo condiciones nturles en metlofits no se dee, prentemente, ls fitoqueltins. Así, igul concentrción extern, lgunos ecotipos

15 6 sensiles l Cd de Silene vulgris sintetizn más fitoqueltins que los tolerntes. El estímulo de l síntesis de fitoqueltins es un respuest l presenci de elevds concentrciones interns de iones metálicos tóxicos de form que más que un síntom de tolernci, prece ser un mrcdor ioquímico de l tensión sufrid por l plnt (De Knecht et l., 1994). El nálisis de l ctividd enzimátic en medios con concentrciones crecientes de metles pesdos, por regl generl, muestr que no hy diferencis sustnciles entre metlofits y plnts no tolerntes en l sensiilidd de ls enzims citoplsmátics l toxicidd de iones metálicos (Ernst et l, 1992). Sin emrgo, se hn oservdo diferencis en l ctividd de enzims extrcelulres tles como fosfts ácid en ecotipos de Agrostis tenuis con tolernci diferencil l Cu (Woolhouse y Wlter, 1983). Est oservción implic que diferencis en l tolernci elevds concentrciones tisulres de metles pesdos se deen, por regl generl, diferencis en l especición y/o comprtimentción de estos metles. No ostnte, hst l fech hy pocos dtos pr poder estlecer, con crácter generl, un clr relción entre l especición poplástic y/o simplástic de los metles, ls ctividdes enzimátics y ls diferencis genétics en l tolernci (Poschenrieder y Brceló, 2003). 1.2 Estrés por plomo El plomo es un miemro del Grupo IVB de l tl periódic de los elementos. Tiene dos estdos de oxidción, P (II) y P (IV), que son estles, pero l químic mientl del elemento es domind por el ion plumoso (P 2+ ). El P elementl es un denso metl zul grisáceo (11.3 g/cm 3 ) con punto de fusión 327 C y de eullición 1744 C. El jo punto de fusión permitió fundirlo y trjrlo en ls socieddes primitivs. El metl es muy lndo y tiende deslizrse. Es por eso que fácilmente se puede cortr y molder y durnte mucho tiempo h sido usdo sore tejdos o pr l fricción de cñerís. El plomo metálico es reltivmente opco l rdición ioniznte, y hce de escudo de defens l trjr con ryos X y rdioisótopos. El plomo se une otros metles fácilmente: el P/S es principlmente usdo pr hcer plcs de terís pero tmién es usdo pr ls ls de ls rms y frecuentemente ést leción se us pr soldr. El plomo metl en cominción con PO 2, es usdo pr fricr el plomo ácido en los electrodos de cumuldores y

16 7 terís. Otros componentes inorgánicos son mplimente usdos. Por ejemplo, el cromto mrillo pr pintr ls clzds y muchs otrs pinturs contienen óxidos de plomo. Tmién se usn jones de plomo pr promover l polimerizción en l industri petroquímic del plástico. Existe un extens químic orgánic de los compuestos del plomo (IV), especilmente tetr-lquilos y tetr-rilos (Greninger, 1974). El plomo no es un elemento esencil o eneficioso pr ls plnts y nimles. Es un veneno ien conocido pr los mmíferos y en humnos se teme los síndromes clínicos de l toxicidd por plomo. El plomo fect el sistem nervioso humno, l producción de céluls snguínes, los riñones, el sistem reproductivo y l conduct. L intoxicción producid por el plomo se denomin sturnismo y sus síntoms se mnifiestn como l prición de ftig, dolores de cez, dolores musculres y de estómgo, norexi, estreñimiento y, en su fse más crític, "cólico del plomo", es decir, clmres dominles intensos, compñdos de náuses, vómitos y presión rteril elevd. Hn sido oservdos csos concretos en niños que hn estdo en contcto con el suelo o con prtículs en suspensión (Wixson, 1994) que presentron plomo en sngre. Según Nrigu, (1978) el plomo h sido el veneno de l ntigüedd porque reside en el suelo y, deido su j soluilidd, resiste l degrdción microin; en sum, permnece iodisponile pr el futuro. L contminción por plomo originrimente es deid l extrcción de minerles de plomo del suelo utilizndo el clor en los flormientos nturles. El gu trnsportd por percolción, lixivición o escorrentí, es decir, por procesos propios del ciclo hidrológico trnsport plomo en pequeñs prtículs provenientes de ls mins (Lxen y Hrrison, 1977). Otrs ctividdes ntropogénics hcen que predomine en ls zons rurles, urns e industriles. Ls principles fuentes de contminción por plomo son: o Deposición ére en mins explotds o Gses contminntes urnos o Prtículs de comustile no quemdo o Deposición de residuos sólidos urnos (Chney y Ryn, 1994) o Fundición de minerles

17 8 o Efluentes de plnts de reciclje de terís industriles o Chimenes de fárics o Aditivos pr pinturs y gsolin (Eick et l., 1999) o Uso de municiones militres (Shmefsky, 2003; Brin, 2003) o Procesos de pltedo y terminción de metles o Uso de fertilizntes (Stefnov et l., 1995; Shmefsky, 2003) El plomo se une preferentemente oxígeno, grupos mino o sulfhidrilo y ocsion estrés iónico deido su elevdo índice de covlenci. En l myorí de los csos, el ctión lire (P 2+ ) suele ser l form más fitotóxic. Los fctores que fectn l disponiilidd y sorción de plomo son el tmño de ls prtículs del suelo y l cpcidd de intercmio ctiónico, demás de los fctores de l plnt tles como l superficie de l ríz, los exuddos de l ríz, l micorrizción y l ts de trnspirción (Dvies, 1995). El plomo está clsificdo como un ácido déil de Lewis ddo que es un sustnci que sin contener hidrógeno se comport como un ácido siendo cpz de ceptr un pr electrónico medinte l formción de enlces covlentes coordindos según l Teorí de Lewis Gilert Newton ( ). Por lo tnto, el plomo presente en el suelo est estrechmente ligdo l mteri orgánic de ls plnts o mteri coloidl del suelo o como precipitdo. Tods ests forms reducen l sorción de plomo por ls ríces de ls plnts. L sorción de plomo como plomo metl en el suelo sigue l relción de Lngmuir, incrementándose en función del incremento del ph desde 3.0 hst 8.5 (Lee et l., 1998). En este sentido, Nikzr y Afshri (2005) en un estudio sore l dsorción de P (ІІ), Cd (ІІ) y Cr (VI) sore pj y slvdo de trigo emplendo técnics de column oservron que l dsorción de P (ІІ), Cd (ІІ) y Cr (VI) ument l crecer el ph, y disminuye cundo se ument l tempertur y l velocidd de flujo de l solución. Sin emrgo, Blylock et l. (1997) hn mostrdo que en el suelo con un ph entre 5.5 y 7.5 l soluilidd del plomo es controld por fosfto o precipitdos de cronto y muy poco plomo está disponile pr ls plnts incluso unque ésts presenten l cpcidd genétic pr cumulrlo. En l investigción sore l fitototoxicidd del plomo predomin el estudio de l cpcidd de cumulción del plomo y su posile trnsmisión hci el homre trvés

18 9 de l cden trófic. Por tl rzón, ls plnts son útiles pr conocer los mecnismos de sorción y trnsporte de plomo con el ojeto de conseguir l selección y el desrrollo de vrieddes tolerntes, cpces de umentr l cumulción del elemento en sus tejidos. 1.3 Distriución de plomo en l ríz Hci l superficie de l ríz el P 2+ se une los grupos croxilo del ácido urónico del mucílgo. El mucílgo estlece un rrer importnte protegiendo el sistem rdiculr del metl entrnte. Alguns de ls uniones de los metles son lierds cundo el mucílgo es iodegrddo (Morel et l., 1986). Los microorgnismos del suelo pueden fectr l disponiilidd del metl pesdo por procesos de iosorción, iocumulción y soluilizción. Adicionlmente, ls ectomicorrizs pueden influencir l entrd, trnsporte y toxicidd del P 2+ en eto noruego (Mrschner et l. 1996). 1.4 Plomo en el poplsto Pred celulr L retención de plomo en ls ríces está sd en l unión de P 2+ hci iones con sitios intercmiles sore l pred celulr formndo depósitos en l mism. Est precipitción extrcelulr corresponde principlmente l form de cronto de plomo. L dición de quelntes sintéticos, tl como H- o, en cominción con un jo ph, previene l retención de P 2+ en l pred celulr, permitiendo su sorción y trnslocción hci l prte ére (Jrvis y Leung, 2002), siendo l loclizción del metl myor en ríces que en otrs prtes de l plnt. El P 2+ se une fuertemente los grupos croxilo del ácido glcturónico y l propio ácido glcturónico en l pred celulr, el cul restringe su trnsporte ví poplsto (Rudkov et l., 1988) Memrn plsmátic En generl, ls plnts dicotiledónes cumuln significtivmente lts cntiddes de plomo en ríces en comprción con ls ríces de ls plnts monocotiledónes

19 10 (Hung y Cunninghm, 1996). El plomo trnsportdo desde el suelo hci ls céluls tiene que cruzr l memrn plsmátic de ls céluls de l ríz. Un posile ví de trnsporte de plomo trvés de l memrn plsmátic prece que es trvés de los cnles ctiónicos de l mísm, tles como cnles de Clcio. En este sentido, h sido crcterizdo un cnl de C +2 operdo por voltje en l memrn plsmátic de ríz en trigo y míz (Mrshll et l., 1994; Hung et l., 1994). Hung y Cunninghm (1996) encontrron que el P 2+ inhie significtivmente el voltje medido como consecuenci de l ctividd de los cnles de C +2 en el plsmlem de ríces de trigo. L inhiición de los cnles de C +2 por P 2+ puede originrse por loqueo del cnl por el P 2+ o deido trnsporte competitivo de P 2+ trvés del cnl de C +2. Los loquedores de los cnles del clcio son cpces de inhiir l proliferción celulr y l flt de clcio ocsion l poptosis o muerte celulr. En este sentido, Tomsig y Suszkiw (1991), oservron permeción de plomo trvés de los cnles de clcio en céluls cromfínics de médul de glánduls suprrrenles de ovino. Estos investigdores encontrron que el voltje emitido por trnsporte de plomo fue loquedo por nifedipin (loquedor del cnl de C +2 ) e incrementdo por BAY K8644, un cnl de clcio tipo-l que inhie el flujo de C +2 trvés de un receptor con un ligndo de glutmto Donld (1999). Su toxicidd depende prcilmente de su ctivción por voltje emitido (sensiilidd l tóxico plomo ) por los cnles de clcio. Sin emrgo, se puede hcer reversile l toxicidd por despolrizción, y que puede eneficir l supervivenci de ls céluls trvés de otros mecnismos diferentes l flujo de clcio trvés del voltje emitido por los cnles de clcio. Por otr prte, el C 2+ loque el trnsporte de P 2+ dentro de l ríz y, en consecuenci, disminuye l toxicidd por P 2+ sore el crecimiento de l mism. El efecto protector del C +2 sore l toxicidd del P 2+ puede ser relciond con su inhiición pr ser cumuldo el metl pesdo en l punt de l ríz, sitio potencilmente lnco de l toxicidd del P 2+. El Mg 2+, pesr de que loque tnto como el clcio l sorción de P 2+, no mejor l toxicidd por P 2+ sore el crecimiento de l ríz tnto como el clcio. Estos resultdos sugieren que el efecto protector del C +2 sore l toxicidd del P 2+ involucr múltiples mecnismos, incluyendo l competición pr entrr, y que el P 2+ y el Cd 2+ pueden competir con ctiones divlentes por el trnsporte dentro de ls ríces de plnts de rroz (Yo-

20 11 Young., et l. 2002). 1.5 Trnsporte de plomo El plomo se mueve predominntemente dentro del poplsto de l ríz en un form rdil trvés del córtex y se cumul cerc de l endodermis. L endodermis ctú como un rrer prcil l movimiento de plomo entre l ríz y l prte ére. Tl y como muestrn l myorí de dtos referidos l elevd cumulción de plomo en ríces comprd con l de l prte ére (Jones et l., 1973; Verm y Duey, 2003). En semills de Oryz stiv L. germinds durnte 10 ó 20 dís en cultivos de ren con solución nutritiv l que se ñdió 500 µm o 1000 µm P(NO 3 ) 2, el crecimiento de ls ríces fue reducido entre un 22 % y un 42 %, mientrs que el crecimiento de l prte ére fue reducido en un 25 %, y que l loclizción de plomo sorido fue veces más lt en ls ríces que en l prte ére. El trnsporte limitdo de plomo desde ls ríces hci otros órgnos es deido l rrer de l endodermis de l ríz. Prece ser que l nd de Cspri de l endodermis es el myor fctor limitnte que restringe el trnsporte de plomo dentro del tejido del cilindro centrl (Seregin e Ivnov, 1997). Sin emrgo, prece her controversi sore el movimiento del plomo en l ríz pues, si ien Lne y Mrtin (1977) firmn que el plomo se mueve en el simplsto, según Broyer et l., (1972) el movimiento del plomo en l ríz sigue primrimente l ví del poplsto deido que un proporción representtiv de plomo es extríd del gu. Teóricmente, según Sánchez y Aguirreol (1993) se pueden resumir tres vís ntómicmente diferentes trvés de ls cules podrí moverse el gu: En primer lugr, l rut extern l citoplsm vivo, es decir, el continuo de predes celulres externo l memrn celulr. Est ví se denomin poplsto. El poplsto de l ríz represent, proximdmente, un 10% del volumen de l mism y equivle l espcio lire. En segundo lugr, existe l posiilidd de que el gu trviese l pred celulr y el plsmlem, pr entrr luego en el citoplsm. Posteriormente, se moverí lo lrgo del continuo citoplsmático trvés de los plsmodesmos que conectn el citoplsm con ls céluls dycentes. Est rut, que represent l porción viv de l célul, se denomin ví del simplsto. Finlmente, existe l posiilidd de que el gu trviese tnto el plsmlem como

21 12 el tonoplsto, de tl mner, que l vcuol psrí ser un prte integrl de l ví de trnsporte. L posiilidd de trnsporte simplástico del plomo h sido demostrd en ríces de ceoll e hipocótilos de erro (Wierzick, 1987). Alts concentrciones de plomo cusn lesiones e interrupción en l función de l rrer del plsmlem tnto en l permeilidd selectiv del plsmlem como en el tonoplsto. Se h demostrdo que el plomo se retiene más en l superficie del plsmlem que en ls predes celulres. El plomo puede entrr en céluls dñds junto con otros componentes como determindos colorntes, los cules no entrn en céluls no dñds (Seregin et l., 2004). El ptrón de distriución de plomo en l ríz difiere considerlemente dependiendo de concentrciones de plomo y vrindo según l concentrción (Seregin et l., 2004). A js concentrciones de plomo predomin el flujo de iones plomo en el poplsto, mientrs que lts concentrciones, l rrer funcionl de plsmlem es dñd y un grn cntidd de plomo penetr dentro de ls céluls. En generl, l prente concentrción de plomo en prtes éres de l plnt decrece con l distnci desde ls ríces. L principl cus es que l myor concentrción de plomo se hll en ls predes celulres de l ríz diferenci de otrs prtes de l plnt. Adicionlmente, se presentn uniones con el plomo en tejidos lignificdos con myor frecuenci que en tejidos no lignificdos. En este sentido, Suchodoller (1967) oservó myor retención de plomo en l epidermis de l ríz de ced y un mínim cntidd en los tejidos vsculres, lo que sugiere que hst cierto punto l loclizción de plomo en diferentes tejidos de l plnt es tmién dependiente de l especie. En semills, l test previene l entrd de plomo dentro de los tejidos internos hst su ruptur por el desrrollo de l rdícul. Un vez l test se rompe, el plomo entr rápidmente, con notles excepciones, en ls regiones meristemátics de l rdícul e hipocótilos. En los cotiledones, el plomo se mueve trvés de los tejidos vsculres y tiende cumulrse en áres discrets en ls prtes dístles (Lne y Mrtin, 1977). El contenido de plomo en vrios órgnos de l plnt tiende decrecer en el siguiente orden: ríces > hojs > tllos > inflorescenci > semills. Sin emrgo, este orden puede presentr vriciones intrespecífics (Antosiewicz, 1992). En plnts de ceoll (Allium cep), el plomo sorido es loclizdo en lts