CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DE Helianthus annuus PARA EVALUAR SU PODER FITORREMEDIADOR

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1 CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DE Helianthus annuus PARA EVALUAR SU PODER FITORREMEDIADOR Karen Berenice García-Conde, Edith Madaí Colunga-Urbina, Judith Amador- Hernández, Miguel Velázquez-Manzanares, Iliana Margarita de la Garza- Rodríguez* Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ciencias Químicas, Laboratorio de Química Analítica Ambiental, Blvd. Venustiano Carranza y José Cárdenas Valdez S/N Col. Republica Oriente, Saltillo Coahuila, C.P. 58. Tel. (844) , ext karengarciaconde@uadec.edu.mx, iligarza4@yahoo.com.mx* INTRODUCCIÓN La contaminación es definida como una contribución al incremento de una sustancia que puede ejercer un efecto dañino en el medio ambiente y en los seres vivos que lo rodean. La contaminación se puede dar de dos maneras: natural; la cual consiste en procesos geológicos los cuales actúan en las rocas que componen el suelo, como por ejemplo la erosión, la sedimentación, el arrastre de materiales erosionados por el flujo de aire o agua, erupciones volcánicas, fluctuaciones de temperatura y antropogénica; aquellas que da origen la activad del hombre como lo son la agricultura, ganadería, urbanización, actividad industrial y minería, dichas actividades aportan una cantidad alta de contaminantes que en su mayoría se componen de metales pesados [1]. El ecosistema puede asimilar algunas de estas sustancias que pueden ser biodegradables pero algunas siguen presentes en el medio lo que las hace no biodegradables, entre las cuales se encuentran los metales pesados o elementos traza []. El suelo que está constituido por rocas ígneas y metamórficas en un 5%, contiene altas concentraciones de metales pesados como: Mn, Cr, Co, Cu, Ni, Zn, etc., y es uno de los compartimentos de los ecosistemas que se ve afectado, por la contaminación, que puede ser causada por diversos elementos y factores, entre los cuales se puede incluir el uso excesivo de fertilizantes, metales pesados, acidificación (lluvia ácida), algunos productos orgánicos y sustancias tóxicas [3]. Debido a que los metales pesados no se degradan con el tiempo, dan paso a su acumulación, lo cual causa el desgaste y la acidez del suelo, suelos áridos e infértiles y esto provoca que las plantas que se siembran en esos suelos sean más propensas a plagas provocando de manera considerada el deterioro de su desarrollo [4]. Se consideran metales pesados a los elementos metálicos cuyo peso atómico sea mayor al del agua. Estos metales son altamente tóxicos en concentraciones muy elevadas. La EPA (US Enviromental Protection Agency) posee una lista de 517

2 los contaminantes con mayor prioridad como: antimonio, berilio, cadmio, cromo, cobre, mercurio, níquel, plata, plomo, selenio, talio y zinc [5]. Los daños a la salud que puede ocasionar la contaminación por metales pesados, son: Pb, afecta al sistema nervioso, problemas renales, alteraciones hepáticas [6]; Zn, afecta al páncreas, provoca náuseas, anemia, ulceraciones estomacales [7], Ni, probabilidades de desarrollar cáncer pulmonar, embolia de pulmón, enfermedades respiratorias y desordenes del corazón [8], Co, puede llegar a provocar síndrome agudo de fiebre por vapores metálicos, dolor de pecho, escalofríos, la exposición prolongada puede llevar a la inflamación de pulmón y disminución de la función pulmonar [9]. La NOM-147-SEMARNAT/SSA1-4 establece los límites de concentración de metales pesados presentes en el suelo para uso agrícola, para el Pb es de 4 mg/kg y de 16 mg/kg para Ni [1]. Ésto para evitar que las plantas que se utilizan para consumo humano no estén contaminadas. Existe una gran cantidad de procesos que se utilizan para la extracción o aislamiento de los contaminantes del suelo a través de procesos físicos (rellenos sanitarios, lavado de suelos), químicos (adición de fosfatos o agentes quelantes) y biológicos (organismos vivos para transformar o degradar sustancias toxicas). Dentro de los procesos biológicos se cuenta con la biorremediación y ésta se clasifica de acuerdo a los sistemas vivos que se utilizan como: microorganismos (bacterias, algas y hongos) y plantas las cuales tienen la capacidad de reducir o eliminar en su totalidad los contaminantes del suelo, a esta última técnica se le denomina fitorremediación. La fitorremediación es un proceso no destructivo mediante el cual se eliminan contaminantes de suelos, sedimentos y aguas contaminadas, por medio del uso de plantas hiperacumuladoras, las cuales tiene la capacidad de absorber una gran variedad de metales pesados, compuestos orgánicos y radioactivos [11]. En la fitorremediación se cuenta con plantas que pueden acumular metales y otras que pueden acumular una mayor concentración de metales ya que los almacenan en diversos compartimientos de la célula vegetal, denominadas plantas hiperacumuladoras, que acumulan y absorben metales pesados de manera no tóxica para dicha planta, alcanzan concentraciones de metales entre 1 y 1 veces las concentraciones normales, las plantas acumuladoras pueden llegar a tener concentraciones superiores a 1. mg/kg de Mn y Zn, > 1. mg/kg de Co, Cu, Pb, Ni, As, Se y >1 mg/kg de Cd. Dentro de la variedad de plantas hiperacumuladoras se encuentra Helianthus annuus. Helianthus annus, crece de manera silvestre, puede llegar a medir hasta.5 m, se ambienta con facilidad a cualquier tipo de clima, llega a resistir temperaturas altas y sequias de tiempo moderado, tiene la capacidad de soportar medios ácidos o básicos pero no soporta la salinidad ni los encharcamientos. La semilla del Helianthus annuus se utiliza para la producción de aceite [1]. Para la determinacion de metales pesados presentes en diferentes matrices (minerales, muestras biológicas, farmacéuticas y medio ambientales) la Espectrofotometría de Absorción Atómica es la técnica analítica más utilizada, la cual, tiene como fundamento la absorción de luz de una longitud de onda determinada. Esta absorción de luz se da de manera selectiva por átomos que 518

3 tengan los niveles energéticos cuya diferencia en energía corresponda en valor a la energía incidente. La cantidad de fotones absorbidos, está determinada por la Ley de Beer [13]. METODOLOGÍA Siembra y Cultivo de Helianthus annuus (girasol): La duración del cultivo fue de 14 días, en la comunidad de Miguel Alemán, Miguel Auza Zacatecas. Recolección. Se cosecharon dos plantas maduras de Helianthus annuus desde la raiz y se recolectó una muestra de suelo del sitio donde se cosecharon las plantas Pre-tratamiento. Para eliminar el exceso de tierra en la raiz, se llevó la planta debajo del chorro del grifo, después se enjuagó con agua desionizada y las planta se dividió en raiz, sub raices, tallo, hojas, flor, semillas y pistilos, despues se procedioó a colocarlas en una prensa con papel estraza durante 5 días para eliminar el exceso de agua en los tejidos, seguido se colocaron en una estufa a 8ºC durante 4 horas para eliminar completamente el agua. Se trituraron las muestras vegetales con un procesador de alimentos y se tamizaron con una malla con tamaño de poro de 1x1 mm. Suelo. En una primera etapa se procedió al retiro dede piedras y raíces presentes en la muestra, después se tamizó con una malla con tamaño de poro de x mm, una vez tamizado se pesaron 5 g de suelo y se colocaron en un vaso de precipitado con una capacidad de 1 L, se añadio agua desionizada hasta obtener una pasta homogénea saturada, el vaso se cubrió con papel estraza y se dejó reposar durante 4 horas. Después de transcurrido el tiempo se filtró en un sistema Kitasato con una bomba de vacio, se recuperó el extracto de agua y se aforó a 1 ml Tejidos vegetales. Una vez secas y molidas, se pesaron aproximadamente.3 g de cada muestra en crisoles previamente tarados, se llevaron a la mufla a 5 ºC durante horas y posteriormente se le anadieron 3 ml de HCl 6 M, se filtraron y aforaron a 1 ml con agua deionizada. Determinación de metales por Espectrofotometría de Absorcion Atómica con Flama. Una vez que se obtuvieron las muestras en forma líquida, se procedió a su cuantificación, para lo cual se prepararon curvas de calibrado con cinco estándares a partir de un estándar certificado de 1 mg/l. Los parámetros instrumentales utilizados se presentan en la tabla 1. Tabla 1. Parámetros Instrumentales utilizados en el Espectrofotómetro de Absorción Atómica con Flama modelo AA4FS marca Varian. Metal Slit (nm) Longitud de onda λ (nm) Flujo de aire L/min Flujo de acetileno L/min Corriente lámpara (ma) Zn Ni Cu Pb

4 RESULTADOS En la figura 1 se presentan los resultados obtenidos de los metales presentes en en las diferentes partes de la planta. En esta gráfica se observa el comportamiento de la traslocación de los metales en las diferentes partes de la planta, siendo el pistilo el que presenta la acumulación de tres de los cuatro metales analizados, tanto es la movilidad de los metales dentro de los tejidos vegetales, que estos se acumulan hasta en las semillas. Otro dato importante que obtenemos de este gráfico es el comportamiento de acumulación del Pb ya que se observa que se acumula en mayor proporción en las flores y las hojas. Semilla Pistilo Cu mg/1g Ni mg/1g Zn mg/1g Pb mg/1g Ramas de Tallo Flor Hojas Figura 1. Concentraciones de Cu, Ni, Zn y Pb presentes en la diferentes partes de Helianthus annuus. Al analizar las concentraciones de los cuatro metales presentes en el extracto de saturación (tabla ), se observa que los metales no están presentes en el suelo en forma de sales solubles en agua. Tabla. Concentración de metales presentes en el extracto de saturación Metales Cu Zn Ni Pb mg/kg de muestra <L.D.* * L.D. de Cu.3 mg/l En la figura se presentan las gráficas del comportamiento de cada parte de la planta respecto a cada metal analizado. 5

5 mg de Ni/1g mg de Pb/1g mg de Zn/1g mg de Cu/1g Aplicaciones de la Química Analítica al 15 en México 6 4 Total 8.877mg/1g Rama de 6 Total mg/1 g 4 Rama de 1 Total mg/1g 5 Rama de Total mg/1g 1 Rama de Figura. Gráficos del comportamiento de los metales en los diferentes partes de Helianthus annuus. En estos gráficos podemos observar que hay una mayor acumulación de Pb y Zn con respecto a Ni y Cu, lo que le confiere a Helianthus annuus el título de hiperacumuladora de estos metales. 51

6 CONCLUSIONES Con los resultados obtenidos podemos concluir que Helianthus annuus puede acumular metales en las diferentes partes de sus tejidos, encontrando una mayor concentración de Pb seguido de Zn>Cu>Ni. REFERENCIAS [1] J.A. Rivera Haro Tesis Fitorremediacion de suelos contaminados con zinc empleando Licopersium Escuelentum, (1). [] F. Bautista Zúñiga Introducción al estudio de la contaminación del suelo por metales pesados. Vol.1 (1999) [3] J. Almorox Alonso La degradación de los suelos por erosión hídrica: métodos de estimación. (1) pág. 41 [4] H. Ortega-Ortiz, A. Benavides-Mendoza, R. Arteaga Alonso, A. Zermeño González. FITORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON METALES PESADOS (9) [5] E. Galán Huertos, A. Romero Baena, Contaminación de Suelos por Metales Pesados. (8) pág [6] SEMARNAT, Metales Pesados, (3/Febrero/15) [7] Water Treatment Solutions, Lenntech, Zinc, (3/Febrero/15) [8] Medline Plus, Información de salud, Intoxicación por Cobre, (3/Febrero/15) [9] Water Treatment Solutions, Lenntech, Níquel (3/Febrero/15) [1] Diario Oficial de la Federación. NORMA Oficial Mexicana NOM-147- SEMARNAT/SSA1-4 (7) pág. 8 [11] H. Ortega-Ortiz, A. Benavides-Mendoza, R. Arteaga Alonso, A. Zermeño González. FITORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON METALES PESADOS (9) [1] Flora Pratense y Forrajera Cultivada de la Península Ibérica - Helianthus annuus L.: girasol. (4/Abril/15) [13] G. Perez, Espectrometría de absorción atómica (4/Abril/15) 5