El impacto de los metales tóxicos en la productividad agrícola

En un estudio se evaluaron los efectos del aluminio y del cadmio sobre la tomatera y se utilizó la técnica de injerto para investigar de qué manera una parte de la planta le indica a otra el estrés que causan los metales

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – La contaminación del suelo y del agua por metales tóxicos constituye un grave problema para la agricultura, ya que perjudica a los productores debido a la pérdida de productividad de las plantas afectadas; y también a los consumidores, a causa de los efectos dañinos que puede acarrear para la salud el consumo de vegetales contaminados.

Las distintas facetas de este problema se estudiaron en profundidad en el marco del proyecto temático intitulado “El estrés oxidativo inducido por metales: nuevos abordajes”. Esta investigación, que se extendió durante cinco años, entre 2010 y 2015, contó con el apoyo de la FAPESP.

“Los dos metales que estudiamos fueron el aluminio y el cadmio. Y la planta elegida para nuestra investigación fue la tomatera”, declaró a Agência FAPESP el investigador responsable del proyecto, Ricardo Antunes de Azevedo, profesor titular de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (Esalq-USP), en Brasil.

“A diferencia de lo que sucede con el cinc, el níquel y otros metales, los seres vivos no utilizan el aluminio y el cadmio como nutrientes”, afirmó el investigador. “Al contrario, su toxicidad perjudica a las plantas de diversas maneras: al inhibir el desarrollo radicular y al disminuir por eso mismo la absorción de agua y de nutrientes por las raíces, por ejemplo. Las consecuencias pueden ir desde la disminución de la productividad del cultivo hasta la muerte de las plantas.”

La gran cantidad de aluminio es una característica natural de la corteza terrestre. Éste es, en efecto, el elemento metálico más abundante de dicha corteza. Como la hidrólisis del aluminio produce iones de hidrógeno, la fuerte presencia de este metal constituye uno de los principales factores de acidificación del suelo. “En un pH neutro, el aluminio es generalmente inofensivo, pero en suelos ácidos puede tener un impacto muy negativo en el desarrollo de las plantas”, informó Antunes de Azevedo.

El cadmio también es hallado, aunque en una cantidad mucho menor. En este caso, su presencia se debe fundamentalmente a la polución ambiental ocasionada por factores antrópicos, tales como la minería de este metal y la fabricación y el desechado de productos derivados, tales como pilas de níquel cadmio, pigmentos, etc., por ejemplo.

“El gran problema con relación al cadmio, que puede estar presente en el suelo o en el agua de irrigación, obedece a que es fácilmente absorbido y acumulado por la planta, incluso cuando se encuentra en concentraciones muy bajas en el ambiente. De ser utilizada esa planta por animales o seres humanos, el metal tóxico podrá eventualmente llegar a los organismos de los consumidores”, informó el investigador.

Un aspecto muchas veces omitido de este asunto, y que el estudioso apunta, es el que indica que la contaminación por cadmio puede ocurrir aun cuando no se ingiere la planta directamente. Tal es el caso, por ejemplo, del tabaco. Las hojas del vegetal acumulan cadmio y, durante su quema, el metal eventualmente pasa al consumidor a través de su sistema respiratorio. Investigaciones han demostrado que la concentración de cadmio tiende a ser mayor en fumadores que en no fumadores.

La productividad del campo

Aparte de los daños potenciales para la salud de los consumidores, la contaminación por cadmio puede comprometer también la productividad de los cultivos, debido al estrés que causa en las plantas, fundamentalmente. “Las plantas sufren dos tipos de estrés: abiótico, provocado por metales, falta de agua, exceso de temperatura, etc.; y biótico, provocado por patógenos. Forma parte del metabolismo celular normal la producción de especies reactivas de oxígeno (EROs). Pero existe un mecanismo de autorregulación que mantiene dicha producción situada por debajo del nivel crítico. Sin embargo, en situaciones de estrés, ocurre un desbalanceo y la producción de EROs se vuelve mucho mayor. Dependiendo de su nivel, esto puede llevar en casos extremos a la muerte de las plantas” explicó Antunes de Azevedo.

En la investigación se abordó el tema desde distintos ángulos. Especialmente interesante fue el estudio llevado a cabo mediante la técnica de injerto. “Se trata de una técnica bastante antigua y muy difundida en la agricultura. Utilizamos el injerto para entender de qué manera una parte de una planta contaminada por cadmio le apunta a otra parte, que no ha sido contaminada, que está estresándose”, dijo el investigador.

En esta técnica, el portainjerto o pie está constituido por la raíz y la base del tallo. A éste se le acopla el injerto, compuesto por la parte aérea de la planta. El procedimiento que se adoptó en el estudio consistió en cultivar plantas en presencia del metal y plantas sin presencia del mismo, y luego efectuar injertos recíprocos. “En otras palabras, intercambiamos las partes superiores de las plantas, conectando el pie contaminado con un injerto no contaminado y el pie no contaminado con un injerto contaminado. La idea es sencilla, pero su realización práctica demandó una gran cantidad de controles, ya que el propio proceso de injerto, de por sí, constituye una situación de estrés para la planta, aun cuando sea temporal”, afirmó Antunes de Azevedo.

El resultado salió publicado en el artículo intitulado “Cadmium stress antioxidant responses and root-to-shoot communication in grafted tomato plants”, en la revista Biometals.

La conclusión indicó que ocurre una señalización del estrés tanto en un sentido como en el otro. No sólo el metal de la raíz es transportado hacia la parte aérea (cosa que era de esperarse, pese a que la cantidad transportada varía), sino que también el metal de la parte aérea es transportado hacia la raíz (y éste no era un resultado intuitivo).

Otro tema importante que se exploró en la investigación fue la genotoxicidad. En este caso específico, se procuró investigar el efecto del metal tóxico en la estructura de los ácidos nucleicos de la planta. En otras palabras, si el cadmio se unía o no al ADN, y en caso de que la respuesta fuese positiva, qué consecuencias resultarían de ello. “Verificamos que sí, que el cadmio altera bastante la tasa de división celular y provoca una serie de aberraciones cromosómicas. Entre ellas, roturas y la formación de puentes cromosómicos durante la mitosis, el proceso de división celular. Esto sucede incluso en concentraciones muy bajas del metal. Éstas no generan ninguna manifestación visible que indique que la planta está estresada. Pero las alteraciones intracelulares son sumamente significativas”, declaró el investigador.

Las consecuencias del efecto de los metales dependen de una serie de variables. Una de ellas es el cultivar expuesto al metal. Hay variedades o cultivares más tolerantes, y otras menos tolerantes. Es decir, hay una diversidad de mecanismos implicados que pueden modificar la tasa de absorción del cadmio por parte de la planta o reducir el efecto del metal una vez absorbido. Por eso el proyecto también abarcó la mutagénesis y la selección de mutantes más tolerantes. Para los productores, la comprensión de tales mecanismos permite que los mismos sean explotados en programas de mejoramiento con miras a obtener plantas más resistentes. Pero, para los consumidores, el consumo de una planta más resistente puede incluso significar eventualmente la absorción mayor aún del metal tóxico.

“Para concretar un consumo totalmente seguro, sería necesario saber si el suelo o el agua utilizados en el cultivo estaban o contaminados o no. Y de haberlo estado, en qué parte de la planta se acumuló el metal, si en aquélla que será consumida o en la que se desechará. Existe una cantidad grande de factores, lo cual torna al estudio bastante complejo”, ponderó Antunes de Azevedo.

Por ese motivo, otra vertiente del proyecto temático consistió precisamente en estudiar el proceso de fitorremediación, es decir, de recuperación de suelos contaminados mediante el cultivo de especies vegetales altamente resistentes, capaces de absorber y, de ese modo, extraer los metales pesados del ambiente. Son plantas como la Dolichos lablab, que acumulan una gran cantidad de cadmio sin ver afectado su desarrollo, y puede utilizárselas como fitoestabilizadoras del cadmio.

Un artículo presentado para su publicación en Journal of Soils and Sediments se encuentra actualmente en prensa y se intitula “Physiological and biochemical responses of Dolichos lablab L. to cadmium support its potential las a cadmium phytoremediator”.

En total, el proyecto temático ya ha generado más de 50 artículos en publicaciones especializadas y hay varios otros en proceso de elaboración. Toda la experimentación se realizó en invernaderos, en plantíos en suelo o en sistemas hidropónicos. La tomatera resultó elegida debido que es una planta modelo en genética, con gran cantidad de variedades y también de mutantes. Asimismo, una de las variedades de esta especie, la Micro-Tom (el tomate cherry miniatura), que produce una planta de pequeño porte y frutos también pequeños, tiene un ciclo de vida muy corto, de alrededor de 90 días, lo que constituye una gran ventaja para la práctica experimental. A su vez, el tomate es un producto económicamente importante, consumido a gran escala en todo el mundo, tanto in natura como en derivados.