Fitorremediacion

Transporte de contaminantes orgánicos

Algunas plantas tienen la capacidad para metabolizar o acumular compuestos orgánicos como el 1,1,1-tricloro-2,2-bis(4-clorofenil)-etano (DDT), tricloroetileno (TCE), 2,4-diclorofenol, PCB´s, explosivos como el trinitrotolueno (TNT) o dinitrotolueno, PAH´s y detergentes (Tabla 2).

Los microorganismos que habitan en la rizósfera juegan un papel importante en la degradación de la materia orgánica. Los metabolitos generados de esta degradación son absorbidos por las plantas junto con nitrógeno, fósforo y otros minerales (Garbisu et al., 2007).

Algunos compuestos orgánicos son utilizados por los microorganismos como fuente de carbono (Viñas, 2005). Los compuestos alifáticos se degradan fácilmente por oxidaciones sucesivas. Cuando se incluyen como sustituyentes alcanos de cadena larga, se forman estructuras ramificadas estéricamente inaccesibles a la degradación. Los compuestos aromáticos o cíclicos se degradan a partir de la ruptura del anillo. La incorporación de halógenos disminuye la degradabilidad por estabilización del anillo aromático. El orden decreciente de biodegradación es, generalmente, n-alcanos > isoprenoides >aromáticos de bajo peso molecular > cicloalcanos > poliaromáticos > moléculas polares (Leahy y Colwell, 1990).

Otro fenómeno importante es el relacionado con la atracción electrostática entre las cargas eléctricas de las raíces de las plantas con las cargas opuestas de partículas coloidales, las cuales se adhieren a la superficie de la raíz donde son absorbidas y transportadas a las partes aéreas donde se metabolizan o volatilizan. El tipo de planta y las propiedades físicas y químicas de estos compuestos son parámetros importantes que determinan el destino de los contaminantes (Eapen et al., 2007).

Para la fitorremediación de contaminantes orgánicos se toma en cuenta los siguientes aspectos: 1) el metabolismo de los contaminantes al interior y al exterior de la planta (rizósfera), 2) los procesos que conducen a la completa degradación de los contaminantes (mineralización), y 3) la absorción de los contaminantes (Reichenauer y Germida, 2008).

Las plantas metabolizan los compuestos orgánicos a través de tres pasos secuenciales:

Fase I. Involucra la conversión/activación (oxidación, reducción e hidrólisis) de los compuestos orgánicos lipofílicos.

Fase II. Permite la conjugación de los metabolitos de la fase I a una molécula hidrofílica endógena como los azúcares, aminoácidos y glutationa.

Fase III. Promueve la compartimentalización de los compuestos orgánicos modificados en las vacuolas o formación de enlaces con los componentes de la pared celular como la lignina y la hemicelulosa.

Las enzimas, en la planta, que catalizan la primera fase de las reacciones son las monoxigenasas P450 y las carboxilesterasas. De la segunda fase, en la que ocurre la conjugación por enzimas como la glutationa S-transferasa, resulta la formación de compuestos solubles y polares. La tercera fase del metabolismo de la planta es la compartimentalización y almacenamiento de los metabolitos solubles en las vacuolas o en la matriz de la pared celular. La glutationa S-conjugasa es la encargada de este proceso (Cherian y Oliveira, 2005).

Contaminante orgánico Planta Efecto Referencia

Benzotriazoles Helianthus annuus Metabolismo Castro et al., 2003

4-Clorofenol

2,6-dimetilfenol naftaleno Carex gracilis Remediación Wand et al., 2002

2,4-Diclorofenol Brassica napus Remediación Agostini et al., 2003

DDT Brassica juncea, Cichorium intybus Metabolismo Suresh et al., 2005

2,4-Dinitrotolueno Arabidopsis thaliana Metabolismo Yoon et al., 2006

Metilterbutiléter Populus spp. Volatilización Ma et al., 2004

Perclorato Nicotiana tabacum Metabolismo Sundberg et al., 2003

Hidrocarburos de petróleo Vetiveria zizanoides Remediación Brandt et al., 2006

Fenol

Brassica juncea, Raphanus sativus, Azadirachta indica, Beta vulgaris Remediación Singh et al., 2006

Fenol y clorofenoles Daucus carota Metabolismo Araujo et al., 2002

Hexahidro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazina Populus spp. Metabolismo Van et al. 2004

TCE Populus spp. Metabolismo Ma y Burken, 2003

TNT Myriophyllum aquaticum, Helianthus annuus Metabolismo Sung et al., 2003; Adamia et al., 2006

Transporte de contaminantes inorgánicos

Los metales pesados son aquellos elementos químicos que presentan una densidad igual o superior a 5 g/cm3 cuando están en forma elemental o cuyo número atómico es superior a 20 (Vardanyan y Ingole, 2006). Muestran una elevada tendencia a bioacumularse y a biomagnificarse a través de su paso por los distintos eslabones de las cadenas tróficas. En concentraciones elevadas, ocasionan graves problemas en el desarrollo, crecimiento y reproducción de los seres vivos (Roy et al., 2005).

Los mecanismos de tolerancia varían entre las distintas especies de plantas y están determinados por el tipo de metal, eficiencia de absorción, traslocación y secuestro. Las fases del proceso por el cual las plantas incorporan y acumulan metales pesados son las siguientes (Navarro-Aviñó, 2007):

Fase I. Implica el transporte de los metales pesados al interior de la planta y, después, al interior de la célula. La raíz constituye el tejido de entrada principal de los metales, los cuales llegan por difusión en el medio, mediante flujo masivo o por intercambio catiónico. La raíz posee cargas negativas en sus células, debido a la presencia de grupos carboxilo, que interaccionan con las positivas de los metales pesados, creando un equilibrio dinámico que facilita la entrada hacia el interior celular, ya sea por vía apoplástica o simplástica (Navarro-Aviño, 2007).

Fase II. Una vez dentro de la planta, las especies metálicas son secuestradas o acomplejadas mediante la unión a ligandos específicos. Entre los quelantes producidos por las plantas se encuentran los ácidos orgánicos (ácidos cítrico, oxálico

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