Effect of Salix atrocinerea root-associated bacteria on the phytoremidiation of arsenic-polluted soils

Abstract

En toda Europa, los suelos están muy amenazados por la contaminación, siendo los elementos traza (ET) los contaminantes químicos más peligrosos. Entre éstos, el arsénico (As), sin función biológica conocida, es absorbido por las plantas y causa daños severos en la mayoría de las especies. Para evitar la toxicidad de los ET, algunas plantas presentan diferentes mecanismos de tolerancia que les permiten crecer en áreas altamente contaminadas, una propiedad que puede ser explotada en la remediación de suelos contaminados. Uno de los inconvenientes de esta fitorremediación es el largo tiempo requerido para una descontaminación efectiva. Sin embargo, este proceso puede acelerarse mediante el uso de especies leñosas productoras de gran biomasa y que crecen naturalmente en las áreas contaminadas; e incluso mejorarse a través del uso combinado de los microbios asociados a sus raíces. En el terreno de estudio, el As es el contaminante más presente y supera en 20 veces el valor máximo de referencia asignado para el desarrollo de actividades industriales. Pese a que la mayor parte de este As está en forma de arseniato (As V), que es menos móvil que el arsenito (As III), se ha observado que algunas bacterias pueden reducir As V a As III, lo que aumenta su disponibilidad y mejora la absorción del metaloide por parte de la planta, reduciendo de este modo el tiempo necesario para la descontaminación. A través de medios de cultivo e independientes del mismo, se identificaron y caracterizaron las comunidades microbianas asociadas a las raíces de S. atrocinerea. Aquellas cepas con mayor potencial para mejorar la eficacia de la fitorremediación fueron seleccionadas según su tolerancia al As, la capacidad para reducir As y la presencia fenotípica de propiedades que potencian el crecimiento vegetal. En base a esto, la bacteria gram negativa Pantoea sp. y la gram positiva Rhodococcus erythropolis fueron seleccionadas para experimentos de bioaumentación. En un primer ensayo en hidroponía en presencia de As con S. atrocinerea se evaluó la tolerancia de la planta y la acumulación del metaloide en sus tejidos. Las plantas de sauce mostraron la regulación de genes implicados en respuestas al estrés, reducción de As V, transportadores de nutrientes, síntesis de glutatión y en el almacenamiento del As en las vacuolas y, que coincidió con una rápida presencia y acumulación de As III en raíces, una alteración del perfil nutricional y la síntesis de novo de compuestos tiólicos no proteicos. Sugiriendo, por tanto, que esta respuesta coordinada de quelación y disminución de la toxicidad de As permite a la planta restablecer su homeostasis y continuar con su desarrollo. Posteriormente, tras la inoculación in vitro de S. atrocinerea con Pantoea sp. o R. erytrhopolis, se observó que ante la presencia de As la inoculación bacteriana en plantas constituye un mecanismo sinérgico que afecta a la toxicidad del metaloide al alterar su especiación, movilidad y su posterior acumulación en los tejidos vegetales. Influyendo la inoculación bacteriana, de esta forma, en la respuesta de los mecanismos de adaptación al As de la planta. En maceta, la reducida acumulación de los ET obtenida en plantas inoculadas con Pantoea sp. o R. erythropolis en un suelo contaminado ocasionó a una mayor biomasa en comparación con las plantas no inoculadas, que a largo plazo puede aumentar la fitoextracción de los ET. Sin embargo, en el experimento de campo, debido a diferentes factores bióticos y abióticos, la inoculación bacteriana resultó en una mayor acumulación de As y Pb en la planta, y por lo tanto en una mayor fitoextracción, junto con una elevada translocación de Zn. Mientras que en plantas inoculadas con Pantoea sp. esto ocurrió por una mayor acumulación de ET que originó una reducción de biomasa, en R. erhytrhopolis se obtuvo por medio de una menor acumulación de ET pero con una biomasa mayor que en plantas no inoculadas. En conjunto, se observó que los resultados obtenidos en el laboratorio no siempre pueden extrapolarse al campo y que los ensayos de campo son esenciales para lograr una fitorremediación exitosa. No obstante, los estudios de laboratorio han proporcionado un considerable conocimiento acerca de la tolerancia a ET de la planta y las bacterias, así como de su interacción. Además, la posible utilidad de las bacterias aisladas de S. atrocinerea puede cruzar la barrera entre especies tal y como se observó a través de la inoculación de Pantoea sp. AV62 a Arabidopsis thaliana. Lo cual proporciona una mayor información sobre los mecanismos implicados en la interacción bacteria-planta y que es importante en el desarrollo de estrategias específicas de remediación de ET por medio del binomio bacteria-planta.