Estudio de la homeostasis de Zn y Cd en plantas superiores

El estudio de la homeostasis de nutrientes en plantas trata de entender los procesos de adquisición, transporte y distribución de los nutrientes esenciales, y los mecanismos que se utilizan para mantener la concentración necesaria de esos nutrientes en el organismo para un correcto funcionamiento, evitando una acumulación excesiva que lo dañe. El Zn es un elemento esencial tanto para las plantas como para animales, sin embargo en exceso provoca alteraciones en procesos esenciales para el desarrollo del organismo. El Cd es un metal pesado sin ninguna función biológica y, por tanto, tóxico incluso a bajas concentraciones pero, al tener unas características fisico-químicas parecidas a otros metales esenciales, la planta lo absorbe por los mismos canales llegando a interferir con la entrada, transporte y utilización de varios macro y microelementos. De hecho, la similitud entre el Zn y el Cd hace que los síntomas de toxicidad observados en las plantas sean comunes; se reduce la biomasa en general, se detiene la elongación de las raíces principales y se oscurecen, se desarrollan raíces o pelos secundarios, se observa clorosis en las hojás jóvenes y pueden llegar a necrosar en casos extremos. Internamente, como respuesta a la exposición a metales pesados, la relación clorofila/carotenoides disminuye, se reduce la apertura estomática, la fotosíntesis y la transpiración, y aumenta la concentración de nicotianamina y glutatión (GSH). La toxicidad por metales pesados se debe en parte al estrés oxidativo producido por las especies reactivas de oxígeno (ROS), generadas a través de diferentes mecanismos dependiendo del metal de que se trate. El Zn2+ y el Cd2+ no experimentan cambios redox pero pueden actuar como prooxidantes a través de la reducción del contenido de GSH, necesario para la síntesis de fitoquelatinas, disminuyendo así su disponibilidad para la defensa antioxidante. Así se produce también peroxidación lipídica y daños en las proteínas por formación de grupos carbonilo. Las plantas son la base de la cadena alimentaria y de ahí la importancia de conocer cuáles son los mecanismos de toxicidad del metal en la planta, así como los mecanismos de defensa de la misma. La contaminación ambiental por Zn y Cd ha aumentado como consecuencia del incremento de la actividad industrial del último siglo. Así, los altos niveles de estos metales encontrados en suelos, aguas deriego y fertilizantes agrícolas suponen un peligro por su caracter no biodegradable, la toxicidad que ejercen sobre los diferentes cultivos y su biodisponibilidad. La sensibilidad de los cultivos a la presencia de los metales pesados es muy variable, así como la tendencia a acumular los mismos en partes que luego pasen al consumo animal o humano. A pesar de los avances realizados durante las últimas décadas en este tema, casi toda la información que tenemos proviene de estudios realizados en plantas hiperacumuladoras, y aún es muy poco lo que se conoce de la fisiología de especies de interés agronómico sometidas a estrés por metales pesados. Objetivos de la investigación El trabajo de investigación desarrollado en esta tesis se ha basado en el estudio de dos especies de interés comercial: el tomate y la remolacha. Las plantas han sido crecidas en cámaras de cultivo en medio hidropónico y exceso de Zn o Cd, añadidos de forma inorgánica a la solución de crecimiento. El objetivo general consisitió en el estudio, descriptivo y detallado, de los cambios fisiológicos inducidos por las toxicidades de Zn y Cd, con el fin de determinar las causas de los mismos así como los mecanismos de transporte y tolerancia de especies de interés agronómico