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El plomo (Pb) es un elemento presente en bajas concentraciones de manera natural en los ecosistemas. Sin embargo, las alteraciones en los ciclos geoquímicos, ocasionados por las actividades humanas, principalmente, la minería han contribuido a su aumento en la biosfera (Shahmoradi et al., 2020). Lo anterior, causa un serio problema en los ecosistemas de las zonas urbanas o agrícolas, ya que el Pb es tóxico en concentraciones altas (Candido et al., 2020), debido a que no está sujeto a procesos de biodegradación y tiende a acumularse en el suelo (Shi et al., 2019). Ante este problema, las especies arbóreas reciben mayor atención en la recuperación de áreas contaminadas, por su longevidad y gran producción de biomasa (Mleczek et al., 2017); lo que contribuye a la inmovilización de grandes cantidades de metales.
Algunas especies de la familia Fabaceae han demostrado tolerancia a dicho elemento y son hiperacumuladoras (Abbas et al., 2017). Entre ellas, destaca Parkinsonia aculeata L., taxon leñoso que se distribuye naturalmente en el continente americano (van Klinken et al., 2009); además, tiene bajos requerimientos nutrimentales y es tolerante a la sequía (Chaer et al., 2011).
Durante la germinación y crecimiento, las plantas son sensibles a la contaminación; por lo que esas etapas son utilizadas en evaluaciones preliminares en la selección o caracterización de plantas tolerantes (Márquez-García et al., 2013).
En este contexto, el objetivo del presente trabajo fue determinar el efecto de PbCl2 y Pb(NO3)2 en la germinación y crecimiento temprano de plántulas de P. aculeata en laboratorio e invernadero.
El experimento se realizó en instalaciones del Colegio de Postgraduados. Las semillas de P. aculeata L. fueron recolectadas por la Comisión Nacional Forestal en Delicias, Chihuahua, México (28°12'60" N, 105°27'15" O; altitud, 1 190 m) y se escarificaron con H2SO4 al 98 % por 3 h (Mohnot y Chatterji, 1965). Después, se lavaron con agua corriente durante 10 min y se desinfectaron con NaClO al 10 % por 15 min.
En el laboratorio de Microbiología de suelo del Colegio de Postgraduados, se evaluó el efecto de PbCl2 y Pb(NO3)2 en la imbibición de las semillas de P. aculeata. Cada compuesto se aplicó en concentraciones: 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 y 2.0 mM y un tratamiento testigo (agua destilada), las cuales se basaron en la literatura existente (Muszyńska et al., 2018). (Cuadro 1). Los compuestos se utilizaron para conocer el efecto del Pb de dos fuentes en etapas tempranas de P. aculeata, y descartar alguna influencia de los aniones acompañantes de los compuestos, principalmente el del (NO3)2, en el crecimiento de las plantas.
Cuadro 1 Valores de pH y conductividad eléctrica (CE) de las soluciones de los compuestos de Pb utilizados.
| Concentración (mM) | PbCl2 | Pb(NO3)2 | ||
|---|---|---|---|---|
| pH | CE (mS) | pH | CE (mS) | |
| 0.0 | 6.1 | 0.00 | 6.10 | 0.00 |
| 0.1 | 5.60 | 0.01 | 5.62 | 0.01 |
| 0.2 | 5.51 | 0.05 | 5.50 | 0.04 |
| 0.5 | 5.39 | 0.10 | 5.46 | 0.10 |
| 1.0 | 5.35 | 0.20 | 5.35 | 0.22 |
| 2.0 | 5.08 | 0.48 | 5.20 | 0.46 |
El incremento en peso de las semillas se determinó por diferencia al registrar el peso inicial (0 h) y a las 48 h de imbibición (Monroy-Vázquez et al., 2017). Las mismas semillas se depositaron en cajas de poliestireno (14 × 14 × 7 cm), sobre papel filtro Whatman Núm.1; a cada caja se le agregaron 15 mL de solución del tratamiento correspondiente y se mantuvieron en oscuridad a 30 ± 1 °C en incubadora (GI11, Shel Lab ®) por 7 días (Monroy-Vázquez et al., 2017); por tratamiento se hicieron cinco repeticiones de siete semillas.
Para la siembra en invernadero se utilizaron los mismos tratamientos que en el laboratorio, con seis repeticiones y diez semillas cada una. Las semillas se mantuvieron inmersas en las soluciones como se describió anteriormente, para garantizar la imbibición homogénea (Mohnot y Chatterji, 1965); se sembraron en arena, contenida en macetas de 0.95 L. La arena fue esterilizada a 126 °C por 3 h (PRESTO®, 79291), por 3 d alternos. A cada unidad experimental se le agregaron 30 mL de solución cada tercer día, según el tratamiento. No se aplicó fertilización por la duración del experimento y para evitar una alteración en la solubilidad de los compuestos de Pb. El experimento se llevó a cabo con luz natural, temperatura máxima promedio de 36 °C y mínima de 16 °C, humedad relativa máxima de 37 % y mínima de 14 % (Data Logger 1000, watch dog ®) durante 15 días.
Al finalizar el experimento se evaluaron las siguientes variables: porcentaje final de germinación en laboratorio; y porcentaje final de emergencia en invernadero; crecimiento de plántulas, longitud (cm) del vástago y de la raíz, en ambas condiciones; peso seco de plántulas (g), después de su deshidratación en estufa (CE5F, Shel Lab ®) a 70 °C por 72 h.
El diseño experimental fue completamente al azar y los datos obtenidos, después de probar los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianzas, se analizaron mediante un modelo de análisis de varianza anidado (las concentraciones dentro de la fuente de Pb) y comparación de medias de Tukey (P ≤ 0.05). Para el porcentaje de germinación se realizó la prueba Kruskall-Wallis y la suma de rangos de Wilcoxon (P ≤ 0.05) con el programa SAS para Windows ® (SAS Institute, 1999).
El efecto de ambos compuestos de Pb en la imbibición de P. aculeata no fue significativo (P> 0.05). De acuerdo a Kranner y Colville (2011), los compuestos Pb reducen el proceso de germinación por ser sales, pues inducen estrés salino que impide a la semilla alcanzar el umbral crítico en la imbibición. Sin embargo, en las semillas de algunas especies, los compuestos de Pb no afectan el proceso (Ilić et al., 2015), como se observó en el presente experimento.
Los compuestos de Pb utilizados inhibieron significativamente la germinación en condiciones de laboratorio, donde la concentración de 2.0 mM de PbCl2 y Pb(NO3)2 inhibieron la germinación en 18 % y 26 %, respectivamente (Cuadro 2). Esto se puede deber al efecto tóxico de los iones de Pb sobre el embrión (Kranner y Colville, 2011). Aunque, la testa de la semilla limita la entrada de los iones metálicos, algunas semillas presentan cierto grado de permeabilidad a los iones de Pb (Wierzbicka y Obidzinsk, 1998; Ilić et al., 2015). Por otro lado, en condiciones de invernadero, la germinación no tuvo diferencias significativas entre las concentraciones de los dos compuestos de Pb (Cuadro 3). Wierzbicka y Obidzinsk (1998) sugieren que la cantidad de Pb por unidad de masa de las semillas es un factor importante y que su efecto inhibitorio solo es posible cuando el Pb está disponible en exceso para las semillas.
Cuadro 2 Efecto de PbCl2 y Pb(NO3)2 en laboratorio en la germinación de las semillas y crecimiento de las plántulas de Parkinsonia aculeata L.
| Concentración (mM) |
Porcentaje de germinación (%) |
Longitud de vástago (cm) |
Longitud de radícula (cm) |
Peso seco de vástago (g) |
Peso seco de radícula (g) |
|---|---|---|---|---|---|
| PbCl2 | |||||
| 0.0 | 100 a† | 9.6 a‡ | 4.7a‡ | 206.7 a‡ | 20.3 a‡ |
| 0.1 | 97 ab | 9.2 ab | 4.2 a | 200.8 a | 19.1 ab |
| 0.2 | 97 ab | 8.9 abc | 4.0 ab | 193.3 abc | 16.9 abc |
| 0.5 | 97 ab | 6.6 bcd | 1.6 bc | 158.0 bcd | 14.0 cd |
| 1.0 | 83 bc | 6.2 de | 1.3 bc | 154.2 cde | 12.1 cde |
| 2.0 | 82 c | 3.8 ef | 0.7 b | 124.8 e | 10.5 de |
| Pb(NO3)2 | |||||
| 0.0 | 100 a | 9.6 a | 4.7 a | 206.7 a | 20.3 a |
| 0.1 | 97 ab | 9.3 a | 4.2 a | 200.3 ab | 19.0 ab |
| 0.2 | 97 ab | 9.2 ab | 3.0 bc | 195.6 abcd | 18.2 ab |
| 0.5 | 92 bc | 6.5 cd | 1.6 bc | 151.2 cde | 14.5 bcd |
| 1.0 | 86 abc | 5.8 de | 0.9 c | 147.5 de | 10.7 de |
| 2.0 | 74 c | 3.0 f | 0.8 c | 122.2 e | 8.6 e |
†Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, Wilcoxon (P ≤ 0.05). ‡Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, Tukey (P ≤ 0.05).
Cuadro 3 Efecto de PbCL2 y Pb(NO3)2 en invernadero en la emergencia de las semillas y crecimiento de las plántulas de Parkinsonia aculeata L.
| Concentración (mM) | Porcentaje de emergencia (%) | Longitud de vástago (cm) | Longitud de radícula (cm) | Peso seco de vástago (g) | Peso seco de radícula (g) |
|---|---|---|---|---|---|
| PbCL2 | |||||
| 0.0 | 93 a† | 7.1 ab‡ | 11.5 a‡ | 389.5 ab‡ | 92.1 a‡ |
| 0.1 | 90 a | 7.0 ab | 9.7 ab | 393.3 a | 90.3 ab |
| 0.2 | 90 a | 7.5 a | 9.7 ab | 380.5 ab | 90.5 ab |
| 0.5 | 87 a | 7.5 a | 8.4 b | 354.0 b | 86.8 ab |
| 1.0 | 90 a | 7.5 a | 8.9 b | 383.5 ab | 86.0 ab |
| 2.0 | 90 a | 7.5 a | 8.9 b | 363.7 ab | 88.8 ab |
| Pb(NO3)2 | |||||
| 0.0 | 93 a | 7.1 ab | 11.5 a | 389.5 ab | 92.1 a |
| 0.1 | 88 a | 7.2 ab | 9.3 ab | 392.7 ab | 89.0 ab |
| 0.2 | 95 a | 6.6 b | 9.2 ab | 376.0 ab | 84.0 ab |
| 0.5 | 90 a | 6.9 ab | 9.0 b | 382.3 ab | 78.9 ab |
| 1.0 | 90 a | 7.3 ab | 8.8 b | 384.7 ab | 78.2 ab |
| 2.0 | 90 a | 6.9 b | 8.1 b | 356.0 ab | 76.6 b |
†Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, Wilcoxon (P ≤ 0.05). ‡Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, Tukey (P ≤ 0.05).
En laboratorio se advirtió una inhibición significativa (P ≤ 0.05) en el crecimiento del vástago y de la radícula de las plántulas, y en el rendimiento de materia seca de P. aculeata (Cuadro 2), principalmente a concentraciones de 2.0 Mm. El PbCl2 en su concentración más alta (2.0 Mm) inhibió hasta 40 % el peso seco del vástago, y 49 % la radícula. Las plántulas tratadas con Pb(NO3)2 mostraron una inhibición de 40 %: sin embargo, la radícula exhibió una inhibición de hasta 57 % en su peso seco (Cuadro 2).
En el ensayo en invernadero se observó una inhibición significativa (P ≤ 0.05) en el crecimiento de la radícula (Cuadro 3) por PbCl2 y el Pb(NO2)3 en 22.6 % y 25.7 %, respectivamente; pero afectaron en menor magnitud el rendimiento en materia seca (5 %).
El Pb(NO2)3 inhibió significativamente (P ≤ 0.05) el crecimiento de la radícula, y el rendimiento de la materia seca disminuyó hasta 10 %. La inhibición del crecimiento y del rendimiento en materia seca es un efecto muy conocido del plomo en altas concentraciones (Iqbal et al., 2017); la raíz es más afectada que el vástago, debido a que está en contacto directo con el Pb (Lamhamdi et al., 2011). El efecto del Pb en la germinación y crecimiento temprano de las plántulas de P. aculeata L. difiere en cuanto a los compuestos de Pb utilizados, debido a que la solubilidad, disponibilidad y fitotoxicidad tienen un papel importante (Truta et al., 2011; Iqbal et al., 2017). Por lo tanto, se presentó una mayor inhibición con Pb(NO3)2 que con PbCl2. En laboratorio es más pronunciada la inhibición que ocasiona ambos compuestos de Pb en comparación a las condiciones de invernadero. Los resultados generan información para futuros trabajos de tolerancia de P. aculeata a suelos contaminados con Pb.
