Introducción

Los rastros de elementos metálicos son constituyentes naturales de todos los ecosistemas (la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera y la biosfera). Su distribución procede de dos orígenes: el natural es el resultado de procesos geogenéticos como la erosión, la precipitación geoquímica de rocas y alguna fuente de agua, la actividad volcánica y bacteriana (^{Baize y Sterckeman, 2013}). Otro, revela actividades antropogénicas. De hecho, los últimos años, el desarrollo de las actividades industriales provocó un aumento considerable de su contenido en el entorno donde pueden llegar de varias maneras. En forma de gas, partículas disueltas o unidas, los contaminantes del transporte pueden penetrar en el suelo por medios de aire (acumulación seca), al usar el agua como vector (precipitación, agua superficial, acumulación húmeda). A través de sólidos orgánicos como aguas residuales, compost, fertilizantes, especialmente fertilizantes fosfatados y pesticidas, etc.

En los vegetales, ciertos ETM son esenciales para los principales procesos fisiológicos, en particular la respiración, la fotosíntesis o la asimilación de los elementos nutritivos (Cu, Zn, Nor, Fe, Co) (^{Kabata-Pendias y Pendias, 2001}). Algunos de ellos también están involucrados en procesos moleculares como el control de la expresión de los genes, la biosíntesis de proteínas, ácidos nucleicos, sustancias de crecimiento, algunos en la clorofila y los metabolitos secundarios, el metabolismo de los lípidos o la tolerancia al estrés (^{Rengel, 1999}). Por lo tanto, desempeñan un papel muy importante en los múltiples sistemas enzimáticos que implican reacciones de reducción de oxígeno (^{Chaignon, 2001}). Sin embargo, actualmente el ETM no tiene todas las funciones conocidas en el metabolismo de la planta y en algunas se consideran como elementos tóxicos (^{Kabata-Pendias y Pendias, 2001}).

Todos los metales pesados pueden, desde un umbral de concentración, provocar toxicidad en las plantas. Varios estudios demostraron que la presencia de rastros de elementos metálicos y más particularmente, de Cd en el entorno de cultivo puede expresarse, más allá de un umbral límite, por la aparición de síntomas de envenenamiento, acompañados de una inhibición del crecimiento de las plantas, con una reducción de la fotosíntesis y con una disminución de los elementos nutritivos (^{Verbruggen et al., 2009}; ^{DalCorso et al., 2013}). Como resultado de sus propiedades físicas y químicas, similares al zinc y al calcio, le permiten cruzar las barreras biológicas y acumularse en los tejidos; por lo que se identificó como un contaminante extremadamente tóxico (^{Godt et al., 2006}). Cualquiera que sea su origen, el cadmio presente en el suelo no se descompone ni por vía química ni por vía biológica. Se acumula en la superficie de los terrenos y puede ser arrastrado por el agua de escorrentía para afectar las aguas profundas. En este caso, puede ser absorbido por las plantas, lo que representa un problema importante para la salud humana. Una exposición en el cadmio produce una gran cantidad de efectos dañinos, lesiones renales y el cáncer aparece entre los más graves (^{Godt et al., 2006}).

En cuanto al trigo, constituye el alimento básico de un tercio de la humanidad, aportándole calorías y proteínas, más que cualquier otra planta cultivada, por lo que necesita contribuciones en elementos fertilizantes como el nitrógeno, el fósforo y el potasio para completar la falta de la parte suministrada por el suelo que siempre es insuficiente para una producción óptima. Como muchas plantas la fase de germinación es sensible a los factores ambientales; se estudiará un rango de concentraciones de cadmio para determinar su fitotoxicidad en dos variedades de trigo común Triticum aestivum L.

Materiales y métodos

El ensayo de germinación se realizó en el laboratorio de biotecnología del departamento de agronomía de la Universidad de Blida1. En este estudio se utilizaron dos variedades de trigo harinero (Triticum aestivum L.) Anza e Hiddab ampliamente utilizados por los agricultores.

Las semillas fueron suministradas por el ITGC (Instituto técnico de los cultivos de campo), se desinfectaron en hidroclorito de sodio al 2% durante 10 minutos y luego se enjuagaron con agua destilada para eliminar las contaminaciones fúngicas. Se colocan en cajas Petri de 10 cm de diámetro y se humedecen con 10 ml de agua destilada en relación con el testigo o la solución de cadmio. La prueba se realizó con 100 granos/variedad, luego 10 granos/caja expuestos a concentraciones crecientes de cloruro de cadmio, respectivamente, como 0, 50, 100, 150 y 200 mg/l. Las cajas de Petri se mantienen en la oscuridad a 25 °C durante 7 días. Después de siete días de germinación, se tomaron 10 plántulas de cada caja de Petri para medir la longitud del tallo y las raíces, así como el peso fresco y el peso seco después de secar en la sala de vapor durante 72 horas a 70 °C. El porcentaje de germinación es el número acumulado de semillas germinadas computadas al séptimo día, incluidas las que tienen una raicilla moderada superior a 2 mm (^{Soltani et al., 2006}).

Para estimar la influencia de las concentraciones crecientes de cadmio en la germinación de las variedades de trigo harinero Anza e Hiddab, calculamos la tasa de germinación, la longitud de los coleoptiles, la longitud de la raíz, el peso seco de los coleoptiles y las raíces.

(^{Iqbal and Rahmati, 1992}).

Fitotoxicidad del tallo (%).

Fitotoxicidad de la raíz (%).

Resultados y discusión

Los resultados del estudio se resumen en la Cuadro 1 que contiene los medios obtenidos, a partir de los parámetros estudiados bajo el efecto combinado de la variedad estudiada y la concentración de cadmio y esto al calcular la tasa de germinación, la longitud de los coleoptiles y las raíces, peso de los coleoptiles y las raíces, fitotoxicidad de los coleoptiles y las raíces y el índice de tolerancia, que se ilustran en los gráficos (Figuras 1-8).

Fecha de germinación

De acuerdo con la prueba de Anova que revela una diferencia significativa de la interacción variedad-concentración, observamos una diferencia significativa (p 0.01) entre las variedades estudiadas Anza e Hiddab para las concentraciones 100, 150 y 200 mg que inhiben la germinación de la variedad Hiddab en comparación con la variedad Anza (Figura 1).

Figura 1 Promedios de tasa de germinación por efecto combinado de variedad-concentración de Cd.  

Longitud del tallo y raíces

De acuerdo con el análisis estadístico, la longitud del tallo fue significativamente influenciada (p 0.001) por las concentraciones crecientes de cadmio de las cuales varía entre 12.44 y 11.09 cm para las variedades Hiddab y Anza respectivamente para el control 2.7 y 2.26 cm para las variedades Hiddab y Anza esto para el tratamiento de 200 mg (Figura 2) con una tasa de reducción de 77.29%. El mismo efecto del cadmio en la longitud de las raíces, sus medias varían entre 11.71-13.32 cm para Anza e Hiddab para el control y 1.25-1.68 cm para las variedades Hiddab y Anza con una concentración de 200 mg de cadmio (Figura 2) con una tasa de inhibición de 86.67%.

Figura 2 El efecto combinado variedad-concentración Cd en la longitud del tallo y las raíces. Las plántulas viejas de 7 días fueron expuestas a varias concentraciones de CdCl2. Las tomas se hicieron plántulas por plántulas. Los valores son promedios de 10 repeticiones. Las barras de error corresponden a los errores estándar.  

Peso seco del tallo y raíces

El efecto de la variedad de interacción x concentración revela un efecto altamente significativo (p 0.001) sobre el peso seco del tallo, de los cuales registra una reducción del peso seco de 56.93% (Figura 3). En cuanto a las raíces, están influenciadas y se registró un peso bajo para Hiddab con un valor de 0.015 g por debajo de la concentración de 200 mg en comparación con el peso más alto obtenido por Anza 0.038 g con el control, con una tasa de 48.11% de reducción (Figura 3).

Figura 3 Efecto de la interacción variedad-concentración Cd sobre el peso seco del tallo (SDW) y el peso seco de las raíces (RDW). Las plántulas viejas de 7 días fueron expuestas a varias concentraciones de CdCl2. Las tomas se hicieron plántulas por plántulas. Los valores son promedios de 10 repeticiones. Las barras de error corresponden a los errores estándar.  

Fitotoxicidad del tallo

De acuerdo con los medios obtenidos del efecto de la interacción variedad-concentración Cd en este parámetro, que varió proporcionalmente con las concentraciones utilizadas para ambas variedades (Figura 4) 79.57 y 78.24% para las variedades Anza e Hiddab respectivamente con una concentración de 200 mg (Cuadro 1).

Figura 4 El efecto combinado de la variedad-concentración de Cd en la fitotoxicidad del tallo y las raíces. Las plántulas viejas de 7 días fueron expuestas a varias concentraciones de CdCl2. Las tomas se hicieron plántulas por plántulas. Los valores son promedios de 10 repeticiones. Las barras de error corresponden a los errores estándar.  

Fitotoxicidad de las raíces

Aumenta de acuerdo con el aumento de las concentraciones de cadmio para Anza e Hiddab con un aumento promedio de 86.65% (Figura 5).

Figura 5 Índice de tolerancia bajo el efecto combinado variedad-concentración Cd. Las plántulas viejas de 7 días fueron expuestas a varias concentraciones de CdCl2. Las tomas se hicieron por plántulas. Son valores promedios de 10 repeticiones. Las barras corresponden al error estándar.  

Conclusión

Basados en los resultados, el cadmio muestra por un lado, un efecto inhibidor sobre los parámetros de germinación y por otro lado, las variedades se comportan de manera diferente, existen variedades tolerantes y otras sensibles. Esto nos lleva a la obligación de elección estratégica de las variedades, especialmente en los suelos afectados por el cadmio y otros metales.