Fitoestabilización de metales pesados en sedimentos costeros asistida por bacterias rizosféricas

Abstract

El problema de la contaminación ambiental por metales pesados se está convirtiendo cada vez más en un asunto de interés global debido al incremento de la industrialización y la alteración de los ciclos biogeoquímicos naturales. Estuarios y costas son particularmente ecosistemas particularmente amenazados. En el estuario de Odiel (SW España), tanto las corrientes naturales como las causas antropogénicas son responsables de altos contenidos de metales en los sedimentos. Sus altas concentraciones de sales son adecuadas para el crecimiento de plantas halófilas, como las especies del género Spartina, que poseen alta capacidad para la acumulación de metales, lo que las convierte en candidatas idóneas para procesos de fitoestabilización. El objetivo principal de este trabajo fue el aislamiento y caracterización de bacterias rizosféricas con el fin de proponer un inoculante autóctono adecuado con potencial para la fitorremediación de marismas contaminadas del Odiel. Las cepas Gram-negativas Pantoea agglomerans RSO6 y RSO7 junto con la cepa Gram-positiva Bacillus aryabhattai RSO25, fueron previamente seleccionadas de entre 25 bacterias autóctonas aisladas de la rizósfera de Spartina maritima. El criterio de selección se basó en características como: resistencia a metales pesados, bioacumulación, propiedades promotoras del crecimiento de plantas (PGP) y capacidad de formar biofilms. Para testar las propiedades promotoras del crecimiento vegetal, se utilizó como planta modelo Spartina densiflora, la cual, si bien es una planta invasora, está ampliamente naturalizada en las marismas del Tinto-Odiel y muestra una gran capacidad de acumular metales en la raíz y el rizosedimento. Las cepas RSO6 y RSO7 mejoraron la germinación de semillas de Spartina densiflora en un 250% en sedimentos contaminados, mientras que RSO25 aumentó en un 300%, con respecto a controles no inoculados. El consorcio bacteriano no consiguió una mayor mejora. Las tres cepas, particularmente las Gram-negativas, promovieron el crecimiento de las plantas y mitigaron el estrés metálico como se pudo apreciar en los parámetros fisiológicos tales como funcionalidad del aparato fotosintético (PSII) y el mantenimiento del equilibrio de nutrientes. En cuanto a la absorción de metales, mientras que las bacterias Gram-negativas no afectaron significativamente la acumulación de metal en los tejidos vegetales, la cepa Gram-positiva aumentó la acumulación de metal sólo en las raíces, sin carga adicional a los brotes. Nuestros resultados confirman la posibilidad de modular el crecimiento de las plantas y la acumulación de metales en sedimentos contaminados tras la inoculación con bacterias seleccionadas, así como la idoneidad de las interacciones halófilas-rizobacterias como una herramienta biotecnológica para propósitos de fitostabilización, evitando así el riesgo de translocación de metales hacia la parte aérea y su entrada a la cadena alimenticia.

The problem of environmental pollution by heavy metals is increasingly becoming a matter of global concern due to increased industrialization and alteration of natural biogeochemical cycles. Estuaries and coasts are particularly threatened ecosystems. In the estuary of Odiel (SW Spain), both natural currents and anthropogenic causes are responsible for high metal contents in the sediments. The high concentration of salt in the estuary make it suitable for the growth of halophilic plants, such as species of the genus Spartina, which possess a high capacity for the accumulation of metals and it is considered as an appropriate candidate for phytostabilization processes. The main objective of this work was the isolation and characterization of bacteria from the rhizosphere of Spartina plants, in order to propose a suitable native inoculant with potential for the phytoremediation of contaminated marshes of Odiel. The Gram-negative strains Pantoea agglomerans RSO6 and RSO7 together with the Gram-positive strain Bacillus aryabhattai RSO25 were previously selected from 25 autochthonous bacteria isolated from the rhizosphere of Spartina maritima. The selection criterion was based on characteristics such as: heavy metal resistance, bioaccumulation, plant growth promoting properties (PGP) and ability to form biofilms. In order to test the plant growth promoter properties, Spartina densiflora was used as a model plant, which, although it is an invasive plant, is widely naturalized in the Tinto-Odiel marshes and shows a great capacity to accumulate metals in the root and the rhizosediment. RSO6 and RSO7 strains improved seed germination of Spartina densiflora by 250% in contaminated sediments, while RSO25 increased by 300%, compared to uninoculated controls. The bacterial consortium did not achieve further improvement. The three strains, particularly Gram-negative, promoted plant growth and mitigated metal stress as could be seen in physiological parameters such as functionality of the photosynthetic apparatus (PSII) and maintenance of nutrient balance. Regarding the uptake of metals, while Gram-negative bacteria did not significantly affect metal accumulation in plant tissues, the Gram-positive strain increased metal accumulation only in the roots, with no additional loading to the shoots. Our results confirm the possibility of modulating plant growth and accumulation of metals in contaminated sediments after inoculation with selected bacteria, as well as the suitability of halophilic-rhizobacterial interactions as a biotechnological tool for phytostabilization purposes, thus avoiding the risk of translocation of metals to the aerial part of the plants and their entry into the food chain.