Esquerra: cultius d'arròs. Dreta: Transformada de Fourier per dos sòls, en condicions humides i inundades i per nitrat de cadmi.
Cerdanyola del Vallès, 9 de febrer 2021 El cadmi és un element altament nociu a causa de la seva toxicitat i permanència en el cos humà un cop dins. És un contaminant industrial i ambiental extremadament tòxic classificat com a carcinogen per a l’ésser humà. Els cereals són les principals fonts de cadmi per als humans i, en particular, l’arròs, aliment bàsic de diversos països asiàtics, és una font especialment elevada d’aquest metall pesant.
Per reduir les concentracions de cadmi a l’arròs, cal entendre bé els mecanismes que determinen la seva disponibilitat en el sòl, la seva captació vegetal i els seus processos de transport un cop dins la planta. Aquest estudi, fruit d’una col·laboració científica en què participen joves investigadors d’institucions internacionals de França, Suïssa, Itàlia, Espanya i el Japó (la Universitat de Grenoble Alps, l’institut ETH Zurich, la Universitat d’Okayama, l’Ente italiano Nazionale Risi i els sincrotrons ALBA i Soleil), pretén dilucidar tots aquests mecanismes.
El cadmi generalment s’uneix al sofre, quedant immobilitzat, i les unions amb sofre són la principal força motora del fraccionament dels isòtops del cadmi (el canvi de composició isotòpica d’un element d’un determinat compost degut a la transició d’aquest compost d’un estat físic o composició química a un altre).
Els resultats d’aquesta recerca mostren com la inundació del sòl en els cultius d’arròs no només canvia l’especiació del cadmi dels sòls sòlids, sinó també en solucions aquoses d’aquest sòl, mentre que el transport vacuolar porta la dissociació d’isòtops pesats de cadmi a partir d’un àtom de sofre donador, previ al transport de membranes i a l’emmagatzematge en el vacúol. Totes aquestes troballes permeten un millor rastreig d'elements contaminants en el complex sistema sòl-planta i avaluar la toxicitat del producte final, quan es tracti de plantes que són font d'aliment com en el cas de l’arròs.
Tècniques amb llum de sincrotró per rastrejar els contaminants
Per aconseguir aquests resultats, l’equip de recerca ha combinat tècniques experimentals complementàries - com ara l’espectroscòpia d’absorció de raigs X i la detecció isotòpica de masses - per tal de demostrar la selectivitat dels ions lleugers / pesats de cadmi en el procés d’unió al sofre, que determina les diferents forces d’unió i els mecanismes de transport del contaminant dins la planta d’arròs.
Inicialment, l’equip d’investigació va cultivar plantes d’arròs (Oryza sativa L.) amb transportadors vacuolars OsHMA funcionals i no funcionals (un enzim que juga un paper important en la hiperacumulació de cadmi en la planta d’arròs) en torretes amb condicions de sòl inundat i no inundat. Llavors, es van analitzar mostres de sòl, arrels i brots de cada tractament. El sòl i les arrels es van tornar més riques en isòtops pesats de cadmi en comparació amb les arrels i els brots, ja que els grups orgànics de sofre (en gran part continguts en el sòl en solució) van actuar com una trampa per als àtoms de cadmi, impedint el seu transport a través de la planta. Els isòtops lleugers es van identificar principalment en les arrels i els brots.
Els espectres obtinguts a partir de l’espectroscòpia d’absorció de raigs X es van tractar mitjançant combinacions lineals d’estàndards ben caracteritzats. Les mesures preses a la línia de llum CLAESS de l’ALBA i al sincrotró francès Soleil han revelat que als sòls i a les arrels el cadmi està principalment lligat al sofre (sulfurs de cadmi). La inundació del sòl indueix la precipitació de sulfurs de cadmi i va enriquir l’arròs en isòtops pesats. En canvi, es detecten complexos cadmi-oxigen i altres espècies hidratades de cadmi2+ en els brots.
Més enllà del cas concret presentat en l’experiment amb les plantes d’arròs, els resultats obtinguts proporcionen un pla per explotar la traçabilitat de contaminants en sòls i plantes i obren la porta per avançar encara més en l’ús d’isòtops lleugers / pesats per entendre els processos que controlen la mobilitat del cadmi en el medi.
Referència: Matthias Wiggenhauser, Anne-Marie Aucour, Sarah Bureau, Sylvain Campillo, Philippe Telouk, Marco Romani, Jian Feng Ma, Gautier Landrot, Géraldine Sarret. Cadmium transfer in contaminated soil-rice systems: Insights from solid-state speciation analysis and stable isotope fractionation. Environmental Pollution 269 (2021) 115934. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115934
