Izquierda: cultivos de arroz. Derecha: Transformada de Fourier para dos suelos, en condiciones húmedas e inundadas y por nitrato de cadmio.
Cerdanyola del Vallès, 9 de febrero 2021 El cadmio es un elemento altamente nocivo a causa de su toxicidad y permanencia en el cuerpo humano un vez dentro. Es un contaminante industrial y ambiental extremadamente tóxico clasificado como carcinógeno para el ser humano. Los cereales son las principales fuentes de cadmio para los humanos y, en particular, el arroz, alimento básico de muchos países asiáticos, es una fuente especialmente elevada de este metal pesado.
Para reducir las concentraciones de cadmio en el arroz, deben entenderse bien los mecanismos que determinan su disponibilidad en el suelo, su captación vegetal y sus procesos de transporte una vez dentro la planta. Este estudio, fruto de una colaboración científica en que participan jóvenes investigadores de instituciones internacionales de Francia, Suiza, Italia, España y Japón (la Universidad de Grenoble Alpes, el instituto ETH Zurich, la Universidad de Okayama, el Ente italiano Nazionale Risi y los sincrotrones ALBA y Soleil), pretende dilucidar todos estos mecanismos.
El cadmio generalmente se une al azufre, quedando inmovilizado, y las uniones con azufre son la principal fuerza motora del fraccionamiento de los isótopos del cadmio (el cambio de composición isotópica de un elemento de un determinado compuesto debido a la transición de este compuesto de un estado físico o composición química a otro).
Los resultados de esta investigación muestran como la inundación del suelo en los cultivos de arroz no solo cambia la especiación del cadmio de los suelos sólidos, sino también en soluciones acuosas de este suelo, mientras que el transporte vacuolar lleva la disociación de isótopos pesados de cadmio a partir de un átomo de azufre donador, previo al transporte de membranas y al almacenaje en la vacuola. Todos estos descubrimientos permiten un mejor rastreo de elementos contaminantes en el complejo sistema suelo-planta y evaluar la toxicidad del producto final, cuando se trate de plantas que son fuente de alimento como en el caso del arroz.
Técnicas con luz de sincrotrón para rastrear los contaminantes
Para conseguir estos resultados, el equipo científico ha combinado técnicas experimentales complementarias – como la espectroscopia de absorción de rayos X y la detección isotópica de masas - para demostrar la selectividad de los iones ligeros / pesados de cadmio en el proceso de unión al azufre, que determina las diferentes fuerzas de unión y los mecanismos de transporte del contaminante hasta dentro la planta de arroz.
Inicialmente, el equipo de investigación cultivó plantas de arroz (Oryza sativa L.) con transportadores vacuolares OsHMA funcionales y no funcionales (una enzima que juega un papel importante en la hiperacumulación de cadmio en la planta de arroz) en macetas con condiciones de suelo inundado y no inundado. Entonces, se analizaron muestras de suelo, raíces y brotes de cada tratamiento. El suelo y las raíces se hicieron más ricas en isótopos pesados de cadmio en comparación con las raíces y los brotes, ya que los grupos orgánicos de azufre (en gran parte contenidos en el suelo en solución) actuaron como una trampa para los átomos de cadmio, impidiendo su transporte a través de la planta. Los isótopos ligeros se identificaron principalmente en las raíces y los brotes.
Los espectros obtenidos a partir de la espectroscopia de absorción de rayos X se trataron mediante combinaciones lineales de estándares bien caracterizados. Las medidas tomadas en la línea de luz CLAESS del ALBA y en el sincrotrón francés Soleil han revelado que en los suelos y en las raíces el cadmio está principalmente ligado al azufre (sulfuros de cadmio). La inundación del suelo induce la precipitación de sulfuros de cadmio y enriqueció el arroz en isótopos pesados. En cambio, se detectan complejos cadmio-oxígeno y otras especias hidratadas de cadmio2+ en los brotes.
Más allá del caso concreto presentado con las plantas de arroz del experimento, los resultados obtenidos proporcionan un plan para explotar la trazabilidad de contaminantes en suelos y plantas y abren la puerta para avanzar todavía más en el uso de isótopos ligeros / pesados para entender los procesos que controlan la movilidad del cadmio en el medio.
Referencia: 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
