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LA GRANJA. Revista de Ciencias de la Vida

versión On-line ISSN 1390-8596versión impresa ISSN 1390-3799

La Granja vol.27 no.1 Cuenca mar./ago. 2018

http://dx.doi.org/10.17163/lgr.n27.2018.02 

Articles

TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN DE METALES PESADOS CON POTENCIAL APLICACIÓN EN EL CULTIVO DE CACAO

HEAVY METALS REMEDIATION WITH POTENTIAL APPLICATION IN COCOA CULTIVATION

Javier Andrés Casteblanco1  javierancaste@hotmail.com

1Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia UPTC, Colombia

Resumen

El cacao (Theobroma cacao) a nivel mundial ha aumentado su área sembrada y rendimiento por hectárea, sin embargo actualmente los productores se enfrentan a una fuerte legislación emanada por la Unión Europea respecto a los contenidos máximos de plomo y cadmio que deben tener los chocolates que contienen una cantidad mayor o igual al 50 % de sólidos de cacao. En base a una revisión de los trabajos realizados alrededor del mundo y que han sido publicados en los últimos tres años en bases de datos mundiales se presentan, en primera instancia, los problemas ocasionados en las personas por el consumo de alimentos contaminados por metales pesados y las rutas a través de las cuales se puede contaminar el cacao, desde su siembra hasta su procesamiento. A continuación y dando cumplimiento a el objetivo de la revisión se muestran las técnicas de remediación (fitoremediación y bioremediación) que han obtenido buenos resultados respecto a la limpieza de suelos contaminados o que evitan la traslocación de los contenidos de plomo y cadmio del suelo a varios cultivos de interés comercial para tener opciones de potencial aplicación en las zonas cacaoteras de Colombia o cualquier parte del mundo. De los resultados obtenidos se resalta la importancia que tiene la implementación de un sistema integrado de remediación de suelos que incluya la incorporación gradual de árboles nativos, plantas herbáceas, plantas acuáticas, biochar, bacterias y micorrizas arbusculares.

Palabras clave Fitoremediación; bioremediación; plomo; cadmio

Abstract

Cacao (Theobroma cacao) worldwide has increased its area sown and yield per hectare, however currently producers are facing strong legislation issued by the European Union regarding the maximum levels of lead and cadmium that must have chocolates that contain an amount greater than or equal to 50 % cocoa solids. Based on a review of the work carried out around the world and published in the last three years in global databases are presented, in the first instance, the problems caused in people by the consumption of food contaminated by heavy metals and the routes through which the cocoa can be contaminated, from its planting to its processing. The remediation techniques (phytoremediation and bioremediation) that have obtained good results regarding the cleaning of contaminated soils or that avoid the transfer of the contents of lead and cadmium from the soil to several Crops of commercial interest to have options of potential application in the cacao areas of Colombia or anywhere in the world. The results show the importance of implementing an integrated soil remediation system that includes the gradual incorporation of native trees, herbaceous plants, aquatic plants, biochar, bacteria and arbuscular mycorrhizae.

Keywords Phytoremediation; bioremediation; lead; cadmium

Forma sugerida de citar:

Casteblanco, J. A. 2018. Técnicas de remediación de metales pesados con potencial aplicación en el cultivo de cacao. La Granja: Revista de Ciencias de la Vida. Vol. 27(1):21-35. http://doi.org/10.17163/lgr.n27.2018.02.

1 Introducción

El cacao es un producto alimenticio ha tenido un crecimiento bastante marcado en los países productores debido a su fácil manejo y los excelentes beneficios económicos que presenta (TECHNOSERVE, 2015). Sin embargo los productores de cacao de todo el mundo se inquietaron cuando la Unión Europea anunció planes para aplicar regulaciones respecto a que el chocolate que contienen una cantidad mayor o igual al 50 % de sólidos de cacao debía contener un máximo de 0,3 mg/kg de cadmio y 1 mg/kg de plomo (CODEX Alimentarius,2015).

El plomo o el cadmio en los suelos puede tener un origen natural o antrópico, pero independientemente de ello las plantas lo absorben y puede acumularlo en distintas estructuras y proporciones (Londño Franco, Londoño Muñoz y Muñoz García, 2016; Covarrubias y Cabriales, 2017). Esta situación se presenta en el cacao con acumulación importante en sus semillas y hojas (Guerra Sierra et al., 2014) y dado que la mayoría de los productos derivados del cacao son consumidos por niños se hace necesario minimizar la presencia de estos metales en el producto final (CODEX Alimentarius,2015).

El objetivo de esta revisión es señalar parte de la investigación que en los últimos tres años se ha desarrollado a nivel mundial respecto a las técnicas de remediación (fitoremediación y bioremediación) de metales pesados presentes en el suelo, con énfasis en plomo y cadmio, y que potencialmente podría ser utilizada para manejar los niveles presentes en las zonas productoras de Colombia o cualquier parte del mundo.

2 Marco referencial

El árbol del cacao se cultiva en las regiones tropicales. Es comercialmente cultivado entre 15° al norte y 15° al sur de la línea ecuatorial. El rango de temperatura promedio anual va de 23 a 30 °C. Se cultiva desde el nivel del mar hasta los 1200 msnm. Asimismo, necesita humedad relativa anual promedio de entre el 70 % y 80 % (Vizcaíno Cabezas y Betancourt, N.d.; Ramírez Sosa y Orrego Suaza, 2014).

La producción mundial de cacao (T. cacao L.) seha incrementado linealmente desde 1,2 millones detoneladas en 1961 a 4,6 millones de toneladas de cacao en grano seco en 2013. Durante el mismo período, la superficie anual de cacao tuvo un incremento anual promedio del 2,5 % (Vanhove, Vanhoudt y Damme, 2016) y aunque la demanda mundial de cacao sigue aumentando se evidencia al mismo tiempo que la producción declina como consecuencia de múltiples factores incluyendo plagas y enfermedades, disminución de la fertilidad del suelo y un clima cada vez más caliente y seco (TRANSMAR GROUP, 2014; Blaser et al., 2017), y esto ha venido acompañado de un aumento en los precios internacionales de comercialización del cacao en virtud de la elevación de los precios del petróleo, lo que encarece la producción de fertilizantes, plaguicidas y combustibles (Callejas, 2016), incluso a partir del 2001 se empezó a hablar de un déficit del cacao que se consolidaría hacia 2020, debido al decrecimiento de la producción, generado por las malas condiciones de los cultivadores en los principales países de origen, sumado al aumento del consumo industrial, que ha sido estable en los últimos años (ProExport Colombia, 2014).

La producción mundial de cacao es absorbida principalmente por tres países (60 % de las importaciones), siendo Suiza el mayor importador (29,4 %), seguido de Estados Unidos (16,7 %) y Alemania con 13,9 %. La mayor parte de las exportaciones seguirá siendo de cacao en grano, aunque hay intentos de los países productores en añadir más valor y es de esperarse que dentro de veinte años, el cacao sea tan escaso, que convierta al chocolate en un carísimo producto de lujo, el chocolate auténtico será dentro de dos décadas un carísimo y escaso producto que hará honor a su origen: Theobroma cacao, “el alimento de los dioses” (Anga, 2015).

Los altos precios internacionales y la demanda por parte de las industrias procesadoras ha generado que la dinámica mundial del cacao se encuentre activa, incentivando así las expectativas por parte de los productores colombianos ya que a lo anterior se suma el trabajo que viene haciendo la Federación nacional de cacaoteros, FEDECACAO, relacionado con el posicionamiento y reconocimiento de la calidad del cacao a nivel internacional, lo cual se traduce en nuevas oportunidades de mercado para los granos de altísima calidad producidos por los cacaocultores de todas las regiones del país. En tal sentido, se espera seguir acrecentando la presencia en los mercados internacionales donde ya comienza a reconocerse el cacao colombiano como fino de sabor y aroma y se espera poder obtener unas primas extras sobre el precio base, lo cual también se traduce en mejores ingresos y servicios para los caocultores (Cacao de Colombia, 2014).

Dada esta importancia social y económica del cacao, varios países productores y exportadores, incluyendo Colombia, se muestran interesados en conocer los niveles de metales pesados presentes en las zonas de cultivo (Jaramillo,2013; Reyes et al., 2016; CAOBISCO/ECA/FCC, 2015), ya que en los últimos años han existido progresivas regulacionesde la Comunidad Europea, donde se establecen unos límites máximos respecto al contenido permisible de plomo y cadmio en el chocolate y otros derivadosdel cacao comercializados en Europa, Tabla 1, según los reglamentos CE 1881/2006 y CE 488/2014(FAO/WHO, 2014; Lanza et al., 2016; Chavez et al., 2015).

Tabla 1. Contenidos máximos permisibles de plomo y cadmio en el chocolate (CODEX Alimentarius,2015). Sobresale el alto valor asignado para chocolates con % total de materia seca ≥ 50 %  

En consecuencia es fundamental para cualquier país contar con datos de referencia sobre el contenido de plomo y cadmio en los alimentos, sobre todo en aquellos que son consumidos preferentemente por niños, como lo es el cacao, lo cual les permitirá fijar una posición clara ante las regulaciones internacionales que podrían representar un riesgo para las exportaciones del producto y encaminar las investigaciones necesarias para manejar la incidencia y severidad de este problema sobre la salud de las personas (Uyttendaele, Boeck y Jacxsens, 2016), haciendo énfasis en las técnicas naturales y de fácil acceso para los agricultores conocidas como remediación, que incluyen conceptos como fitoremediación (empleo de material vegetal que disminuye la presencia del metal en las plantas de interés) (Ahkami et al., 2017;Tahir, Yasmin y Khan, 2016; Luo et al., 2016) y bioremediación (empleo de microorganismos solos o en conjunto de material vegetal que disminuye la presencia del metal en las plantas de interés (Brown et al., 2017; Galdames et al., 2017; Leal et al., 2017; Aggangan et al.,2017).

3 Problemas asociados a cadmio y plomo

Las recientes investigaciones sobre la contaminación con plomo y cadmio, y otros metales pesados, en los alimentos (Al-Hossainy et al.,2017; Perryman et al., 2017; Siriangkhawut et al.,2017), y sus consecuencias sobre la salud humana como afecciones con lesiones en el embarazo, irritación gastrointestinal, náuseas, vómitos, daños renales, enfi- sema, y cáncer pulmonar (Antoine, Fung y Grant, 2017; AbuShady et al., 2017; Shakir, Zahraw y Al-Obaidy, 2017; Amadi, Igweze y Orisakwe, 2017) dejan ver claramente las razones acerca de la preocupación que se ha despertado a nivel mundial sobre esta temática y sobre todo debido a la acumulación progresiva de estos metales en los tejidos de humanos y animales lo que trae como consecuencia daños a nivel genético molecular (Abarshi, Dantala y Mada, 2017; Al-Gburi, Al-Tawash y Al-Lafta, 2017; Skiba, Kobylecka y Wolf, 2017; Nkansah et al., 2016). Respecto a la entrada del Cadmio en el cuerpo (Díaz García y Arceo, 2017) determina que se hace vía gástrica con un mecanismo de daño que incluye: disfunción por formación de radicales libres, apoptosis o activación por vía de las caspasas, desnaturalización proteica y por disminución de la resistencia transepitelial. Respecto a la entrada delplomo en el cuerpo, este mismo autor, determina que se hace vía gástrica, respiratoria y por contacto,con diversos mecanismos que incluyen: almacenamiento en huesos, daño mitocondrial y formaciónde radicales libres, apoptosis, inflamación por activación FN-k, SRAA y atracción de macrófagos y disminución de producción de NO.

Chumbipuma, en 2016 describe que con respecto al plomo sus efectos sistémicos son inespecíficos, incluyen adinamia, trastornos del sueño, cefalea, dolores en huesos y músculos, síntomas digestivos (estreñimiento), dolor en abdominales, náuseas, vómito y disminución del apetito. También refiere que la toxicidad aguda por plomo se presenta luego de una exposición respiratoria a altas concentraciones, con encefalopatía, insuficiencia renal y síntomas gastrointestinales y finalmente concluye que los trabajadores expuestos por mucho tiempo y sin medidas de protección personal pueden presentarse con una polineuropatía periférica, que afecta predominantemente los miembros superiores, los músculos extensores que los flexores y más el lado dominante, lo que se ha dado en llamar la “mano del pintor” porque se presentaba en estos trabajadores por el uso de pinturas con alto contenido de plomo.

Anderson, en 2016 demostró que el incremento de las concentraciones de plomo en la sangre de jóvenes estudiantes universitarios disminuye la vitalidad y la movilidad lineal rápida en sus espermatozoides. Según Londño Franco, Londoño Muñoz y Muñoz García (2016), la Organización Mundial de la Salud menciona con respecto al cadmio que la presentación y severidad de los signos, síntomas y alteraciones en el organismo se relaciona con las cantidades, el tiempo de exposición y con la vía de entrada del metal; en exposición crónica se observa anemia, disfunción renal, cálculos renales, osteoporosis, osteomalacia, trastornos respiratorios, hipertensión, trastornos nerviosos (cefalea, vértigo, alteración del sueño, tremores, sudoración, paresia, contracciones musculares involuntarias), pérdida de peso y apetito, cáncer de próstata y pulmón; en intoxicación aguda hay neumonitis y edema pulmonar, gastroenteritis, náuseas, vómito, dolor abdominal, diarrea, fallo renal, y finalmente puede ocurrir aberraciones cromosómicas, efectos terato- génicos y congénitos y que en el riñón (túbulos renales) se puede acumular hasta por treinta años.

Contaminantes en cacao

Los contaminantes metálicos del cacao pueden definirse como aquellos metales, no añadidos intencionalmente, que se encuentran presentes en el cacao como resultado de la producción (Chavez et al., 2015; Ramtahal et al.,2016), fabricación, elaboración, preparación (Moreno et al., 2017), tratamiento, empaquetado, transporte, almacenamiento o como producto de contaminaciones ambientales con potencialidad de presentar riesgos sobre la salud de las personas (CODEX Alimentarius, 2015; Londño Franco, Londoño Muñoz y Muñoz García, 2016). Estos metales pueden hallarse en los suelos de forma natural o como resultado de la actividad antropogénica, ser absorbidos por las plantas, concentrados en las semillas y tomados de ellas por el ser humano, lo cual constituye un riesgo potencial para la salud (Amadi, Igweze y Orisakwe, 2017; Paul, 2017; El-Amier, Elnaggar y El-Alfy, 2017).

Diversas investigaciones han demostrado que durante el proceso del beneficio del cacao, existen variaciones en las características fisicoquímicas del grano, en función del tipo de fermentador utilizado y del tiempo de secado, que pueden afectar las concentraciones de los metales, así como la calidad e inocuidad del producto final (Uyttendaele, Boeck y Jacxsens, 2016; Lares Amaiz et al., 2013).

Dentro de este marco, es claro que la fuente de origen de contaminación con plomo y/o cadmio del cacao es diversa, la translocación desde el suelo hacia las distintas partes de la planta es compleja y poco estudiada y la manifestación de su presencia trae consecuencias que son palpables no solo para las plantas sino también para el ser humano y por ello es necesario actualizar las técnicas disponibles que existen sobre el manejo de este problema en distintos cultivos, para tener un marco de referencia que potencialmente pueda ser aplicado en el cacao, y así poder seleccionar aquellas que más sean apropiadas para las condiciones ambientales y naturales en las cuales se desarrolla este cultivo dentro de Colombia o en cualquier parte del mundo.

4 Fitoremediacion de metales pesados

Las especies vegetales ideales para la fitoextracciónson aquellas que poseen la capacidad de acumular y tolerar altas concentraciones de metales en el tejido cosechable (Tariq y Ashraf, 2016) y esto es posible ya que ellas tienen el poder de eliminar contaminantes que persisten en el medio ambiente a través de diversos mecanismos como la fitofiltración, fitoestabilización, fitoextracción, fitovolatización y fitotransformación (da Conceição Gomes et al., 2016), además de la contención y la degradación de metales, compuestos fenólicos y colorantes diversos, así como otros contaminantes orgánicos e inorgánicos (Tahir, Yasmin y Khan, 2016). A continuación se presentan investigaciones en fitoremediación que presentan potencialidad de ser aplicadas en el cultivo de cacao, dada la disponibilidad del material con el que se trabajó.

Tariq y Ashraf (2016) señalaron que los hiperacumuladores poseen diferentes potenciales de acumulación para diferentes metales. El estudio desarrollado por ellos a nivel de laboratorio demostró que el maíz (Zea mayz) es un hiperacumulador para Co y Cr después de la aplicación de un quelante como EDTA, mientras que el girasol (Helianthus annuus) demostró ser un hiperacumulador para Cd en condiciones similares, con una remoción del 56,03 %. La planta de nabo (Brassica campestris) exhibió propiedades hiperacumulativas para Cr. Por otra parte, la arveja (Pisum sativum) se encontró que es el mejor acumulador de Pb sin aplicación del quelato EDTA con una eficiencia de remoción del 96,23 % (Ojoawo, Udayakumar y Naik, 2015; Tariq y Ashraf, 2016).

Se ha comprobado que la habilidad de la soja (Glycine max) para acumular metales pesados presentes en el suelo es baja comparada con su natural predisposición a tolerarlos (Ibiang, Mitsumoto y Sakamoto, 2017), sin embargo se evidenció que su poder acumulador se puede potencializar al sembrarla en conjunto con material del género Melastoma (Syam et al.,2016). Otro trabajo ha comprobado la efectividad de la soja como hiperacumuladora de cadmio, pues agregando hasta 300 mg/Kg de nano particulas de TiO2 en el suelo se obtiene hasta un 400 % adicional de µg de cadmio/planta (Singh y Lee, 2016).

La corteza y hojas de Moringa oleifera se puede utilizar como absorbente alternativo para la eliminación de metales pesados de aguas contaminadas a través de una técnica de obtención de ácido cítrico modificado (CAMOB y CAMOL, por sus siglas en inglés) y su uso en suelos se plantea como potencial para investigación (George et al., 2016). A nivel del suelo se han usado aplicaciones de extracto foliar para concentrar los contenidos de plomo del suelo en donde se cultiva frijol (Phaseolus vulgaris) logrando un notable mejoramiento en el estrés ocasionado por este elemento a través de la activación del sistema antioxidante de las raíces del frijol (Howladar, 2014).

Un estudio desarrollado en la frontera entre India y Pakistán, en un área cultivada con caña de azúcar y sorgo, en donde se usan grandes cantidades de fertilizantes fosforados, que están reportados como fuentes de metales pesados en los suelos resultaron en reportes del uso potencial de estas plantas como fitoextractoras de plomo, cadmio y cobre pues sus Factores de Bioacumulación de Metales (BAF) estuvieron alrededor de 1, lo que resulta ser un muy buen indicador (Singh y Lee, 2016). En Estados Unidos, el sorgo sembrado en suelos contaminados por metales pesados también mostró su habilidad fitoextractora, solo o en mezcla con micorrizas arbusculares del tipo Azotobacter chroococcum (Dhawi, Datta y Ramakrishna, 2016).

Los humus extraídos de materiales compostados de residuos de la extracción de palma de aceite Elaeis guineensis, principalmente los racimos vacíos, mejorados con adición de fertilizantes de base NPK fueron evaluados en su poder fertilizante y de fitoextraccion de metales pesados, especialmente el cobre (Cu) en plantas de pepino (Cucurbita pepo). Los resultados indican que el contenido nutricional de los racimos vacíos es bajo, pero el aporte de potasio es el más significativo. Respecto a su efecto en los metales pesados se concluyó que con adición suplementaria de Nitrógeno se mejora la extracción de cobre, tal como había resultado en otros trabajos desarrollados por Moreira et al en 2011 (Winarso, Pandutama y Purwanto, 2016).

Un cultivo igualmente promisorio para la ex- tracción de metales pesados es la colza o canola (Brassica napus), debido a varias ventajas: 1. tiene gran capacidad de acumular metales (2000 mg/K para cadmio), 2. produce bastante biomasa, es fácil de cultivar y tiene gran adaptabilidad climática y 3. puede ser usada en la industria.

En China se hizo un estudio que comprobó que existen variedades que acumulan cadmio en sus raíces o semillas y por esta razón si la variedad con la que se trabaja hiperacumula en la semilla debe ser usada para la fabricación de biodiesel y en caso contrario, que la hiperacumulación ocurra en las raíces ésta debe ser usada en la fabricación de aceites vegetales comestibles (Fu et al.,2016). Otra investigación comprobó que esta planta tiene un poder hipercumulador de zinc y que se desarrolla muy bienen suelos contaminados con este metal (Belouchrani et al., 2016).

Con el fin de remover plomo y cadmio de aguas residuales, y con potencial uso en suelos regados con estas aguas, se emplearon plantas de las especies Eichhornia sp., Lemna sp., Spirodella sp., Azolla sp., Pistia sp. y se concluye que es promisorio el uso de Lemma sp por su excelente hiperacumulación de los dos metales, independientemente del pH del agua tratada (Verma y Suthar, 2015).

Se trabajó en Egipto con Solanum nigrum y se comprobó que tiene un gran poder de acumulación de zinc en sus raíces y hojas, de plomo en sus tallos y frutos, de cobalto en sus raíces y frutos. Se resalta que los niveles encontrados en sus tejidos mu- chas veces fueron superiores a los encontrados en el suelo estudiado (Saad-Allah y Elhaak, 2017). Se ha encontrado que esta planta se encuentra asociada a micorrizas arbusculares del Phylum Ascomicota y por ello su excelente rol como hiperacumuladora de cadmio (Khan et al., 2017).

En Australia se comprobó la fitoextracción producida por Acacia pycnantha y Eucalyptus camaldulensis concluyendo que el E.camaldulensis presenta en sus hojas un 1 500 % más de cobre que los niveles presentes en el suelo; que el promedio de factores de bioconcentración son más altos en E.camaldulensis y están muy cercanos a uno (1) para el cobre, zinc, cadmio y plomo y además el factor de traslocación de zinc y cadmio es más alto en Acacia pynantha (Nirola et al., 2015). En Italia con la aplicación durante cuatro años de un Sistema Integrado de Fitoremediación (IPS), que incluye Acacia saligna, E. camaldulensis, rhizobacterias y micorrizas se comprobó que se puede producir una fitoestabilización en el suelo de plomo, cadmio y zinc (Guarino y Sciarrillo, 2017).

La capacidad de Marsilea crenata para acumular plomo en sus raíces y trasladarlo hacia sus hojas y rebrotes fue comprobado mediante un experimento a nivel de laboratorio en plantas de tomate. Las evaluaciones fueron hechas mediante la técnica de medición de sus respuestas bioeléctricas y se pudo establecer que esta planta puede ser utilizada como bioindicadora de contaminación por plomo en cultivos comerciales de arroz o tomate, pues sus hojas se tornan amarillentas cuando en el suelo hay presencia excesiva de este metal (Nurhayati, Hariadi y Lestari, 2015).

En un estudio desarrollado bajo condiciones de invernadero en Túnez se evaluó el papel de la alfalfa Medicago sativa y se encontró que su factor de bioconcentración (la relación entre el contenido de los metales en el suelo respecto al contenido en el follaje) demuestra su potencial uso en cualquier cultivo aprovechando el amplio rango de adaptación presente en esta leguminosa (Elouear et al., 2016). Estos resultados se ajustan a otros encontrados por (Flores-Cáceres, 2013), (Coyago y Bonilla, 2016).

5 Bioremediacion de metales pesados

La bioremediación utiliza agentes biológicos (microorganismos) para la eliminación completa de contaminantes y/o sustancias tóxicas del medio ambiente, mientras que la transformación de contaminantes tóxicos en formas inocuas a través de las modificaciones químicas llevadas a cabo por organismos vivos (bacterias y hongos) se denomina biotransformación (Dzionek, Wojcieszynska y Guzik, 2016). En estos sentidos se han desarrollado en los últimos años trabajos de investigación que han tenido bastante éxito y que muestran posibles mecanismos de bioremediación de suelos contaminados (Benyahia y Embaby, 2016), y que presentan potencialidad de ser aplicadas en el cultivo de cacao, dada la facilidad de conseguir el material biológico con el cual se trabajó.

Una de las dificultades que se le otorgan a la bioremediación es el largo tiempo que ha de pasar para que se vean los efectos, sin embargo en trabajos desarrollados en distintas partes del mundo se ha comprobado que las bacterias endófitas asociadas a especies vegetales hiperacumuladoras favorecen la eficiencia del proceso de bioremediación y aumentan la producción de biomasa vegetal mediante tres mecanismos: (1) incremento de la superficie de la raíz y la producción de pelos radiculares, (2) incremento de la disponibilidad de los metales, (3) Incremento en la transferencia de metales solubles desde la rizósfera hasta la planta (Ahemad, 2015). Algunas de las especies de bacterias utilizadas para mejorar la extracción de metales pesados e hidrocarburos son: Burkholderia sp (Yang et al., 2016), Scirpus triqueter (Chen et al., 2017), Pseudomonas sp J4AJ (Di Martino, 2015), Bacillus subtilis (Oyetibo et al., 2017), Microbacterium sp. SUCR140 (Soni et al., 2013), Delftia sp. JD2 (Ahemad, 2015).

En Brasil se diseñó un sistema de rehabilitación que incluía la plantación de E. camaldulensis en surcos y Brachiaria decumbens entre los surcos intermedios, acompañado de siembra de micorrizas arbusculares del tipo Glomus sp, que ya ha sido usado en programa de rehabilitación de áreas contaminadas por metales pesados (Liu et al., 2017). Se encontró un gran poder de extracción, en esta combinación de materiales en la Brachiaria, con un orden de eficiencia de acumulación en su biomasa de Zn, Cu, Cd y Pb. Además se concluye en este trabajo que el conocimiento de la dinámica de estos hongos en su papel rehabilitador de suelos contaminados contribuye a la revegetalización y establecimiento de nuevos materiales vegetales en áreas muy contami- nadas (Leal et al., 2016; Nirola et al., 2015). También se ha trabajado con incorporación al suelo de micorrizas arbusculares Glomus mosseae, Glomus intraradices, Glomus etunicatum para minimización de cadmio en el suelo y se encontró que Bassia indica puede ser utilizada en mezcla con estos hongos para disminuir la dispersión del cadmio en el suelo (Hashem et al., 2016).

La aplicación de biochar de Conocarpus en el suelo al momento de la siembra redujo significativamente las concentraciones de metales pesados en plantas de maíz, mostrando un gran poder de inmovilización: 60,5 % en manganeso, 28 % en zinc, 60 % en cobre, 47 % en cobre (Al-Wabel et al., 2015).

En un test realizado a nivel de laboratorio en Austria, en plantas de maíz inoculadas con la bacteria Burkholderia phytofirmans PsJN en mezcla con lodos de grava se comprobó que ésta mejora significativamente la fijación de metales pesados en el suelo, evitando que contaminen el material vegetativo a través de procesos de inmovilización y estabilización (Touceda-González et al., 2015; Yang et al., 2016).

En la India se investigó la habilidad natural de las bacterias nativas para reducir y destoxificar de plomo, cadmio y cromo los efluentes industriales de curtiembres depositados en ríos y tierras aledañas a las fábricas. Después de hacer una caracterización bioquímica se encontró que Micrococcus sp y Hafnia sp tienen gran potencial de bioremediación de los citados metales (Marzan et al., 2017).

La bacteria Microbacterium oleivorans ha sido estudiada por su poder de descomponer hidrocarburos aromáticos policíclicos, como el petróleo, y también se ha evaluado para descontaminar tierras contaminadas con metales pesados encontrándose que aún en pequeñas dosificaciones sus resultados son bastante alentadores para continuar probándola en diferentes condiciones y cultivos (Avramov et al., 2016; Xia et al., 2015).

Los microorganismos cuentan con amplias capacidades metabólicas que les permiten utilizar diferentes tipos de sustratos con el objetivo de obtener energía y en muchos casos transformarlos, los metales pesados son sustratos que pueden ser inmovilizados o transformados por estos organismos utilizando diversas estrategias lo cual puede afectar su biodisponibilidad.

Esta situación ha permitido que se puedan implementar técnicas de biorremediación que involucren el uso de hongos y bacterias con el fin de reducir la carga contaminante de diversos ambientes (Beltrán-Pineda y Gómez-Rodríguez, 2016). La utilización de técnicas de ingeniería genética ha permitido manipular cepas microbianas que exhiben naturalmente buenas capacidades biorremediadoras para generar microorganismos con capacidades potenciadas que muestran resultados promisorios en estudios a nivel in vitro y a nivel de campo, sin embargo, los mejores resultados se han obtenido al utilizar en conjunto las capacidades de plantas y microorganismos en un mecanismo conocido como simbiótico (Baghour et al., 2001).

Las plantas hiperacumuladoras (metalófitas) tienen la capacidad para remover, reducir, transformar, mineralizar, degradar, volatilizar o estabilizar metales pesados gracias a su alta capacidad de acu- mulación en las raíces y translocación diferentes órganos vegetativos alcanzando niveles de remoción de hasta del 100 % (Buta et al., 2014). Dentro de las adaptaciones fisiológicas y bioquímicas se incluye el desarrollo de estructuras complejas llamadas metal-proteínas o metalotioneinas, que permiten el control en la acumulación de Cd, Cr y Hg, que ade- más le brindan protección a la célula ante efectos tóxicos (Paz-Ferreiro et al., 2014).

Por otra parte, gracias a los avances en ingeniería genética muchos genes que generan resistencia a metales pesados han sido introducidos dentro de las células vegetales, como es el caso de las especies vegetales transgénicas que expresan las proteínas organomercurial liasa (MerB) y MerA (mercurio reductasa), presentan una mayor tolerancia a complejos de Hg orgánico y reduciendo Hg (II) a Hg (0). La microremediación y la fitorremediación son consideradas tecnologías promisorias en el tratamiento de la contaminación de metales pesados, su utilización en campo y laboratorio evidencian el potencial biotecnológico en la recuperación de ambientes afectados (Swain, Adhikari y Mohanty, 2013).

6 Conclusión

En la naturaleza existen numerosos organismos con la capacidad de fijar o absorber los metales pesados, la mayoría con origen antrópico, que se encuentran presentes en la solución del suelo y que luego terminan contaminando los alimentos que consumimos. Para el cultivo de cacao es necesario desarrollar programas integrales de remediación, que incluya técnicas de fitoremediación (B. campestris, M. sativa o E.camaldulensis) y de bioremediación (micorrizas arbusculares del genero Glomus, y bacterias como M. oleivorans y B. phytofirmans) y aunque los mejores resultados se logran en tiempos relativamente largos, es necesario iniciar desde ahora para tener la seguridad de ofrecer un chocolate con buen sabor y aroma y que cumpla con la normatividad vigente sobre contenidos de plomo y cadmio.

Referencias

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Recibido: 17 de Agosto de 2017; Aprobado: 16 de Enero de 2018

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