Warning: XSLTProcessor::transformToXml(https://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd) [xsltprocessor.transformtoxml]: failed to open stream: No route to host in /srv-new/scielo/www/htdocs/class.XSLTransformerPHP5.php on line 36

Warning: XSLTProcessor::transformToXml() [xsltprocessor.transformtoxml]: file:////srv-new/scielo/www/bases/xml/rcta/v29n2/2071-0054-rcta-29-02-53.xml:2: I/O warning : failed to load external entity "https://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd" in /srv-new/scielo/www/htdocs/class.XSLTransformerPHP5.php on line 36

Warning: XSLTProcessor::transformToXml() [xsltprocessor.transformtoxml]: 51215//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd" in /srv-new/scielo/www/htdocs/class.XSLTransformerPHP5.php on line 36

Warning: XSLTProcessor::transformToXml() [xsltprocessor.transformtoxml]: ^ in /srv-new/scielo/www/htdocs/class.XSLTransformerPHP5.php on line 36
Plasma Membrane Alterations in Phaseolus vulgaris L. Variety CC-25-9-N Induced by Metals

SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.29 issue2Quality of Agricultural Soils in the Interior Bay of Puno, Peru-2018Comparison of the Physicochemical Properties of Two Phenotypes of Nanche (Byrsonima crassifolia L.) author indexsubject indexarticles search
Home Pagealphabetic serial listing  

My SciELO

Services on Demand

Journal

Article

Indicators

  • Have no cited articlesCited by SciELO

Related links

  • Have no similar articlesSimilars in SciELO

Share


Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

On-line version ISSN 2071-0054

Rev Cie Téc Agr vol.29 no.2 San José de las Lajas Apr.-June 2020  Epub June 01, 2020

 

ARTÍCULO ORIGINAL

Alteraciones en la membrana plasmática de Phaseolus vulgaris L. variedad CC-25-9-N inducida por metales

Dr.C. Liane Portuondo FaríasI  * 

Dr.C. Dariellys Martínez BalmoriI 

Dr.C. Fernando Guridi IzquierdoI 

Dr.C. Alejandro Falcón RodríguezII 

Dr.C. Andrés Calderín GarcíaIII 

Dr.C João Paulo Machado TorresIV 

IUniversidad Agraria de La Habana, Departamento de Química, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

IIInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

IIIUniversidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Laboratório de Solos, Rio de Janeiro, Brasil.

IVUniversidade Federal do Rio de Janeiro, Laboratório de Radioisótopos, Rio de Janeiro, Brasil.

RESUMEN

En las primeras etapas de la fase vegetativa es donde la planta manifiesta su mayor susceptibilidad a cambios bruscos en las condiciones del medio, desatándose vías adaptativas que incluyen cambios en la estructura de las membranas celulares, por ser las primeras que responden a un daño. El frijol (Phaseolus vulgaris L.) es un cultivo de interés agrícola que puede acumular metales pesados y, por consiguiente, desarrollar mecanismos de tolerancia a este tipo de estrés. Por estas razones el trabajo tuvo como objetivo determinar la existencia de cambios en la membrana plasmática y en la actividad antioxidante de hojas de plantas de frijol germinadas en presencia de metales pesados. Semillas de la variedad CC-25-9-N fueron germinadas en condiciones controladas en presencia de seis concentraciones específicas para los cationes Pb2+, Ni2+ y Cu2+. A los 15 días después de la germinación se determinó el límite de tolerancia, la dosis letal media, cambios en la permeabilidad de las membranas de las hojas a través de medidas de conductividad eléctrica y pH, y la actividad de peroxidasas totales y guaiacol peroxidasa. Fue comprobada la variabilidad en la permeabilidad de la membrana a partir de diferencias en los valores de la conductividad eléctrica y el pH en cada uno de los tratamientos, que dependieron del metal y la concentración en estudio, así como también en la actividad de las enzimas analizadas. Los resultados sugieren una posible especificidad en la interacción planta-metal, lo que implica mecanismos de respuestas diferentes.

Palabras clave: frijol; metales tóxicos; estrés oxidativo; toxicidad; peroxidasas

INTRODUCCIÓN

Las condiciones de estrés son uno de los principales factores que influyen en el normal crecimiento y desarrollo de las plantas. Pueden desatarse por diversos procesos de contaminación que incluyen la acción antropogénica o factores del medio natural como salinidad, temperaturas extremas, sequía o alta intensidad de la luz. Las plantas han desarrollado diferentes sistemas de defensa que les permiten adaptarse a las condiciones externas, así como a la incidencia de factores bióticos y abióticos (Shivaraj et al., 2018).

La contaminación del suelo por metales es uno de los problemas ambientales más serios causado por el hombre. Algunos metales como el cobre (Cu), zinc (Zn), níquel (Ni) y manganeso (Mn) son micronutrientes esenciales para las plantas, mientras que otros como el cadmio (Cd) y el plomo (Pb) no poseen una función conocida. El exceso de estos metales implica un daño a la planta y un peligro adicional si se acumulan e integran a la cadena trófica. Minimizar la entrada de estos contaminantes a la cadena alimentaria es una tarea imperativa para el desarrollo sostenible (Pirzadah et al., 2015).

Aunque las plantas controlan la absorción o el rechazo de algunos elementos químicos mediante reacciones fisiológicas específicas, son receptoras pasivas de los oligoelementos absorbidos por las raíces o de aquellos que llegan por las precipitaciones. Los estudios realizados en este tema, muestran resultados que implican mecanismos de adaptación como son: (i) unión de metales a la pared celular de las raíces; (ii) activación de un transporte reducido a través de la membrana interna de las células; (iii) entrada o salida activa al interior celular; (iv) compartimentación dentro de las vacuolas y; (v) quelación a través de la unión del metal con complejos orgánicos, inorgánicos y con proteínas específicas como las fitoquelatinas o metalotioneinas (Hasan et al., 2017).

Varias son las especies vegetales que se reportan en la literatura con posibilidades para la acumulación de metales tóxicos en sus tejidos, inclusive algunas de interés agrícola como el frijol. Este cultivo muestra una acumulación de cationes tóxicos fundamentalmente en las raíces, no detectados en el fruto agrícola (Portuondo, 2011). Como las plantas en las primeras etapas de la fase vegetativa muestran mayor sensibilidad a cambios en la homeostasis, o presentan la mayor expresión de posibles mecanismos adaptativos, se planteó como objetivo de este trabajo determinar la existencia de cambios en la membrana plasmática y en la actividad antioxidante de hojas de plantas de frijol germinadas en presencia de los cationes de metales pesados Pb2+, Ni2+ y Cu2+.

MÉTODOS

Materiales y Condiciones Experimentales

Los experimentos se desarrollaron en la fase vegetativa bajo condiciones de laboratorio, en el Departamento de Química de la Universidad Agraria de La Habana. Se trabajó con plantas de Phaseolus vulgaris L. obtenidas a partir de semillas de la variedad CC-25-9-N, certificadas por el Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), de la cual no se encontró reporte sobre su capacidad para acumular metales.

Establecimiento del Límite de Tolerancia a los cationes Pb2+, Ni2+ y Cu2+

Se colocaron 20 semillas para germinar en bandejas plásticas de 9 × 13 cm con las correspondientes disoluciones de Pb(NO3)2, NiSO4.6H2O y CuSO4.5H2O (de calidad QP, Sigma-Aldrich) a seis concentraciones diferentes mostradas en la Tabla 1 y teniendo en cuenta valores permisibles previamente informados (Kabata, 2001). Fue empleado además un tratamiento control (agua) para un total de 19 tratamientos, con cinco réplicas cada uno.

TABLA 1 Concentraciones de las disoluciones de los metales Pb2+, Ni2+ y Cu2+ 

ppm
Pb 2+ 10 25 50 75 100 125
Ni 2+ 1 5 10 15 20 25
Cu 2+ 5 10 20 30 40 50

A los 15 días después de la germinación (DDG) de las semillas, se realizaron las evaluaciones de dosis letal media (DLM) e índice de fitotoxicidad (IF). Se consideró como DLM aquella que destruyó al 50 % de los individuos de la población y al IF como aquel correspondiente al número de plantas afectadas (Rivera et al., 2005).

Evaluación de cambios en la permeabilidad de las membranas

Fue realizado a través de mediciones del pH y la conductividad eléctrica. Se tomaron por triplicado 10 discos de 0,5 cm de diámetro de las hojas verdaderas de cinco plantas de cada tratamiento, que fueron introducidos en recipientes que contenían 30 mL de agua desionizada. El sistema se mantuvo en constante agitación (agitador magnético) durante 30 min, pasado este tiempo lecturas de ambas variables se realizaron cada 5 min a una temperatura constante de 25 ºC (Schulze et al., 2005). El pH de la disolución fue medido en un pHmetro (Modelo PHSJ-3F, 0.01pH ± 1bit) y la conductividad eléctrica en un conductímetro (Modelo DDSJ-308, ± 0.5 % (FS) ± 1digit).

Influencia de los cationes de metales en sistemas antioxidantes

Se colocaron semillas de frijol a germinar en bandejas plásticas como fue descrito anteriormente, con dos concentraciones de los cationes de metales (correspondientes a la DLM y Límite de Tolerancia) y un tratamiento control (agua), para un total de 7 tratamientos con cinco réplicas cada uno. Se evaluó la actividad de enzimas peroxidasas (POX) (EC:1.11.1.7), la cual fue determinada a los 15 DDG a partir de una masa de 0,5 g de hojas. Se preparó una mezcla de reacción consistente en Na2HPO4-NaH2PO4 0,05 mol L-1 de pH 5.5, guaiacol 0,05 mol L-1, H2O2 (2 % v: v) y 1 mL de un extracto enzimático preparado a partir de la adición del mismo buffer a pH 5.8, PVP 5 %, filtrado y centrifugado a 10 000 rpm. La lectura de absorbancia se realizó a 470 nm durante 4 min a intervalos de 20 seg en un espectrofotómetro UV-visible (Rayleigh-1601) y los resultados fueron expresados en ∆470 min-1 g-1 proteína (Bronikowski et al., 2018). Para la guaiacol peroxidasa (GPX) (EC:1.11.1.7) se utilizó la misma masa de material vegetal y se preparó la misma mezcla de reacción con la diferencia de que el buffer utilizado fue a un valor de pH 6.1 y pH 7.0 para el extracto enzimático. La lectura de absorbancia se realizó a 420 nm y los resultados fueron expresados en ∆420 min-1 g-1 proteína (Wilkesman et al., 2014).

Los datos fueron procesados mediante un ANOVA de clasificación simple con el paquete estadístico Statgraphic v. 5.1 plus, y la prueba de comparación de medias se realizó por Tukey p<0,05.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Establecimiento de los límites de tolerancia de los cationes Pb2+, Ni2+ y Cu2+

Los valores de dosis letal media (DLM) para los cationes Pb2+, Ni2+ y Cu2+, donde no se alcanza la germinación del 50 % de las semillas, fueron de 125, 10 y 30 ppm respectivamente. Otro indicador a tener en cuenta es el índice de fitotoxicidad (IF), el cual representa la respuesta de la planta a la exposición a los metales. El valor de IF más elevado representa mayor efecto fitotóxico o de estrés del metal, mientras que el más pequeño significa lo contrario. Los valores de IF en las plántulas de frijol expuestas a los cationes de Pb2+, Ni2+ y Cu2+ se muestran en la Figura 1.

FIGURA 1 Índice de Fitotoxicidad (IF) de plántulas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) variedad CC-25-9-N con 15 DDG con disoluciones de concentraciones diferentes de cationes de los metales tóxicos Pb2+, Ni2+ y Cu2+

Para el tratamiento con Pb2+ el IF responde con mayores valores a la concentración más elevada de 125 ppm. Sin embargo, en el caso del Ni2+ y el Cu2+ a concentraciones inferiores a las máximas, ya se observa un notable IF. Este nuevo y útil resultado indica que las plantas de frijol en sus primeras fases de la etapa vegetativa toleran mayores concentraciones de Pb2+ que de otros metales como el Ni2+ y el Cu2+. Esto es posiblemente debido a que el Pb2+ no presenta ninguna función biológica reconocida en las plantas, por lo que al introducirse en la célula se activan mecanismos de desintoxicación y ocurre una rápida acumulación en vacuolas (Shah et al., 2018).

En los casos del Ni2+ y el Cu2+, ellos se encuentran entre los microelementos que en pequeñas concentraciones son utilizados para llevar a cabo funciones vitales en las plantas, tales como reacciones de transferencia de electrones, cofactores de enzimas específicas y constituyentes de la estructura de varias moléculas (Pokorska et al., 2018). Un incremento en la concentración de estos metales no solo afectaría estos procesos, sino que, además, se suman los propios del estrés oxidativo a nivel celular, originados por su elevada concentración.

Estos resultados permiten conocer cuáles son las concentraciones a partir de las cuales se pueden realizar estudios acerca de mecanismos de tolerancia en el cultivo del frijol, ya que serían aquellas en las cuales sobrevive el cultivo sin mostrar daños aparentes, que serían para el caso del Pb2+ 100 ppm, para el Ni2+ 5 ppm y para el Cu2+ 20 ppm, asumiéndose éstas como límites de fitotoxicidad o tolerancia del cultivo.

Lo encontrado es de gran importancia para la agricultura actual, debido fundamentalmente a que en Cuba se aceleró la siembra de cultivos a gran escala en suelos que se encontraban ociosos. Lo anterior implica que, si el objetivo es sembrar frijol, cultivo de preferencia nacional, sin realizar un estudio de las características químico-físicas del suelo y éste se encontrara con elevados niveles de Pb2+ biodisponible, se podría correr el riesgo de una contaminación directa al ser humano a través de la cadena trófica. Para el caso del Ni2+ la aplicación práctica sería diferente, pues dado su bajo límite de fitotoxicidad, pudiera dar origen a bioensayos relativamente simples que permitan detectar áreas con riesgo de estar contaminadas con este catión.

Evaluación de cambios en la permeabilidad de las membranas

En la Figura 2 se presentan los valores de pH y conductividad eléctrica de plántulas procedentes de semillas germinadas en presencia de Pb2+, observándose variaciones en ambos indicadores en la mayoría de los tratamientos con respecto al control. En cuanto al pH el tratamiento de 25 ppm comenzó con un valor superior a 7,4 y a los 10 min descendió para encontrar un comportamiento relativamente estable alrededor de un pH ꞊ 7 hasta los 30 min. A concentraciones de 10 ppm comenzó con un valor de pH inferior a 7. Sin embargo, a partir de los 5 min ascendió a 7,6 y luego de 15 min alcanzó una estabilidad a valores cercanos de pH ꞊ 7,4.

FIGURA 2 Valores de pH y conductividad eléctrica de hojas de plántulas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) variedad CC-25-9-N con 15 DDG en presencia de disoluciones de concentraciones diferentes del catión Pb2+

Para las concentraciones de 50, 75, 100 y 125 ppm se comenzó con valores de pH alrededor de la neutralidad, aunque la concentración de 50 ppm a partir de los 25 min ascendió hasta encontrar su punto máximo junto al tratamiento de 10 ppm. El resto de las concentraciones se mantuvieron con valores de pH constantes hasta los 30 min siguiendo un comportamiento similar al control, aunque con valores ligeramente superiores al de éste.

Aunque el pH citoplasmático debe ser mantenido sobre la neutralidad, existen cambios que pueden afectar este valor. Las plantas cuando son sometidas a un estrés pueden provocar la extrusión o entrada de H+ hacia el interior celular. Las pequeñas variaciones del pH generalmente son controladas por la capacidad tampón del citoplasma, pero este es un mecanismo de corta duración que sólo es mantenido de 6-8 min (Budar y Roux, 2011). Por tanto, las plantas del presente estudio tendrían que buscar rutas alternativas de manutención de la integridad de la membrana, como sintetizar o destruir ácidos orgánicos para el control de las variaciones del pH, llevar a cabo un mecanismo físico-químico de extrusión de H+ a través del citoplasma o un bombeo de H+ a la vacuola a través del tonoplasto (Armbruster et al., 2017).

Para el caso de la conductividad eléctrica el comportamiento más específico lo produjo la concentración de 125 ppm que se mantuvo similar al del tratamiento control, aunque con valores mucho más bajos hasta los 10 min, momento a partir del cual descendió bruscamente hasta encontrar un equilibrio o estabilidad a los 20 min. La concentración más elevada de 125 ppm de Pb2+ fue la que produjo la mayor modificación en la membrana celular, ya que indujo un brusco cambio de la medida de la conductividad eléctrica hasta intentar encontrar una homeostasis del sistema.

Este equilibrio pudiera alcanzarse a partir de la salida o entrada de H+, así como la entrada del metal al interior celular mediante bombas en las membranas. Se ha comprobado que en las plantas existen diversas bombas específicas para los cationes de metales tóxicos. Sobre éstas actúan enzimas específicas dependientes de ATP y poseen una estructura similar a las de Na+/K+ de las membranas plasmáticas (Li et al., 2016). Es posible que, con la entrada del metal al interior celular, se estuviesen llevando a cabo cambios estructurales o reordenamientos en la composición de los lípidos de la membrana, lo cual provocó cambios en la conductividad, comportamiento que también se pone de manifiesto en el catión Ni2+ mostrado en la Figura 3.

FIGURA 3 Valores de pH y conductividad de hojas de plántulas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) variedad CC-25-9-N con 15 DDG en presencia de disoluciones de concentraciones diferentes del catión Ni2+

Para el caso de este metal sólo se pudieron realizar mediciones en aquellos tratamientos con material vegetal suficiente (concentraciones de 1, 5 y 10 ppm). La concentración de 5 ppm comenzó con un valor de pH próximo de 7, a partir de este momento mostró una reducción hasta los 15 min, donde regresó a valores alrededor de 6.8 tratando de encontrar una estabilización. La concentración de 10 ppm comenzó con un valor de pH cercano a 7 y descendió bruscamente hasta los 10 min, momento a partir del cual se verificó un paulatino ascenso. Por último, el tratamiento de 1 ppm, aunque comenzó con valores superiores a los del tratamiento control, con el paso del tiempo mantuvo un comportamiento similar al de éste. Para el caso de la conductividad, todos los tratamientos se mantuvieron con un comportamiento similar al del tratamiento control, aunque con valores de conductividad inferiores, tendencia esta que se mantuvo también para el caso del Cu2+ mostrado en la Figura 4.

FIGURA 4 Valores de pH y conductividad de hojas de plántulas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) variedad CC-25-9-N con 15 DDG en presencia de disoluciones de concentraciones diferentes del catión Cu2+

En las plántulas que germinaron con las disoluciones de Cu2+, donde se provocaron las mayores diferencias entre los tratamientos fue en la medida del pH. Para todas las concentraciones del metal en estudio se manifestó similitud en cuanto a la tendencia general de variación en función del tiempo, excepto la concentración de 5 ppm que comenzó con valores de pH superiores a los del tratamiento control y tuvo un rápido descenso hasta los 15 min, momento a partir del cual comenzó un ascenso de su valor aproximándose al de las otras concentraciones empleadas.

Es conocido que el Cu2+ afecta entre otros factores el transporte de iones transmembrana, la concentración de Ca2+ intracelular y turgencia de la célula, además de interferir en la transducción de señales celulares como las del Ca2+ como segundo mensajero (Sun et al., 2010). Este metal, al desplazar al Ca2+ de las membranas, pudiera provocar en la célula modificaciones en el transporte, lo que conlleva a cambios en el pH intracelular. Otro posible mecanismo es la incorporación del Cu2+ una vez en el citosol a enzimas, aminoácidos o polipéptidos como las fitoquelatinas, para un transporte al interior vacuolar, lo que provocaría también un cambio en el pH. Se ha comprobado que el Cu2+ induce cambios en la permeabilidad de la membrana atribuidos a un incremento en la conductividad no selectiva y a la inhibición o baja actividad de las bombas H+-ATPasa de membrana plasmática (Liu et al., 2018).

Todos aquellos cambios que afecten la permeabilidad en la célula, dependen en gran medida de la composición de la membrana plasmática. La apertura de los canales a partir de proteínas transmembrana y señales de transducción, los transportadores y las bombas, se pueden ver afectados en dependencia del estrés que se ocasione. Al penetrar por estos sistemas los cationes de metales, pueden provocar la producción de especies reactivas que son detectadas por receptores que activan proteínas quinasas o señales en cascadas de quinasas, cambios en los niveles de Ca2+ y calmodulina, regulación en la expresión de genes y diferentes factores de transcripción que desencadenarían, en dependencia del metal y su concentración, una respuesta específica en el cultivo.

Pudiera considerarse que la variedad de frijol CC-25-9-N muestra un comportamiento de planta acumuladora de metales, lo cual conlleva a establecer su potencialidad en el posible efecto negativo para la cadena trófica, no solamente por la posibilidad de llegar al fruto comestible, sino por el peligro de utilizar los restos de cosecha como fuente de abono orgánico. Los resultados encontrados presentan un gran valor práctico para los preceptos de la agroecología y la agricultura sostenible, que a su vez justifican técnicamente el control sistemático del contenido de metales en documentos normativos de agrocontaminación y en las normas del Codex, a partir de la evaluación de riesgos organizadas por la FAO y la OMS.

Influencia de los cationes de metales en sistemas antioxidantes

Los valores de actividad enzimática POX y GPX para los cationes Pb2+, Ni2+ y Cu2+ a concentraciones que se corresponden a la DLM y límite de fitotoxicidad o tolerancia, se muestran en la Tabla 2.

TABLA 2 Actividad de las enzimas POX y GPX en hojas de las plántulas de frijol expuestas a diferentes concentraciones de metales 

Tratamientos

  • POX

  • 470 min-1 g-1

  • GPX

  • 420 min-1 g-1

Control 0,51b 0,0019c
Pb-100 0,64ª 0,0025b
Pb-125 0,53b 0,0033ª
Ni-5 0,13d 0,0010d
Ni-10 0,27c 0,0017c
Cu-20 0,10d 0,0006e
Cu-30 0,12d 0,0009de

a…e: letras distintas representan medias que difieren significativamente según prueba de rangos múltiples (Tukey p<0,05)

Los valores de actividad enzimática indican la remoción de especies reactivas de oxígeno producto de un estrés oxidativo. El tratamiento correspondiente a la concentración de 100 ppm del catión Pb2+ mostró valores superiores al control, en cambio a una concentración dañina como la de 125 ppm se obtuvo valores que no se diferencian del tratamiento control, probablemente producto a la activación de otros sistemas antioxidantes. Los tratamientos correspondientes a los microelementos, en cada una de las concentraciones estudiadas, no superaron los valores del control, debido presumiblemente a que fueron incorporados a metabolitos o enzimas propios de la planta. La inducción de un estrés “no tan intenso” pudo ser utilizado en vías de señalización para propiciar efectos de aceleración en el crecimiento y desarrollo de las plántulas, como la síntesis de compuestos y metabolitos intermediarios. Se debe considerar que la germinación se llevó a cabo en condiciones controladas, no en un sistema natural donde la propia materia orgánica del suelo o la interacción con los microorganismos les facilitasen a las raíces la absorción de los cationes en estudio.

Se conoce que las enzimas POX catalizan uno de los pasos finales de la biosíntesis de lignina en las raíces (Kumar y Prasad, 2018). Además, la GPX participa en reacciones metabólicas de biosíntesis de lignina y descomposición del AIA (Falade et al., 2018). Es posible que estas plántulas, y principalmente aquellas expuestas al Pb2+, pudieron activar como una respuesta defensiva la lignificación de la endodermis de la raíz para prevenir el transporte del metal al tallo manteniéndolo fuera del cilindro central, comportamiento demostrado para metales como Zn2+, Cu2+ y Cd2+ (Ledesma, 2014).

La GPX cataliza también la oxidación de especies químicas donadoras de H+ debido a la ausencia de un sustrato específico, utilizando en ocasiones al guaiacol y en otras al ascorbato como sustrato para sus reacciones (Smirnoff, 2018). El ascorbato es uno de los precursores para la síntesis de fitoquelatinas, por lo que si no hay suficiente cantidad de este péptido en las hojas para transportar al Pb2+ hacia las vacuolas, éste sigue siendo potencialmente tóxico y la GPX continuaría eliminado las especies reactivas que se generen en el interior de la célula, justificándose los elevados valores de la actividad de esta enzima para este metal.

Los cambios en los valores de pH y de la conductividad eléctrica, variables asociadas a la permeabilidad de la membrana, así como de las actividades POX y GPX dependieron tanto del metal, como de su concentración, por lo que es posible inferir cierta especificidad en la interacción planta - metal, lo que sugiere el predominio de mecanismos de respuesta diferentes.

CONCLUSIONES

  • Se establecen para el frijol (Phaseolus vulgaris L.) variedad CC-25-9-N, como límites de fitotoxicidad o tolerancia a los metales Pb2+, Ni2+ y Cu2+, los valores de 100, 5 y 20 ppm respectivamente.

  • Los cambios en la permeabilidad de la membrana y actividades enzimáticas antioxidantes dependieron del metal y de su concentración.

REFERENCES

ARMBRUSTER, U.; GALVIS, C.V.; KUNZ, H.H.; STRAND, D.D.: “The regulation of the chloroplast proton motive force plays a key role for photosynthesis in fluctuating light”, Current opinion in plant biology, 37: 56-62, 2017, ISSN: 1369-5266, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.pbi.2017.03.012. [ Links ]

BRONIKOWSKI, A.; BARTH, K.; URLACHER, B.V.: “Redesign of a New Manganese Peroxidase Highly Expressed in Pichia pastoris towards a Lignin‐Degrading Versatile Peroxidase”, ChemBioChem, 19(23): 2481-2489, 2018, ISSN: 1439-4227, DOI: http://dx.doi.org/10.1002/cbic.201800500. [ Links ]

BUDAR, F.; ROUX, F.: “The role of organelle genomes in plant adaptation: time to get to work!”, Plant signaling & behavior, 6(5): 635-639, 2011, ISSN: 1559-2324, DOI: http://dx.doi: 10.4161/psb.6.5.14524. [ Links ]

FALADE, O.A.; MABINYA, V.L.; OKOH, I.A.; NWODO, U.U.: “Ligninolytic enzymes: Versatile biocatalysts for the elimination of endocrine‐disrupting chemicals in wastewater”, Microbiology Open, 7(6): 1-17, 2018, ISSN: 2045-8827, DOI: http://dx.doi: 10.1002/mbo3.722. [ Links ]

HASAN, M.; CHENG, Y.; KANWAR, M.K.; CHU, X.-Y.; AHAMMED, J.G.; QI, Z.-Y.: “Responses of plant proteins to heavy metal stress-a review”, Frontiers in plant science, 8: 1492, 2017, ISSN: 1664-462X, DOI: http://dx.doi: 10.3389/fpls.2017.01492. [ Links ]

KABATA, P.A.: Trace elements in soils and plants, Ed. CRC press, 3rd. includes bibliographical references ed., Boca Raton, London, New York, Washington, DC., 331 p., 2001, ISBN: 0-8493-1575-1. [ Links ]

KUMAR, A.; PRASAD, M.N.V.: “Plant-lead interactions: transport, toxicity, tolerance, and detoxification mechanisms”, Ecotoxicology and environmental safety, 166: 401-418, 2018, ISSN: 0147-6513. [ Links ]

LEDESMA, O.C.I.: Efecto de la contaminación atmosférica por metales pesados en las hojas de los árboles de la zona metropolitana del Valle de Toluca., Universidad Autonoma del Estado de Mexico (UAEM), MSc. Thesis, Toluca, México, 2014. [ Links ]

LI, Y.; PROVENZANO, S.; BLIEK, M.; SPELT, C.; APPELHAGEN, I.; MACHADO DE FARIA, L.; VERWEIJ, W.; SCHUBERT, A.; SAGASSER, M.: “Evolution of tonoplast P‐ATP ase transporters involved in vacuolar acidification”, New Phytologist, 211(3): 1092-1107, 2016, ISSN: 0028-646X, DOI: http://dx.doi: 10.1111/nph.14008. [ Links ]

LIU, J.; WANG, J.; LEE, S.; WEN, R.: “Copper-caused oxidative stress triggers the activation of antioxidant enzymes via ZmMPK3 in maize leaves”, PloS one, 13(9): e0203612, 2018, ISSN: 1932-6203, DOI: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0203612. [ Links ]

PIRZADAH, T.B.; MALIK, B.; TAHIR, I.; KUMAR, M.; VARMA, A.A.A.; REHMAN, R.U.: “Phytoremediation: an eco-friendly green technology for pollution prevention, control and remediation”, Soil Rem Plants Prospects Chall, 5: 107-126, 2015, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-799937-1.00005-X. [ Links ]

POKORSKA, N.K.; RAJKOWSKA, M.M.A.; PROTASOWICKI, M.: “Acute Lethal Toxicity of Heavy Metals to the Seeds of Plants of High Importance to Humans”, Bulletin of environmental contamination and toxicology, 101(2): 222-228, 2018, ISSN: 0007-4861, DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00128-018-2382-9. [ Links ]

PORTUONDO, L.B.: Efectos de los ácidos húmicos sobre el estrés por metales pesados en plantas de frijol (Phaseolus vulgaris L.), Universidad Agraria de La Habana (UNAH), MSc. Thesis, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, 2011. [ Links ]

RIVERA, C.M. del C.; TRUJILLO, N.A.; MIRANDA, de L.C.; AURORA, M.; MALDONADO, C.E.: “Evaluación toxicológica de suelos contaminados con petróleos nuevo e intemperizado mediante ensayos con leguminosas”, Interciencia, 30(6): 15-24, 2005, ISSN: 0378-1844. [ Links ]

SCHULZE, E.D.; BECK, E.; MÜLLER, H.K.: “Plant ecology. Annals of Botany”, En: Berlin/Heidelberg: Springer. Annals of Botany, Ed. Springer, Oxford University Press, Berlin, Germany, 2005, DOI: http://dx.doi.org/10.1093/aob/mcj018. [ Links ]

SHAH, G.M.; NASIR, M.; IMRAN, M.; BAKHAT, H.F.; RABBANI, F.; SAJJAD, M.; FAROOQ, A.B.U.; AHMAD, S.; SONG, L.: “Biosorption potential of natural, pyrolysed and acid-assisted pyrolysed sugarcane bagasse for the removal of lead from contaminated water”, PeerJ, 6: e5672, 2018, ISSN: 2167-8359, DOI: http://dx.doi 10.7717/peerj.5672. [ Links ]

SHIVARAJ, Y.; BARBARA, P.; GUGI, B.; VICRÉ, G.M.; DRIOUICH, A.; RAMASANDRA, G.S.; DEVARAJA, A.; KAMBALAGERE, Y.: “Perspectives on Structural, Physiological, Cellular, and Molecular Responses to Desiccation in Resurrection Plants”, Scientifica, 2018(ID 9464592): 18, 2018, DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2018/9464592. [ Links ]

SMIRNOFF, N.: “Ascorbic acid metabolism and functions: a comparison of plants and mammals”, Free Radical Biology and Medicine, 122: 116-129, 2018, ISSN: 0891-5849, DOI: http://dx.doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2018.03.033. [ Links ]

SUN, J.; WANG, M.; DING, M.; DENG, S.; LIU, M.; LU, C.; ZHOU, X.; CHU, X.-Y.; ZHENG, X.; ZHANG, Z.: “H2O2 and cytosolic Ca2+ signals triggered by the PM H+‐coupled transport system mediate K+/Na+ homeostasis in NaCl‐stressed Populus euphratica cells”, Plant, Cell & Environment, 33(6): 943-958, 2010, ISSN: 0140-7791, DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-3040.2010.02118.x. [ Links ]

WILKESMAN, J.; CASTRO, D.; CONTRERAS, M.L.; KURZ, L.: “Guaiacol peroxidase zymography for the undergraduate laboratory”, Biochemistry and Molecular Biology Education, 42(5): 420-426, 2014, ISSN: 1470-8175. [ Links ]

Recibido: 15 de Octubre de 2019; Aprobado: 13 de Marzo de 2020

*Autor para correspondencia: Liane Portuondo Farías, e-mail: liane@unah.edu.cu

Creative Commons License This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License