Pollicelli, María de la Paz2025-03-142025-03-142024Pollicelli, María de la Paz. (2024). Bio-marcadores de contaminación en dos plantas de marismas (limonium brasiliense y atríplex vulgatissima): una perspectiva multidisciplinaria. Tesis doctoral. Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco.https://rdi-test.unp.edu.ar/handle/123456789/139Las marismas son ambientes intermareales que poseen gran importancia ecológica y económica, y proveen innumerables servicios ecosistémicos. En ciertas costas, estos ambientes están siendo amenazados por elevadas concentraciones de metales derivadas de diversas actividades antrópicas. Los metales no son biodegradables, por lo que perduran en el ambiente y en los organismos, y se bioacumulan a lo largo de las cadenas tróficas. Cuando ingresan a las marismas, los metales biodisponibles pueden ser absorbidos por la vegetación y acumulados en la raíz, tallo, hojas y otros tejidos. Especialmente, las plantas halófitas presentan adaptaciones a elevadas salinidades y suelen ser capaces de habitar sitios contaminados por metales. Los metales se clasifican como esenciales y no esenciales para las plantas, según el requerimiento y la función que desempeñen en los procesos fisiológicos y metabólicos. En particular el plomo (Pb) no forma parte de los elementos esenciales, resultando tóxico en muy pequeñas concentraciones; mientras que el zinc (Zn) es un micronutriente esencial que está asociado a diversos procesos metabólicos, es un componente de una gran variedad de enzimas, influencia la permeabilidad de la membrana y la estabilidad de algunos componentes celulares, entre otras funciones. Sin embargo, este metal resulta tóxico en concentraciones elevadas. Entre las técnicas de remediación de sitios contaminados por metales, la fitorremediación es una técnica efectiva, de bajo costo y con numerosos beneficios ecológicos, la cual utiliza plantas con capacidad para inmovilizar, absorber y/o acumular metales del medio. Por otro lado, en el contexto de estudios de monitoreo, los biomarcadores son utilizados como herramientas de detección temprana de la contaminación, permitiendo detectar la presencia de un contaminante y estimar la cantidad del mismo, de forma rápida, continua y a bajo costo. En este sentido, diversas respuestas bioquímicas, fisiológicas y morfométricas en las plantas expuestas a metales son utilizados como biomarcadores de estrés. Existen diversos estudios en los que se han reportado niveles elevados de metales en distintos sitios costeros y marismas de la Patagonia, los cuales son absorbidos por plantas halófitas. Por eso es importante comprender como es la interacción entre estas plantas y los metales, ya que proporciona una visión del potencial que poseen las distintas especies para tolerar, retener y/o acumular metales a los fines de ser utilizadas en procesos de fitorremediación. En este marco, el objetivo general de esta tesis es cuantificar y comparar la acumulación de Pb y Zn en la raíz y biomasa aérea de Limonium brasiliense y Atriplex vulgatissima sometidas a diferentes concentraciones de dichos metales, de manera individual y combinada, evaluando a su vez la tolerancia de estas dos especies a estos metales, a través de parámetros de crecimiento, fisiológicos, bioquímicos y morfométricos como biomarcadores de estrés. Para evaluar el efecto del incremento de Pb y Zn en L. brasiliense y A. vulgatissima se llevaron a cabo experimentos de estrés en cámara de cultivo en los cuales las plantas fueron somedidas a diferentes concentraciones de Pb (0, 50 y 100 |iM Pb) y Zn (0, 100 y 200 |iM Zn) de manera individual y combinada. Al finalizar los experimentos, se determinó la concentración (cc) de Pb y Zn en la raíz y en la biomasa aérea. Además, se calcularon los factores de bioconcentración (FBC= [cc de metal en la raíz]/[cc de metal en la solución]), de bioacumulación (FBA= [cc de metal en la biomasa aérea]/[cc de metal en la solución]) y de translocación (FT= [cc de metal en la biomasa aérea]/[cc de metal en la raíz]), para evaluar la capacidad de cada especie para remediar estos metales. Asimismo, se determinaron los siguientes biomarcadores: biomasa seca, crecimiento relativo, contenido de agua, eficiencia del fotosistema II, concentración de pigmentos (clorofila a, cloforila b y carotenoides), actividad de enzimas antioxidantes (superoxido dismutasa, ascorbato peroxidasa, guaiacol peroxidasa y catalasa), daño a membranas mediante el contenido de malondialdehído (MDA) y variaciones en la forma de las hojas. Por último, se calculó el índice biológico de respuesta integrada versión 2 (IBRv2) utilizando los valores de la mayoría de los biomarcadores mencionados anteriormente. Se observó que todas las plantas de A. vulgatissima y L. brasiliense sobrevivieron a las concentraciones de Pb y Zn a las que fueron expuestas, de manera individual y combinada, manteniendo constante su biomasa. Además, ambas especies mostraron patrones similares de acumulación de Pb y Zn en sus órganos, concentrando Pb principalmente en sus raíces (FBC> 1 y FT<1) y Zn en la biomasa aérea (FBA> 1 y FT> 1), lo que las hace adecuadas para la fitoestabilizar Pb y fitoextraer Zn. La concentración de pigmentos en A. vulgatissima se redujo únicamente frente a la adición de 200 |iM Zn en el experimento individual; mientras que en L. brasiliense disminuyó por la adición individual de 50 |iM Pb y frente a la adición de Zn tanto en el experimento individual como combinado (Pb + Zn). Ambas especies mostraron una gran capacidad para tolerar y adaptarse a los niveles estudiados de Pb y/o Zn mediante la regulación de la actividad fotosintética y antioxidante. Sin embargo, en los experimentos de incremento individual el aumento de los niveles de MDA mostró indicios de estrés en respuesta a las concentraciones más altas de Pb y Zn en A. vulgatissima y frente al nivel más alto de Zn en L. brasiliense. La forma de la hoja de A. vulgatissima y L. brasiliense, mostró ser un carácter plástico debido a que la adición de Pb y/o Zn generó variaciones morfométricas, como la esbeltez de la lámina y proyección del pecíolo, y particularmente en A. vulgatissima, se observaron sutiles prolongaciones en la zona basal del limbo asociadas al incremento de Zn. Esto indica que la morfología de la hoja puede ser utilizada como indicador de la presencia de Pb y/o Zn. Por último, según el IBRv2 para ambas especies los tratamientos 50 |M Pb y 200 |M Zn, solos o combinados, presentaron mayor valor del índice y por lo tanto mayor estrés. El IBRv2 resultó ser una herramienta sencilla y útil para diferenciar, visualizar y evaluar de manera integral los efectos del Pb y Zn en el estado de salud de las plantas. Los indicios de estrés en cada especie, reflejados por los distintos biomarcadores utilizados, dependieron del biomarcador utilizado y del tratamiento aplicado. Además, los parámetros de fluorescencia de la clorofila, la concentración de pigmentos, el contenido de MDA y el análisis morfogeométrico resultaron ser herramientas eficientes para evaluar los efectos del estrés causados por estos metales, mostrando sensibilidad en los diferentes tratamientos.Salt marshes are intertidal environments of great ecological and economic importance, providing numerous ecosystem services. However, on certain coasts, these environments are threatened by high concentrations of metals derived from various anthropogenic activities. Since metals are not biodegradable, they persist in the environment and organisms and bioaccumulate along food chains. When entering the salt marshes, vegetation can absorb bioavailable metals that accumulate in tissues such as the root, stem, and leaves. Halophytic plants are adapted to high salinities and can often thrive in metal-contaminated areas. Metals are classified as essential or non-essential for plants, depending on their role in physiological and metabolic processes. Lead (Pb) is a non- essential element and is toxic even in low concentrations. On the other hand, Zinc (Zn) is an essential micronutrient that plays a crucial role in various metabolic processes. It is a component of numerous enzymes, affecting membrane permeability and cellular components stability, among other functions. However, high concentrations of zinc can also be toxic. Phytoremediation is an effective and low-cost technique for remediating sites contaminated by metals. It offers numerous ecological benefits by using plants that can immobilize, absorb, and/or accumulate metals from the environment. Biomarkers are used as tools for early contamination detection in monitoring studies, allowing for the quick and continuous estimation of pollutant presence and quantity at low cost. Various biochemical, physiological, and morphometric responses in plants exposed to metals are used as stress biomarkers. Several studies have reported high levels of metals in different coastal sites and marshes of Patagonia, which halophyte plants absorb. Therefore, understanding the interaction between plants and metals is crucial as it provides insight into the potential of different species to tolerate, retain, and/or accumulate metals for use in phytoremediation processes. The aim of this thesis was to quantify and compare the accumulation of Pb and Zn in the root and aerial biomass of Limonium brasiliense and Atriplex vulgatissima. The two species were subjected to different concentrations of these metals, individually and in combination. The tolerance of these species was evaluated through growth, physiological, biochemical, and morphometric parameters as stress biomarkers. To assess the individual and combined effects of increasing Pb (0, 50, and 100 |iM Pb) or Zn (0, 100, and 200 |iM Zn) on L. brasiliense and A. vulgatissima, stress experiments were conducted in a culture chamber. The concentration (cc) of Pb and Zn in root and aerial biomass was determined at the end of the experiments. Additionally, to evaluate the ability of each species to remediate these metals, bioconcentration (BCF= [cc of metal in root] / [cc of metal in solution]), bioaccumulation (BAF= [cc of metal in aerial biomass] / [cc of metal in solution]), and translocation (FT= [cc of metal in aerial biomass] / [cc of metal in root]) factors were calculated. The study also measured several biomarkers, including dry biomass, relative growth, relative water content, photosystem II efficiency, pigment concentration (chlorophyll a, chlorophyll b, and carotenoids), antioxidant enzyme activity (superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, glutamate peroxidase, and catalase), membrane damage by malondialdehyde (MDA) content, and leaf shape variations. The integrated biological response index version 2 (IBRv2) was calculated using most of the abovementioned biomarkers. It was observed that all A. vulgatissima and L. brasiliense plants survived the Pb and Zn concentrations to which they were exposed, individually and combined, while maintaining their biomass constant. Both species exhibited similar patterns of Pb and Zn accumulation in their tissues. Pb was primarily concentrated in their roots (FBC> 1 and FT< 1), while Zn was concentrated in the aerial biomass (FBA> 1 and FT> 1). This makes them ideal for phytostabilizing Pb and phytoextracting Zn. In the single experiment, only the addition of 200 |iM Zn reduced pigment concentration in A. vulgatissima, while in L. brasiliense, it was decreased by the single addition of 50 |iM Pb and by the addition of Zn in both the single and combined (Pb + Zn) experiment. Both species demonstrated a high capacity to tolerate and adapt to the studied levels of lead (Pb) and/or zinc (Zn) by regulating their photosynthetic and antioxidant activity. However, in single increment experiments, increased malondialdehyde (MDA) levels indicated signs of stress in response to higher concentrations of Pb and Zn in A. vulgatissima and higher levels of Zn in L. brasiliense. The study showed that the leaf shape of A. vulgatissima and L. brasiliense is a plastic character, as the addition of Pb and/or Zn resulted in morphological variations, such as the slenderness of the lamina and projection of the petiole. In particular, subtle prolongations were observed in the basal zone of the blade and were associated with the increase of Zn in A. vulgatissima. These findings suggest that leaf morphology is an indicator of the presence of Pb and/or Zn. Finally, according to IBRv2, both species showed higher stress levels with the 50 |M Pb and 200 |M Zn treatments, either alone or combined. IBRv2 is a simple and useful tool for differentiating, visualizing, and comprehensively evaluating the effects of Pb and Zn on plant health. The signs of stress in each species depended on the biomarker used and the treatment applied. In addition, chlorophyll fluorescence parameters, pigment concentration, MDA content and morphogeometric analysis proved to be efficient tools for evaluating the effects of stress caused by these metals, showing sensitivity in the different treatments.192 p.info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/MARISMASCONTAMINACIONLIMONIUM BRASILIENSEATRIPLEX VULGATISSIMATesis de doctorado