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| Nombre del proyecto | Efecto de radiaciones ionizantes sobre Fitoextracion de As+3 Cr+3, Pb+2 , tolerancia, nivel de expresión de genes asociados a metalotioneínas y fitoquelatinas en Chenopodium murale y Nicotiana glauca |
| Resumen ejecutivo | Una alternativa para reducir la contaminación por metales pesados (MP), es el uso de la Fitoextracción. Las plantas hiperacumuladoras, contienen en sus vástagos 10.000 mg de MP por .kg-1 peso seco, sin embargo, estas representan menos del 0,2% de todas las angiospermas, poseen poca biomasa y crecen en áreas remotas. Así, buscar plantas con gran biomasa, potenciar su tolerancia y su capacidad de fitoextracción es un foco de estudio promisorio en fitorremediacion. Se ha relatado especies endémicas de la Region Arequipa creciendo en relaves mineros y efluentes de curtiembres, acumulando metales en su parte aérea, sin embargo, no existe estudios sobre su capacidad de fitoextracción y los mecanismos de tolerancia a la toxicidad por metales. La transgénesis y el CRISPR, son usadas para potenciar estos mecanismos, sin embargo, ambas técnicas están poco establecidas para plantas no modelo (endémicas) sin genoma secuenciado, además en el Perú, la transgénesis es prohibitiva. Una alternativa a ser usada son las mutaciones inducidas provocadas por radiaciones ionizantes. Esta propuesta tiene como objetivo evaluar el efecto de distintas dosis de radiaciones ionizantes sobre la capacidad de Fitoextracion de As+3, Cd+2, , Pb+2, , tolerancia, expresión de genes asociados a metalotioneínas y fitoquelatinas en Chenopodium murale y Nicotiana glauca. Se colectarán, semillas en la zona del relave minero de Kiowa y efluentes del parque industrial de Río Seco, Arequipa. En un 1er experimento, se impartirá a las semillas dosis únicas y fraccionada de 1-200 Gy para el caso de los rayos X y haces de electrones. Para el caso de rayos (dosis única). Se sembrarán ~ 1000 semillas en almácigos conteniendo arena lavada. Plantas de 90 días (originadas de semillas tratadas con las distintas clases de radiaciones ionizantes), aparentemente sanas, de morfología y de tamaño similar a las plantas control, seran trasplantadas a envases de plástico conteniendo substrato (arena:turba; 3:1 v/v), siendo regadas con agua destilada y fertilizados con la solución nutritiva de Hoagland de conductividad 1.32 mS.cm-1 diluida (1/8) y pH=6.7-6.9, semanalmente, en condiciones de invernadero, Posteriormente las plantas serán trasladadas para su aclimatación a condiciones controladas con fotoperiodo (12/12 D/N), temperatura (22/18ºC D/N) y humedad relativa (40-70%) en cámaras de crecimiento. Este procedimiento se hará para los experimentos 2,3 y 4). En un 2do experimento, como screening para determinar la mejor dosis de las distintas clases de radiación ionizante potenciando la tolerancia y capacidad de fitoextraccion, se aplicara las siguientes concentraciones de MP(mg/l) :(SO4)3Cr2: 100, 200, 400, 600 y 800. NO3Pb: 40,80,160,300, 600. Na2HAsO3: 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2 por 20 dias, bajo condiciones controladas. Se evaluará el crecimiento, porcentaje de daño celular, calculando la dosis letal (DL50) a partir de experimentos de estabilidad de membrana y peroxidación lipídica (MDA), con la visión de observar si existe (hasta que nivel) o no un mejor desempeño de las distintas especies en estudio frente a las concentraciones de MP, por efecto de las distintas dosis de radiación ionizante. En un 3er experimento, con base en el valor de la DL50 observada para cada MP, bajo el efecto de la mejor dosis de las clases de radiación impuestas, se aplicará una concentración baja, intermedia y DL50 de MP a plantas de 90 días en estudio bajo las condiciones de crecimiento mencionadas para el 1er Experimento. Se evaluara: 1) Medida del crecimiento, porcentaje de supervivencia y biacumulacion de metales en ambos organos y solucion. 2) Marcadores bioquimicos en hojas: enzimas antioxidantes ( SOD, POX, APX CAT, GR, GPX), acumulación de componentes no enzimáticos antioxidantes, componentes de la pared celular, contenido de pigmentos fotosintéticos, proteína soluble, azucares solubles, malondialdehido, contenido de anion O2•- y H2O2 entre otros. |
| Objetivo del proyecto | Evaluar el efecto de radiaciones ionizantes sobre Fitoextracion de As+3 Cr+3, Pb+2, tolerancia, nivel de expresión de genes asociados a metalotioneínas y fitoquelatinas en Chenopodium murale y Nicotiana glauca |
| Código del proyecto | |
| Fecha de inicio | 2025-08-01 |
| Duración | 24 |
| Nombre del esquema financiero | Proyectos de Investigación Básica y Aplicada - UNSA |
| Monitor | Daniela Monica Febres Talavera |
| Entidades participantes | Monto (S/) | Total (S/) | Porcentaje | ||
| Monetario | No monetario | Monetario | No monetario | ||
| Universidad Nacional de San Agustin (UNSA) | 200000.00 | 0.00 | 200000.00 | 100.00% | 0.00% |
| Dante Celestino Gongora Manchego | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00% | 0.00% |
| Palabras clave | Radiaciones Ionizantes, metales pesados, metabolismo antioxidante, expresión génica, metalotioneinas, fitoquelatinas |
| Justificación del proyecto | El incremento de la actividad industrial, minera y el intenso e inadecuado uso de fertilizantes y pesticidas en el suelo, agua y aire, son las principales razones para la contaminación por metales pesados (MP) (Radoaj et al., 2020) Los MP, tales como plomo, mercurio, cadmio, cobre, cromo, arsénico (metaloide); entre otros, son particularmente dificultosos a ser remediados de forma natural debido a que estos son inmutables a las reacciones bioquímicas, como es el caso de los contaminantes orgánicos que pueden ser degradados a pequeñas moléculas inofensivas(Londoño-Franco et al., 2016) . El recojo ambiental de (MP) en agua y suelos contaminados es un proceso oneroso, y sobre todo de costo prohibitivo, cuando se hace uso de métodos físico-químicos que además son incompatibles con la sostenibilidad ambiental (Kumari & Singh, 2016). Una alternativa para la reducción de la toxicidad de los MP es utilizar técnicas de Fitorremediación (Priya et al., 2023). Dentro de estas se tiene a la Fitoextracción. La Fitoextracción involucra el uso de plantas tolerantes para que de tal forma estas acumulen contaminantes orgánicos e inorgánicos (por ejemplo: los metales pesados) en sus partes aéreas cosechables, a partir del suelo por directa absorción y transporte (Ibrahim, 2023; Saleem et al., 2020). Las características de las plantas con potencial fitorremediador son las siguientes: Tolerancia a la toxicidad por altas concentraciones del metal, acumulación de elevados niveles del metal, rápida tasa de crecimiento, producción de una elevada biomasa y un profundo sistema radicular (Llerena et al., 2021). La idea de emplear plantas endémicas para fitorremediación está en la identificación de especies hiperacumuladoras; estas, cumplen muy bien los dos primeros requisitos, pero muchas desafortunadamente crecen lentamente y constituyen menos del 2% del reino vegetal (Widmer & Norgrove, 2023). En el Perú, aun son muy escazas las investigaciones dirigidas a este tema, considerando la geografía y la riqueza mineral, la investigación de potenciales fuentes de germoplasma, la selección e identificación de especies promisorias y sus mecanismos de resistencia expresados en tolerancia y/evitamiento que desarrollan para enfrentar la toxicidad en suelos contaminados por MP y más aún si estos poseen alta salinidad , es fundamental en el campo de la tecnología de la fitorremediación, por lo que debe ser una prioridad para las autoridades del gobierno de nuestro país (Bech et al., 2002; Grennan, 2009; Mendez et al., 2007). Se ha relatado que la contaminación por MP en Arequipa reside principalmente en el Cr, procedente de efluentes de curtiembres del Parque Industrial de Rio Seco, donde se ha registrado valores de 69 mg/l Cromo VI y 355 mg/L Cromo III (Lima et al., 2015). La presencia de As en el ambiente puede ser de origen geológico y por actividad antropogénica( explotación minera y refinación de metales por fundición, como por la aplicación de pesticidas, entre otros)(Castro de Esparza, 2004). Asi en la región sur para distintas localidades de Tacna, Moquegua, Puno y Arequipa se han reportado concentraciones de As, superando el limite permisible que oscilan entre 0.12 y 0.5 mg/L (Panca, 2014; Castro de Esparza, 2004). Para el Cadmio, en la Región Arequipa se ha reportado que en los Ríos Tambo y Ocoña existe valores de 0.0190 mg/L y 1 mg/L, situación que no cumple con el Decreto Supremo N° 004-2017-MINAM 07 de junio del 2017-Estándares de Calidad Ambiental (ECA) (de Nieto, 2019). |
| Hipótesis del proyecto | Se conoce que las plantas hiperacumuladoras son poco comunes y frecuentemente se las encuentra en áreas remotas. No obstante, la búsqueda de plantas (glicofitas o halófitas) para ser empleadas en fitorremediación, aunque no sean hiperacumuladoras, debe ser conducida en encontrar aquellas que tengan la habilidad de ser tolerantes, acumular Metales Pesados en la parte aérea y poseer una biomasa desarrollada. Por otro lado ha sido relatado que las plantas que crecen en zonas que presentan elevadas concentraciones de metales pesados han desarrollado diferenciales mecanismos de tolerancia y evitamiento adoptando mecanismos de acumulación y exclusión, que son dependientes de la especie vegetal, del metal pesado en particular y de las condiciones medioambientales. Asimismo, hay la urgente necesidad de potenciar la tolerancia en este tipo de plantas y su capacidad de fitoextraccion a más de un metal(cotolerancia). La ingeniería genética puede ser usada para potenciar la acumulación y tolerancia a los MP en plantas. Existe un gran número de estudios aplicando la transgénesis, en contraposición a aquellos por edición genómica por CRISPR, más ambas poco establecidas para plantas no modelo (endémicas) sin genoma secuenciado . Además, la transgénesis en Perú es aún prohibitiva. Así, una alternativa son las mutaciones inducidas provocadas por radiaciones ionizantes (rayos , X, haces de electrones (HE)). En ese sentido postulamos que plántulas de Chenopodium murale y Nicotiana glauca obtenidas a partir de semillas irradiadas con distintas dosis de diferentes clases de radiaciones ionizantes, bajo diferentes concentraciones de As+3, Cr+3 y Pb+2 presentaran de acuerdo a su mecanismos de evitamiento y tolerancia, distinto grado de supervivencia y tolerancia ( DL50), expresados en una diferencial estabilidad de membrana relacionada con el crecimiento (índice de tolerancia, relación vástago/raíz e acumulo de biomasa), metabolismo (expresado en la estimulación de enzimas antioxidantes e acumulación de componentes no enzimáticos antioxidantes), componentes de la pared celular, radicales libres, malondialdehido, asociado al nivel de expresión de genes relacionados a Fitoquelatinas y metalotioneinas en vástagos de tales plantas. |
| Resultados esperados del proyecto | 02 publicación de artículos científicos con los resultados de la investigación en revistas indizadas 01 Tesis de pregrado que conlleven a la obtención del título profesional |
| Impactos esperados | CRL3: Identificación de las potenciales aplicaciones más desarrollada. Se tiene una o más hipótesis del prototipo de producto. Análisis de mercado dependiente de información primaria CRL4: Idea y refinamiento de producto. Análisis de tecnología-productomercado. Planteamiento de propuesta de valor. Análisis competitivo básico. Identificación de proveedores, socios, etc |
| Equipo técnico | Pedro Pether Sellerico Mamani; Ximena Rosario Hualpa Humpire; Omar Balabarca Muñoz; Maria De Los Angeles Choque Mamani; Araceli Aleli Supo Llave; Juan Pablo Portilla Llerena; Iris Aliaga Villafuerte De Bohorquez; Guido Juan Sarmiento Sarmiento; Hector Demetrio Medina Davila; Dante Celestino Gongora Manchego |