Biotransfer of As(III) and As(V) in Raphanus Sativus, Solanum Lycopersicum and Lactuca Sativa

Abstract

Heavy metals are metal (or metalloid) elements with a high density and, according to the oxidation state, exposure time and route of exposure, with toxic effects on organisms (1). To this group belongs the Arsenic (As), widely distributed in the earth's crust, making it a natural contaminant of groundwater and soil. On the other hand, anthropogenic activities also contribute to arsenic pollution in air, water, and soil (2). Mexico is among the countries with the highest concentration of As in water; in several states of the republic, levels higher than those established by Mexican standards for water for human consumption (0.025 mg/L) and agricultural irrigation. CONAGUA (National Water Commission in Mexico), in its regulations, establishes that the maximum concentration of As in the water used for agricultural irrigation is 0.1 mg/L. However, states such as Coahuila (0.74 mg/L), Durango (0.59 mg/L), and Chihuahua (0.27 mg/L) exceed this, and therefore the human consumption level (3). The problem of As in water has led to the use of different As removal strategies from water. In some cases, wastewater is just diluted and used for the irrigation of agricultural fields. Arsenic in organic and inorganic species has been related to different degrees of toxicity, the inorganic being the most toxics and with the most significant presence in the environment. One of the primary sources of exposure to As is the contact with polluted water and soil; however, lately, this problem has been increased by the bio transfer of As by plants, becoming a significant entryway of the metalloid to food chains(1). The environmental crisis, the health risk, and the limited information about the bio transfer of As in crops in Mexico are the basis of this research. To characterize the effect of As (III and V) on the soil-plant system, we evaluated the physicochemical analysis (conductivity, pH, humidity) of the soil, and the microbial population by bacteria culture in LB, B King, Nutritive, and NBRIP culture media. The established soil-plant system consisted on radish seeds, lettuce and tomato seedlings that were planted, and exposed to As through irrigation water with concentrations of 0.1. 0.3, 0.6 ppm independently. The analysis of the phenological development of crops was registered during and post-harvest. The concentration of total As (AsT) adsorbed on vegetative parts, in soil and water was determined through atomic absorption. The bio transfer concentration of As increased proportionally to the amount of irrigation water. The growth did not present affectation. The edible parts of radishes and tomatoes did not present As. The concentration in vegetative parts were roots>leaves>stems. Bacteria population reacted to As in different ways in each vegetable, with a general tendency to decrease.

Los metales pesados son elementos metálicos (o metaloides) con alta densidad y, dependiendo de su estado de oxidación, tiempo de exposición y ruta de exposición, con efectos tóxicos en los organismos (1). A este grupo pertenece el Arsénico (As), el cual se encuentra extensamente distribuido en la corteza Terrestre, convirtiéndolo en un contaminante natural de agua subterránea y suelos. Por otro lado, diversas actividades antropogénicas también contribuyen a esta contaminación de suelo, agua y aire (2). México se encuentra entre los países con mayor concentración de As en agua; en diversos estados de la república, las concentraciones son mayores que aquellas establecidas por las regulaciones mexicanas para consumo humano (0.025 mg/L) y para uso en agricultura. CONAGUA, en sus regulaciones establece que la concentración máxima de As en agua para uso agrícola es 0.1 mg/L. Sin embargo, estados como Coahuila (0.74 mg/L), Durango (0.59 mg/L) y Chihuahua (0.27 mg/L) exceden ese máximo, y, por lo tanto, excediendo también el nivel para consumo humano (3). El problema del As en agua ha llevado al uso de diferentes estrategias de remoción. En algunos casos las aguas residuales solo son diluidas y usadas para la irrigación agrícola. El arsénico, tanto en sus especies orgánicas como en las inorgánicas, ha sido relacionado con diferentes grados de toxicidad; las especies inorgánicas tienden a ser más tóxicas y con mayor presencia en el medioambiente. Una de las principales fuentes de exposición a As es agua y suelo contaminado; sin embargo, en tiempos recientes este problema se ha visto incrementado por la biotransferencia de As a través de plantas, convirtiéndose en una importante entrada del metaloide a las cadenas tróficas (1). La actual crisis ambiental, el riesgo a la salud y la limitada información sobre la bio transferencia de cultivos agrícolas en México son la base de esta investigación. Para caracterizar los efectos del As (III y V) en el sistema planta-suelo se llevó a cabo un análisis fisicoquímico (pH, conductividad, humedad) del suelo y un análisis microbiano a través de cultivo de bacterias en medios de cultivo LB, B King, Nutritivo y NBRIP. Los sistemas establecidos consistías en lechugas, rábanos y jitomates, los cuales fueron expuestos a arsénico a través del agua de irrigación con concentraciones de 0.1, 0.3 y 0.6 ppm. El desarrollo fenológico de los cultivos fue evaluado durante y después de la cosecha. La concentración total de As (AsT) adsorbida en las partes vegetales, en agua y suelo fueron determinado a través de absorción atómica. La bio transferencia de As incremento de manera proporcional al tratamiento de agua recibido. El crecimiento vegetal no se vio afectado. Las partes comestibles de rábanos y jitomates no presentaron As. La acumulación de As fue en raíces>hojas>tallos. Las bacterias reaccionaron al As de manera diferente en cada vegetal, con una tendencia de disminución generalizada.