evaluación fisicoquímica de la planta vick (plectanthus oloroso)...

Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación

Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016

Memorias

Evaluación fisicoquímica de la planta Vick (Plectanthus oloroso) en un suelo

contaminado con Cobre a nivel laboratorio.

Diana Laura Bello Martínez (Becaria)

Unidad Académica en Desarrollo Sustentable

Programa Delfín

[email protected]

Área VI: Biotecnologías y Ciencias Agropecuarias

Dra. María Dolores Guevara Espinosa (Asesor)

Profesor-Investigador de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

[email protected]

Resumen

El presente trabajo permitió evaluar la capacidad que alcanzó la planta Vick (Plectanthus

oloroso) para remover de un suelo contaminado con cobre. Se realizó la toma de muestra del

suelo en el lago universitario de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla para

desarrollarlo a nivel laboratorio, esto con la finalidad de hacer una caracterización fisicoquímica

para poderlo contaminar con Cu, esto con la finalidad si es capaz de sobrevivir y remover el

contaminante. En donde las pruebas fisicoquímicas: Densidad, humedad, pH y temperatura.

Durante tres semanas se evaluó el crecimiento de la planta en el suelo contaminado; teniendo en

cuenta dos parámetros importantes: pH; se relacionó con el rango optimo7.0 (neutro) en el que la

planta sobrevivió antes y después de la contaminación del Cu y por ultimo Espectrofotometría;

Se utilizó la longitud de onda del Cu: 558 nm, con la finalidad de analizar la remoción que tuvo

la planta en el suelo con el Cu, la medición de estos parámetros se realizaba cada tercer día. De

acuerdo a los resultados obtenidos se ha podido determinar que Vick (Plectanthus oloroso), está

removiendo el Cu del suelo.

Palabras Clave: Espectrofotometría, Longitud de onda, Plectanthus oloroso, Suelo, Vick.

Introducción

La contaminación del suelo por metales pesados es uno de los principales

problemas ambientales, ya que el hombre a través de los años y a medida la tecnología



industrial avanza, le ha dado diferentes usos negativos en donde el medio ambiente resulta

severamente perjudicado.

No solamente el suelo resulta perjudicado sino también el agua y el aire, los

desechos de varias industrias tales como las de galvanoplastia, la industria minera y las

tenerías, entre otras. Algunos de los metales asociados con estas actividades son: arsénico,

cadmio, cobre, cromo, cobre, hierro, mercurio, níquel, plomo y zinc. Lamentablemente

estos metales no son biodegradables y tienden a acumularse en los organismos vivos,

causándoles enfermedades y desordenes en su funcionamiento. (Marschner, 1995).

Por otro lado, de acuerdo con Macnair (2003), el cobre, hierro, molibdeno,

manganeso, zinc y níquel, son llamados micronutrientes, ya que son esenciales para las

plantas en pequeñas proporciones menos de 50 ppm. En la actualidad la contaminación

del Cobre (Cu) en el suelo ocasiona que pierda sus características: físicas, químicas y

biológicas, debido a las altas concentraciones a la que fue sometido, y el resultado de esto

puede ser la degradación total del suelo.

El Cu en el suelo se adhiere firmemente a la materia orgánica y a minerales, se

disuelve en agua se une rápidamente a partículas suspendidas en el agua, generalmente no

entra al agua subterránea. El Cu es transportado por partículas emitidas por fundiciones y

plantas que procesan minerales regresa al suelo por la gravedad o por la lluvia., no se

degrada en el ambiente y por eso se puede acumular en plantas y animales cuando se

encuentra en suelos. (Arnon, 2000).

De acuerdo con Halliwell et al; (1984). en suelos ricos en Cu solo un número

pequeño de plantas pueden vivir, por esta razón no hay diversidad de plantas cercas de las

fábricas o minas de Cu, debido a su efecto sobre las plantas, por lo que es una seria

amenaza para la cadena alimenticia. El Cu puede seriamente influir en el proceso de

ciertos suelos agrícolas, dependiendo de la acidez del suelo y la presencia de materia

orgánica, puede interrumpir la actividad en el suelo, su influencia negativa en la actividad

de microorganismos. Cuando el suelo está contaminado con Cu, los animales pueden

absorber concentraciones que dañan su salud.

Por otra parte, la OMS (2003) la acumulación de Cu en el hígado lleva un daño

progresivo de este órgano cuya expresión más severa es la cirrosis hepática. El depósito

de Cu en el sistema nervioso central produce un daño neurológico, que en algunos

aspectos se parece a la enfermedad de Parkinson, y que puede acompañarse de

manifestaciones psiquiátricas. El daño a los tejidos se puede disminuir sometiendo en

forma temprana a los pacientes a una dieta con bajo contenido de Cu, junto con una

terapia con compuestos que disminuyan su absorción.(Brewer, 2010).

A través de este trabajo de investigación, nuestro objeto de estudio es la planta

Vick (Plectanthus oloroso), para la fitorremediacion de en un suelo contaminado con

cobre, de Acuerdo con Madrid et al; (2003), está dentro de las plantas que se necesita

Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

analizar para este proceso, ya que en la naturaleza la planta Vick, funge como una planta

medicinal, utilizada como ungüento, ya que se da de manera silvestre y puede soportar

condiciones de 45° C, no se han realizado investigaciones experimentales con la planta

Vick, es por eso que esta investigación a nivel laboratorio queda como antecedente en las

tecnologías de Fitoremedición del suelo.

Se obtendrá un triple beneficio; porque las plantas que poseen propiedades

etnobotánicas, lo cual significa que tienen propiedades curativas, que están dentro de la

cadena alimenticia y además ayudan a remediar una zona contaminada. De acuerdo con

Madrid et al; (2003), entre algunas especies con características hiperacumuladoras de

metales están: Impatiens balsamina, Caléndula officinallis y Althaea rosea con la

habilidad para acumular cadmio, plomo, cobre entre otros. Cabe destacar que las especies

anteriormente mencionadas desarrollan una gran cantidad de raíces donde normalmente

acumulan los metales.

La capacidad de absorción por parte de la planta varía según el tipo de

contaminante, tipo de suelo y pH del mismo, una ventaja del usos de plantas

hiperacumuladoras son tolerantes a más de un metal y, por lo tanto, tiene una gran

flexibilidad, es decir, una gran habilidad para adaptarse a ellos en los lugares de

contaminación. (Linder, 1991 y 2001).

Actualmente existen varios métodos para la eliminación de metales pesados; sin

embargo, muchos de ellos pueden ser costosos o complicados de implementar,

especialmente en disoluciones con bajas concentraciones de metales. Por lo tanto, existe

la necesidad de establecer estrategias de tratamiento que sean simples, consistentes y que

involucren recursos locales. De acuerdo con Ginocchio et al; (2006), en los últimos años

la fitorremediacion ha ido ganado aceptación como tecnología, y ha pretendido un

importante incremento del conocimiento de los mecanismos de absorción, transporte y

detoxificacion por plantas. Además, ofrece efectividad para un amplio rango de

contaminantes orgánicos e inorgánicos, los mecanismos de transporte y quelacion

mediante mecanismos inorgánicos, o las interacciones planta-microorganismos.

Finalmente, el objetivo principal de este proyecto de investigación es Evaluar la

capacidad de remoción de la planta Vick (Plectanthus oloroso) en un suelo contaminado

con Cobre, ya que esto no ayudara para la fitorremediacion de zonas contaminadas con

este contaminante.

Materiales y Métodos

Se realizó la toma de muestra del suelo en el lago universitario de la Benemérita

Universidad Autónoma de Puebla (Imagen 1), esto con la finalidad de hacer una

caracterización fisicoquímica de acuerdo con las disposiciones que establece la

PROFEPA (2000) para la restauración de suelos contaminados, se llevó a cabo en el

Laboratorio de Fisicoquímica, para poderlo contaminar. Se seleccionó la planta Vick



(Plectanthus oloroso, Imagen 2), para poderla contaminar con Cobre, esto con la finalidad

si es capaz de sobrevivir y poder remover el contaminante en la muestra del suelo.

(Imagen 3).

Pruebas Fisicoquímicas del Suelo a Contaminar con Cobre

Densidad (masa/volumen): Permitió evaluar cantidad de masa del suelo y volumen del

recipiente (Imagen 4), utilizando la Ecuación I (Porta et al; 1999), para llevar acabo los

siguientes cálculos:

Peso Inicial del frasco vacío (100 ml): 284.9 g

Masa total: 1053.4 g - 284.9 g= 768.5 g/750 ml= 1.024 g/ml.

Ecuación I: = 𝑚𝑉⁄

Dónde:

= Densidad

m= Masa

V= Volumen

Imagen 1: Lago Universitario de la Benemérita

Universidad Autónoma de Puebla, donde se llevó a cabo

la toma de muestra del suelo a contaminar.

Imagen 2: Planta Vick (Plectanthus oloroso), utiliza para

la fitorremediacion de un suelo contaminado con Cu.

Imagen 3: Muestra del suelo a contaminar


Humedad: Constituye el principal suministro de agua para las plantas, por su capacidad

para almacenarla e ir cediéndola a medida que se requiere, ya que interviene en el suelo

en su comportamiento físico, consistencia, penetrabilidad (Porta et al; 1999). Se tomaron

81.7 g de suelo, el cual se puso a secar en un parrilla eléctrica (Imagen 5 y 6). Después del

secado obtuvo un resultado de 72.1 g, para obtener la Humedad total, se restó el peso

inicial y final, con un resultado final de humedad total: 9.6, utilizando la siguiente

ecuación:

Ecuación II:

Humedad= 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙−𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐹𝑖𝑛𝑎𝑙

Dónde:

Peso Inicial= Masa del suelo (Húmedo)

Peso Final= Masa del suelo secado

Temperatura: Contribuyo a analizar a que temperatura se encontraba el suelo antes de ser

contaminado con Cobre. Durante cinco minutos se tomaba la temperatura del suelo inicio

con una temperatura de 20°, se mantuvo en ese mismo rango.

pH: Se diluyo un poco de suelo y se utilizaron tiras de pH (Imagen 7), el cual arrojo un

resultado de 7.0 (Neutro), durante las tres semanas de monitoreo.

Imagen 4: Procedimiento para llevar a cabo la Densidad del suelo a contaminar con Cu.

Imagen 5: Determinación del Peso de la muestra humedad. Imagen 6: Secado de la muestra del suelo a caracterizar.



Imagen 7: Proceso de la determinación del pH en suelo caracterizado.

Selección de la Planta utilizada en fitorremediacion

El día 23 de Junio del 2016 se llevó a cabo la Contaminación del suelo con Cobre

(Imagen 8), para poder contaminar se le saco el 3% de la masa total del suelo: 768.5g,

dando un resultado de 23.055 g y esto se dividió entre el peso molecular del contaminante

“Cobre”: 63.54 g= 0.362 g Cobre/10 ml de agua destilada y al final se plantó la planta

Vick (Plectanthus oloroso).

Imagen 8: Contaminación del suelo caracterizado con Cobre y la plantación de Vick

Durante las semanas tres semanas se analizaba el suelo, con los siguientes parámetros de

Ph y Espectrofotometría. Para llevar acabo esto, se pesaba 1gramo de suelo contaminado

y 1gramo de suelo limpio; por separado y se diluían en 10 ml de agua destilada, para

llevar a cabo la filtración (Imagen 9) y así poder leer en el espectrofotómetro con la

longitud de onda del Cobre 558 nm, en el caso de la suelo limpio solo se realizó una vez,

la medición de estos parámetros se realizaba cada tercer día, los datos obtenidos de las

mediciones de cada semana se promediaron.

Imagen 9: Análisis de la remoción de Vick en el suelo contaminado con Cobre a través del Espectrofotómetro de la marca

SMARTspectro.


0

50

100

Semana 1 Semana 2 Semana 3

% T

ran

smit

anci

a (5

58

nm

)

Trasmitancia del suelo contaminado con Cu en relacion a la Planta Vick ()

Trasmitancia

Resultados

La exposición de la planta Vick (Plectanthus oloroso), en un suelo contaminado

con Cobre a una concentración de 0.362 gramos en una muestra de suelo de 768.5 gramos

durante tres semanas de monitoreo, se analizó con la finalidad de identificar la remoción

del Cu para la contribución de la biorremedación de un suelo contaminado con este metal

pesado.

A través del parámetro de pH se evaluó durante la caracterización fisicoquímica,

obteniendo un rango de 7.0 (Neutro), de acuerdo con Madrid et al; (2003), las

condiciones de esta planta es resistir calores de 45 grados bastante extremos. En la tabla 1

se muestra los registro de los datos obtenidos de la medición del pH del suelo

contaminado, es por eso que la planta se adaptó a las condiciones de este medio.

Tabla 1: Mediciones del pH del suelo contaminado con Cu.

Por otro lado, con respecto al análisis espectrofotométrico, se analizaron los datos

obtenidos de la lectura de longitud de onda del Cobre 558 nm, en este indicador se

compararon los resultados de Transmitancia, Absorbancia y Partes por millón, este

indicador se llevaba a cabo cada tercer día. Con respecto a la Transmitancia de la luz

visible durante las tres semanas, como se muestra en el grafico 1, en la primera semana

alcanzo un valor del 75%, mientras que en la segunda obtuvo un resultado menor de 65

%, esto se debió a que se encontraba mayores concentraciones de Cobre y la última

semana aumento a 85%, la planta Vick removió partículas de este metal.

.

Semana Análisis del pH

0 Ph Inicial del suelo sin contaminar

7 (Neutro)

Suelo Contaminado con Cobre

1

7 (Neutro) 2

3

Grafico 1: Transmitancia (%) del suelo contaminado de Cu durante tres semanas a una longitud de onda 558 nm.



En la Absorbancia (ABS) que obtuvo el suelo contaminado con relación a la planta

Vick, como se muestra en el Grafico 2, durante las tres semanas de monitoreo. En la

semana uno, se observa que la absorbancia alcanzó un valor de 0.13 Abs, esto se debió a

que a la concentración de Cobre en el suelo no se asimilaba. Respectivamente en la

semana dos, este parámetro obtuvo un valor de 0.2 de absorción, este dato en el grafico

fue el valor mayor de la absorbancia, mientras que en la semana tres, la absorción de la

planta con respecto al contaminante disminuyó a un valor de 0.07 Abs, debido a Vick se

fue adaptando a las condiciones del suelo contaminado.

Grafico 2: Absorbancia de la Planta Vick (Plectanthus oloroso) del suelo contaminado de Cu durante tres semanas a una

longitud de onda de 558 nm.

Por otra parte, en las Partes por millón (ppm) alcanzó la planta Vick (Plectanthus

oloroso), durante tres semanas de monitoreo en un suelo contaminado con Cu, en el

siguiente Grafico 3, se observa que en la primera semana hubo una de remoción de 0.45

ppm. En la segunda semana no hubo una remoción por parte de la planta ya que alcanzó

un valor mayor al que presentó la primera semana con un valor de 0.73 ppm y en la última

semana la remoción del Cu la planta removió alcanzando un valor de 0.26 ppm, esto

significa que obtuvo la capacidad de remover este contaminante del suelo adaptándose a

las condiciones.

Grafico 3: Partes por millón (ppm) removidas durante tres semanas de monitoreo por la planta Vick (Plectanthus

oloroso) en un suelo contaminado con Cu.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25


Ab

sorc

ion

( 5

58

nm

)

Absorbancia de Vick (Plectanthus oloroso) en el suelo contaminado conCu

Semana 1

Semana 2

Semana 3

0

0.2

0.4

0.6

0.8


pp

m r

em

ovi

das

Partes por millon removidas por la planta Vick (Plectanthus oloroso) en el suelocontaminado con Cu.

Semana 1

Semana 2

Semana 3


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 2 3

Lon

gitu

d d

e O

nd

a 5

58

nm

Semanas

Relacion entre la Absorbancia y las PPM de la planta Vick (Plectanthus oloroso) enel suelo contaminado con Cu

ABS

PPM

En el Grafico 4, se muestra la relación entre la absorbancia y las PPM que la

planta Vick (Plectanthus oloroso), permaneció en un suelo contaminado con Cu durante

tres semanas de monitoreo. Este grafico nos explica que la ppm se va removiendo la

absorbancia también disminuyó durante esas tres semanas, esto se debió a la capacidad

que demostró la planta en el suelo contaminado, a pesar de no haber trabajos de

fitorremediacion con este tipo de planta.

Conclusiones y Discusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos en la presente investigación, se comprobó

que es posible utilizar la planta Vick (Plectanthus oloroso), para remover de un suelo

contaminado con Cobre a nivel laboratorio, y es cuestión de llevarlo a escala piloto y

poder comprobar que si es viable utilizar esta planta para remediar suelos contaminados

con este tipo de metal.

Agradecimientos

Le agradezco principalmente a la Dirección de Investigación, de la Universidad

Autónoma de Guerrero por el financiamiento de la estancia científica en la Benemérita

Universidad Autónoma de Puebla, con la investigadora Dra. María Dolores Guevara

Espinosa, donde adquirí grandes conocimientos para mi formación académica y sobretodo

le doy las gracias por su apoyo incondicional a mi tutora y profesora: Dra. María del

Socorro Fuentes Andrade. A los técnicos del laboratorio de fisicoquímica: Faty, Irais,

Maru y Edgar, fungieron como unos grandes guías y sobre todo a mis compañeros de la

Estancia Científica Delfín 2016, y sobre todo a mi amiga del verano a la Cosmetóloga:

Wendy Ramos Hernández, por su apoyo y la amistad que me ha brindado.

Grafico 4: Relación entre la Absorbancia y las PPM que la Planta Vick (Plectanthus oloroso) demostró durante tres

semanas de monitoreo en un suelo contaminado con Cu.



Referencias

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