BRIOFITAS COMO

BIOINDICADORES

DE METALES

PESADOS EQUIPO 4:GARCÍA SALAS ANAYELIMORENO SANTOS JESÚS A.

RODRÍGUEZ SÁNCHEZ VERÓNICA M.

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

• Son plantas no vasculares diminutas que generalmente no sobrepasan los diez centímetros; sin embargo, algunas especies que habitan en zonas tropicales llegan a medir 30 centímetros, además de otras que, de forma erecta, pueden tener una longitud cercana al metro.

INTRODUCCION

• Las briofitas son el segundo grupo más importante dentro de las plantas verdes.

• Según los datos de la IUCN (2004) se tienen en el mundo 5000 especies descritas de musgos.

• La ausencia, en las briofitas, de una cutícula protectora de los tejidos las hace muy sensibles como indicadoras de la presencia de diversos agentes de polución del aire y del agua.

• La sensibilidad de las briofitas a la polución es mayor en las especies epifitas, menor en las saxícolas y aún menor en las formas terrícolas.

• Las briofitas son aptas para concentrar metales pesados en grandes cantidades, como zinc, plomo, hierro, cobre, níquel, cadmio, entre otros.

• Calymperes delessertii es un buen biomonitor para plomo en suspensión en el aire y en menor medida para cobre.

• Pottia truncata, Polytrichum ohioense, Dicranella heteromalla y Bryum argenteum son muy tolerantes a altos niveles tisulares de cadmio (610 ppm), cobre (2700 ppm) y zinc (55000 ppm).

• Hypnum cupressiforme acumula tres veces mas zinc, cobre y cadmio que lo registrado para líquenes o plantas vasculares.

• Marchantia polymorpha acumula plomo.

• El uso de briofitas constituye un método efectivo en el monitoreo de contaminación del aire por las siguientes razones:

• Especies extensamente distribuidas.

• Pequeñas y fáciles de manejar.• Filidios perennes.• Ausencia de cutícula y sistema

de raíces; obtienen nutrientes como partículas en solución directamente de la deposición atmosférica.

• Análisis retrospectivo de la contaminación por metales.

• Facilitan la detección de elementos en bajas concentraciones en el medio ambiente.

• La mayoría de los métodos de monitoreo de metales pesados emplean briófitas como bioacumuladores, e involucran la recogida de muestras seguido de técnicas de análisis de laboratorio para detectar los niveles reales de metales pesados.

Diseño de monitoreo1. Método de elección

• Es una elección importante ya que se puede optar entre el uso de técnicas que emplean especies autóctonas o el trasplantado de especies.

• Esto afectará el tipo de especies seleccionadas y la técnica química analítica empleada.

Comparaciones de muestras indígenas y muestras trasplante en el monitoreo de deposición de metales pesados .

Muestra autóctona (in situ) Trasplante

Los resultados de los patrones de contaminación pueden obtenerse dentro de pocos días.

El periodo requerido de estudio es de un año, para obtener efectos de variación estacional.

Los resultados demuestran la contaminación en anteriores años.

Los resultados ilustran la contaminación sólo durante el periodo de muestreo.

Los niveles de acumulación están por encima de los niveles detectables debido al largo tiempo de exposición.

Los niveles de concentraciones acumuladas pueden ser indetectables porque el período de muestreo es corto.

Mínima supervisión y vandalismo. Riesgo potencial de vandalismo.

Costos de adquisición del transporte y a los sitios de análisis químico.

Costos adicionales de materiales, de transporte y de preparación de la muestra

Posible escasez de muestras de indígenas. Densidad de puntos de muestreo, las muestras y su posición se encuentran bajo el control delos investigadores.

Los índices de deposición de contaminantes son difíciles de estimar

Los índices de depósito son calculados a partir de la exposición controlada.

Las concentraciones de metales reflejan la influencia de otros factores tales como edad de la planta, metales contenidos en el suelo y contaminación local.

Las concentraciones de contaminantes en las plantas pueden ser más directamente relacionadas con la contaminación atmosférica

Las plantas pueden ser sometidas a estrés o cambios morfológico/fisiológicos que afectan la absorción, por exposición a largo plazo de determinados agentes contaminantes.

Las plantas provienen de ambientes 'Limpios'.

2. Elección de especies

• Se evalúan criterios como:

• Disponibilidad de la especie.

• Tolerancia y características de bioacumulación.

• Facilidad de muestreo.

• La especie utilizada y su eficacia dependerá de los elementos a ser controlados.

3. Sitio de elección

• La frecuencia de los sitios de muestreo debe ser adecuada para detectar cambios graduales a lo largo del área de estudio.

• La ubicación depende del tipo de estudio a realizarse.

• En grandes áreas de estudio los sitios suelen ser espaciados y divididos en transectos, en relación a la fuente de contaminación.

• Si se utilizan técnicas de trasplante, la elección de los sitios queda sujeta al investigador.

• Si se utilizan especies nativas, el número y localización de sitios dependerá de la distribución natural de la especie.

• Consideraciones:

• Prestar atención al sustrato en donde crecerá la planta.

• Seguridad y facilidad de acceso al sitio de estudio.

4. Análisis químicos

• La elección del método analítico dependerá del propósito del estudio.

• Métodos analíticos no destructivos como la activación de neutrones son útiles para estudios repetitivos.

• Las técnicas destructivas incluyen espectrometría de absorción atómica y análisis de plasma de acoplamiento inductivo.

Monitoring air pollutions by mapping the bryophyte flora

G. Nordhorn-Ricther and R. Dull

Steubing, L. and Jäger. H. J., eds., Monitoring air pollutions by plants. ISBN 90-6193-947-X.1982, Dr W. Junk Publishers, The Hague

• Mapeo de la flora de todas las especies de briofitas en los alrededores de Duisburg, Alemania. Se cubrio un área de 1344m2 y subdividido en 192 cuadros de prueba

N

Región altamente contaminada por distintos contaminantes que emite la industria .• La precipitación de SO2 se acerca a 0.6mg/m3 ,• NO2 aprox. 0.45mg/m3 ,• Fluoruro cerca de 0.6μg/m3 ,•Partículas llega a ser de 0.53g/m2 /día

Zona densamente poblada se encontraron menos de 20 especies

de briofitas

Existe un aumento del 50% en zonas de

cultivos, bosques y pastizales

Dicranium scopariumEspecie introducida en el área industrial de Duisburg, se ha comprobado que es capaz de soportar altos grados de contaminación por periodos largos de tiempo

• Únicamente 12 especies de las 284 encontradas se encuentran en casi todos los cuadros de prueba, son llamados “resistentes contra los efectos de la ciudad”.

• Los musgos mas distribuidos son: Bryum argenteum, Ceratodon purpureus y Torutula muralis

Especies de zonas ruderales QBrium argenteum 44

Ceratodon pupureus 44

Streblotrichum convolutum 45

Anthoceros punctatus 73

Especies de corteza arborea QHypnum cupressiforme 53

Dicranoweisia cirrata 61

Orthotrichum montanum 63

Promedio (Q) de briofitas presentes en todos los cuadros prueba

Especies en muros de piedra QTortula muralis 45

Rhynchostegium confertum 48

Grimmia pulvitana 51

Schistidium apocarpum 61

Camptothecium sericeum 64

Osthotrichum diaphanum 65

Especies en zonas boscosas QBrachyathecium rutabulum 44

Atrichium undulatum 49

Mnium hornum 49

Aulacomnium andogyum 51

Tetraphis pellucida 59

Cephalozia bicuspidata 67

Hypnum cupressiformeEs una especie que crece en sitios con condiciones

eutróficas y sin aires contaminados

Las especies resistentes muestran signos de daño: borde café en las “hojas”

• La precipitación ácida inhibe el desarrollo de los esporangios, esto detiene la propagación y causa la desaparición de especies

• Deben desarrollar una estrategia especial de vida o tener un metabolismo especial que les permita resistir las malas condiciones de las zonas industriales.

Aulacomnium palustre, Tierra del Fuego, Chile. Se observan tallos modificados con hojas reducidas y propágulos de reproducción asexual.

Especies de musgo En áreas densamente pobladasAusente (%) Presente (%)

Sin reproducción asexual

16 15

Con reproducción asexual

10 7

Conclusiones

• La distribución de musgos no solo se debe al efecto de la ciudad, sino al balance de agua, alta contaminación atmosférica y a la diversidad de hábitats

• Investigaciones de laboratorio muestran que las propiedades fisiológicas son responsables de los patrones de distribución en zonas industriales

Análisis multivariante de oligoelementos

de muestras de musgos usados como biomonitores en la deposición atmosférica

MULTIVARIATE ANALYSIS OF TRACE ELEMENT DATA FROM MOSS SAMPLES USED TO MONITOR ATMOSPHERIC

DEPOSITION

Introducción

¿Qué es el análisis multivariante?

• Es el conjunto de métodos estadísticos cuya finalidad es analizar simultáneamente conjuntos de datos multivariantes en el sentido de que hay varias variables medidas para cada individuo ú objeto estudiado.

Briofitas-No tienen vasos conductores, ni flores ni frutos. -Son plantas pequeñas que viven en lugares húmedos o acuáticos. -Se reproducen por esporas. -No tienen tejidos especializados ni verdaderas raíces.-Pueden vivir en troncos, rocas, muros, tejados.

Musgos como biomonitores• Los musgos son útiles monitores en la

deposición de metales de la atmosfera porque no tienen un sistema de raíces y dependen de los nutrientes predominantemente de la atmosfera.

• Colectan sustancias químicas de escurrimiento cuando están ubicados en el suelo del bosque bajo árboles o entre otras plantas, pero aparentemente reciben contribuciones insignificantes del suelo excepto por el polvo arrastrado por el viento.

• Tienen alta capacidad para retener metales en solución y de igual manera interceptan partículas de deposición en seco.

Musgo Hylocomium splendens

Rühling y Tyler (1970) estudiaron el consumo y retención de varios metales pesados en este musgo en Escandinavia. Demostraron que tiene propiedades de intercambio de cationes para muchos metales pesados así como la factibilidad de la técnica de mapeo de patrones de deposición atmosférica de metales a gran escala geográfica.

Caso Estudio

El estudio esta basado en una recolección durante el verano de 1977 de Hylocomium splendens de 512 lugares en forma bastante pareja en Noruega. Datos de 26 oligoelementos ha sido obtenida por Análisis Instrumental por Activación con Neutrones (INAA). y espectroscopia por absorción atómica.

MuestreoY parte

experimental

• Las muestras fueron colectadas :Por lo menos a 500m de los caminos principales, por lo menos a 250m

de caminos locales y por lo menos a 1Km de áreas inhabitadas , y por lo menos a 5Km de áreas pobladas y de plantas industriales.

Los musgos fueron colectados lo más lejos posible en aéreas abiertas no afectadas por escurrimiento de arboles, y cada muestra fue componente de varias sub-pruebas. Las muestras fueron secadas a 30°C y preparadas para el análisis para que de alguna manera representaran por lo menos 3 años de crecimiento.

Las concentraciones de Ni, Cu, Cd, y Pb fueron determinadas por espectrometría por absorción atómica después de una digestión en acido nítrico concentrado, mientras que los otros 22 elementos Na, Al, Cl, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, As, Se, Br, Rb, Mo, Ag, Sb, I, Cs, La, Sm y Th fueron determinados por análisis de activación de neutrón instrumental directamente en el musgo .

Análisis de Componentes

Principales(PCA)

Análisis de componentes principales (PCA)

• se ocupa de explicar la estructura de varianza-covarianza de un conjunto de variables por medio de una combinación lineal de dichas variables. Sus objetivos principales son reducción e interpretación de datos.

• Intuitivamente la técnica sirve para hallar las causas de la variabilidad de un conjunto de datos y ordenarlas por importancia.

• El primer componente principal (PC) es la combinación lineal de las variables originales las cuales explican un máximo de variabilidad del set completo de los datos. El segundo PC es la combinación lineal con el que mejor explique la variabilidad no explicada por el primer PC.

• El tercer PC, cuarto PC, son definidos de igual forma.

• En este caso, 78.4% de la variabilidad en 28 variables fue explicada por 10 componentes.

Análisis por activación neutrónica

• El análisis por activación neutrónica es una técnica nuclear de análisis químico que permite la determinación cuantitativa de un gran número de elementos y presenta, para cierto tipo de elementos y matrices, considerables ventajas frente a otros métodos analíticos. Dentro de las más importantes podemos destacar que:

• a) es una técnica instrumental no destructiva• b) entrega en forma simultánea información multielemental• c) para muchos elementos se obtienen límites de detección que van

desde las partes por millón hasta las partes por billón• d) por ser un método basado en procesos que tienen lugar en el núcleo

atómico, el estado físico y químico de los elementos no influye en el resultado final

• e) la ausencia de pre-tratamiento de la muestra hace del análisis por activación una técnica analítica adecuada para el análisis de trazas.

• La técnica de análisis por activación neutrónica se realiza principalmente en tres etapas:

• la primera consiste en irradiar con neutrones la muestra en el núcleo del reactor

• la segunda etapa consiste en la obtención de los espectros gamma de las muestras radiactivas

• la tercera y última etapa los espectros gamma son procesados utilizando programas computacionales, los que transforman la información digital almacenada en el computador en valores de concentración.

Espectroscopia por Absorción Atómica• La Absorción Atómica es una técnica capaz de detectar y

determinar cuantitativamente la mayoría de los elementos del Sistema Periódico (ciertos metales).

• Esta técnica consiste en la medición de las especies atómicas por su absorción a una longitud de onda particular. La especie atómica se logra por atomización de la muestra, siendo los distintos procedimientos utilizados para llegar al estado fundamental del átomo lo que diferencia las técnicas y accesorios utilizados. La técnica de atomización más usada es la de Absorción Atómica con flama o llama, que nebuliza la muestra y luego la disemina en forma de aerosol dentro de una llama de aire acetileno u óxido nitroso-acetileno.

Resultados

VARIMAX rotación de componentes principales de 490 muestras de Hylocomium splendens cargados y con varianza explicada de los primeros 10 factores

VARIMAX rotación de componentes principales de 490 muestras de Hylocomium splendens cargados y con varianza explicada de los primeros 10 factores

Discusión

PC1 muestra alto valor al sur. Refleja el rango de transporte de Zn, Cd, Sb,Pb,As,Se,Ag,Mo y V

Emisiones de una fabrica refinadora de Zn al sureste

Fig. Distribución geográfica de PC1 (izq) comparada con Pb(ppm)(der) en musgos

Fig. Distribución geográfica de PC3(izq) comparada con I(ppm) en musgos(der)

Fig. Distribución geográfica de PC4(izq) comparada con Ni(ppm) en musgo (der)

Fig. distribución geográfica de PC6

Fig. Distribución geográfica de PC7(izq) comparada con Mn(ppm) en musgos (der)

Conclusiones

-Fuentes y grupos de ellas pueden identificarse a través de PCA-Componentes principales reflejan el transporte transfronterizo de oligoelementos desde actividades antropogenicas que fueron identificadas y muchas fuentes locales de contaminación del aire aparecen claramente en este análisis a escala nacional.-La contribución de partículas del suelo locales, lixiviación foliar de plantas superiores y el intercambio con iones de sales de mar tienden a complicar el análisis.-El análisis de musgos es una poderosa técnica para estudios relativos de la deposición atmosférica de oligoelementos empleando una extensa red de muestreo.-La introducción de PCA en este tipo de datos parece añadir significancia a la información.

Gracias