Científicos de la Universidad Federal del Báltico Immanuel Kant, junto con investigadores de la Universidad Estatal de San Petersburgo y del Instituto de Fisiología Vegetal KATimiryazev de la Academia de Ciencias de Rusia, han definido cambios clave en el metabolismo de las plantas de amaranto que las ayudan a resistir la influencia tóxica del zinc.
por Immanuel Kant Universidad Federal del Báltico
Resulta que el amaranto acumula activamente azúcares y ácidos orgánicos que neutralizan los efectos nocivos de los metales pesados . Los datos obtenidos serán útiles para la selección de cultivos sostenibles en suelos contaminados. Los resultados de la investigación se publican en la revista Plants .
El trabajo de las empresas industriales, la combustión de combustible para automóviles y el uso de pesticidas y fertilizantes en la agricultura provocan la contaminación del suelo con metales pesados, en particular zinc. Aunque las plantas necesitan este elemento en pequeñas cantidades, su exceso provoca la interrupción de la fotosíntesis y el metabolismo, daño celular y disminución de la productividad. Las plantas cuentan con diversos mecanismos de protección que ayudan a prevenir el daño celular causado por metales pesados, pero aún no se han estudiado lo suficiente.
Los investigadores estudiaron los mecanismos que confieren al amaranto (Amaranthus caudatus L.) la sostenibilidad del zinc. Esta planta se adapta perfectamente a entornos desfavorables en general y a suelos muy pobres y contaminados en particular.
En su trabajo, los autores utilizaron plantas jóvenes de amaranto cultivadas en hidroponía (sin tierra, en una solución con nutrientes). Los científicos añadieron a una solución nutritiva, utilizada en algunas plantas durante una semana, una concentración de zinc que, según las mediciones de parámetros fisiológicos de las hojas, causó un estrés moderado en las plantas, pero tuvo poco efecto en su salud. Las plantas que no se vieron afectadas por el zinc se incluyeron en el grupo de control.
Tras una semana de experimentos, los científicos tomaron muestras de raíces y hojas de plantas y analizaron su composición química. Resultó que, tras el tratamiento con zinc, el amaranto aumentó la producción de 83 compuestos, entre los que destacaban azúcares (en particular, sacarosa y galactosa) y ácidos orgánicos (glucónico y salicílico). Estas sustancias fijan los iones de zinc y protegen a las plantas del estrés oxidativo.
El equipo observó cambios especialmente marcados en las raíces; en ellas, la cantidad de ácido glucónico se multiplicó por 59 y la de ácido salicílico por 27, en comparación con el grupo control. Además, este análisis demostró que, como respuesta al efecto de la galactosa sintetizada de forma más activa por las raíces del amaranto metálico, este podría participar en la formación de pectina. Estos polímeros actúan como componentes estructurales de las paredes celulares y son capaces de fijar eficazmente los iones de zinc, disminuyendo así su disponibilidad para las células vegetales.
Estos resultados significan que estas sustancias pueden prevenir la transferencia de metales a las partes terrestres de la planta.
Nuestra investigación demuestra que el amaranto se adapta a un exceso de zinc gracias a la reconstrucción metabólica. Al mismo tiempo, la planta no solo acumula el metal en las raíces e impide que penetre en las partes terrestres, sino que neutraliza activamente sus efectos nocivos con la ayuda de azúcares y ácidos orgánicos. Esta información será útil para crear cultivos agrícolas sostenibles frente a la contaminación ambiental.
En el futuro, planeamos estudiar los cambios que ocurren a nivel del proteoma (un conjunto de proteínas celulares) de las plantas de amaranto tratadas con zinc. Esta investigación nos acercará a la comprensión de los mecanismos moleculares que subyacen a las reacciones de estrés causadas por la toxicidad de los iones de zinc , y será crucial para la elaboración de nuevos enfoques para mitigar los efectos nocivos de este metal en la fisiología vegetal y la creación de instrumentos eficaces de fitomediación, afirma Stanislav Suhih, doctor en Ciencias Técnicas y director del Laboratorio de Reproducción Microclonal de Plantas de la Universidad Federal Báltica Immanuel Kant.
Más información: Natalia Osmolovskaya et al., Respuestas metabólicas de las raíces y hojas de Amaranthus caudatus al estrés por zinc, Plants (2025). DOI: 10.3390/plants14142119
