Biorremediación fúngica de suelos agrícolas misioneros contaminados con plaguicidas

Abstract

Existe una gran diversidad de microorganismos con capacidad biorremediadora que han sumado interés especial en los últimos años, debido al incremento de contaminantes en el ambiente. Uno de los sistemas más afectado ha sido el suelo, con consecuencias graves como la pérdida de microbiota, microfauna y de las funciones propias del suelo. Es por ello que el objetivo de este trabajo fue proponer estrategias de biorremediación para un suelo agrícola contaminado con plaguicidas a partir de hongos autóctonos. En primera instancia, se aislaron 28 cepas fúngicas a partir de muestras de suelo hortícola con uso intensivo de plaguicidas en la localidad de Gobernador Roca (Misiones). Se realizó una encuesta, previa al muestreo, en la cual el productor manifestó el uso de los fungicidas carbendazim, captan y zineb, desde aproximadamente diez años sobre sus cultivos de lechuga. Las muestras de suelo fueron caracterizadas fisicoquímicamente y además se realizaron bioensayos a fin de evaluar la posible toxicidad de las mismas. Posteriormente, se evaluó la tolerancia de las cepas aisladas a los plaguicidas seleccionados a distintas concentraciones, resultando el aislamiento LBM 239 altamente tolerante. Mediante el uso de los marcadores moleculares ITS, 18S y 28S, acompañados de la reconstrucción de árboles filogenéticos para ITS y de las secuencias concatenadas, se logró la identificación a nivel de especie del aislamiento LBM 239 como Actinomucor elegans. En una segunda instancia, se evaluó la capacidad de A. elegans LBM 239 de degradar el carbendazim en medio líquido. Los resultados obtenidos por HPLC mostraron que el carbendazim fue eliminado en un 86,6% por este hongo luego de un período de incubación de 7 días. A pesar de la tolerancia de A. elegans LBM 239 al carbendazim, se evidenciaron efectos tóxicos del fungicida sobre el hongo, principalmente en el perfil proteico, resultado del estrés oxidativo y en su morfología. mediante el análisis de proteínas se identificaron 30 proteínas en total, destacándose la identificación de proteínas relacionadas con la respuesta al estrés oxidativo como la Cu-Zn superóxido dismutasa y una subunidad de proteína G señalizadora. En cuanto a los efectos sobre la morfología, se evidenció una clara disminución del desarrollo del hongo a nivel macroscópico, y un menor diámetro de las hifas a través de microscopía electrónica. La biorremediación se llevó a cabo utilizando cuatro estrategias: la bioaumentación que se realizó con la adición de A. elegans LBM 239, la bioestimulación que se realizó con la adición de nutrientes para favorecer el crecimiento de los microorganismos y aumentar la velocidad de la degradación, la Estrategia combinada (Bioestimulación – Bioamuentación) y Atenuación natural a la cual no se le adicionó ninguna fuente de nutrientes ni microorganismos a la muestra de suelo. La tasa de remoción del carbendazim fue superior al 90% en los tratamientos de bioaumentación, bioestimulación y estrategia combinada, mientras que en la atenuación natural fue del 36%. Los ensayos de toxicidad post-tratamiento biorremediador evidenciaron la presencia de toxicidad con una inhibición de la germinación y enlongación radicular superior al 70%, y un porcentaje de mortalidad de Eisenia foetida del 100% en los suelos con atenuación natural. La eficiencia de remoción en los tratamientos de bioestimulación y bioaumentación con A. elegans LBM 239 se presenta como una alternativa de remediación de suelo contaminado con carbendazim. Este estudio contribuirá al desarrollo de un sistema para la degradación del carbendazim en los terrenos de cultivo, ya que es uno de los fungicidas más utilizados en la agricultura y está reportado que tiene efectos tóxicos sobre diferentes organismos, incluido el ser humano.

There is a great diversity of microorganisms with bioremedial capacity that have added special interest in recent years, due to the increase in pollutants in the environment. One of the most affected systems has been the soil, with serious consequences such as the loss of microbiota, microfauna, and soil’s own functions. The objective of this work was to propose bioremediation strategies for agricultural soil contaminated with pesticides from native fungi. Firstly, 28 fungal strains were isolated from horticultural soil samples with intensive use of pesticides in the town of Gobernador Roca (Misiones). A survey was carried out, before sampling, in which the producer stated the use of the fungicides carbendazim, captan and zineb, approximately ten years ago on his lettuce crops. The soil samples were characterized physicochemically and bioassays were also carried out to evaluate their possible toxicity. Subsequently, the tolerance of the isolated strains to the selected pesticides at different concentrations was evaluated, resulting in the isolate LBM 239 being highly tolerant. Through the use of the molecular markers ITS,, 18S and 28S, accompanied by the reconstruction of phylogenetic trees for ITS and the concatenated sequences, the species-level identification of isolate LBM 239 as Actinomucor elegans was achieved. After the identification, the ability of A. elegans LBM 239 to degrade carbendazim in liquid medium was evaluated. The results obtained by HPLC showed that carbendazim was eliminated by 86.6% by this fungus after an incubation period of 7 days. Despite the tolerance of A. elegans LBM 239 to carbendazim, toxic effects of the fungicide on the fungus were observed, mainly in the protein profile resulting from oxidative stress and in its morphology. Through protein analysis, a total of 30 proteins were identified, highlighting the identification of proteins related to the response to oxidative stress such as Cu-Zn superoxide dismutase and a signaling G protein subunit. Regarding the effects on morphology, a clear decrease in the development of the fungus at the macroscopic level was evidenced, as well as a smaller diameter of the hyphae through electron microscopy. Bioremediation was carried out using four strategies: bioaugmentation, which was carried out with the addition of A.elegans LBM 239, biostimulation, which was carried out with the addition of nutrients to promote the growth of microorganisms and increase the rate of degradation, the Combined Strategy (Biostimulation - Bioamuentación) and Natural Attenuation to which no source of nutrients or microorganisms was added to the soil sample. The removal rate of carbendazim was higher than 90% in the bioaugmentation, biostimulation and combined strategy

treatments, while in the natural attenuation it was 36%. The toxicity tests post- bioremedial treatment showed the presence of toxicity with an inhibition of

germination and root elongation greater than 70%, and a percentage of mortality of Eisenia foetida of 100% in soils with natural attenuation. The removal efficiency in biostimulation and bioaugmentation treatments with A. elegans LBM 239 is presented as an alternative for the remediation of soil contaminated with carbendazim. This study will contribute to the development of a system for the degradation of carbendazim in farmLand, since it is one of the most widely used fungicides in agriculture and is reported to have toxic effects on different organisms, including humans.