Anales Cientícos, 79 (2): 406 - 414 (2018)
ISSN 2519-7398 (Versión electrónica)
DOI: http://dx.doi.org/10.21704/ac.v79i2.912
Website: http://revistas.lamolina.edu.pe/index.php/acu/index
© Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima - Perú
Presentado: 11/04/2018
Aceptado: 12/12/2018
Efectos del cadmio sobre el crecimiento y la composición elemental de la alfalfa en
cultivo de arena
Effects of cadmium on the growth and elemental composition of alfalfa in sand culture
Klaus P. Raven Willwater
1
Resumen
El objetivo de esta investigación fue evaluar los efectos del nivel de Cd en un medio de arena sobre el crecimiento de
la alfalfa y su contenido de Cd, calcio (Ca), cobre (Cu), hierro (Fe), potasio (K), magnesio (Mg), manganeso (Mn),
nitrógeno (N), sodio (Na), fósforo (P), azufre (S) y zinc (Zn). Los tratamientos fueron 3 dosis de Cd: 0, 5 y 25 mg kg
-1
arena. Semillas de alfalfa fueron sembradas en estos medios, en base a un diseño de bloques completos randomizados con
tres repeticiones. Las plantas se dejaron crecer por 60 días, siendo periódicamente regadas y fertilizadas. A la cosecha,
se evaluaron el contenido de clorola, la materia seca de raíces y parte aérea y las concentraciones de los mencionados
elementos en la materia seca. A mayor dosis de Cd se observaron notorias reducciones del contenido de clorola y del
crecimiento vegetal. Ninguna de las plantas, ya sea expuestas o no a este elemento, mostraron carencia o exceso de
algún nutriente mineral estudiado. La adición de Cd tendió a provocar la concentración de elementos nutritivos en la
reducida materia seca y la acumulación preferencial de estos en la parte aérea a expensas de las raíces. No se observó
ningún efecto especíco notorio de este elemento sobre los nutrientes minerales evaluados. Aparentemente, una limitada
fotosíntesis en las plantas fue el daño directo principal del Cd en este estudio.
Palabras clave: cadmio; alfalfa; crecimiento; elemento; nutriente; arena.
Abstract
The objective of this research were to evaluate the effects of the Cd level in a sand medium on the growth of alfalfa and
its content of Cd, calcium (Ca), copper (Cu), iron (Fe), potassium (K), magnesium (Mg), manganese (Mn), nitrogen (N),
sodium (Na), phosphorus (P), sulfur (S) y zinc (Zn). The treatments were three Cd doses: 0, 5 y 25 mg kg
-1
sand. Alfalfa
seeds were sown in these media, according to a randomized complete block design with 3 replicates. The plants were
allowed to grow for 60 days, being periodically watered and fertilized. At harvest, the chlorophyll content, the root and
shoot dry matter, and the concentrations of the mentioned elements in dry matter were evaluated. Notorious decreases in
chlorophyll content and plant growth were observed at higher Cd doses. None of the plants, either exposed or not to Cd,
showed shortage or excess of any of the studied nutrient elements. The addition of Cd tended to concentrate the nutrient
elements in the reduced dry matter and to preferentially accumulate them in the shoots at the expense of roots. No specic
notorious effect of this element was observed on the evaluated mineral nutrients. Apparently, limited photosynthesis in
plants was the main direct damage of Cd in this study.
Keywords: cadmium; alfalfa; growth; element; nutrient; sand.
1
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú. Email: kpraven@lamolina.edu.pe
1. Introducción
El cadmio (Cd) es un elemento traza en el ambiente natural,
incluyendo suelos y plantas (Kabata-Pendias & Szteke,
2015). Este elemento no es esencial para la vida, pero ha
adquirido interés debido al efecto perjudicial que causa en
animales y plantas cuando se almacena en sus tejidos.
La acumulación de Cd en las plantas tiende a alterar su
metabolismo y siología y, eventualmente, puede causar
su muerte (DalCorso et al., 2013; Irfan et al., 2013).
Sin embargo, una cantidad signicativa de este debe ser
incorporada para que se produzcan daños notorios en su
crecimiento y desarrollo (Bingham et al., 1975).
Un contenido elevado de Cd en especies vegetales afecta
su composición elemental (DalCorso et al., 2013; Irfan et
al., 2013). La mayor parte de la información existente sobre
este tema se originó de datos complementarios generados
en estudios acerca de algún aspecto de la toxicidad del
Cd en plantas. Estos trabajos generalmente presentaron
resultados acerca de un número restringido de elementos
nutritivos. Investigaciones especícamente diseñadas para
estudiar el efecto del Cd sobre la nutrición mineral de las
plantas y que incluyeron a seis o mas elementos nutritivos
han sido llevados a cabo en solución nutritiva con alfalfa
(Ibekwe et al., 1996), Pfafa glomerata (Gomes et al.,
2013) y tomate (Hédiji et al., 2015). Estudios de estas
características no se han realizado en suelos o sustratos
relacionados. Por otra parte, los trabajos hidropónicos
mencionados han producido información limitada acerca
K. P. Raven / Anales Cientícos 79 (2): 406 - 414 (2018)
407
del nitrógeno (N), sodio (Na), fósforo (P) y azufre (S).
Finalmente, los efectos provocados por el Cd no siempre
han tenido el mismo patrón de respuesta para cada elemento
nutritivo en las plantas.
El conocimiento del efecto del Cd sobre la composición
elemental de las plantas es útil porque que estas son
utilizadas para el consumo humano y del ganado. Además,
las plantas son empleadas en algunas tecnologías de
remediación de suelos contaminados. Esta información
permite plantear estrategias para mejorar el contenido
de nutrientes y reducir la acumulación de Cd en el
producto cosechado y para mejorar la supervivencia de
especies vegetales en suelos contaminados. La alfalfa es
comúnmente utilizada para alimentar animales domésticos.
Esta especie vegetal también ha sido recomendada para
toestabilizar metales pesados en suelos contaminados
(Motesharezadeh et al., 2010).
Los objetivos del presente trabajo fueron evaluar los
efectos del nivel de Cd en un sustrato de arena sobre el
crecimiento de la alfalfa y su contenido de Cd, calcio
(Ca), cobre (Cu), hierro (Fe), potasio (K), magnesio (Mg),
manganeso (Mn), N, Na, P, S y zinc (Zn).
2. Materiales y métodos
La presente investigación, se ejecutó con tres tratamientos
y tres repeticiones. Las nueve unidades experimentales
fueron distribuidas en un patio experimental en Lima, Perú,
en base a un diseño de bloques completos randomizados.
Los tratamientos fueron tres dosis de aplicación de Cd:
0, 5 y 25 mg kg
-1
sustrato. Estas dosis representaron las
situaciones prácticas de suelos con grados de contaminación
bajo, moderado y alto, respectivamente. Cada unidad
experimental consistió de una maceta conteniendo 20
plantas de alfalfa creciendo en 1 kg de arena tratada.
La arena utilizada presentó un pH igual a 8,22, una
conductividad eléctrica en extracto de saturación igual
1,31 dS m
-1
y un contenido de carbonatos igual a 31 g kg
-1
.
Estos parámetros fueron determinados, así como descrito
por Bazán (1996). Nueve porciones de 1 kg de arena seca
al aire fueron separadas y colocadas en bolsas plásticas.
A cada porción, se adicionaron 25 mL de solución de
CdCl
2
·2,5H
2
O para lograr la dosis de Cd correspondiente.
Después de homogeneizar cada porción de arena tratada,
estas fueron transferidas a recipientes de plástico de 1 L de
capacidad y llevadas a capacidad de campo.
Al cabo de dos días de equilibración, se inició el
experimento con la siembra de 40 semillas de alfalfa de la
variedad San Pedro en cada recipiente. A los 26 días después
de la siembra, se redujo el número de plantas de alfalfa a 20
por maceta. Durante el ensayo, cada unidad experimental
fue regada periódicamente con agua desionizada para
evitar estrés hídrico. Además, todas las macetas recibieron
un suplemento de 150, 40, 100, 50, 20, 27, 20, 10, 4 y
1,2 mg maceta
-1
de N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn y Cu,
respectivamente. Durante el bioensayo, la temperatura y
humedad relativa medias en el patio experimental fueron
25,9 ºC y 64,5 %, respectivamente.
Un día antes de la cosecha, se evaluó el contenido de
clorola en las plantas de alfalfa. Para ello, se realizaron 10
determinaciones por maceta, siendo cada una hecha en un
tallo seleccionado al azar. Cada determinación se efectuó
en el foliolo central de la hoja localizada en la parte media
del tallo. Las mediciones se ejecutaron con un medidor
SPAD 502 (Spectrum Technologies, Inc.). Los resultados
fueron reportados como promedios de 10 determinaciones
por maceta y expresados en unidades SPAD.
La cosecha se realizó a los 60 días después de la
siembra. Esta se inició con la colección de biomasa de
la parte aérea, mediante corte a nivel de la corona de la
planta. Por otra parte, la biomasa de las raíces se obtuvo
en base al siguiente procedimiento: (i) desprendimiento de
raíces de la arena después de sumergir la maceta íntegra
en un balde con agua potable, (ii) colección del material
radicular desprendido mediante paso del contenido del
balde a través de un tamiz de plástico, y (iii) lavado de
raíces colectadas sobre el tamiz bajo chorro de agua
potable. La biomasa separada de parte aérea y raíces fue
lavada con agua desionizada y colocada en bolsas de papel.
Las bolsas de papel conteniendo la biomasa cosechada
fueron colocadas en una estufa graduada a 68 ºC y sometidas
a secado hasta obtener peso constante en el tiempo. Los
pesos de la materia seca así obtenida se registraron. Estos
resultados se utilizaron para calcular la materia seca total y
el cociente de materia seca de parte aérea a raíces para cada
unidad experimental.
Las muestras de materia seca fueron molidas, usando
un mini molino Wiley (Thomas Scientic) con malla de 40
mesh. La materia seca molida fue colectada en bolsas de
polietileno. Luego, esta fue empleada para determinar sus
concentraciones de Cd, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, N, Na, P, S
y Zn. Con los datos de concentración para cada elemento
químico en la materia seca de raíces y parte aérea, se
procedió a calcular las extracciones de este en raíces, parte
aérea y total de planta y el cociente de extracciones de
parte aérea a raíces.
La concentración de N en la materia seca se determinó
mediante el método de micro-Kjeldahl. Cada muestra de
0,1 g fue digestada con H
2
SO
4
en presencia de una mezcla
catalizadora de CuSO
4
:K
2
SO
4
1:9 en un tubo de digestión
de 100 ml colocado en un equipo Turbotherm (Gerhardt
Analytical Systems). Al cabo de 1,5 horas, se destiló la
muestra digestada en un equipo Vapodest 20s (Gerhardt
Analytical Systems), y el NH
3
desprendido fue colectado
en H
3
BO
3
al 2 % conteniendo los indicadores rojo de
metilo y azul de metileno. El NH
3
colectado fue titulado
con H
2
SO
4
0,02 N.
Las concentraciones de los demás elementos químicos
fueron determinadas a partir de extractos de digestión
húmeda de la materia seca. La digestión húmeda se realizó
usando HNO
3
y HClO
4
de acuerdo con un procedimiento
modicado de Jones y Case (1990). Las modicaciones
fueron: (i) tamaño de muestra de 1 g, (ii) uso de 10 mL
de una mezcla 5:1 de HNO
3
:HClO
4
concentrados desde el
inicio y sin adiciones posteriores de ácidos, y (iii) ltrado y
dilución nal a 25 mL. Las concentraciones de Cd, Ca, Cu,
Efectos del cadmio sobre el crecimiento y la composición elemental de la alfalfa en cultivo de arena
Julio - Diciembre 2018
408
Fe, K, Mg, Mn y Zn en los extractos fueron determinadas
por espectrofotometría de absorción atómica en llama
de acetileno-aire, utilizando las líneas de absorción de
228,8, 422,7, 324,8, 248,3, 766,5, 285,2, 279,5 y 213,9
nm, respectivamente. Estos análisis se efectuaron con dos
instrumentos: Perkin Elmer 3100 AAS y Perkin Elmer
AAnalyst 200 AAS. Para Ca y Mg, las lecturas fueron
hechas en extractos diluidos que contenían 1000 mg
L
-1
de lantano (La). Aparte de estas consideraciones, la
operación de estos instrumentos se realizó de acuerdo a las
recomendaciones generales del fabricante. Por otra parte,
la concentración de P en los extractos se evaluó mediante
espectrofotometría de absorción molecular UV/visible del
complejo molibdofosfórico, así como descrito por Bazán
(1996). Finalmente, la concentración de S en los extractos
se determinó mediante turbidimetría, así como detallado
por Bazán (1996).
La evaluación estadística del experimento se
realizó mediante el análisis de variancias y la prueba de
comparación múltiple de Tukey para cada parámetro
determinado o calculado. Para ello, se siguieron los
lineamientos descritos por Ott y Longnecker (2016). En
los casos especiales de parámetros con alto coeciente
de variabilidad y falta de signicación estadística con
los procedimientos paramétricos, el análisis estadístico
se complementó con la prueba de Friedman, así como
descrito por Hollander et al. (2014).
4. Resultados y discusión
El incremento del nivel de Cd en la arena tuvo un efecto
depresivo sobre el crecimiento de las plantas de alfalfa,
como mostrado en la Tabla 1. Al agregar 5 mg Cd kg
-1
arena, las producciones de materia seca de raíces, parte
aérea y total se redujeron a 82, 87 y 85 %, respectivamente,
de los valores de plantas testigo. Al aplicar 25 mg Cd
kg
-1
arena, estas llegaron a disminuir hasta 60, 71 y 67
%, respectivamente, con respecto a plantas no tratadas
con Cd. Estas reducciones tan notorias, no lograron
signicación estadística en análisis de variancias y pruebas
de Tukey, excepto para la parte aérea. Sin embargo, la
prueba no paramétrica de Friedman arrojó diferencias
signicativas entre los tratamientos para las tres variables
discutidas. El efecto negativo de la aplicación de Cd
sobre el crecimiento de las plantas ha sido comúnmente
documentado en alfalfa (Dražić et al., 2006; Ghnaya et al.,
2015; Ibekwe et al., 1996; Motesharezadeh et al., 2010)
y otras especies vegetales (Ahmad et al., 2016; Arshad et
al., 2016; Astol et al., 2014; Borišev et al., 2016; Dias
et al., 2013; Eller y Brix, 2016; Gill et al., 2012; Gomes
et al., 2013; Li et al., 2016; Pérez-Romero et al., 2016;
Sebastian y Prasad, 2015; Yang et al., 2016; Zhang et al.,
2014). Por otra parte, el cociente de materia seca de parte
aérea a raíces aumentó en un 18 % al aplicar la dosis mas
alta de Cd y no alcanzó signicación estadística. Ningún
resultado comparable pudo encontrarse en otros trabajos
con alfalfa. Sin embargo, reportes de disminución, aunque
no siempre signicativos, de este parámetro ante la adición
de Cd existen para especies vegetales distintas (Gomes et
al., 2013; Yang et al., 2016).
La aplicación de 25 mg Cd kg
-1
arena disminuyó el
contenido de clorola en los foliolos de las plantas de alfalfa
hasta un 85 % del valor de plantas sometidas a menores
dosis, como mostrado en la Tabla 1. Esta reducción alcanzó
signicación estadística. Resultados similares han sido
comúnmente observados en alfalfa (Ibekwe et al., 1996) y
otras especies vegetales (Ahmad et al., 2016; Arshad et al.,
2016; Astol et al., 2014; Borišev et al., 2016; Dias et al.,
2013; Gill et al., 2012; Li et al., 2016; Pérez-Romero et al.,
2016; Sebastian y Prasad, 2015; Zhang et al., 2014). Una
fotosíntesis restringida generalmente acompañó al menor
contenido de clorola (Arshad et al., 2016; Dias et al.,
2013; Gill et al., 2012; Pérez-Romero et al., 2016). Esto
es coherente con la reducida materia seca de las plantas de
alfalfa de este estudio.
La aplicación de Cd afectó de manera notoria y
estadísticamente signicativa a todos los parámetros de
concentración y extracción evaluados para este elemento,
como ilustrado en la Tabla 1. Plantas de alfalfa no tratadas
tuvieron concentraciones de Cd parecidas en la materia
seca de raíces y parte aérea. Estos valores aumentaron
480 y 16 veces, respectivamente, al suministrar la dosis
mas alta de Cd. Resultados similares se han reportado
frecuentemente para alfalfa (Dražić et al., 2006; Ghnaya
et al., 2015; Ibekwe et al., 1996; Motesharezadeh et al.,
2010) y otras especies de plantas (Ahmad et al., 2016;
Arshad et al., 2016; Astol et al., 2014; Borišev et al.,
2016; Chaoui et al., 1997; Dias et al., 2013; Gill et al.,
2012; Gomes et al., 2013; Lopes Júnior et al., 2014; Pérez-
Romero et al., 2016; Sebastian y Prasad, 2015; Yang et al.,
2016). En estas investigaciones, también se observó que
la concentración de Cd en las raíces tendía a ser mucho
mayor que en la parte aérea.
La aplicación de Cd afectó de manera notoria y
estadísticamente signicativa a todos los parámetros de
concentración y extracción evaluados para este elemento,
como ilustrado en la Tabla 1. Plantas de alfalfa no tratadas
tuvieron concentraciones de Cd parecidas en la materia
seca de raíces y parte aérea. Estos valores aumentaron
480 y 16 veces, respectivamente, al suministrar la dosis
mas alta de Cd. Resultados similares se han reportado
frecuentemente para alfalfa (Dražić et al., 2006; Ghnaya
et al., 2015; Ibekwe et al., 1996; Motesharezadeh et al.,
2010) y otras especies de plantas (Ahmad et al., 2016;
Arshad et al., 2016; Astol et al., 2014; Borišev et al.,
2016; Chaoui et al., 1997; Dias et al., 2013; Gill et al.,
2012; Gomes et al., 2013; Lopes Júnior et al., 2014; Pérez-
Romero et al., 2016; Sebastian y Prasad, 2015; Yang et al.,
2016). En estas investigaciones, también se observó que
la concentración de Cd en las raíces tendía a ser mucho
mayor que en la parte aérea.
La extracción total de Cd de las plantas de alfalfa se
incrementó a unas 124 veces el valor del testigo al aplicar
la dosis mayor de Cd. Esta extracción alcanzó un 12 y
6 % del Cd aplicado en las macetas tratadas con 5 y 25
mg Cd kg
-1
arena, respectivamente. Debe notarse que el
K. P. Raven / Anales Cientícos 79 (2): 406 - 414 (2018)
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Tabla 1. Análisis de variancias y promedios para parámetros de crecimiento y de contenido de Cd en plantas de alfalfa
Parámetro
Cuadrados Medios
C. V.
1
(%)
Promedios para Dosis Cd
Bloques Dosis Cd Error Exp. 0 mg kg
-1
5 mg kg
-1
25 mg kg
-1
Materia Seca Raíces (g maceta
-1
) 0,552
NS,2
1,370
NS2
0,342 21,62 3,36a
3
2,74a 2,01a
Materia Seca Parte Aérea (g maceta
-1
) 0,837
NS
2,338
NS
0,344 11,13 6,13a 5,32ab 4,36b
Materia Seca Total (g maceta
-1
) 2,47
NS
7,29
NS
1,22 13,82 9,49a 8,06a 6,38a
Materia Seca Parte Aérea/Raíces 0,0605
NS
0,0802
NS
0,0853 14,54 1,84a 2,01a 2,17a
Clorola (unidades SPAD) 4,78
NS
34,99* 1,22 2,95 38,9a 40,0a 33,6b
Concentración Cd Materia Seca Raíces (mg kg
-1
) 2231
NS
416626* 5234 23,20 1,51b 208,83b 725,16a
Concentración Cd Materia Seca Parte Aérea (mg kg
-1
) 1,14
NS
251,77* 1,09 11,37 1,19c 7,17b 19,17a
Extracción Cd Total (µg maceta
-1
) 1258
NS
1748678* 374 2,73 12,3c 587,6b 1524,9a
Extracción Cd Parte Aérea/Raíces 0,0462
NS
1,9757* 0,0454 40,05 1,4690a 0,0692b 0,0576b
1
Coeciente de variabilidad.
2
Prueba de F para α igual a 0,05: no signicativa (NS) o signicativa (*).
3
Prueba de Tukey entre promedios para α igual a 0,05: letras distintas indican grupos de tratamientos signicativamente diferente .
al., 2015) de aquella en la parte aérea. Reportes en otras
especies vegetales, muestran efectos variables de la adición
de Cd sobre la concentración de Ca en raíces y parte aérea
(Ahmad et al., 2016; Arshad et al., 2016; Chaoui et al.,
1997; Dias et al., 2013; Eller y Brix, 2016; Gomes et al.,
2013; Hédiji et al., 2015; Li et al., 2016; Pérez-Romero et
al., 2016).
La variación del contenido de Cu en plantas de alfalfa
ante la aplicación de Cd se presenta en la Tabla 2. La
concentración de Cu en la materia seca de raíces aumentó
gradualmente al adicionar mas Cd al sustrato, llegando a ser
hasta 58 % mayor que en plantas testigo. Este incremento
no alcanzó signicación con las pruebas estadísticas
empleadas. Una tendencia similar fue reportada en alfalfa
(Motesharezadeh et al., 2010) y otras especies vegetales
(Chaoui et al., 1997; Gomes et al., 2013; Lopes Júnior et
al., 2014; Hédiji et al., 2015). Sin embargo, también se ha
observado el patrón opuesto (Astol et al., 2014; Wu et al.,
2003). En contraste, la adición de Cd redujo ligeramente,
sin signicación estadística, la concentración de Cu en la
materia seca de la parte aérea. Resultados similares han
sido reportados en otros estudios con alfalfa (Ibekwe et
al., 1996; Motesharezadeh et al., 2010). En otras especies
vegetales, se ha observado que la adición de Cd causó
una disminución o ningún efecto sobre el nivel de Cu en
la parte aérea (Astol et al., 2014; Chaoui et al., 1997;
Gomes et al., 2013; Hédiji et al., 2015; Lopes Júnior et al.,
2014; Wu et al., 2003).
Los datos de concentración de Fe en las raíces de las
plantas de alfalfa tuvieron que ser excluidos del análisis por
mostrar muy alta variabilidad y contaminación. El efecto
de la adición de Cd sobre el contenido de Fe en la parte
aérea de las plantas de alfalfa se muestra en la Tabla 2. La
dosis de aplicación de Cd no impactó de manera marcada
ni estadísticamente signicativa la concentración de Fe en
la materia seca de la parte aérea. En otros estudios con
alfalfa (Dražić et al., 2006; Ghnaya et al., 2015; Ibekwe et
al., 1996; Motesharezadeh et al., 2010), se han reportado
observaciones contradictorias. Sin embargo, experimentos
con otras plantas (Arshad et al., 2016; Astol et al.,
2014; Chaoui et al., 1997; Dias et al., 2013; Gomes et
al., 2013; Hédiji et al., 2015; Lopes Júnior et al., 2014;
Cd suministrado tuvo una disponibilidad relativamente
alta para las plantas, porque fue aplicado como sal muy
soluble en agua y el periodo de equilibración y adsorción
del mismo con la arena, antes de iniciar el experimento, fue
intencionalmente corto. Por ello, los citados porcentajes
deben interpretarse como altos. Además, al aumentar la
dosis de Cd en la arena, el cociente de extracción parte
aérea a raíces para este elemento se redujo notoriamente.
En plantas no tratadas, la extracción de Cd en la parte
aérea fue aproximadamente 50 % mayor que en las raíces.
Sin embargo, al aumentar la dosis de Cd, este se acumuló
preferentemente en las raíces, cuyo contenido alcanzó
un 95 % del total extraído. Tendencias variadas han sido
observadas en estudios con alfalfa (Ghnaya et al., 2015;
Motesharezadeh et al., 2010). Los resultados de esta y otras
investigaciones (Elouear et al., 2016; Motesharezadeh et
al., 2010) sugieren que el paso del Cd de raíces a forraje es
signicativamente restringido en la alfalfa. Además, esta
planta sería útil para toestabilizar, mas que toextraer, el
Cd en suelos contaminados.
Plantas de alfalfa severamente intoxicadas con Cd
han mostrado detención del crecimiento, clorosis severa
generalizada, hojas maduras con necrosis internerval y
hojas jóvenes cloróticas y deformadas (Ibekwe et al., 1996).
En el presente estudio, las plantas tratadas con 25 mg Cd
kg
-1
arena no llegaron a mostrar estos síntomas. Además,
la concentración de Cd en la materia seca de la parte aérea
no alcanzó el nivel crítico de 50 mg kg
-1
reportado por
Ibekwe et al. (1996). Finalmente, la producción total de
materia seca tampoco disminuyó hasta un 25 % del valor
del testigo, como observado en el citado estudio.
La inuencia de la adición de Cd al sustrato sobre el
contenido de Ca en las plantas de alfalfa se muestra en
la Tabla 2. La concentración de Ca en la materia seca de
raíces no fue afectada signicativamente por la dosis de
Cd aplicado. Sin embargo, la aplicación de Cd aumentó en
mas de 25 % la concentración de Ca en la materia seca de
la parte aérea, lo cual logró ser estadísticamente relevante.
En estudios previos con alfalfa, se observó que una mayor
dosis de Cd causó una reducción de la concentración de
Ca en raíces (Dražić et al., 2006) y un aumento (Dražić et
al., 2006; Ibekwe et al., 1996) o disminución (Ghnaya et
Efectos del cadmio sobre el crecimiento y la composición elemental de la alfalfa en cultivo de arena
Julio - Diciembre 2018
410
Sebastian y Prasad, 2015; Wu et al., 2003) frecuentemente
han mostrado un efecto depresivo, aunque no siempre
signicativo, ante la aplicación de Cd.
La inuencia de la adición de Cd al sustrato sobre el
contenido de K en la plantas de alfalfa se resume en la
Tabla 3. La concentración de K en la materia seca de raíces
aumentó con la dosis de Cd aplicado. Sin embargo, este
incremento solo resultó estadísticamente signicativo al
incrementar la dosis de 5 a 25 mg Cd kg
-1
arena, siendo
la magnitud del aumento igual a 47 % respecto al testigo.
Una tendencia opuesta ha sido reportada para alfalfa
(Dražić et al., 2006) y otras especies vegetales (Ahmad
et al., 2016; Arshad et al., 2016; Gomes et al., 2013;
Hédiji et al., 2015; Li et al., 2016). Sin embargo, algunos
trabajos (Chaoui et al., 1997; Pérez-Romero et al., 2016)
obtuvieron patrones diferentes a esta mayoría. La adición
de Cd también provocó un aumento signicativo, de hasta
72 % respecto al testigo, en la concentración de K en
la materia seca de la parte aérea. En otros estudios con
alfalfa, se han observado resultados similares (Dražić et
al., 2006; Ibekwe et al., 1996) o diferentes (Ghnaya et al.,
2015). Trabajos realizados con especies vegetales distintas
(Ahmad et al., 2016; Arshad et al., 2016; Chaoui et al.,
1997; Gomes et al., 2013; Hédiji et al., 2015; Li et al.,
2016; Pérez-Romero et al., 2016) han mostrado tendencias
variadas.
La variación del contenido de Mg en las plantas de
alfalfa ante la adición de Cd al sustrato se ilustra en la
Tabla 3. La concentración de Mg en la materia seca de
raíces tendió a aumentar con la cantidad de Cd aplicada.
El incremento fue de 25 a 31 % respecto al testigo, siendo
estadísticamente signicativo solamente entre las dosis de
5 a 25 mg Cd kg
-1
arena. La concentración de Mg en la
materia seca de la parte aérea también aumentó progresiva-
y signicativamente, hasta en 44 % respecto al testigo, al
incrementar el nivel de Cd en el sustrato. En otros estudios
con alfalfa, tendencias opuestas han sido reportadas en
raíces (Dražić et al., 2006) y parte aérea (Ghnaya et al.,
2015). Sin embargo, un patrón similar al aquí observado
también ha sido documentado para la parte aérea (Dražić
et al., 2006; Ibekwe et al. 1996). Trabajos con otras plantas
Tabla 2. Análisis de variancias y promedios para parámetros de contenido de Ca, Cu y Fe en plantas de alfalfa
Parámetro
Cuadrados Medios
C. V.
1
(%)
Promedios para Dosis Cd
Bloques Dosis Cd Error Exp. 0 mg kg
-1
5 mg kg
-1
25 mg kg
-1
Concentración Ca Materia Seca Raíces (g kg-1) 0,0297
NS
2,3815
NS
0,7656 16,27 5,24a 4,56a 6,33a
Concentración Ca Materia Seca Parte Aérea (g kg-1) 8,01
NS
39,71* 1,93 5,46 21,3b 26,8a 28,2a
Extracción Ca Total (mg maceta-1) 767
NS
291
NS
484 15,03 149a 155a 135a
Extracción Ca Parte Aérea/Raíces 0,765
NS
12,333
*
1,427 12,35 7,61b 11,67a 9,73ab
Concentración Cu Materia Seca Raíces (mg kg-1) 2,73
NS
161,95
NS
41,15 20,84 24,6a 28,9a 38,9a
Concentración Cu Materia Seca Parte Aérea (mg kg-1)0,930
NS
0,816
NS
0,422 8,10 8,61a 7,82a 7,63a
Extracción Cu Total (µg maceta-1) 159,2
NS
377,1
NS
97,4 8,18 133a 118a 111a
Extracción Cu Parte Aérea/Raíces 0,00373
NS
0,03645
NS
0,00526 13,37 0,650a 0,547ab 0,430b
Concentración Fe Materia Seca Parte Aérea (mg kg-1) 13,8
NS
77,5
NS
108,1 15,79 60,4a 70,5a 66,6a
Extracción Fe Parte Aérea (µg maceta-1) 4192
NS
6838
NS
6953 24,06 376a 373a 291a
1
Coeciente de variabilidad.
2
Prueba de F para α igual a 0,05: no signicativa (NS) o signicativa (*).
3
Prueba de Tukey entre promedios para α igual a 0,05: letras distintas indican grupos de tratamientos signicativamente diferentes.
(Ahmad et al., 2016; Arshad et al., 2016; Chaoui et al.,
1997; Dias et al., 2013; Gomes et al., 2013; Hédiji et al.,
2015; Li et al., 2016; Lopes Júnior et al., 2014; Pérez-
Romero et al., 2016) han producido resultados variados,
tanto para raíces como parte aérea.
El efecto de la aplicación de Cd sobre el contenido de
Mn en las plantas de alfalfa se presenta en la Tabla 3. La
concentración de Mn en la materia seca de raíces sufrió
un leve y estadísticamente intrascendente aumento ante la
aplicación de Cd. Motesharezadeh et al. (2010) tampoco
observaron efecto signicativo alguno en alfalfa. En otras
especies vegetales la adición de Cd al medio frecuentemente
ha provocado una disminución de la concentración de Mn
en las raíces (Ahmad et al., 2016; Astol et al., 2014;
Chaoui et al., 1997; Dias et al., 2013; Gomes et al.,
2013; Sebastian y Prasad, 2015; Wu et al., 2003), aunque
también tendencias diferentes (Arshad et al., 2016; Lopes
Júnior et al., 2014). Por otra parte, al incrementar la dosis
de Cd en la arena, la concentración de Mn en la materia
seca de la parte aérea de las plantas de alfalfa aumentó de
manera signicativa, hasta en un 66 % respecto al testigo.
En alfalfa, Ibekwe et al. (1996) han obtenido resultados
similares, pero Motesharezadeh et al. (2010) observaron el
patrón opuesto. Una tendencia opuesta ha sido reportada
comúnmente en estudios con otras plantas (Ahmad et al.,
2016; Arshad et al., 2016; Astol et al., 2014; Gomes et
al., 2013; Lopes Júnior et al., 2014; Wu et al., 2003), pero
existen excepciones (Chaoui et al., 1997; Dias et al., 2013;
Sebastian y Prasad, 2015).
La inuencia de la aplicación de Cd al sustrato sobre
el contenido de N en las plantas de alfalfa se muestra en
la Tabla 4. La concentración de N en la materia seca de
raíces no fue afectada signicativamente por la dosis de
Cd aplicado. Sin embargo, la adición de Cd incrementó,
hasta en 27 % respecto al testigo, la concentración de
N en la materia seca de la parte aérea, lo cual alcanzó
signicación estadística. En otros estudios con alfalfa, solo
se han reportado efectos no signicativos o depresivos
del Cd sobre el nivel de N en la parte aérea (Ghnaya et
al., 2015; Ibekwe et al., 1996). En otras plantas, también
se han observado las citadas tendencias, tanto en la parte
K. P. Raven / Anales Cientícos 79 (2): 406 - 414 (2018)
411
aérea como en raíces (Gill et al., 2012; Gomes et al., 2013;
Li et al., 2016). Debe tenerse presente que todas las plantas
de este estudio presentaron nódulos jadores de N
2
en
las raíces. Nodulación en raíces de alfalfa desarrollando
en suelos altamente contaminados también ha sido
documentada por Angle y Chaney (1991).
La variación del contenido de Na en las plantas de
alfalfa ante la adición de Cd al sustrato se presenta en
la Tabla 4. La concentración de Na en la materia seca de
raíces sufrió una reducción marcada, hasta un 68 % del
valor del testigo, al aplicar Cd al medio. Esta disminución
no logró signicación con las pruebas estadísticas usadas.
Por otra parte, el incremento del nivel de Cd en el sustrato
provocó un aumento de 57 %, respecto al testigo, en la
concentración de Na en la materia seca de la parte aérea.
Esta diferencia tampoco alcanzó signicación con las
pruebas estadísticas empleadas. No se pudieron encontrar
reportes relacionados para alfalfa en la literatura. En otras
plantas, se ha observado que la adición de Cd provocó una
reducción de la concentración de Na en raíces (Li et al.,
2016; Pérez-Romero et al., 2016) y ninguna tendencia
clara en la parte aérea (Pérez-Romero et al., 2016).
El efecto de la adición de Cd sobre el contenido de
P en las plantas de alfalfa se ilustra en la Tabla 4. La
concentración de P en la materia seca de raíces no fue
afectada signicativamente por la dosis de Cd. En cambio,
la aplicación de Cd incrementó, en hasta 30 % respecto al
testigo, la concentración de P en la materia seca de la parte
aérea. Esta diferencia alcanzó signicación estadística.
Ibekwe et al. (1996) observó la misma tendencia para la
parte aérea de plantas de alfalfa. Estudios con otras plantas
(Arshad et al., 2016; Gomes et al., 2013; Li et al., 2016;
Lopes Júnior et al., 2014) han mostrado efectos variados,
tanto en parte aérea como raíces.
La inuencia de la aplicación de Cd al sustrato sobre
el contenido de S en las plantas de alfalfa se presenta en la
Tabla 5. La concentración de S en la materia seca de raíces
aumentó en un 57 %, respecto al testigo, al variar la dosis de
adición de Cd de 5 a 25 mg kg
-1
. Este incremento no alcanzó
signicación con las pruebas estadísticas usadas. Además,
la adición de Cd incrementó de manera signicativa, en
hasta 42 % respecto al testigo, la concentración de S en
la materia seca de la parte aérea. Reportes relacionados
no se han podido encontrar en la literatura de la alfalfa.
En estudios con otras plantas (Ahmad et al., 2016; Gill et
al., 2012; Gomes et al., 2013) se han observado efectos
variados sobre la concentración de S en tejidos vegetales
ante la adición de Cd.
La variación del contenido de Zn en las plantas de
alfalfa ante la adición de Cd al sustrato se presenta en la
Tabla 5. Las concentraciones de Zn en la materia seca de
raíces y parte aérea no fueron afectadas signicativamente
por la dosis de Cd aplicada. Motesharezadeh et al. (2010)
reportó un aumento de la concentración de Zn en el tejido
radicular de alfalfa al suministrar Cd, pero ningún efecto
signicativo de este sobre el nivel de Zn en la parte aérea.
Reportes en otras especies de plantas (Astol et al., 2014;
Chaoui et al., 1997; Gomes et al., 2013; Hédiji et al.,
2015; Wu et al., 2003) no han mostrado ningún patrón
generalizable.
Las cantidades de nutrientes minerales absorbidas por
las plantas de alfalfa se presentan en las Tablas 2 a 5. Al
enriquecer el sustrato con Cd, las extracciones totales de
Ca, Cu, Mg, Mn, N, Na, P y Zn y la extracción de la parte
aérea de Fe tendieron a disminuir, siendo estadísticamente
signicativos solo para Mn, Na y Zn. En cambio, K y
S mostraron patrones diferentes y estadísticamente no
importantes. Plantas expuestas al Cd tuvieron la oportunidad
de extraer cantidades similares de elementos nutritivos
que individuos testigo y tendieron a concentrarlas en su
reducida materia seca. Por otra parte, al adicionar Cd al
sustrato, los cocientes de extracción de parte aérea a raíces
de Ca, K, Mg, Mn, N, Na, P y Zn de las plantas de alfalfa
tendieron a elevarse, logrando importancia estadística
solo para Ca y Mg. En cambio, los valores respectivos
para Cu disminuyeron signicativamente, mientras que
aquellos para el S no mostraron una tendencia simple ni
estadísticamente relevante. Esto indica que las plantas de
alfalfa tendieron a movilizar la mayoría de los elementos
nutritivos a la parte aérea a expensas de las raíces.
El estado nutricional general de las plantas de alfalfa de
este experimento se evaluó mediante comparación de las
concentraciones de elementos nutritivos en la parte aérea
de individuos no tratados con Cd con los datos compilados
por Pinkerton et al. (1997) para plantas similares. Esta
evaluación sugiere que el crecimiento de individuos testigo
no fue limitado por el suministro de Ca, Cu, Fe, K, Mg,
Mn, N, P, S o Zn del sustrato. Lo mismo es válido para
plantas sujetas a una dosis de 25 mg Cd kg
-1
arena. Por
lo tanto, ninguna de las plantas de alfalfa de este estudio
parece haber sufrido deciencia o toxicidad de alguno de
los elementos nutritivos estudiados.
Un mecanismo común de interacción entre el Cd y
otros elementos químicos en las plantas es la competencia
al ser absorbidos por las raíces (DalCorso et al., 2013;
Irfan et al., 2013). Considerando que la extracción total
máxima de Cd en este trabajo fue 0,0133 mmol maceta
-1
,
solo Cu, Mn, Zn y, eventualmente, Fe podrían haber
sido afectados. Extracciones totales de otros elementos
nutritivos potencialmente competitivos superaron el valor
indicado para el Cd en mas de 100 veces. Las extracciones
totales de Cu, Mn y Zn disminuyeron al aumentar la dosis
de Cd en el sustrato, alcanzando signicación estadística
solo para Mn y Zn. Sin embargo, los niveles de Mn y Zn
en la parte aérea de las plantas expuestas al Cd fueron
superiores que o comparables con aquellos de plantas
testigo, respectivamente. Por otra parte, la concentración
de Cu en la parte aérea no calicó como deciente. Por
lo tanto, efectos depresivos especícos del Cd sobre la
absorción de Cu, Mn y Zn no parecen haber ocurrido en el
presente estudio, excepto quizás para el Cu.
Efectos del cadmio sobre el crecimiento y la composición elemental de la alfalfa en cultivo de arena
Julio - Diciembre 2018
412
Tabla 3. Análisis de variancias y promedios para parámetros de contenido de K, Mg y Mn en plantas de alfalfa
Parámetro
Cuadrados Medios
C. V.
1
(%)
Promedios para Dosis Cd
Bloques Dosis Cd Error Exp. 0 mg kg
-1
5 mg kg
-1
25 mg kg
-1
Concentración K Materia Seca Raíces (g kg-1) 2,06
NS
23,60* 1,58 8,77 13,8ab 11,8b 17,4a
Concentración K Materia Seca Parte Aérea (g kg-1) 6,66
NS
73,71* 2,50 8,87 13,5b 16,7b 23,2a
Extracción K Total (mg maceta-1) 178
NS
131
NS
271 12,82 128a 122a 135a
Extracción K Parte Aérea/Raíces 0,497
NS
1,205* 0,162 15,87 1,80a 2,91a 2,90a
Concentración Mg Materia Seca Raíces (g kg-1) 0,168
NS
3,806* 0,352 7,81 7,12b 6,79b 8,89a
Concentración Mg Materia Seca Parte Aérea (g kg-1) 0,0243
NS
1,4145* 0,0315 4,66 3,07b 3,93a 4,43a
Extracción Mg Total (mg maceta-1) 59,6
NS
23,2
NS
27,2 13,13 42,6a 39,5a 37,1a
Extracción Mg Parte Aérea/Raíces 0,03268
NS
0,11191* 0,00878 9,26 0,793b 1,158a 1,086a
Concentración Mn Materia Seca Raíces (mg kg-1) 557
NS
3104
NS
14023 28,20 385a 448a 428a
Concentración Mn Materia Seca Parte Aérea (mg kg-1) 17,2
NS
2600,1* 36,1 5,11 89,2c 115,7b 148,0a
Extracción Mn Total (µg maceta-1) 50569* 100279* 3787 3,63 1810a 1792a 1485b
Extracción Mn Parte Aérea/Raíces 0,0150
NS
0,1080
NS
0,0195 24,06 0,428a 0,522a 0,793a
1 Coeciente de variabilidad.
2 Prueba de F para α igual a 0,05: no signicativa (NS) o signicativa (*).
3 Prueba de Tukey entre promedios para α igual a 0,05: letras distintas indican grupos de tratamientos signicativamente diferentes.
Tabla 4. Análisis de variancias y promedios para parámetros de contenido de N, Na y P en plantas de alfalfa
Parámetro
Cuadrados Medios
C. V.
1
(%)
Promedios para Dosis Cd
Bloques Dosis Cd Error Exp. 0 mg kg
-1
5 mg kg
-1
25 mg kg
-1
Concentración N Materia Seca Raíces (g kg-1) 10,17
NS
3,41
NS
3,37 7,05 25,9a 27,1a 25,0a
Concentración N Materia Seca Parte Aérea (g kg-1) 7,05
NS
55,95* 5,73 6,44 32,7b 41,4a 37,4a
Extracción N Total (mg maceta-1) 3669
NS
6117
NS
1590 14,99 288a 295a 214a
Extracción N Parte Aérea/Raíces 0,263
NS
0,763
NS
0,272 18,01 2,32a 3,11a 3,25a
Concentración Na Materia Seca Raíces (g kg-1) 1,61
NS
7,55
NS
2,78 22,28 9,29a 6,29a 6,88a
Concentración Na Materia Seca Parte Aérea (g kg-1) 0,285
NS
0,572
NS
0,219 31,42 1,27a 1,21a 1,99a
Extracción Na Total (mg maceta-1) 128,1
NS
276,9* 33,7 20,56 39,3a 23,1ab 22,3b
Extracción Na Parte Aérea/Raíces 0,0153
NS
0,1096
NS
0,0254 37,56 0,256a 0,386a 0,632a
Concentración P Materia Seca Raíces (g kg-1) 0,0289
NS
0,0495
NS
0,0689 9,44 2,64a 2,81a 2,89a
Concentración P Materia Seca Parte Aérea (g kg-1) 0,1970
NS
0,3435* 0,0349 7,23 2,23b 2,64ab 2,90a
Extracción P Total (mg maceta-1) 1,23
NS
12,47
NS
4,98 10,77 22,2a 21,6a 18,4a
Extracción P Parte Aérea/Raíces 0,0977
NS
0,3088
NS
0,0813 15,22 1,54a 1,90a 2,18a
1 Coeciente de variabilidad.
2 Prueba de F para α igual a 0,05: no signicativa (NS) o signicativa (*).
3 Prueba de Tukey entre promedios para α igual a 0,05: letras distintas indican grupos de tratamientos signicativamente diferentes.
Tabla 5. Análisis de variancias y promedios para parámetros de contenido de S y Zn en plantas de alfalfa
Parámetro
Cuadrados Medios
C. V.
1
(%)
Promedios para Dosis Cd
Bloques Dosis Cd Error Exp. 0 mg kg
-1
5 mg kg
-1
25 mg kg
-1
Concentración S Materia Seca Raíces (g kg-1) 2,46
NS
8,33
NS
1,22 17,23 5,58a 5,32a 8,33a
Concentración S Materia Seca Parte Aérea (g kg-1) 0,136
NS
1,762
NS
0,268 11,57 3,70b 4,47ab 5,24a
Extracción S Total (mg maceta-1) 11,11
NS
9,16
NS
24,45 12,53 41,3a 37,8a 39,4a
Extracción S Parte Aérea/Raíces 0,1498
NS
0,1709
NS
0,0649 17,47 1,28a 1,73a 1,37a
Concentración Zn Materia Seca Raíces (mg kg-1) 33,8
NS
15,4
NS
39,2 13,22 44,9a 48,0a 49,3a
Concentración Zn Materia Seca Parte Aérea (mg kg-1) 0,803
NS
2,596
NS
1,973 7,20 19,5a 18,5a 20,4a
Extracción Zn Total (µg maceta-1) 645
NS
4656* 154 5,47 266a 226b 188c
Extracción Zn Parte Aérea/Raíces 0,00564
NS
0,01240
NS
0,00769 10,59 0,807a 0,777a 0,901a
1 Coeciente de variabilidad.
2 Prueba de F para α igual a 0,05: no signicativa (NS) o signicativa (*).
3 Prueba de Tukey entre promedios para α igual a 0,05: letras distintas indican grupos de tratamientos signicativamente diferentes.
La ocurrencia de efectos especícos del Cd sobre
nutrientes minerales en plantas parece depender de las
condiciones particulares del estudio. Esto explicaría la
diversidad de respuestas reportadas en la literatura, tanto
en alfalfa como otras especies vegetales. Además, se ha
observado que el estrés por toxicidad de Cd puede ser
reducido mediante la adición de Ca en garbanzo (Ahmad
et al., 2016), Fe en arroz (Sebastian y Prasad, 2015), K
en garbanzo (Ahmad et al., 2016), Mn en arroz (Sebastian
y Prasad, 2015), N en álamo (Zhang et al., 2014), P en
K. P. Raven / Anales Cientícos 79 (2): 406 - 414 (2018)
413
arroz (Yang et al., 2016) y S en mostaza (Bashir et al.,
2015). El éxito individual de alternativas tan diversas para
aliviar los síntomas del mismo problema sugiere la falta
de especicidad en la interacción de Cd con elementos
nutritivos de plantas. Es posible que dosis de aplicación
mas altas que 25 mg Cd kg
-1
arena sean requeridas para que
las plantas de alfalfa muestren de manera marcada efectos
especícos del Cd sobre algún nutriente mineral.
4. Conclusiones
La adición de hasta 25 mg Cd kg
-1
arena calcárea provoca
una notoria disminución en el crecimiento de plantas de
alfalfa, pero sin lograr un efecto tóxico grave. Ningún
efecto especíco del Cd aplicado fue notado sobre la
nutrición de Ca, Fe, K, Mg, Mn, K, N, Na, P, S y Zn en
las plantas. Sin embargo, un leve efecto depresivo pudo
haber ocurrido con el Cu. La adición de Cd tuvo un efecto
casi generalizado de concentración de estos elementos en
la materia seca de raíces y parte aérea. Además, las plantas
tendieron a movilizar los nutrientes minerales hacia la parte
aérea a expensas de las raíces. Aparentemente, el efecto
principal del Cd fue reducir directamente la fotosíntesis.
Posiblemente, una intoxicación mas grave con Cd logre
provocar interacciones mas claras de este elemento con
nutrientes minerales.
5. Agradecimientos
El autor agradece al Laboratorio de Análisis de Suelos,
Plantas, Aguas y Fertilizantes de la Facultad de Agronomía
de la Universidad Nacional Agraria La Molina por darle
las facilidades necesarias para realizar ciertos análisis y
ayudar con determinaciones analíticas en el sustrato usado
y en plantas de alfalfa.
6. Literatura citada
Ahmad, P.; Abdel, A.A.; Abd_Allah, E.F.; Hashem, A.;
Sarwat, M.; Anjum, N.A. and Gucel, S. 2016. Calcium
and potassium supplementation enhanced growth,
osmolyte secondary metabolite production, and
enzymatic antioxidant machinery in cadmium-exposed
chickpea (Cicer arietinum L.). Frontiers in Plant
Science, 7:513. doi: 10.3389/fpls.2016.00513.
Angle, J.S. and Chaney, R.L. 1991. Heavy metal effects
on soil populations and heavy metal tolerance of
Rhizobium meliloti, nodulation, and growth of alfalfa.
Water, Air, and Soil Pollution, 57 (1):597-604.
Arshad, M.; Ali, S.; Noman, A.; Ali, Q.; Rizwan, M.; Farid,
M. and Irshad, M.K. 2016. Phosphorus amendment
decreased cadmium (Cd) uptake and ameliorates
chlorophyll contents, gas exchange attributes,
antioxidants, and mineral nutrients in wheat