Alma Berenice Jasso S., Zaira Guadalupe Ibarra M., Alfredo Rosales J. y Lluvia de Abril Alexandra Soriano M. (CIQA, IxM y UAdeC)*
Nuestro grupo de trabajo encontró que los bioplásticos de poli(ácido láctico) causan estrés oxidativo en plantas de chile chiltepín a partir de la segunda semana de desarrollo en condiciones controladas (in vitro), e incluso en la semana número ocho después de su trasplante al invernadero (Ilustraciones 1 y 2). Este hallazgo sugiere que el potencial efecto de residuos de bioplásticos es real y debe seguirse investigando usando otros modelos vegetales. Por lo anterior, nuestro objetivo con esta nota es mostrar la ventana de oportunidad para estudiar la interacción de los bioplásticos con el medio ambiente, específicamente, con plantas que constituyen la principal fuente de alimento en México como el maíz y frijol, y cuyo efecto aún se desconoce.
Comencemos por definir a un bioplástico: es un material plástico moldeable sintetizado en laboratorio a partir de compuestos químicos renovables con ayuda incluso de microorganismos. De acuerdo con la Organización Europea de Bioplásticos, un bioplástico puede o no ser biodegradable; esta definición ha sido menos difundida y menos conocida, incluso por la comunidad científica que respondió nuestra encuesta en el Congreso Internacional de Investigación en Materiales este año. Entonces, parte del reto al que nos enfrentamos es el desconocimiento sobre la contaminación de suelos fértiles ocasionada por la acumulación de residuos bioplásticos a largo plazo.
Dependiendo de la normativa de cada país, se permite la acumulación de hasta un 10% de residuo bioplástico; se ha descubierto que su biodegradabilidad se ve comprometida cuando hay aditivos y otros bioplásticos en la mezcla, generando una mayor persistencia en el ambiente lo que conlleva a un efecto en especies vegetales [1]. En México, es aplicable la norma NMX-E-273-NYCE-2019 de carácter voluntario, basada en la recomendada internacionalmente EN13432, en donde los productos bioplásticos compostables solo lo son bajo las características de suelo específicas y allí descritas.
Bioplásticos protagonistas
En la literatura existen dos métodos para la obtención del residuo bioplástico para estudiar sus efectos en las plantas (vea Ilustración 1).
La primera es utilizar microplásticos y películas sometidas a un proceso de envejecimiento directamente en el suelo por meses y, posteriormente, extraer los residuos bioplásticos del suelo o lixiviados que serán adicionados a la planta en el medio de desarrollo.
La segunda es una forma más rápida para extraer los lixiviados usando trozos de bioplástico expuestos a radiación UV de alta intensidad y mezclarlos con agua por algunos días previo a su adición a la planta.
Tenga en cuenta que los bioplásticos protagonistas pueden ser materiales vírgenes o sus mezclas obtenidas en laboratorio o comerciales. Dos bioplásticos son los más reportados: el poli(ácido láctico) que se abrevia PLA y el copoliéster poli(butilén adipato-co-tereftalato) o PBAT del cual está compuesto el bioplástico comercial más conocido Mater-Bi®.
Es de llamar la atención que en la literatura se omite la identificación y cuantificación de los componentes del bioplástico causante del efecto fitotóxico [2]. Y es que la extracción del residuo bioplástico no es trivial por el reto de separarlo de los componentes donde se desarrolla la planta como materia orgánica, microbiota, exudados, etcétera.
En la normatividad nacional, al día de hoy solamente se reglamenta sobre la cuantificación de los residuos de desintegración en estado gaseoso, como el dióxido de carbono, pero omiten los subproductos en fase líquida o sólida. Sin embargo, en los últimos cinco años se han optimizado protocolos [2,3] que están generando información para su integración en futuras investigaciones y su consideración dentro de la normatividad del uso de materiales biodegradables.
Modelos vegetales en los cuales hay resultados
Uno de los primeros estudios del efecto de bioplásticos en plantas en Latinoamérica fue realizado por Souza y colaboradores en 2013 en cebolla [4]. Posteriormente en 2018, en Brasil se repitió el estudio y no se observaron afectaciones a la germinación de cebolla; sin embargo, las células de la raíz mostraron anomalías durante la división celular como indicativo de toxicidad celular por bioplásticos [5]. Otro estudio relevante, es el de los españoles Serrano-Ruíz y colaboradores quienes observaron disminución de raíz y biomasa, así como incremento en los marcadores de estrés en tomate y lechuga [6].
Esta variabilidad de resultados en las especies estudiadas dificulta hacer comparaciones y extrapolaciones por lo que se debe ampliar el panorama de selección de plantas objetivo para realizar los estudios. Opinamos que los cultivos de alto valor económico (pimiento morrón, tomate cherry, fresa y chiltepín, entre otros) serían los primeros expuestos a acolchados y mantillo hechos a base de bioplásticos por su rentabilidad y son, precisamente, los que deberían ser considerados para estudios con bioplásticos a nivel de campo e invernadero (Ilustración 3).
Otras ventanas de oportunidad
Todavía existen preguntas a resolver:
¿Cuáles son los mecanismos de asimilación o biodisponibilidad de los residuos de bioplásticos en las plantas? ¿Cuál es el destino de los bioplásticos residuales dentro de la planta? ¿Cuál es el destino de los bioplásticos en el suelo a largo plazo? ¿Cómo afectan los lixiviados al desarrollo de microorganismos benéficos o a la interacción con la microbiota del suelo con la planta?
Nuevos estudios han revelado que la presencia de bioplásticos modifica la biodisponibilidad de metales pesados, lo que implica un nuevo escenario donde además de identificar y cuantificar bioplásticos es necesario estudiar su interacción y persistencia por efecto de los nutrientes y metales que usualmente contaminan el suelo, así como su asimilación por parte de la planta.
A los interesados en probar el efecto de nuevos bioplásticos, consideren estudios en diferentes sistemas de crecimiento (in vitro, semihidroponia, maceta y cielo abierto) a corto, mediano y largo plazo, a nivel físico, celular y genético, en especies de relevancia alimenticia o económica.
Entonces, ¿con cuál reto está dispuesto a comenzar? El grupo de investigación desea establecer nuevas colaboraciones en este sentido y agradeceremos que nos escriban por correo electrónico.
Agradecimientos
A Jairo Vázquez Lee y J. Guadalupe Telles Padilla de CIQA por su apoyo en actividades en invernadero y caracterización de los bioplásticos. Al Departamento de Biociencias y Agrotecnología por el préstamo de invernadero de mediana tecnología del Centro de Experimentación Agrícola en CIQA. Al programa de Investigadores por México (IxM) de Conacyt y al proyecto Conacyt 316010 por el financiamiento.
Bibliografía
1. Liwarska-Bizukojc, E.: Effect of (bio)plastics on soil environment: A review. Sci. Total Environ. 795, 148889 (2021). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148889
2. Fojt, J., David, J., Přikryl, R., Řezáčová, V., Kučerík, J.: A critical review of the overlooked challenge of determining micro-bioplastics in soil. Sci. Total Environ. 745, (2020).
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140975
3.Nelson, T.F., Remke, S.C., Kohler, H.P.E., McNeill, K., Sander, M.: Quantification of Synthetic Polyesters from Biodegradable Mulch Films in Soils. Environ. Sci. Technol. (2019). https://doi.org/10.1021/ACS.EST.9B05863/SUPPL_FILE/ES9B05863_SI_001.PDF
4. Souza, P.M.S., Corroqué, N.A., Morales, A.R., Marin-Morales, M.A., Mei, L.H.I.: PLA and Organoclays Nanocomposites: Degradation Process and Evaluation of ecotoxicity Using Allium cepa as Test Organism. J. Polym. Environ. 21, 1052–1063 (2013). https://doi.org/10.1007/s10924-013-0604-0
5. Palsikowski, P.A., Roberto, M.M., Sommaggio, L.R.D., Souza, P.M.S., Morales, A.R., Marin-Morales, M.A.: Ecotoxicity Evaluation of the Biodegradable Polymers PLA, PBAT and its Blends Using Allium cepa as Test Organism. J. Polym. Environ. 26, 938–945 (2018). https://doi.org/10.1007/s10924-017-0990-9
6. Serrano-Ruíz, H., Martín-Closas, L., Pelacho, A.M.: Application of an in vitro plant ecotoxicity test to unused biodegradable mulches. Polym. Degrad. Stab. 158, 102–110 (2018). https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2018.10.016
Autores
*La doctora Alma Berenice Jasso Salcedo (IxM), la maestra en Ciencias Zaira Guadalupe Ibarra Manzanares y el doctor Alfredo Rosales Jasso pertenecen al Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) de Saltillo, Coahuila. Por su parte, la doctora Lluvia de Abril Alexandra Soriano Melgar (IxM) se encuentra comisionada a la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Coahuila (UAdeC).
Contacto: alma.jasso@ciqa.edu.mx, alfredo.rosales@ciqa.edu.mx, lldaasorianome@conacyt.mx. Página de CIQA www.ciqa.mx
Crédito de las ilustraciones
Ilustración 1, fotografías de Alma B Jasso Salcedo y Zaira G Ibarra.
Ilustración 2, fotografías de Zaira G Ibarra.
Ilustración 3, fotografía de Lluvia de Abril Soriano Melgar.
Palabras clave:
Lixiviados, poli(ácido láctico), chiltepín, agroplasticultura, cultivos de interés.
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