Estudio de la acumulación, transferencia y especiación de arsénico en cultivos de maíz y su riesgo potencial para la salud humana

Con el objetivo de evaluar la transferencia de arsénico (As) del campo agrícola hacia la planta de maíz y el ser humano, en este trabajo fueron estudiados: 1) los parámetros fisicoquímicos del suelo sobre la acumulación y translocación de As en el cultivo, 2) la distribución de las especies de As en el agua, suelo y planta, 3) la fitodisponibilidad de As en el suelo agrícola, y 4) la bioaccesibilidad de As en el grano para el ser humano. Para tal propósito, se caracterizaron fisicoquímicamente el agua, el suelo y el cultivo de maíz de tres zonas agrícolas de San Luis Potosí (denominadas A, B y C) y se determinó el contenido de As mediante espectrometría de fluorescencia atómica acoplado a un sistema de generación de hidruros (HG-AFS). Los datos experimentales fueron analizados mediante análisis de conglomerados (cluster) y de componentes principales. La implementación de la metodología de extracción de especies de As en las partes del cultivo de maíz fue evaluada mediante estudios de recuperación. Las metodologías desarrolladas para la determinación de As biodisponible en el suelo agrícola y de As bioaccesible en el grano fueron automatizadas mediante el sistema de análisis por inyección en flujo multijeringa utilizando HG-AFS como detector y optimizadas mediante un diseño Doehlert. Contribuciones y Conclusiones: En general, la concentración de As total en el cultivo de maíz fue en el orden: raíz >> tallo y hoja > grano. El As(V) fue la forma predominante en los lixiviados de suelo y presentó una correlación estadísticamente significativa (p < 0.05) con el As total en raíz, tallo y hoja de maíz

Construction of a modular arsenic resistance operon in <i>E. coli</i> and the production of arsenic nanoparticles.

Arsenic is a widespread contaminant of both land and water around the world. Current methods of decontamination such as phytoremediation and chemical adsorbents can be resource and time intensive, and may not be suitable for some areas such as remote communities where cost and transportation are major issues. Bacterial decontamination, with strict controls preventing environmental release, may offer a cost-effective alternative or provide a financial incentive when used in combination with other remediation techniques. In this study we have produced E. coli strains containing arsenic resistance genes from a number of sources, overexpressing them and testing their effects on arsenic resistance. While the lab E. coli strain JM109 (the wild-type) is resistant up to 20 mM sodium arsenate the strain containing our plasmid pEC20 is resistant up to 80 mM. When combined with our construct pArsRBCC arsenic-containing nanoparticles were observed at the cell surface; the elements of pEC20 and pArsRBCC were therefore combined in a modular construct, pArs, in order to evaluate the roles and synergistic effects of the components of the original plasmids in arsenic resistance and nanoparticle formation. We also investigated the use of introducing the lac operator in order to more tightly control expression from pArs. We demonstrate that our strains are able to reduce toxic forms of arsenic into stable, insoluble metallic As(0), providing one way to remove arsenate contamination, and which may also be of benefit for other heavy metals

Bioaccessibility of selenium after human ingestion in relation to its chemical species and compartmentalization in maize

International audienceSelenium is a micronutrient needed by all living organisms including humans, but often present in low concentration in food with possible deficiency. From another side, at higher concentrations in soils as observed in seleniferous regions of the world, and in function of its chemical species, Se can also induce (eco)toxicity. Root Se uptake was therefore studied in function of its initial form for maize (Zea mays L.), a plant widely cultivated for human and animal food over the world. Se phytotoxicity and compartmentalization were studied in different aerial plant tissues. For the first time, Se oral human bioaccessibility after ingestion was assessed for the main Se species (SeIV and SeVI) with the BARGE ex vivo test in maize seeds (consumed by humans), and in stems and leaves consumed by animals. Corn seedlings were cultivated in hydroponic conditions supplemented with 1 mg L−1 of selenium (SeIV, SeVI, Control) for 4 months. Biomass, Se concentration, and bioaccessibility were measured on harvested plants. A reduction in plant biomass was observed under Se treatments compared to control, suggesting its phytotoxicity. This plant biomass reduction was higher for selenite species than selenate, and seed was the main affected compartment compared to control. Selenium compartmentalization study showed that for selenate species, a preferential accumulation was observed in leaves, whereas selenite translocation was very limited toward maize aerial parts, except in the seeds where selenite concentrations are generally high. Selenium oral bioaccessibility after ingestion fluctuated from 49 to 89 % according to the considered plant tissue and Se species. Whatever the tissue, selenate appeared as the most human bioaccessible form. A potential Se toxicity was highlighted for people living in seleniferous regions, this risk being enhanced by the high Se bioaccessibility

Star formation efficiency as a function of metallicity: from star clusters to galaxies

We explore how the star formation efficiency in a protocluster clump is regulated by metallicity dependent stellar winds from the newly formed massive OB stars (Mstar >5 Msol). The model describes the co-evolution of the mass function of gravitationally bound cores and of the IMF in a protocluster clump. Dense cores are generated uniformly in time at different locations in the clump, and contract over lifetimes that are a few times their free fall times. The cores collapse to form stars that power strong stellar winds whose cumulative kinetic energy evacuates the gas from the clump and quenches further core and star formation. This sets the final star formation efficiency, SFEf. Models are run with various metallicities in the range Z/Zsol=[0.1,2]. We find that the SFEf decreases strongly with increasing metallicity.The SFEf-metallicity relation is well described by a decaying exponential whose exact parameters depend weakly on the value of the core formation efficiency. We find that there is almost no dependence of the SFEf-metallicity relation on the clump mass. This is due to the fact that an increase (decrease) in the clump mass leads to an increase (decrease) in the feedback from OB stars which is opposed by an increase (decrease) in the gravitational potential of the clump. The clump mass-cluster mass relations we find for all of the different metallicity cases imply a negligible difference between the exponent of the mass function of the protocluster clumps and that of the young clusters mass function. By normalizing the SFEs to their value for the solar metallicity case, we compare our results to SFE-metallicity relations derived on galactic scales and find a good agreement. As a by-product of this study, we also provide ready-to-use prescriptions for the power of stellar winds of main sequence OB stars in the mass range [5,80] Msol in the metallicity range we have consideredComment: accepted to MNRAS. More discussion added. Figures and conclusions unchange

Estudio de la acumulación y especiación de arsénico en cultivos de maíz y su riesgo potencial para la salud humana

[spa] Con el objetivo de evaluar la transferencia de arsénico (As) del campo agrícola hacia la planta de maíz y el ser humano, en este trabajo fueron estudiados: 1) los parámetros fisicoquímicos del suelo sobre la acumulación y translocación de As en el cultivo, 2) la distribución de las especies de As en el agua, suelo y planta, 3) la fitodisponibilidad de As en el suelo agrícola, y 4) la bioaccesibilidad de As en el grano para el ser humano. Para tal propósito, se caracterizaron fisicoquímicamente el agua, el suelo y el cultivo de maíz de tres zonas agrícolas de San Luis Potosí (denominadas A, B y C) y se determinó el contenido de As mediante espectrometría de fluorescencia atómica acoplado a un sistema de generación de hidruros (HG-AFS). Los datos experimentales fueron analizados mediante análisis de conglomerados (cluster) y de componentes principales. La implementación de la metodología de extracción de especies de As en las partes del cultivo de maíz fue evaluada mediante estudios de recuperación. Las metodologías desarrolladas para la determinación de As biodisponible en el suelo agrícola y de As bioaccesible en el grano fueron automatizadas mediante el sistema de análisis por inyección en flujo multijeringa utilizando HG-AFS como detector y optimizadas mediante un diseño Doehlert. En general, la concentración de As total en el cultivo de maíz fue en el orden: raíz >> tallo y hoja > grano. El As(V) fue la forma predominante en los lixiviados de suelo y presentó una correlación estadísticamente significativa (p > 0.05) con el As total en raíz, tallo y hoja de maíz. El pH del suelo presentó una correlación negativa con el As acumulado en el cultivo de maíz. Parámetros como el Fe y Mn en los suelos agrícolas están fuertemente correlacionados con la translocación de As al tallo. Un método automatizado para la extracción secuencial de As en flujo fue desarrollado para evaluar el As extraíble y potencialmente disponible para los cultivos. El As potencialmente disponible fue >50% para todos los suelos analizados. El contenido de As extraíble asociado a las fracciones más lábiles fue mayor en la zona A que en la zona B, indicando que el As presente en el suelo agrícola de la zona A puede ser más disponible para el cultivo de maíz. Un procedimiento de extracción para la determinación de las especies del As en el cultivo de maíz fue implementado. El contenido de As(III), la especie más tóxica, varió de 33 a 65% dependiendo de la parte de la planta. En general, las especies inorgánicas de As fueron las formas predominantes encontradas en la parte comestible para el ganado, lo cual sugiere un riesgo de envenenamiento importante. Asimismo, un nuevo método de determinación de As bioaccesible a niveles traza en grano de maíz basado en la preconcentración mediante extracción en punto nube fue desarrollado presentando un límite de detección bajo (0.96 µg kg-1 y 1.36 µg kg-1 para arroz y maíz, respectivamente) y un amplio rango lineal de trabajo (0.41-20 y 0.55-20 µg L-1 para arroz y maíz, respectivamente). La fracción de As bioaccesible en el grano de maíz de la zona A fue 72-82%, indicando que una alta proporción de As puede acceder al torrente sanguíneo y representar un riesgo para la salud humana. La atención cuidadosa a los parámetros que afectan la transferencia de As a través de la cadena alimenticia puede derivar en programas de prevención para la reducción de la exposición humana al As por consumo de maíz.[eng] In order to evaluate the transfer of arsenic (As) from the agricultural soil to plant corn and humans, in this work were studied: 1) the physicochemical soil parameters on the accumulation and translocation of As in corn crop 2) the distribution of As species in water, soil and plant system, 3) the As bioavailability in agricultural fields, and 4) the bioaccessibility of As in corn grain. The irrigation water, soil and corn crops of three agricultural zones of San Luis Potosi, Mexico (tagged as A, B and C) were physicochemically characterized and the total As content was determined by atomic fluorescence spectrometry coupled hydride generation (HG-AFS). The experimental data were analyzed by Cluster Analysis and Principal Component Analysis. The implementation of extraction methodology for As species in corn plant parts was evaluated by recovery studies. The methodologies for the determination of bioavailable As in soil and bioavailable As in corn grain were automated by the Multi-Syringe Flow Injection Analysis coupled to HG-AFS detector. The results indicated that the total As concentration in corn crop was in the order: root >> stem and leaf> grain. As(V) was the predominant form in soil and leachate soils and those parameters showed statistical significance correlation (p 50% for all analyzed soils. The content of As(III), the more toxic As species, was from 33 to 65% depending on the plant part. In general, the inorganic As species were the predominant As form found in the edible part for livestock, which suggests a significant risk of poisoning. The bioaccessible As content in corn grain of Zone A was 72-82% indicating a high As proportion can access the bloodstream. Careful attention should be paid to the parameters that affect the As transfer through the food chain can lead methodologies to reduce the human exposure to As for corn consumption