Effects of high arsenic and fluoride soil concentrations on soybean plants

Abstract

Arsénico (As) y Fluor (F) están presentes en muchos suelos, afectando a los cultivos y presentando riesgos en la cadena alimenticia. Nosotros llevamos a cabo un experimento en macetas con suelo enriquecido en ambos elementos, en un amplio rango de concentraciones, tanto individual como simultáneamente. Se determinaron la producción de biomasa de soja, su rendimiento en granos, la acumulación de As y F y su distribución dentro de la planta, así como la respuesta antioxidante de las planta a ambos estreses. El As fue más tóxico que el F. Con concentraciones de As mayores a 35 mg/kg y de F mayores a 375 mg/kg, las pérdidas de rendimiento alcanzaron un 60% y 30%, respectivamente. Las plantas de soja murieron dentro de las 2 semanas frente a la dosis mayor de As, mientras que el F no mostró ser letal en ninguna concentración. Los efectos detrimentales fueron más importantes cuando As y F fueron aplicados simultá neamente. La concentración de As y F en plantas se incrementó en todos los órganos de la soja, aunque los granos presentaron la concentración más baja. La concentración de enzimas antioxidantes se incrementó en las plantas pero este incremento no fue suficiente para resistir el daño oxidativo.

Arsenic (As) and Fluoride (F) are present in many soils, affecting crops and posing risks in the food chain. We performed pot experiments on spiked soils enriched in these elements either individually or simultaneously, over a wide range of concentrations. Soybean biomass production, grain yield, As and F accumulation and distribution within the plant, and the antioxidant response to these stresses were analyzed. Arsenic was more toxic than F. At As levels >35 mg/kg and F levels >375 mg/kg, yield loss reached 60% and 30%, respectively. At the highest dose of As plants died within 2 weeks, whereas F showed no lethality. When they were applied simultaneously, detrimental effects were more important. As and F in plants increased in all soybean organs although grains presented the lowest concentrations. Antioxidant enzymes were enhanced in plants but this increase was not high enough to cope with the oxidative damage.