Se cumplieron todas las directrices y legislación locales, nacionales e internacionales para el uso de plantas en este estudio. Los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.
Diseño experimental y material
Se organizó un experimento con maceta en la azotea del edificio del departamento de ingeniería agrícola de la Universidad de Ingeniería y Tecnología de la Información Khwaja Fareed, Pakistán (28,42° N, 70,30° E) para investigar el papel de la vermiculita y el azospirillum brasilense en la mitigación de la toxicidad del cadmio (Cd) en el cultivo de trigo durante la temporada de invierno de 2023–2024. Para este experimento se utilizó un diseño completamente aleatorizado (CRD), con tres replicaciones. Se obtuvo una variedad de trigo aprobada de "Dilkash-20" de la Granja de Investigación Adoptiva Rahim Yar Khan, que es adecuada para la región local. Se utilizó una maceta de 1 x 1 x 1 pie (30,48 cm × 30,48 cm × 30,48 cm), con 12 kg de tierra. La esterilización de semillas se realizó antes del experimento en el laboratorio de agronomía con un 70% de etanol. Las semillas se plantaron el 10de noviembre de 2023. Se colocaron 8 semillas de trigo en cada maceta y se mantuvieron 4 plantas en la fase de cultivo. La vermiculita se obtenía del mercado local y se aplicaba durante la adición del suelo a una dosis de 150 g/kg de suelo. Azospirillum brasilense se obtuvo en la Government College University Lahore (GCUL), Lahore, Pakistán. Azospirillum brasilense se aplicó junto con la inoculación de semillas en el cultivo de trigo mediante el procedimiento estándar, según informaron Zaheer et al.17. El experimento consistió en 9 tratamientos (T0 = Control (Sin enmienda del suelo, sin toxicidad por CD), T1 = Toxicidad por CD 100 mg/kg de suelo, T2 = CD 100 mg/kg de suelo + Vermiculita, T3 = CD 100 mg/kg de suelo + A. brasilense, T4 = Cd 100 mg/kg de suelo + Vermiculita + A. brasilense,T 5 = Toxicidad CD 200 mg/kg de suelo, T6 = Cd 200 mg/kg de suelo + Vermiculita, T7 = Cd 200 mg/kg de suelo + A. brasilense, T8 = Cd 200 mg/kg de suelo + Vermiculita + A. brasilense). La temperatura media mensual en °C y la humedad en % en el sitio experimental se muestran en la Tabla 1. Antes del inicio del experimento, se realizó un análisis del suelo y las propiedades del suelo se muestran en la Tabla 2. El riego se aplicó según lo necesario en las etapas de cultivo, botaje, anthesis y llenado de grano, y los fertilizantes también se aplicaron de forma uniforme según las recomendaciones. El riego se aplicaba manualmente con un tarro de agua y mantenía un 70% de humedad del suelo en cada maceta, sin estrés por sequía. Se aplicaron fertilizantes según las recomendaciones del departamento de agricultura (120-80-60 kg NPK ha-1). Los fertilizantes se calculaban según el tamaño de cada maceta. Se aplicaron dosis completas de P y K y media dosis de N en el momento de la siembra, y la media dosis restante de N se aplicó en la etapa de cultivo. Se realizó muestreo destructivo para medir la longitud de raíces y brotes (30 días después de la siembra) en macetas separadas designadas para la cosecha en etapas tempranas; Estos POTS no se utilizaron para las mediciones finales de rendimiento, por lo que el muestreo destructivo temprano no afectó a los datos posteriores de rendimiento. Un cronograma esquemático del experimento es el siguiente: Día 0 (preparación del suelo, pinchado de Dc, mezcla de vermiculita, inoculación de semillas, siembra), Día 10–30 (muestreo de raíces para qPCR), Día 30 (longitud de raíz y brote), Día 85 (antesis: mediciones fisiológicas) y Día 120 (cosecha: parámetros de rendimiento). Se recogieron muestras de plantas en tres momentos de identidad. A los 10, 20 y 30 días después de la siembra (DAS), se recogieron raíces de macetas separadas. En 30 DAS, se cosechaban macetas separadas de forma destructiva para obtener la longitud de raíces y brotes. A 85 DAS (antesis), se midieron los parámetros fisiológicos de forma no destructiva. En 120 DAS, se registraron los parámetros finales de fluencia. No se utilizaron macetas usadas para muestreos destructivos tempranos (10–30 DAS) para las mediciones de rendimiento.
El cadmio se aplicó como cloruro de cadmio (CdCl₂•2,5H₂O, grado analítico, ≥98% de pureza). Las cantidades requeridas para concentraciones objetivo de 100 mg Cd kg⁻1 de suelo y 200 mg Cd kg⁻1 de suelo se calcularon en función del peso seco del suelo (12 kg por maceta). El CdCl₂ se disolvió en 500 mL de agua desionizada por maceta y se mezcló cuidadosamente con el suelo usando un mezclador mecánico durante 15 minutos para asegurar una distribución homogénea. Tras la mezcla, la tierra con pinchos se colocaba en macetas revestidas de plástico y se dejaba equilibrar durante 14 días a temperatura ambiente (25 ± 2 °C), mezclando periódicamente cada 3 días para estabilizar la especiación Cd y permitir el envejecimiento. La humedad del suelo se mantuvo en el 70% de la capacidad del campo durante el periodo de equilibrio. Tras el equilibrio, se recogieron muestras representativas de suelo (10 g por maceta), se secaron al aire, se digirieron con HNO₃/HClO₄ (4:1, v/v) y se analizaron para obtener la concentración total de Cd utilizando un espectrofotómetro de absorción atómica para verificar los niveles reales de Cd. Las concentraciones medidas de CD fueron 98,4 ± 3,2 mg kg⁻1 para el tratamiento de 100 mg kg⁻1 y 197,6 ± 5,1 mg kg⁻1 para el tratamiento de 200 mg kg⁻1 , confirmando que se alcanzaron los niveles objetivo. Las propiedades fisicoquímicas y el contenido de metales pesados de la vermiculita utilizada en este estudio se muestran en la Tabla 3.
| Mes | Temperatura (°C) | Humedad (%) |
| Noviembre de 2023 | 28 | 56 |
| Diciembre, 2023 | 18 | 62 |
| Enero de 2024 | 17 | 63 |
| Febrero de 2024 | 18 | 32 |
| Marzo de 2024 | 21 | 25 |
| Abril, 2024 | 24 | 20 |
Tabla 1: Temperatura media y humedad del sitio experimental durante 2023–2024.
| Parámetros | Valores (2023-24) |
| Materia orgánica | 0.56% |
| pH | 7.42 |
| EC | 227 μS/cm |
| T.S.S. | 0.54% |
| Available-P | 5,21 ppm |
| Available-K | 119 ppm |
| Porcentaje de saturación | 34 |
| Separaciones del suelo: arena, limo, arcilla (%) | 36%, 40 %, 24 % |
Tabla 2: Propiedades del suelo del suelo utilizado para el experimento antes de la siembra del cultivo.
| Propiedad | Valor | Metal | Concentración (mg kg⁻¹) |
| Grado | Grado hortícola | Cadmio (Cd) | < 0,01 (por debajo del límite de detección) |
| Tamaño de partícula | 2-4 mm | Ventaja (PB) | 2.1 |
| pH (1:5 en H₂O) | 7.2 | Cobre (Cu) | 1.8 |
| Capacidad de intercambio catiónico (CEC) | 85,4 cmolc kg⁻¹ | Zinc (Zn) | 5.3 |
| Capacidad de retención de agua (WHC) | 450% (c/mierda) | - | - |
| Densidad volumétrica | 0,12 g cm-3 | - | - |
| Tasa de solicitud | 150 g kg⁻¹ de suelo (15% p/w) | - | - |
| Cantidad por maceta (12 kg de tierra) | 1,8 kg | - | - |
Tabla 3: Propiedades fisicoquímicas y contenido de metales pesados de la vermiculita utilizada en este estudio.
Rasgos estudiados
Todos los parámetros relacionados con el crecimiento de la planta, como la altura de la planta, la longitud de la espiga, el número de espiguillas por espigón, granos por espiga, el peso de 1000 granos y el rendimiento de grano por planta, se registraron manualmente mediante el uso de una varilla medidora y un balance de peso mediante un procedimiento estándar. Se realizaron análisis bioquímicos (determinación de las actividades enzimáticas antioxidantes) y análisis fisiológicos (tasa fotosintética, conductancia estomática, contenido de clorofila, fuga de electrolitos (EL), tasa de crecimiento del cultivo (CGR) e índice de área foliar (LAI)) en la fase de antésis tras 85 días de siembra. La longitud de raíces y brotes se observó tras 30 días de crecimiento de plantas de trigo, cuando se retiraron las plantas para mantener 4 plantas en la maceta tras 20 días de siembra. Se utilizaron un analizador de gases infrarrojos (Cl-340) y un medidor de clorofila (CL-1) para observar la tasa fotosintética, la conductancia estomática y el contenido de clorofila, respectivamente. La fuga de electrolitos (EL) se midió con la ecuación reportada por Mussell yStaples 18 según el procedimiento estándar reportado por Zaheer et al.14. EL se calculó como: EL (%) = (EC inicial / EC final) × 100, donde la CE inicial es la conductividad eléctrica medida tras 24 horas de incubación a 25 °C, y la CE final es la conductividad medida tras autoclavar las muestras a 121 °C durante 20 minutos.
El nitrógeno orgánico disuelto (COD), el carbono orgánico disuelto (COD) y el carbono orgánico del suelo (SOC) se midieron con el procedimientoestándar 19. Se detectaron LAI y CGR según el procedimiento20. Se observó la absorción de N, P y K por parte de la planta de trigo, según se informa en el procedimiento descrito en el informeanterior 21.
Análisis estadístico
Todos los datos de esta investigación se recogieron a partir de tres replicaciones, se recopilaron y promediaron. Los datos se analizaron estadísticamente mediante el uso de Statistic 8.1 y Microsoft Excel 2010. Los datos se analizaron utilizando ANOVA unidireccional seguido de la prueba de Diferencia Mínima Significativa (LSD) de Fisher en p ≤ 0,05 para la separación media. Diferentes letras que aparecen con los datos/resultados muestran la diferencia estadística entre cada tratamiento.