Región de Murcia
Fundación Séneca
FSE

Nanotechnology for phytoremediation of contaminated soils: Applicability and consequences of nanoparticles for plants and the environment

Nace en Murcia en 1983. En 2006 obtiene la Licenciatura en Biología por la UMU. Cursó el Máster en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario en la UPCT, obteniendo el título de máster en el año 2009.  Entre 2007 y 2011 disfrutó de una beca predoctoral en el departamento de “Recursos Naturales” del IMIDA, bajo la dirección del Dr. David J. Walker, obteniendo el grado de doctor en 2012 por la UPCT.  Mientras desarrolló la tesis doctoral, realizó estancias investigadoras internacionales en la Murdoch University (Perth, Australia) en el año 2011, y en centros nacionales (CEBAS-CSIC y EEZ-CSIC). Tras su doctorado, se incorporó al equipo de investigación “PhytoRec–Tecnologías Ambientales”, parte del grupo “Sostenibilidad del Sistema Suelo-Planta” del CEBAS-CSIC, mediante un contrato asociado a proyecto. Desde 2013, se incorporó al equipo docente de la Czech University of Life Sciences Prague (CULS) (Praga, República Checa) como “International Teacher”, gracias a un proyecto europeo. Desde entonces ha impartido asignaturas del grado “Environmental Geochemistry” y el “Internacional Master in Geoenvironmental Sciences”. En el año 2015 obtuvo una beca de la Fundación Séneca para investigar acerca de las consecuencias de novedosas nanopartículas sobre la fisiología vegetal, sus riesgos y beneficios para las plantas, y aplicabilidad en tareas medioambientales. Junto al Dr. Michael Komárek,  jefe del “Department of Environmental Geosciences” de la CULS, su proyecto evaluará el uso de nanopartículas para reducir la toxicidad de suelos contaminados tanto de República Checa, como de la Sierra Minera de la Unión en Cartagena. Ha participado en 10 proyectos nacionales e internacionales, y 3 acciones COST. Posee comunicaciones en 19 congresos  internacionales, así como 17 publicaciones científicas en revistas de carácter nacional e internacional. Domina la lengua inglesa y tiene conocimientos de checo.


Resumen del proyecto de investigación

Nanotechnology is useful as an environmental technology and is operated under the name of nanoremediation. This is used to protect the environment, either through prevention, treatment or cleaning up hazardous waste sites. Nanoremediation methods are based on nanomaterials reagents for detoxification of pollutants, providing a wide range of novel amendments for the immobilization of metal/metalloids in the soil. Their size results in high reactivity and stabilization efficiency, having received much attention due to their relatively-high specific surface area and important sorption properties. However, the impacts of nanoparticles on the environment must be intensively studied before their full implementation. The commercial application of Manufactured NanoMaterials (MNMs), substances with dimensions less than 100 nm, is increasing rapidly, but one important aspect, the safety of MNMs, still represents a barrier to their wide innovative use. The behavior and potential toxicity for plants has not been yet described. It is assumed that the processes are very complex and the nanoparticles can affect the soil/plant system and vice versa. For this purpose, the main objective of the project is to assess the environmental risks of MNMs as immobilisation amendments for metal/metalloids in contaminated soils during phytostabilisation through their interactions with contaminants in the rhizosphere-plant system and their implications for plant physiology. The project will help to detect the toxicity mechanisms for plants, especially at root level since it supposes the first point of contact and translocation of MNMs from the soil to the rest of trophic chain. Once these issues have been resolved, it will be much easier for the rest of the scientific community to extrapolate the research to higher and more concrete levels. The proposed research has the potential to provide a very significant benefit to the society, evaluating the impacts and safety of the novel MNMs application to metal-contaminated soils.

Área de conocimiento

Biología vegetal y animal, Ecología, Agricultura, ganadería y pesca,alimen.

Centro de investigación

Czech University of Life Sciences Prague (CULS)

Estancias Anteriores

Centre: Czech University of Life Science Prague
Locality: Prague
Country: Czech Republic
Dates: From 14-January 2013 to 30-September 2015
Topic: Eviromental Geosciences
Job: Science Educational Staff, International Teacher

Centre: Centre for Rhizobium Studies (CRS), Murdoch University
Locality: Perth
Country: Australia
Responsible researcher: Ron Yates, J.G. Howieson
Dates: 13-March to 14-June 2011
Duration: 12 weeks
Topic: Identification and characterization of nodulating strains from Bituminaria bituminosanodules, to select the most tolerant to drought and heavy metals in soil.
Job: Ph.D Student.

Centre: BOKU (University of Natural Resources and Life Sciences)
Locality: Vienna
Country: Austria
Responsible researcher: Priv.-Doz. Dr. Markus Puschenreiter
Dates: July 2013
Duration: Eventual
Topic: Use of rhizoboxes to study the rhizosphere in contaminated soils
Job: Postdoc

Centre: CEBAS-CSIC
Locality: Murcia
Country: SPAIN
Responsible researcher: Micaela Carvajal, Mª Carmen Martínez-Ballesta
Dates: November 2008
Duration: Eventual
Topic: Hydroponic culture of plants for Root Hydraulic conductivity determination.
Job: Ph.D Student.

Centre: Estación Experimental del Zaidín-CSIC (EEZ-CSIC)
Locality: Granada
Country: Spain
Responsible researcher: Juan San Juan, María José Lorite
Dates: September 2009, May 2010
Duration: 5 weeks
Topic: Isolation and initial characterization of nodulating strains from Bituminaria bituminosa nodules.
Job: Ph.D Student.

Actualmente investiga en la linea

Nanoparticles, substances with dimensions less than 100 nm, are promising materials for the stabilisation of inorganic pollutants, having received much attention due to their excellent superparamagnetic properties, great biocompatibility and - especially - their reactivity by their relatively-high specific surface area (tens to hundreds of m2 g-1) and important sorption properties.

Metal/metalloids contaminationhas become, due to mining, industrial and technological activities, a major threat to human health and the environment because of its toxic effect on plants, animals and human beings, and its tendency for bioaccumulation even at relatively low concentration. Therefore, effective removal methods for metal ions are extremely urgent and have attracted considerable research and practical interests.

The use of nanoparticles in soils represents an emerging method for stabilisation of contaminants, even more efficient in combination with phytostabilisation. The stabilisation of the metal/metalloids in the contaminated soil is the most realistic and viable alternative for the recovery and conservation of the soil, since contaminant-immobilising amendments decrease metal/metalloids bioavailability by inducing adsorption to mineral surfaces, surface precipitation and ion exchange. This is a crucial step in allowing the establishment of a vegetation cover. 

However, the scarce knowledge about the uptake of Manufactured NanoMaterials (MNMs), the mechanisms by which they penetrate plants, their interaction with cells and their toxicity is hindering their full application during the phytoremediation of contaminated soils. The commercial application of MNMs, is increasing rapidly, but the safety of MNMs, still represents a barrier to their wide innovative use.

The presented project covers highly-important aspects in terms of the implications of MNMs in the soil, at the rhizosphere level and their potential impacts on plant physiology. The toxicity mechanisms of MNMs for the plants will be focused on the roots, their uptake and accumulation, as well as the environmental impacts of their dissemination from the soil. Therefore, this project tries to address knowledge gaps with respect to the investigation of root-induced changes in the solid speciation of contaminants in both MNMs-treated and untreated soils are of high relevance and novelty. 


Defíne el centro en una frase

Universidad Ciencias de la Vida en Praga

Dinos por qué elegistes este centro

El departamento en el que llevaré a cabo mi proyecto, Department of Environmental Geosciences (KGEV), es experto en la síntesis, caracterización y uso de nanopartículas en tareas medioambientales. Mi investigación tiene el potencial de aportar a la comunidad científica una novedosa herramienta para la fitorremediación, lo cual, aplicado por empresas o entidades, podría mejorar la calidad del suelo y del paisaje de zonas contaminadas, con el consecuente beneficio para la sociedad. República Checa está muy preocupada por la salud ambiental, y puesto que en este país se encuentra un cluster de nanotecnología, está apostando fuertemente por este tipo de nanomateriales para restaurar zonas altamente contaminadas por la intensa actividad industrial y minera. La experiencia y relaciones profesionales del departamento me permitirán especializarme profundamente en el uso de estos novedosos nanomateriales, adquiriendo capacidades profesionales altamente competitivas, también aplicables en la Región de Murcia. Los estudios serán relevantes para Murcia en la restauración de suelos contaminados, como los de la Sierra Minera en Cartagena, pero también en otros campos como la agricultura, debido a que cada día existen nuevos nanofertilizantes o nanopesticidas cuyos efectos en la fisiología vegetal aún necesitan ser intensamente investigados.

Investigadores relevantes del centro

Mi supervisor, el Profesor Dr. Michael Komarek, es experto en la utilización de nanopartículas para la inmovilización de contaminantes. Su carrera se forjó en EEUU mediante una beca Fullbright, con la que consiguió numerosas publicaciones en revistas de alto prestigio. Debido a que la nanotecnología es una ciencia de muy reciente aparición, la Universidad de Ciencias de la Vida en Praga decidió crear hace 5 años un nuevo departamento para adaptarse a las nuevas demandas industriales y tecnológicas, liderado por el Dr. Komarek, de modo que hoy en día es un Departamento reconocido a nivel mundial. Actualmente está muy relacionado con otras entidades internacionales, tanto mediante proyectos como mediante acciones COST.

¿Sigues un programa formativo en el centro?

Actualemente no recibo ningún programa formativo. Esto no implica que mi propio puesto no me permita formarme y crecer como investigador. De hecho, adquirir responsabilidades, capacidad de liderazgo, diseño y creación de nuevas lineas de investigación, y desarrollar trabajos y experimentos por mi mismo, así como la creación de una red internacional de colaboradores, forman parte del ambiente que me forma día a día.

Háblanos de tu ciudad, aquello que desees resaltar de ella, que te ha llamado más la atención, lo esencial

Praga es una cuidad fascinante. Praga tiene un encanto que la hace muy especial y diferente a muchas otras ciudades. Su nostalgia, oscuridad, sobriedad y elegancia pueden disfrutarse con simples paseos por sus calles.

WEB del centro

http://www.czu.cz/en/

¿Cómo accediste al centro?

Desde 2013, he estado trabajando como profesor en el mismo departamento al que me incorporo ahora con mi beca en investigación, de modo que gracias a la Fundación Séneca, me sumergiré intensamente en mi proyecto de investigación, aplicando todo el conocimiento que he ido adquiriendo durante mi etapa como docente. Esto me permitirá realizar mis investigaciones de una manera profunda y eficiente, ya que estoy familiarizado con el departamento y la temática a desarrollar. Durante estos años, además ya se han establecido colaboraciones con el CEBAS-CSIC, de modo que sin duda surgirán nuevos proyectos que facilitarán mi investigación. 

¿Por qué te admitieron, qué tramites seguiste para ello?

Después de trabajar como "International teacher" en la CULS de manera satisfactoria según los requisitos del Departamento, decidí elaborar un proyecto de investigación usando toda la experiencia y conocimientos que he ido adquiriendo. El resultado fue un proyecto muy interesante para el Departamento, y además, altamente relevante y competitivo para la Región de Murcia y por lo tanto para la Fundación Séneca.

¿Qué caracteriza el centro en el ámbito internacional?

Experiencia en la síntesis y caracterización de nanopartículas para su uso en tareas medioambientales.

¿Qué consejos darías a otros jóvenes investigadores que quieran acudir a este centro?

La CULS ya cuenta con una gran reputación y cuenta con investigadores internacionales. Eso ha atraido a numerosos estudiantes ERASMUS procedentes de España y de todo el mundo en los últimos años, por lo que la CULS fomenta y estimula activamente la acogida de estudiantes, así como la incorporacion de nuevos investigadores a sus departamentos. Esto ha creado un ambiente muy abierto en el que cualquier colaboración es bien recibida e incentivada. Un simple email y una propuesta interesante puede abrir muchas puertas en la CULS.

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