Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria - Corpoica. Centros de Investigación Tibaitatá, Palmira y La Suiza Colombia

1. Investigaciones sobre Cadmio
en el Cacao Colombiano
Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria - Corpoica
Centros de Investigación Tibaitatá, Palmira y La Suiza
Colombia
Clara León, Profesional de Investigación
Margarita Ramírez, Investigadora PhD
Caren Rodríguez, Investigadora PhD
Roxana Yockteng, Investigadora PhD
Andrea Montenegro, Investigadora PhD
Julián Mateus, Investigador Máster
Daniel Bravo, Investigador PhD
Aliados/socios: University of Basel - Switzerland, USDA, ARS - USA
Agencia de financiamiento: Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (MADR)
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018

2. 28%
(n=180)
20%
(n=128)
10% (61)
5% (31)
37%
(n=238)
Muestras de granos de Cacao con
cadmio disponible en cultivos de
Colombia (n = 638)
≤ 0,50
mg/kg
(0,50 - 1,00]
mg/kg
(1,00 -1,50]
mg/kg
(1,50 - 2,00]
mg/kg
> 2,00
mg/kg
2011
2013
Muestre de Cd en cacao de Colombia -
Corpoica
Antecedentes

3. Objetivos de las investigaciones desarrolladas
Cacao libre de Cadmio
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Cali, marzo 12-14, 2018
1. Desarrollar estrategias de investigación que permitan generar recomendaciones técnicas
para disminuir la absorción de cadmio en cultivos de cacao con alto nivel del metal en
zonas cacaoteras de Colombia:
a. Determinar la reducción de Cd+2 en el ciclo del cadmio en el sistema suelo-bacteria-planta
mediante la exploración de bacterias tolerantes al metal (CdtB) a nivel de hojarasca y
horizontes de suelo en fincas cacaoteras del noreste de Colombia,
b. Determinar el efecto de dosis creciente de cadmio en patrones y copas de cacao
(Theobroma cacao L.) evaluadas en soluciones hidropónicas en invernadero,
c. Determinar el efecto de HFMA en la reducción en la translocación de cadmio en clones de
cacao en patrones y en copas a nivel invernadero,
d. Reducir las concentraciones de cadmio biodisponible en suelos cultivados con cacao
mediante el estudio y uso de bacterias oxalotróficas solubilizadores de potasio y tolerantes a
cadmio en invernadero.
2. Realizar la bioprospección del germoplasma disponible (bancos de germoplasma,
colecciones de trabajo, herbarios, áreas nativas (Amazonía, Orinoquía) mediante la
caracterización fenotípica, molecular, organoléptica-fisicoquímica, absorción de cadmio y
alelos de compatibilidad para seleccionar genotipos promisorios ("core collection") que
alimentarán el programa de mejoramiento genético
e. Caracterizar fenotípica, química, microbiológicamente (bacterias endófitas tolerantes a
cadmio “ECdtB”), por absorción de cadmio, por compatibilidad y por respuesta a
enfermedades limitantes los genotipos de cacao

4. Métodos
Cacao libre de Cadmio
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Cali, marzo 12-14, 2018
Bravoetal,2018
a.
c.
d.
e.
d.

5. b. Determinación de
cadmio pseudo-total
y disponible:
 Suelos
 Plantas
 Granos de cacao
Material Referencia
Certificado:
Suelo: ISE 992
Foliar: IPE 233
S/n Hoagland: raíz flotante
e.
Métodos
HFMA:
1. Glomus sp.
2. Armillaria mellea
c.
ECdtB estudiada:
Microcalorimetría
Isotérmica (IMC)
d.

6. Cacao libre de Cadmio
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Resultados de investigación
Bravoetal,2018
a. Cd y CdtB

7. Conversiones Bacterianas : Formas solubles de Cd transformadas en formas no
asimilables. p.e. usando el operón cadA : enzima de cadmio ATPasa-dependiente
tipo P (Naz et al. 2005)
Bravoetal,2018,supplementaryfigs.1&2.
Resultados de investigación
Otavita confirmada por XRD & XRF

8. b. Factores de bioconcentración y translocación:
Resultados de investigación
50.17
41.96
62.2
51.443
3.170
3.914
5.444
4.176
4.44
0.62
3.56
2.870
0 20 40 60 80
TCS-
01
TCS-
06
TCS-
19
Prome
dio
Bioconcentración y traslocación de Cadmio
F TRASLO FBC aero
3.170
3.914
5.444
50.17
41.96
62.2
0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000
TCS-01
TCS-06
TCS-19
Factores de bioconcentración
FBC raiz FBC aero
c. HFMA en patrones y copas:
Glomus sp + A. mellea HFMA-Nativas Testigo
0 0,81 1,22 1,89
6 1,08 1,34 1,31
12 1,69 0,83 1,72
0 16,6 26,4 23
6 24 16,4 19,6
12 37,3 23,8 25,8
Factor de bioacumulación
Factor de translocación
Copa/suelo
TCS01
Copa Matriz
Cd
evaluado
Tratamientos
Copa/Raíz
*Armillaria mellea.
No hubo diferencias significativas entre los tratamientos p-value (< 0.05).
*

9. Resultados de investigación
d. CdtB seleccionadas en invernadero:
e. Plataforma hidropónica BGMV:
Se identificaron accesiones contrastantes en absorción de cadmio y se está realizando el análisis de la
expresión diferencial de genes candidatos Nrimp implicados en el transporte de metales pesados con
niveles de absorción de cadmio contrastante.
(Bravo et al., In Prep.)
(Bravo et al., 2018 submitted to Letters in Applied Microbiology)

10. Conclusiones (preliminares) y brechas de conocimiento
Cacao libre de Cadmio
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1. Encontramos evidencias de origen geogénico y antropogénico en fincas del noreste del país donde
principalmente explotaciones de: i. esmeraldas, ii. carbón, iii. hidrocarburos y el uso indiscriminado
de fertilizantes contaminados (6 a 600 mg kg-1 Cd) son las principales fuentes del metal en el cultivo
(Bravo et al., 2018),
2. La variedad TCS19 es hiperacumuladora con niveles considerables del factor de bioconcentración
(62.2) y de translocación (5.44) de Cd,
3. Nuestros datos evidencian que la estrategía de bioremediación puede ser funcional a mediano y
largo plazo, una vez se confirmen los experimentos invernadero y se inicien pruebas en campo con
las mejores cepas HFMA y CdtB.
4. El proceso de selección de clones tanto de campo, como los correspondientes a accesiones del
Banco de Germoplasma Vegetal, requiere tiempo para cubrir un gran número de variedades, sin
embargo se han estandarizado las mediciones de cadmio en laboratorio.
Brechas:
4. Estudiar la fisiología del cadmio en las plantas de cacao
5. Desarrollar experimentos en campo que contemplen las enmiendas y aplicaciones microbiológicas

11. Propuestas de investigación a corto plazo
Objetivo:
Reducir la absorción de metales pesados que aseguren en el largo plazo la inocuidad del
cacao (Theobroma cacao L.) a niveles permisibles para su comercialización, incrementan las
unidades productivas con nuevas especies y generen en el corto plazo recomendaciones
práctcas.
Actividades:
1. Ampliación de la caracterización de suelos y bacterias rizosféricas tolerantes a cadmio en
cacao con altos niveles de cadmio en granos en zonas productivas de Colombia,
2. Generar y validar estrategias basadas en bioremediación con bacterias endófitas
tolerantes a cadmio (ECdtB),
3. Probar las CdtB y los HFMA en invernadero y campo,
4. Estudiar la dinámica de cadmio en suelo-planta y probar diferentes enmiendas,
5. Caracterizar materiales genéticos de cacao por absorción de cadmio.
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12. Propuestas de investigación a mediano plazo
Actividades:
 Generar un bioformulado y montaje de consorcios bacterianos tolerantes a Cd en
invernadero y en parcelas experimentales de fincas modelo contaminadas,
 Identificar y validar funcionalmente los genes implicados en el transporte de
Cd utilizando transcriptómica y qPCR,
 Caracterizar la interacción de materiales genéticos en la relación copa –
patrón asociada al transporte de cadmio en la planta,
 Evaluar los parentales seleccionados y las progenies obtenidas en el CI La Suiza, en
solución de cadmio a diferentes concentraciones.
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13. Capacidades – Equipos de Investigación
Genética y mejoramiento
PhD. Roxana Yockteng – ryockteng@corpoica.org.co
PhD. Caren Rodríguez – cdrodriguez@corpoica.org.co
MSc. Viviana Cuaran - vcuaran@corpoica.org.co
Manejo Agronómico
Esp. Clara León – cleon@corpoica.org.co
MSc. Julián Mateus – jmateus@corpoica.org.co
MSc. Jairo Rojas M – jrojas@corpoica.or.g.co
PhD. Edwin Gutierrez - investigacion_gestor@fedecacao.com.co
Ing. Agro Laura Rugeles - lrugeles@chocolates.com.co
Microbiología y Suelos
PhD. Daniel Bravo – dbravo@corpoica.org.co
PhD. Margarita Ramírez – mmramirez@corpoica.org.co
PhD. Nesrine Chaali – nchaali@corpoica.org.co
MSc. Gersain Rengifo – grengifo@corpoica.org.co
MSc. Tatiana I. Restrepo Q. – tirestrepoq@chocolates.com.co
Química Analítica
PhD. Andrea Montenegro - amontenegro@corpoica.org.co
Quimico Hector H. Olarte - holarte@casaluker.com.co
UNIVERSIDADES: De los Andes, Javeriana, Del Bosque, Nacional de Colombia,
UFPS, UIS, SNR. Gobernaciones.

14. CACAO LIBRE DE CADMIO
Taller regional Colombia - Ecuador -
Perú
Cali, 12-14 Marzo 2018
¿Preguntas?

15. Anexos

17.  Parenthal mather
 Horizon translocation
Bravoetal.,2018SupplementaryFig.3

18. C.I. La Suiza
Bravoetal.,InPrep.

19. Bravoetal,2018,supplementaryfig2.

20. O.Braissant,modified
La microcalorimetría isotérmica como instrumento para
medir la función de bacterias tolerantes a cadmio

21. Growth of strains in
Angle’s modified mineral
media with Ca-Oxalate
4g/L
Cultures in Angle media with:
K
Ca
Cu
Fe
Cd
48 channels, at 25oC
baseline after 2-steps
thermal equilibration 1
hour lasted.
Replicate cultures to
measure metabolic activity
(TA Instruments)
Experiment 2: What is the influence of the metal-
oxalate source?
oxalat
e
Bravoetal,2011