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Cadmium (Cd) is a biologically nonessential heavy metal that can cause toxic effects in plants, animals, and humans. In the cultivation of cocoa in Latin America, high concentrations of this element have been reported, exceeding the levels accepted by the European Union, compromising the safety of the final products and exports of the crop. In Colombia, cocoa cultivation is developed mainly under agroforestry systems (SAF), being important to identify and quantify the contribution of the companion species of the SAF and its contribution to the natural cycle of cadmium, for which the effect and accumulation were evaluated. of cadmium on the growth of four timber species associated with cocoa SAF (Tabebuia rosea, Terminalia superba, Pseudosamanea guachapele, Cariniana pyriformis) and nine cocoa genotypes (Theobroma cacao L.) used as rootstocks. This work was developed at the La Suiza - Agrosavia Research Center, using hydroponic substrate under greenhouse conditions, establishing one experiment per species studied, under a completely randomized design with three repetitions, three treatments were applied with increasing doses of cadmium (0, 6 and 12 ppm). Growth variables were recorded, and destructive tissue samples were made to quantify the Cd concentration at 120, 150 and 180 days after sowing. The foresters T. superba and A. guachapele presented the highest yield in biomass and accumulation of Cd in the shoots, demonstrating in turn the best tolerance of the forest species evaluated at 6 ppm of Cd, standing out with an important potential to restore soils contaminated by Cd. On the other hand, a group of cocoa genotypes with low Cd accumulation (IMC-67, PA46, PA-121) was found, concentrating most of the cadmium in the roots and one promoting a low translocation towards aerial tissues. These results suggest that there is important evidence on the way forward in cocoa crop breeding, linking agroforestry arrangements with phytoremediation 4 principles and selecting cocoa genotypes with low translocation and accumulation of Cd that mitigates the bioaccumulation of the metal in the bean. cocoa. LISTA DE TABLAS ............................................................................................................... VI LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................ VII RESUMEN ............................................................................................................................. 1 ABSTRACT ............................................................................................................................ 3 INTRODUCCION GENERAL ................................................................................................. 5 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................ 8 Origen e importancia del cultivo del cacao ......................................................................... 8 Metales pesados ...............................................................................................................10 El cadmio en la interfaz suelo-planta .................................................................................11 El cadmio en los alimentos y en la salud humana .............................................................14 Tecnologías de fitorremediación ........................................................................................15 Especies forestales usadas en la fitorremediación ............................................................18 Mecanismo de absorción del cadmio.................................................................................19 Partición de cadmio dentro de la planta .............................................................................20 Diferencias genotípicas en la absorción y partición de cadmio ..........................................21 Tolerancia de plantas al cadmio ........................................................................................21 REFERENCIAS.....................................................................................................................22 Capítulo 1 Dinámica en la acumulación de cadmio en nueve genotipos de cacao (Theobroma cacao L.) ................................................................................................................................... 36 RESUMEN ............................................................................................................................37 ABSTRACT ...........................................................................................................................39 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................40 MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................................44 Localización del área experimental ...................................................................................44 Establecimiento de los experimentos ................................................................................44 Variables de crecimiento y contenido de cadmio ...............................................................45 Diseño experimental y análisis estadístico ........................................................................47 RESULTADOS ......................................................................................................................47 DISCUSIÓN ..........................................................................................................................52 CONCLUSIONES .................................................................................................................56 RECOMENDACIONES .........................................................................................................57 REFERENCIAS.....................................................................................................................58 Capítulo 2 Dinámica de la acumulación y potencial para fitorremediación de cadmio de las especies Tabebuia rosea (Bertol.) DC, Terminalia superba Engl. & Diels, Albizia guachapele (Kunth) Dugand, Cariniana pyriformis Miers asociadas al cultivo de cacao. .............................. 81 RESUMEN ............................................................................................................................82 ABSTRACT ...........................................................................................................................84 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................86 MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................................90 Localización del área experimental ...................................................................................90 Desarrollo del experimento hidropónico ............................................................................90 Variables de crecimiento y contenido de cadmio ...............................................................91 Diseño experimental y análisis estadístico ........................................................................92 RESULTADOS ......................................................................................................................93 DISCUSIÓN ..........................................................................................................................98 CONCLUSIONES ............................................................................................................... 101 REFERENCIAS................................................................................................................... 103 El cadmio (Cd) es un metal pesado biológicamente no esencial que puede causar efectos tóxicos en plantas, animales y humanos. En el cultivo de cacao de Latinoamérica se han reportado altas concentraciones de este elemento, superando los niveles aceptados por la Unión Europea, comprometiendo la inocuidad de los productos finales y las exportaciones del cultivo. En Colombia, el cultivo de cacao se desarrolla principalmente bajo sistemas agroforestales (SAF), siendo importante identificar y cuantificar el aporte de las especies acompañantes de los SAF y su contribución al ciclo natural del cadmio, por lo que se evaluó el efecto y la acumulación del Cd sobre el crecimiento de cuatro especies de maderables asociadas al SAF del cacao (Tabebuia rosea, Terminalia superba, Pseudosamanea guachapele, Cariniana pyriformis) y nueve genotipos de cacao (Theobroma cacao L.) usados comúnmente como portainjertos. Este trabajo se desarrolló en el Centro de Investigación La Suiza – Agrosavia, usando sustrato hidropónico bajo condiciones de invernadero, estableciendo un experimento por especie estudiada, bajo un diseño completamente al azar con tres repeticiones, se aplicaron tres tratamientos con dosis crecientes de cadmio (0, 6 y 12 ppm). Variables de crecimiento fueron registradas y se hicieron muestreos destructivos de tejidos para la cuantificación de la concentración de Cd a los 120, 150 y 180 días después de la siembra. Los forestales T. superba y A. guachapele presentaron el mayor rendimiento en biomasa y acumulación de Cd en los tejidos aéreos, demostrando a su vez la mejor tolerancia de las especies forestales evaluadas a 6 ppm de Cd, destacándose con un potencial importante para restaurar suelos contaminados por Cd. Por otro lado, se encontró un grupo de genotipos de cacao con baja acumulación de Cd (IMC67, PA-46, PA-121), concentrando la mayoría del cadmio en las raíces y una promoviendo una 2 baja translocación hacia los tejidos aéreos. Estos resultados sugieren que existen evidencias importantes sobre el camino a seguir en la fitotecnia del cultivo del cacao, vinculando arreglos agroforestales con principios de fitorremediación y seleccionando genotipos de cacao con baja translocación y acumulación de Cd que permitan mitigar la bioacumulación del metal en el grano de cacao. Maestría Magíster en Biotecnología Trabajos de Investigación y/o Extensión