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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS E.A.P. DE MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA EVALUACIÓN DE LA EFICACIA DE UN CONSORCIO BACTERIANO AISLADO EN LA BASE PERUANA “MACHU PICCHU”- ANTÁRTIDA EN LA BIOREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS DE PETRÓLEO, A NIVEL DE TERRARIOS TESIS Tesis para optar Título Profesional de Bióloga Microbióloga Parasitóloga AUTOR Carmen del Rosario Bocángel Rodríguez ASESOR MG. FERNANDO MERINO RAFAEL Lima-Perú 2016

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

E.A.P. DE MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA

EVALUACIÓN DE LA EFICACIA DE UN CONSORCIO BACTERIANO AISLADO EN LA BASE PERUANA

“MACHU PICCHU”- ANTÁRTIDA EN LA BIOREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON

HIDROCARBUROS DE PETRÓLEO, A NIVEL DE TERRARIOS

TESIS

Tesis para optar Título Profesional de Bióloga Microbióloga Parasitóloga

AUTOR

Carmen del Rosario Bocángel Rodríguez

ASESOR

MG. FERNANDO MERINO RAFAEL

Lima-Perú 2016

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Para mis ángeles,

… Edgar y Carmen

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iv

“Cada cosa que obtenemos en la vida no llega como un regalo…llega como

recompensa al esfuerzo por alcanzarla”

(Anónimo)

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v

AGRADECIMIENTOS

Agradezco infinitamente a Dios por otorgarme fuerza y perseverancia para lograr

concluir este trabajo, por guiar mis pasos y no dejar que me rinda.

A mis padres Edgar y Carmen, por darme un ejemplo a seguir, que con su amor y

esfuerzo lograron forjarme como una persona con sólidos valores, responsabilidad y

disciplina, por motivarme a seguir adelante y gracias papá por ser mi ángel que me

acompaña en todo momento.

A mis hermanas Ana Lucía, Fátima y Milagros por su aliento, cariño, amistad,

solidaridad y comprensión durante todo este periodo.

A la Dra. Susana Gutiérrez y al Mg. Fernando Merino que son parte fundamental de

mi formación académica, científica, profesional y personal, agradezco por su

dedicación, conocimientos, paciencia, motivación, amistad y la confianza depositada

en mí para lograr concluir este trabajo.

Al Dr. Abad Flores y al Mg. Jorge León por su tiempo, orientación y sugerencias en la

redacción y realización de esta tesis.

A mis amigos y colegas del laboratorio de Microbiología y Biotecnología microbiana

Paul, Diandra, Manuel, Kim, Jean Pierre, Pamela, Gustavo, Guillermo, Jaime y María

Gracia por su amistad y por el tiempo compartido, gracias por el apoyo y colaboración

durante todo el periodo experimental de la tesis.

A mis amigos y colegas Manuel, Jessica, Ulrike, Claudia, Margaret, Lisset y demás

compañeros de la promoción con quienes compartí experiencias inolvidables y

aprendimos juntos día a día en nuestra etapa universitaria.

A mis amigos Abraham, Marco y Augusto quienes me ayudaron y alentaron a seguir

adelante hasta conseguir este propósito.

A todos y cada uno de ustedes...Muchísimas gracias!!

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vi

ÍNDICE GENERAL

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... v

INDICE GENERAL ....................................................................................................... vi

INDICE DE TABLAS .................................................................................................. viii

INDICE DE FIGURAS .................................................................................................. ix

RESUMEN .................................................................................................................... x

ABSTRACT .................................................................................................................. xi

I. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 1

II. MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 3

2.1. LA ANTÁRTIDA ............................................................................................... 3

2.1.1. Estación científica antártica “Machu Picchu” ..................................... 3

2.1.2.Suelo antártico ................................................................................... 5

2.1.3. Presencia de hidrocarburos en suelo antártico ................................. 6

2.2.COMPOSICIÓN DEL CRUDO DE PETRÓLEO ................................................. 7

2.2.1. Composición general ........................................................................ 7

2.2.2. Composición del petróleo por familias de hidrocarburos .................... 8

2.2.3. Derivados del petróleo ......................................................................10

2.3. BIOREMEDIACION: TÉCNICA BIOTECNOLÓGICA .......................................11

2.3.1. Técnicas de bioremediación ............................................................12

2.3.2. Bioremediación en ambientes fríos .................................................15

2.3.3. Factores que condicionan la biodegradación ...................................18

2.4. BIODEGRADACIÓN BACTERIANA: CEPAS Y CONSORCIOS MICROBIANOS

DEGRADADORES DE HIDROCARBUROS ...........................................................20

III. ANTECEDENTES ................................................................................................23

IV. HIPÓTESIS………………………………………………………………………………26

V. OBJETIVOS .........................................................................................................26

5.1. GENERAL: ......................................................................................................26

5.2. ESPECIFICOS: ................................................................................................26

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vii

VI. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................27

6.1. MATERIAL BIOLÓGICO ..................................................................................27

6.2. MATERIALES DE LABORATORIO ..................................................................28

6.3. MÉTODOS ......................................................................................................29

6.3.1. Determinación del perfil degradativo de cepas bacterianas

psicrotolerantes .............................................................................................29

6.3.2. Pruebas de Antagonismo .......................................................................29

6.3.3. Preparación del inóculo psicrotolerante y control positivo [Control (+)] ...30

6.3.4. Construcción de los terrarios de experimentación. .................................31

6.3.5. Evaluación del proceso de bioremediación ............................................31

VII. RESULTADOS .....................................................................................................35

7.1. Consorcio bacteriano psicrotolerante ...............................................................35

7.2. Consorcio bacteriano control (+). .....................................................................40

7.3. Evaluación del proceso de bioremediación ......................................................41

7.4. Análisis estadístico del porcentaje de reducción total de hidrocarburos ...........48

VIII. DISCUSIÓN .........................................................................................................56

IX. CONCLUSIONES .................................................................................................66

X. RECOMENDACIONES ........................................................................................67

XI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................................................68

XII. ANEXOS ..............................................................................................................80

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viii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Fracciones químicas contenidas en un crudo de petróleo. ............................ 8

Tabla 2. Fracciones obtenidas durante el refinado por destilación crudo de petróleo ..11

Tabla 3. Composición de cada terrario .......................................................................31

Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas

aisladas en la Base peruana Machu Picchu - Antártida. ..............................................35

Tabla 5. Interpretación cualitativa de la prueba de antagonismo por adaptación de la

prueba de CAMP .........................................................................................................36

Tabla 6. Interpretación cualitativa de la prueba de antagonismo por el método Bicapa

....................................................................................................................................36

Tabla 7. Biomasa inoculada de cada cepa del consorcio bacteriano psicrotolerante. ..38

Tabla 8. Biomasa inoculada por cepa del consorcio bacteriano control (+) .................40

Tabla 9. Análisis de muestras de suelo por método de Saturación de fluidos – Retorta

....................................................................................................................................47

Tabla 10. Concentración de HTP en cada terrario al cabo de 180 días .......................47

Tabla 11. Comparación de la concentración reducida final y porcentaje de reducción

de HTP por métodos gravimétrico (SOXHLET) y saturación de fluidos (RETORTA) ...48

Tabla 12. Análisis de varianza del porcentaje parcial de reducción HTP .....................50

Tabla 13.Grado del polinomio asociado ......................................................................50

Tabla 14. Análisis de varianza del porcentaje parcial de reducción de HTP según

tiempo, bacterias aerobias totales y terrario abiótico ...................................................52

Tabla 15. Evaluación de los coeficientes del modelo de regresión del % parcial de

reducción HTP según tiempo, bacterias aerobias totales y terrario abiótico ................52

Tabla 16. Análisis de varianza del porcentaje parcial de reducción de HTP según

tiempo, bacterias oleofílicas y terrario abiótico ............................................................54

Tabla 17. Evaluación de los coeficientes del modelo de regresión del porcentaje parcial

de reducción de HTP según tiempo y bacterias oleofílicas ..........................................55

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ix

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura1. Continente Antártico..........................................................................................3

Figura 2. Zonas Biogeográficas de Antártida ................................................................ 3

Figura 3. Isla Rey Jorge, Estación Científica Machu Picchu ......................................... 4

Figura 4. Estructuras químicas de diferentes componentes de crudo de petróleo .......10

Figura 5. Lecturas de DO del crecimiento bacteriano a 5°C durante 360 h. (14días)...37

Figura 6. Curvas de crecimiento del consorcio psicrotolerante: 6a.Pseudomonas sp, 6b.

Pseudomonas putida, 6c. Pseudomonas aeruginosa, 6d. Aeromonas sp ,6e Paenibacillus

lautus,6f Stenotrophomonas rhizophila .............................................................................39

Figura 7. Curvas de crecimiento de las cepas del consorcio control positivo: 7a. Bacillus

subtillis (202G) 7b. Pseudomonas aeruginosa (68P,202P) ........................................................ 40

Figura 8. Porcentaje de humedad ...............................................................................41

Figura 9. Medición de pH ............................................................................................42

Figura 10. Medición de la Temperatura .......................................................................42

Figura 11. Recuento de bacterias aerobias en los terrarios de experimentación .........44

Figura 12. Recuento de bacterias oleofílicas en los terrarios de experimentación .......44

Figura 13. Reducción de la concentración de HTP en 180 días en cada terrario de

experimentación ..........................................................................................................46

Figura 14. Porcentaje de reducción de HTP en 180 días en cada terrario de

experimentación ..........................................................................................................46

Figura 15. Porcentaje parcial de reducción respecto a variables en evaluación: 15a.

Días, 15b. Bact. aerobias, 15c. Bact. oleofílicas, 15d. pH ,15e. Temperatura, 15f.Humedad. ..49

Figura 16. Promedio de porcentaje parcial de reducción HTP según días y terrarios 50

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x

RESUMEN

La contaminación por hidrocarburos de petróleo en ecosistemas terrestres y acuáticos

representa un problema ambiental en todo el mundo, incluyendo el continente

Antártico, estos hidrocarburos son utilizados como combustible y traen consigo la

contaminación de suelos de las estaciones científicas y zonas aledañas.

Existen consorcios bacterianos conformados por bacterias psicrófilas y

psicrotolerantes con capacidad bioremediadora, logrando degradar hidrocarburos a

bajas temperaturas. En este trabajo se evaluó la eficacia de un consorcio bacteriano

aislado de la Base Peruana “Machu Picchu” – Antártida en la bioremediación de

suelos, en laboratorio. El consorcio bacteriano psicrotolerante estuvo integrado por:

Pseudomonas putida (63Bb, 9Ab, 60Bf y 39 Bfa), Pseudomonas sp. 9Aa,

Pseudomonas aeruginosa 63Ba, Aeromonas sp. 39Bf, Stenotrophomonas rhizophila

116B y Paenibacillus lautus (95Fa y 95Fb). Se acondicionaron 3 terrarios (23cm x

12cm x 8cm) con 1.3 Kg de suelo contaminado con petróleo (5% p/p); el primero fue

inoculado con el consorcio psicrotolerante, el segundo con un consorcio bacteriano

control positivo formado por 2 cepas de Pseudomonas aeruginosa (68P y 202P) y un

Bacillus subtilis (202G) aisladas de la zona Norte del Perú y el tercero fue el control

abiótico. El proceso duró 180 días a 4 - 5°C, evaluando la biodegradación de petróleo

a través de la cuantificación de los hidrocarburos por métodos gravimétrico (3540

EPA-SOXHLET) y saturación de fluidos (API RP40 - RETORTA), conteo de

microorganismos viables y medición de los parámetros físico - químicos de cada

terrario en intervalos de 30 días.

Los resultados mostraron que el crecimiento bacteriano aerobio fue exponencial hasta

los 120 días, con un máximo valor de 2.18 x 105 UFC/g y las bacterias psicrotolerantes

hidrocarbonoclásticas alcanzaron 4.3 x 104 NMP/g, lo cual coincide con el 57.88% de

reducción registrada en 120 días. Finalmente, al cabo de 180 días, se observó

reducción mínima de hidrocarburos en los terrarios control positivo y abiótico, 37.30 %

y 11.96% respectivamente; alcanzándose en el terrario psicrotolerante una reducción

significativa de 58.41% (p<=0.007). Se concluye que este consorcio psicrotolerante fue

efectivo en la bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos de petróleo a

nivel terrarios, controlando humedad y pH.

Palabras claves: Contaminación de suelos, hidrocarburos de petróleo,

bioremediación, consorcio bacteriano psicrotolerante, terrarios

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xi

ABSTRACT

Contamination in terrestrial and aquatic ecosystems by petroleum hydrocarbons is a

serious environmental problem around the world, including the Antarctic continent;

these hydrocarbons are used as fuel and bring soil contamination in scientific stations,

and surrounding areas.

There are consortiums formed by psychrophilic and psychrotolerant bacterias that have

bioremediation activity on hydrocarbon contaminated soils at low temperatures. In this

paper, the effectiveness of bacterial consortium isolated from "Machu Picchu",

Peruvian Base in The Antarctica, was evaluated under laboratory conditions. The

psychrotolerant bacterial consortium was integrated by: Pseudomonas putida (63Bb,

9Ab, 60Bf and 39 Bfa), Pseudomonas sp. 9Aa, Pseudomonas aeruginosa 63Ba,

Aeromonas sp. 39Bfb, Stenotrophomonas rhizophila 116B, and Paenibacillus lautus

(95Fa and 95Fb). Three terrarium (23 cm x 12 cm x 8 cm) were conditioned with 1.3 Kg

of soil contaminated with petroleum (5% w/w); the first was inoculated with the

psychrotolerant bacterial consortium, the second, with a positive control consortium:

Pseudomonas aeruginosa (68P and 202P) and Bacillus subtilis (202G) isolated from

the north of Peru and the third was the abiotic control. Treatment was performed during

180 days at a temperature of 4 - 5° C, evaluating the oil biodegradation through the

quantification of hydrocarbons by gravimetric method (3540EPA - SOXHLET) and

fluids saturation method (API RP40 - RETORT), numeration of microorganisms and

monitoring of the physical and chemical parameters of each terrarium at 30 days

intervals.

The results showed that aerobic bacterial growth was exponential in 120 days, with a

maximum value of 2.18x105 CFU/g and the hydrocarbonoclastic psychrotolerant

bacteria reached 4.3x104 NMP/g, which coincides with the 57.88% of hydrocarbons

reduction in 120 days. Finally, after 180 days, minimum reduction of hydrocarbons in

positive control and abiotic terrariums was observed, 37.30% and 11.96% respectively;

psychrotolerant terrarium reached a significant reduction of 58.41% (p<=0.007). In

conclusion, this psychrotolerant consortium was effective in the bioremediation of soils

contaminated with petroleum hydrocarbons under laboratory conditions, controlling

moisture and pH.

Keywords: Contamination of soil, petroleum hydrocarbons, bioremediation,

psychrotolerant bacterial consortium, terrariums.

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1

I. INTRODUCCIÓN

En el continente antártico se ha producido contaminación de petróleo por

actividades antropogénicas (turismo, pesca y estaciones científicas) sobre todo

alrededor de los tanques de combustible en las estaciones y zonas aledañas (Aislabie

et al., 2004). Dichas actividades requieren el transporte y almacenamiento de

hidrocarburos de petróleo en forma de combustible para la generación de electricidad,

la calefacción y el funcionamiento de los vehículos, aviones y barcos. El petróleo

derramado en ambientes prístinos como La Antártida impactan en las comunidades

microbiana presentes, influyen en los procesos de congelamiento - descongelamiento

del suelo, en el pH, la humedad y la disponibilidad de nutrientes (Grechishchev et al.,

2001) lo cual ocasiona mayor impacto ya que los ecosistemas de ambientes fríos son

más sensibles al haberse adaptado a las duras y extremas condiciones ambientales

(Yang et al., 2009).

La necesidad de eliminar (o reducir al mínimo) el contenido de hidrocarburos

provenientes de la actividad humana ha llevado al desarrollo de diversas estrategias

como tecnologías limpias y adecuadas para mitigar este tipo de daños en ambientes

fríos, la bioremediación se ha convertido en una de las herramientas más importantes

para eliminar o reducir la contaminación (Dua et al., 2002), además las investigaciones

indican que bacterias degradadoras de hidrocarburos, están ampliamente distribuidos

en suelos polares y por lo general, su número incrementa luego del derramamiento de

hidrocarburos (Atlas, 1986; Aislabie et al., 2004), es así que la biodegradación de

muchos de los componentes de hidrocarburos de petróleo, por acción de poblaciones

microbianas autóctonas adaptadas al frío, ha sido observada en los suelos

contaminados con hidrocarburos a bajas temperaturas (Whyte et al., 1999, 2001; Rike

et al., 2003.).

Cabe resaltar que la bioremediación de suelos en La Antártida, sólo puede

llevarse a cabo por microorganismos psicrófilos y psicrotolerantes autóctonos como

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2

fue indicado por varios estudios (Wardell, 1995; Aislabie et al., 2001); sin embargo, las

tasas de biodegradación de hidrocarburos in situ son lentos, lo cual implica la

persistencia de hidrocarburos en suelos fríos, incluyendo alcanos ligeros y aromáticos

en el subsuelo, los cuales no están sujetos a la evaporación y la foto-oxidación.

(Aislabie et al., 2006.).

El laboratorio de Microbiología y Biotecnología Microbiana (Facultad de Ciencias

Biológicas - Universidad Nacional Mayor de San Marcos) cuenta con cepas

bacterianas psicrotolerantes aisladas de la base científica Machu Picchu – Antártida,

con capacidad hidrocarbonoclástica, las cuales formaron parte del consorcio

bacteriano aplicado en el presente trabajo en la evaluación del proceso de

bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos de petróleo a nivel de

terrarios.

.

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3

II. MARCO TEÓRICO

2.1. LA ANTÁRTIDA

El continente antártico se define como el territorio ubicado al sur del paralelo 60°.

Posee un área de 12,3 millones de Km2 , incluye las barreras de hielo (10% del área

terrestre mundial) y se encuentra circunscrito por el Círculo Polar Antártico, en el

paralelo 66°33´ de latitud Sur (Campbell et al., 2009).

El 99% de su superficie está cubierta permanentemente de hielo (Elliot, 1985) y

representa la mayor reserva de agua dulce del planeta, el escaso 2% son áreas que

carecen de hielo permanente y se encuentran en las costas (Peck et al., 2006).

(Figura1)

Figura 1. Continente Antártico. Figura 2. Zonas Biogeográficas de Antártida

Actualmente se reconocen tres zonas biogeográficas que se diferencian climática y

biológicamente, región subantártica, antártica marítima y antártica continental

(Figura 2).

2.1.1. Estación científica antártica “Machu Picchu”

La Base Machu Picchu es una estación de investigación científica polar establecida

en la Antártida por el Estado Peruano, miembro consultivo del Tratado Antártico. El

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4

propósito es la realización de estudios geográficos, geológicos, climatológicos y

biológicos en esta zona.

La base se ubica en la Isla Rey Jorge, de las Islas de Shetland del Sur, en el

extremo norte de la Península Antártica, en la Bahía Almirantazgo, Ensenada

Mackellar. -62°05.5’ de Latitud Sur, 58°28.5’ de Longitud Oeste- (Figura.3)

(Fuente: www.wikipedia.org) Figura 3. Isla Rey Jorge, Estación Científica Machu Picchu

El Perú forma parte de los 50 países miembros del Tratado Antártico, un acuerdo

que regula las relaciones internacionales en el continente y establece protocolos para

la protección del ambiente. Sin embargo, la presencia de nuestro país en la Antártida

es aún mínima. Se cuenta con la estación Machu Picchu, que funciona solo en el

verano antártico (enero) y se han realizado 22 expediciones desde que forma parte del

Tratado, el 10 de abril de 1981.

El Ministerio del Ambiente, prepara un Sistema de Gestión Ambiental para prevenir

y disminuir los impactos ambientales de la base peruana “Machu Picchu” en la

Antártida, también se busca fortalecer la presencia del Perú en el continente antártico.

La Antártida alberga alrededor del 80% del agua dulce del planeta y es uno de los

pocos lugares del mundo en los que la intervención del hombre es casi nula. Un lugar

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perfecto para la investigación y el desarrollo de la ciencia y la tecnología; sin embargo,

también es un ecosistema que todos debemos proteger (MINAM, 2014).

En esta base, se desarrollan diversos proyectos científicos como las

investigaciones sobre el krill, el monitoreo ornitológico a la skua y el gaviotín antártico,

la recolección de flora, el análisis del fondo marino, los estudios de meteorología, la

cartografía, el estudio de la radiación ultravioleta B y el adecuado procesamiento de

los residuos sólidos que minimizan el impacto humano en la Antártida, entre otras

investigaciones biológicas; sin embargo, la utilización de combustibles derivados del

petróleo como fuente de energía primaria para la obtención de electricidad, calor y el

movimiento de vehículos implica el transporte, almacenamiento y distribución de los

mismos y no existe aún algún proyecto de investigación para mitigar este actual

problema ambiental. Existen eventos puntuales de contaminación en diferentes áreas

del continente Antártico y son de pequeña o mediana magnitud pero la recurrencia de

los mismos los transforma en problemas relevantes para la conservación del ambiente

antártico según lo establece el Tratado Antártico y sus anexos (ATCM, 1991).

2.1.2. Suelo antártico

Los suelos antártico son considerados pobres debido a la escasez de nutrientes;

sin embargo, la colonización de especies vegetales como Deschampsia antártica,

Colombantus quitensis y algunas especies de algas son claros indicadores de un suelo

en incipiente desarrollo (Zhao et al., 1995; Bolter, 2011)

A medida que avanza el verano se van formando alfombras de briófitas, líquenes y

tapetes microbianos, que generan un paisaje con aspecto emparchado. Los

ecosistemas microbianos se caracterizan por un fluctuante gradiente físico-químico

donde el flujo de luz, oxígeno y sulfuro juegan un rol preponderante (Stal, 1995). Los

microorganismos se disponen siguiendo un patrón de estratificación vertical con

colores característicos, que se ve reflejado por los distintos pigmentos producidos. Las

cianobacterias (productores primarios) se disponen en las capas superiores y las

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6

bacterias heterótrofas, que se ubican por debajo, utilizan la materia orgánica producida

por éstas para su crecimiento. (Camacho et al., 2005). Las comunidades microbianas

son los principales componentes de la biomasa en la Antártida, participando en el

reciclaje de nutrientes y en el flujo de carbono y energía (Vincent, 2000)

2.1.3. Presencia de hidrocarburos en suelo antártico

La Antártida es considerada una de la ultimas regiones prístinas que aún quedan

sobre la Tierra; sin embargo, desde el siglo pasado el hombre ha alterado de forma

creciente al ambiente antártico (Ma et al., 2006)

En la Antártida, aunque no se permite la explotación de petróleo, existe constante

contaminación de origen antropogénico (turismo, pesca y estaciones científicas),

dichas actividades requieren el transporte y almacenamiento de hidrocarburos de

petróleo en forma de combustible para la generación de electricidad, la calefacción y el

funcionamiento de los vehículos, aviones y barcos, representando un alto riesgo de

contaminación en un ambiente donde la temperatura y otros factores climáticos limitan

fuertemente el crecimiento y la actividad bacteriana (Ruberto et al., 2003). El petróleo

derramado en ambientes prístinos como la Antártida impactan en las comunidades

microbiana presentes, influyen en los procesos de congelamiento - descongelamiento

del suelo, en el pH, la humedad y la disponibilidad de nutrientes (Grechishchev et al.,

2001).

Es un hecho que los derrames significativos en tierras antárticas y aguas costeras

ya han sido informado (Cripps y Priddle,1991), como son los casos del hundimiento del

crucero liberiano “Explorer” en aguas antárticas, más específicamente en las cercanías

del archipiélago de las Islas Shetland, en el año 2007 (http://www.lanacion.com.ar,

2007) y el hundimiento del transporte polar argentino Bahía Paraíso en Arthur Harbour

(Isla Anvers), Península Antártica, en el año 1989, que provocó el derrame de

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7

aproximadamente 6x105 litros de combustible, cubriendo un área de 100 Km2

(Kennicutt et al., 1991).

En definitiva, los mismos niveles de contaminación pueden provocar mayor impacto en

ambientes de clima frío que en templado, ya que los ecosistemas de ambientes fríos

son más sensibles al haberse adaptado a las duras condiciones ambientales (Yang et

al, 2009), estas zonas, que hasta el momento no habían recibido ninguna atención,

han comenzado a ser el foco de diversos proyectos de investigación tendientes a

reducir su nivel de contaminación.

Estudios previos en suelos contaminados de la península Antártida indicaron que

el nivel de Hidrocarburos Totales de Petróleo (HTP) aumenta con la profundidad del

suelo y se concentra principalmente en la capa permafrost (suelo permanentemente

helado) donde se acumulan las partículas más finas, debido a que los HTP tienen

preferencia por las partículas de menor tamaño. Un calentamiento gradual en esta

zona provoca el aumento de las precipitaciones de lluvia y nieve, así como de los

periodos de deshielo, promoviendo el drenaje de agua a través de los suelos porosos.

La capa permafrost también se ve afectada por este calentamiento que reduce su

espesor y aumenta la lixiviación y por lo tanto la migración de los HTP hacia los

ecosistemas marinos.

2.2. COMPOSICIÓN DEL CRUDO DE PETRÓLEO

2.2.1. Composición general

El crudo de petróleo se caracteriza por ser un líquido negro, viscoso y con una

composición química sumamente compleja, pudiendo contener miles de compuestos,

básicamente de la familia de los hidrocarburos (Rosini, 1960). Los hidrocarburos

componen la familia predominante de compuestos (un 50-98% de la composición), por

lo que constituyen uno de los grupos de contaminantes ambientales más importantes,

tanto por su abundancia, como por su persistencia en distintos compartimentos

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ambientales (Casellas et al., 1995). Mayoritariamente son alcanos de cadena lineal (n-

alcanos o n-parafinas), alcanos ramificados (en menor cantidad), ciclo alcanos (o

naftenos) y cantidades variables de hidrocarburos aromáticos, la composición

elemental de un crudo está condicionada por la predominancia de los compuestos tipo

hidrocarburo: 84 - 87% de C, 11 - 14% de H, 0 - 8% de S, y de 0 - 4% de O y N y

metales como el níquel y el vanadio (Clark y Brown, 1977; Howe-Grant, 1996).

Los principales componentes se subdividen y purifican en distintas fracciones

(Tabla 1): a) fracción saturada (n-alcanos, alcanos ramificados con cadenas alquílicas

y las ciclo parafinas), b) fracción aromática (monoaromáticos, diaromáticos e

hidrocarburos aromáticos policíclicos, los llamados HAP), c) fracción de resinas y d)

fracción de asfáltenos que son menos abundantes y consisten en compuestos más

polares, pudiéndose encontrar hidrocarburos heterocíclicos, hidrocarburos oxigenados

y agregados de alto peso molecular (Speight, 1991).

2.2.2. Composición del petróleo por familias de hidrocarburos

Agrupados en las siguientes familias: parafinas volátiles (alcanos no ramificados y

ramificados, hasta C10), parafinas no volátiles (alcanos lineales y ramificados entre C10

- C40), naftenos (ciclo alcanos o ciclo parafinas), oleofinas (alquenos) y aromáticos

(monoaromáticos y poliaromáticos).

Tabla 1. Fracciones químicas contenidas en un crudo de petróleo.

FRACCIÓN COMPOSICIÓN

Saturados

n-alcanos, alcanos de cadena ramificada e isoprenoides y ciclo parafinas o ciclo alcanos, hopanos.

Aromáticos Hidrocarburos monoaromáticos, diaromáticos, aromáticos policíclicos (HAP)

Resinas Agregados de piridinas, quinolinas, carbazoles, tiofenos, sulfóxidos y amidas

Asfáltenos Agregados de HAP, ácidos nafténicos, sulfuros, ácidos grasos, metaloporfirinas, fenoles polihidratados.

(Fuente: www.iae.org.ar)

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Parafinas volátiles (n-alcanos e isoprenoides volátiles): Representan hasta un

30% del crudo de petróleo. Son n-alcanos e isoprenoides (alcanos ramificados) de un

tamaño C1-C10 .Es la fracción más volátil del crudo y la más susceptible de pérdidas

abióticas por volatilización.

Parafinas no volátiles (n-alcanos e isoprenoides): Son n-alcanos e isoprenoides

entre C11-C40. Los componentes entre C11-C15 son de volatilidad intermedia y pueden

constituir entre el 15-20% de crudos no degradados, mientras que los isoprenoides,

entre 1-15% de crudos degradados.

Naftenos (cicloalcanos): Familia compuesta por las cicloparafinas o cicloalcanos. Los

compuestos más abundantes son los ciclopentanos alquilados (metilados), que

pueden representar hasta un 31% del crudo. Los compuestos mono y dicíclicos

corresponden al 50-55% de esta fracción, los tricíclicos, 20% y los tetracíclicos al 25%.

Oleofinas (alquenos): Están poco presentes en el crudo de petróleo, encontrándose

en concentraciones traza. Adquieren importancia en los productos resultantes del

refinado, ya que se generan durante el proceso de cracking, existen hasta un 30% en

gasolinas.

Hidrocarburos aromáticos de petróleo (HAP): El crudo de petróleo contiene una

mezcla muy compleja de hidrocarburos aromáticos. Esta fracción la componen

moléculas que contienen uno o varios anillos bencénicos, estos son, hidrocarburos

monoaromáticos (un anillo bencénico), diaromáticos (2 anillos bencénicos) y

poliaromáticos (HAP, con más de dos anillos bencénicos). (Figura 4)

Resinas y asfaltenos: Se trata de mezclas complejas, contienen cadenas

hidrocarbonadas con heteroátomos de oxígeno, nitrógeno y azufre y a veces están

asociadas con pequeñas concentraciones de metales (vanadio y el níquel).

Constituyen entre un 10% en crudos poco degradados o ligeros, hasta un 60% en

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crudos muy degradados. Es la fracción que presenta una mayor recalcitrancia de un

crudo de petróleo (Howe-Grant, 1996).

(Fuente: www.wikipedia.org)

Figura 4. Estructuras químicas de diferentes componentes de crudo de petróleo

2.2.3. Derivados del petróleo

Para comprender la naturaleza química de los diferentes derivados del petróleo

que potencialmente pueden ser contaminantes en el medio ambiente, hay que

entender el proceso de refinado del crudo utilizado para la obtención de estos

productos petrolíferos.

El refinado pasa por un proceso de destilación, con la finalidad de eliminar el color y

olor, así como también, los compuestos del azufre. Se destila a temperaturas

crecientes obteniendo 4 fracciones principales: gasolina, queroseno, destilados medios

(querosenos, gasoil, aceites lubricantes) y un residuo. Este residuo se destila al vacío

obteniéndose otros aceites lubricantes (más pesados), ceras y parafinas y betunes

asfálticos (alquitranes) (Tabla 2).

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Tabla 2. Fracciones obtenidas durante el refinado por destilación de crudo de petróleo

FRACCIÓN T° EBULLICIÓN

(°C) COMPOSICIÓN

APROX. USOS

Gasolina ligera 20 – 100 C5H12-C7H16 Disolvente

Bencina 70 – 90 C6 - C7 Limpieza en seco

Ligroína 80 - 120 C6 - C8 Disolvente

Gasolina 20 – 180 C6 - C11 Carburante de motores

Queroseno- jet

fuel 200 - 300 C12 - C16 Alumbrado y

carburante

Gasoil. Diesel 200 – 350 C13 - C18 Carburante de motores

Aceite lubricante 200 - 350 C16 - C20 Lubricantes

Grasas, vaselinas

250 – 400 C18 - C22 Farmacéutica

Cera de parafinas

245 – 540 C20 - C45 Velas

Betúm asfáltico(35%

peso) >540 C30 - C45

Alquitrán asfáltico coque de petróleo

(Fuente: www.galpaenergía.com)

2.3. BIOREMEDIACION: TÉCNICA BIOTECNOLÓGICA

Bioremediación significa “dar remedio” mediante técnicas biológicas, por lo que

una definición acertada de bioremediación sería: el conjunto de técnicas que permiten

resolver problemas de contaminación mediante el uso de microorganismos (bacterias,

algas unicelulares, etc.), hongos, plantas o enzimas derivadas de ellos. (Simarro,

2012).

Esta tecnología utiliza microorganismos, componentes celulares o enzimas libres, con

el fin de lograr la mineralización o bien una transformación parcial del contaminante en

sustancias menos tóxicas o inócuas para el medio ambiente y la salud humana (Röling

et al., 2001).

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Aunque no todos los compuestos orgánicos son susceptibles a la biodegradación, los

procesos de bioremediación se han utilizado con éxito para tratar suelos o lodos y

sedimentos contaminados (Lina, 2010) incluso de ambientes fríos (Ruberto, 2009).

Al igual que otras tecnologías de remediación, la bioremediación puede realizarse in

situ, es decir en el mismo lugar, lo cual implica remover el material y tratarlo dentro del

área afectada. Otra alternativa es el tratamiento ex situ, donde se puede remover el

material y trasladarlo fuera del lugar contaminado (Velasco y Volke Sepúlveda, 2003).

La bioremediación in situ es la más aplicada ya que trata el contaminante en el lugar,

aprovechando la capacidad degradadora de los microorganismos autóctonos del sitio

(Benavides et al., 2006). Particularmente la bioremediación in situ de suelos

contaminados de la Antártida ha resultado ser, hasta el momento, la mejor opción

debido a que evita el alto costo económico que implica el traslado de material al

continente, para su tratamiento.

2.3.1. Técnicas de bioremediación

El objetivo de la bioremediación es que el proceso de biodegradación se desarrolle de

la forma más eficaz posible y por eso, muchos trabajos se centran en la optimización

del proceso mediante el desarrollo de técnicas que aumenten la eficacia del mismo.

Han sido desarrolladas diferentes estrategias con el fin de aumentar la capacidad

degradadora del suelo. La bioestimulación y el bioaumento son algunas de las más

extensamente estudiadas.

Bioestimulación.

La bioestimulación consiste básicamente en el ajuste de las variables fisicoquímicas

claves del sitio a tratar, de esta forma se estimula el crecimiento de la microflora

autóctona degradadora.

En general, la disponibilidad de macronutrientes (N y P) es la condición a corregir. Una

relación de C/N/P de 100:10:1 se considera óptima, en términos generales, para el

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metabolismo microbiano (U.S. Environmental Protection Agency o EPA, 1995). Si bien

es claro que niveles adecuados de C/N/P son imprescindibles para optimizar la

biodegradación, es escasa la atención que se le ha prestado a los efectos de la

concentración de macronutrientes sobre la velocidad de degradación de hidrocarburos.

Diversos estudios mostraron incrementos en las poblaciones microbianas y las tasas

de biodegradación de hidrocarburos en suelos contaminados por el agregado de

nutrientes (Braddock, et al, 1997; Chaineau et al., 2003; Nikolopoulou y Kalogerakis,

2008). También existen estudios que han descrito efectos inhibitorios en degradación

de hidrocarburos por la adición de N inorgánico (Morgan y Watkinson, 1992; Genouw

et al., 1994).

Es importante destacar que la acción de los nutrientes inorgánicos puede estar

limitada debido a la interacción química con los minerales del suelo (el amonio se

puede unir a las arcillas por intercambio catiónico y el fosfato puede unirse y precipitar

con iones calcio, hierro y aluminio) (Morgan y Watkinson ,1992). Para evitar el exceso

de nutrientes, así como la pérdida de los mismos por lixiviación, también se han

utilizado fertilizantes inorgánicos oleofílicos de liberación lenta para la bioremediación

de suelos contaminados (Pritchard y Costa, 1991; Zhu et al., 2004).

La adición de nutrientes orgánicos al suelo puede mejorar las propiedades físicas y

químicas del suelo como por ejemplo la capacidad de campo, la aireación, el pH y la

capacidad de intercambio catiónico (CIC) (Zhu et al. 2004).

El éxito de la bioestimulación con N y P es dependiente entonces del tipo de

nutrientes agregado (sales inorgánicas, fertilizantes comerciales, residuos orgánicos),

pero también de la estrategia de agregado (en una vez o en etapas), del ambiente

afectado (propiedades fisicoquímicas) e incluso del tipo de hidrocarburo involucrado

por lo cual debe optimizarse con el sistema a remediar (Breedveld y Sparrevik, 2000).

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Bioaumento

El bioaumento consiste en el aumento de las capacidades biodegradativas de los

sitios contaminados a través de la inoculación de microorganismos con determinadas

capacidades catabólicas. Es considerado una de las herramientas con mayor potencial

para aumentar la eficiencia de los procesos de biorremediación (Hosokawa et al.,

2009). Esta estrategia consiste en la inoculación de la matriz a remediar con

microorganismos que aporten funciones metabólicas que aumenten la velocidad y el

grado de biodegradación de los contaminantes (Madueño et al., 2011).

En general se utilizan microorganismos con capacidad degradadora pero también hay

reportes donde se inocularon bacterias productoras de surfactantes, favoreciendo la

biodisponibilidad de los contaminantes (Dean et al., 2001).

Diversos estudios han demostrado que los factores ambientales bióticos y abióticos

influencian la efectividad del bioaumento (Mrozik y Piotrowska-Seget, 2010) por lo

tanto, es crítico utilizar microorganismos autóctonos del sitio contaminado para realizar

el bioaumento (Hosakawa et al., 2009; Copotelli, 2008).

Estudios previos indican que tanto la estrategia de inoculación como el destino de los

microorganismos inoculados en el suelo durante la aplicación de estrategias de

bioaumento son factores importantes a tener en cuenta (Gentry et al., 2004). Incluso la

manera de agregar el inóculo y la eventual fijación del mismo a matrices inertes que lo

retengan en el sitio contaminado, reduciendo su pérdida por escurrimiento, son puntos

que deben analizarse al momento de evaluar el bioaumento como estrategia válida

(Mishra et al., 2001; Xu y Lu, 2010).

En algunos trabajos los resultados derivados de la bioestimulación y el bioaumento

han sido positivos (Mills et al., 2004; Atagana, 2006); sin embargo, en algunos

trabajos, los efectos de ambas técnicas en el proceso fueron negativos o simplemente

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no tuvieron efecto (Chen et al., 2008; Yu et al., 2005). Se tiene que tener en cuenta,

que ambas técnicas generan cambios en las comunidades autóctonas que afectan y

modifican las relaciones de competencia. Estos cambios pueden ser aún acusados en

el caso del bioaumento, pues la introducción de una comunidad foránea puede tener

resultados difíciles de predecir.

La atenuación natural es otra técnica basada en la mera actuación de la

comunidad autóctona sin ningún tipo de modificación de la comunidad y/o adición de

sustancias. Dowty et al. (2001), entre otros, defienden que cuando se trata de

restablecer el medio a las condiciones originales, preservando la biodiversidad, la

atenuación microbiana puede ser la mejor opción, siempre que las poblaciones

autóctonas presenten capacidad degradadora.

2.3.2. Bioremediación en ambientes fríos

La biodegradación de contaminantes en suelos de áreas frías es más difícil de

lograr que la desarrollada en áreas templadas. Aunque el traslado de estos suelos

para su tratamiento a áreas templadas podría ser una solución, no resulta rentable ni

viable en este caso. Dichas limitaciones muestran la necesidad de realizar los

saneamientos in situ. Aquí, la bioremediación ha sido citada como la herramienta más

conveniente para sanear suelos, sedimentos y aguas antárticas contaminadas

(Ruberto et al., 2006).

Cualquiera sea la estrategia a emplear en un proceso de bioremediación, el factor

abiótico más limitante en zonas de media o alta latitud es la baja temperatura. La

temperatura influencia en el crecimiento y la actividad metabólica microbiana,

afectando los componentes celulares, fundamentalmente proteínas y lípidos y

disminuyendo los coeficientes de temperatura de las reacciones enzimáticas (Q10).

Así, la velocidad de crecimiento de cada microorganismo en particular, variará en

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función de la temperatura de un modo característico, como resultado de la compleja

interacción de todos los factores involucrados (Díaz, 2011).

Los procesos de biodegradación de hidrocarburos se ven profundamente

afectados también por la temperatura. A bajas temperaturas cambian las

características físicas y químicas de los hidrocarburos, aumenta la viscosidad del

petróleo y se reduce la evaporación de los alcanos de cadena corta (altamente

tóxicos) lo que disminuye la velocidad de biodegradación, así como la transferencia de

masa de sustratos y/o receptores de electrones en el suelo congelado que son

cruciales para los microorganismos adaptados al frío (Aislable et al., 2006). La

temperatura también influye sobre la degradación, pues afecta la composición de la

comunidad microbiana.

En ambientes más templados, la degradación de hidrocarburos es más rápido,

siendo óptimos los 15 - 30°C para procesos de degradación óxicos y los 25 - 35°C

para procesos anóxicos; en cambio durante el periodo invernal la degradación se ve

notablemente reducida (Atlas, 1986). Como la temperatura del suelo de regiones frías

es desfavorable, los procesos de bioremediación deben aplicarse durante los veranos,

ya que estos se correlacionan con una mejor tasa de crecimiento microbiano y

degradación.

Sin embargo, el grado y el tiempo de exposición previa de una comunidad

microbiana a un cierto factor, lleva a una selección natural de los individuos más

adaptados a las condiciones imperantes. Aún en ambientes que presentan valores

extremos de ciertos parámetros, es posible aislar microorganismos adaptados a

desarrollarse en esas condiciones.

En 1975, Morita realizó una clasificación de los organismos adaptados a bajas

temperaturas de crecimiento que aún hoy es utilizada como referencia. Según la

misma, los organismos psicrófilos estrictos son aquellos capaces de crecer a 0°C,

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poseen temperaturas óptimas de crecimiento cercanas a los 10°C y su temperatura

máxima de crecimiento no supera los 20°C. Por el contrario, los organismos

psicrotróficos o psicrotolerantes, si bien pueden crecer a 0°C, presentan temperaturas

óptimas entre 20 y 30°C y límites superiores de hasta 40°C. , por lo que sólo aquellos

que sean psicrófilos o psicrotolerantes pueden ser utilizados exitosamente para

procesos de bioremediación en ambientes fríos (Panicker et al., 2002; Ruberto et al.

2009).

La mayor parte de los estudios realizados indican que las condiciones mesofílicas

(20 - 30ºC) son las óptimas para la bioremediación de suelos contaminados, no

obstante, también se ha descrito biodegradación de hidrocarburos a temperaturas

extremas: a 10ºC en suelos subárticos (Margesin y Schinner, 1997 ), 4 - 5 ºC en

suelos árticos (Whyte et al., 1999) y hasta 60ºC por una cepa termófila de Bacillus

stearothermophilus aislada de un suelo contaminado con crudo de petróleo del

desierto Kuwaití (Sorkoh et al., 1993).

El aislamiento, caracterización y estudio de las condiciones de crecimiento de

cepas bacterianas psicrófilas y psicrotolerantes degradadoras de hidrocarburos es un

paso esencial tanto para la comprensión de la respuesta de la microbiota autóctona de

ese ambiente a una descarga aguda o crónica de aquellos contaminantes, como para

poder evaluar la potencial utilización de estos microorganismos en procesos de

descontaminación de sistemas que, por diversas razones, requieran el agregado de

microorganismos degradadores autóctonos para lograr una efectiva degradación. El

diseño y la aplicación de estos procesos es hoy en día una de las áreas con más

desarrollo de la microbiología ambiental y constituye la metodología más prometedora

para mitigar los graves efectos producidos por la contaminación sobre los diversos

ecosistemas. Actualmente, son numerosos los reportes acerca de la aplicación exitosa

de procesos de bioremediación de hidrocarburos in situ en zonas de clima frío

extremo.

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2.3.3. Factores que condicionan la biodegradación

Aunque la biodegradación bacteriana es una de las técnicas más eficaces en la

descontaminación in situ de medios contaminados con petróleo, la eficacia y tasas de

biodegradación dependen, en gran medida, del número y tipo de microorganismo

degradador presente en el medio, de la naturaleza y estructura química del

contaminante a degradar.

La biodegradabilidad de una mezcla de hidrocarburos presente en un suelo

contaminado, depende de diversos factores como son, la presencia de una comunidad

microbiana degradadora potencialmente activa, la estructura molecular del

contaminante, su concentración, biodisponibilidad y factores ambientales como la,

temperatura, el pH, humedad del suelo, presencia de aceptores de electrones, y la

existencia de nutrientes inorgánicos disponibles (fuente de N y P).

El pH, temperatura y la humedad.

Cada cepa microbiana tiene un determinado rango de tolerancia a factores

ambientales como son: la temperatura, el pH y la salinidad, los cuales pueden afectar

al crecimiento y actividad de las poblaciones microbianas. En consecuencia, cuanto

mayor sea la diversidad de microorganismos existentes, potencialmente mayor será el

rango de tolerancia. No existen unas condiciones preestablecidas que sean óptimas

en todos los casos, pero en términos generales los rangos óptimos para la

biodegradación son: pH entre 6-8 y temperaturas entre 20 - 30ºC (Alexander, 1999).

La variación del pH del suelo afecta a la actividad microbiana y también a la

solubilización y adsorción/absorción de los contaminantes y de los iones. Las formas

catiónicas (NH4+, Mg2+, Ca2+) son más solubles a pH ácido mientras que las formas

aniónicas (NO3-, NO2

-, PO43-, Cl-) son más solubles a pH alcalino (Sharpley, 1991). En

general, el pH óptimo para el crecimiento de las bacterias heterótrofas es neutro (pH 6

- 8), mientras que es más ácido para los hongos (pH 4 - 5). La temperatura es uno de

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los factores ambientales más importantes que afecta la actividad metabólica de los

microorganismos y la tasa de biodegradación.

La humedad del suelo puede limitar de forma severa la biodegradación,

fundamentalmente en suelos superficiales afectados por oscilaciones importantes en

el contenido de agua. No obstante, el nivel óptimo de humedad depende de las

propiedades de cada suelo, el tipo de contaminación y si la biodegradación es

aeróbica o anaeróbica. Un déficit de agua puede disminuir el transporte de nutrientes y

de contaminantes, así como también la migración bacteriana a través del suelo.

Los suelos antárticos son típicamente secos (Tarnocai y Campbell, 2002). Suelos con

contenidos de agua entre 50 y 80% de su capacidad son generalmente óptimos para

la actividad microbiana (Morgan y Watkinson, 1989). Los suelos de textura gruesa,

como los de La Antártida y el Ártico, tienen una baja capacidad de retención de agua y

la contaminación de hidrocarburos puede reducir aún más esta capacidad ya que el

aceite que recubre la superficie de las partículas del suelo hace que el suelo sea más

hidrofóbico (Dibble y Bartha, 1979).

Estructura química de los hidrocarburos del petróleo.

Los n-alcanos y los alcanos ramificados (isoprenoides) de cadena intermedia (C10-

C20) son los sustratos más fácilmente degradables por los microorganismos del suelo,

tendiendo a ser eficazmente biodegradados. Sin embargo, los alcanos de cadena

larga (>C20) son más difíciles de degradar debido a su elevado peso molecular y su

baja solubilidad en agua. Los cicloalcanos, por norma general, se degradan más

lentamente que los n-alcanos y alcanos ramificados. Los hidrocarburos policíclicos

aromáticos (HAP) de 2 a 3 anillos pueden ser biodegradados eficazmente en el suelo

en condiciones ambientales óptimas, mientras que los HAP de 4 anillos, y

especialmente, los de 5 o más anillos bencénicos presentan una mayor recalcitrancia y

una baja solubilidad. Las fracciones de resinas y asfaltenos son las que presentan una

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menor degradabilidad debido a las complejas estructuras químicas y a su elevado

peso molecular (Harayama et al., 1997, 1999).

Biodisponibilidad.

Uno de los factores limitantes de la biodegradación de contaminantes en suelo

crónicamente contaminados es la biodisponibilidad. La adsorción por la fase sólida, el

pequeño tamaño de los poros, la alta tortuosidad del sistema y la disolución en la fase

liquida no acuosa del suelo, conducirán a una reducida difusión de los hidrocarburos,

disminuyendo la disponibilidad hacia los microorganismos (Johnsen et al., 2005).

Presencia de aceptores de electrones.

La mayor parte de los hidrocarburos del petróleo y derivados son degradados con

mayor extensión y rapidez de forma aeróbica (O2 como aceptor final de electrones), ya

que en ausencia de O2, y en presencia de aceptores de electrones alternativos (NO3-,

SO42-, CO2, Mn4+ y Fe3+) los hidrocarburos pueden ser degradados, pero con unas

tasas de biodegradación muy inferiores a las aeróbicas (Massias et al., 2003).

Nutrientes inorgánicos.

Las concentraciones de nitrógeno y fósforo asimilables presentes en el suelo,

suelen ser limitantes para un incremento y activación de la población microbiana,

mientras que otros nutrientes esenciales como el Ca2+, Na+, Fe2+ y SO42- ya están

presentes en cantidades suficientes en el suelo (Menn et al., 2000).

2.4. BIODEGRADACIÓN BACTERIANA: CEPAS Y CONSORCIOS MICROBIANOS

DEGRADADORES DE HIDROCARBUROS

Las investigaciones indican que los degradadores de hidrocarburos, especialmente

bacterias, están ampliamente distribuidos en suelos polares y por lo general, su

número incrementa luego del derrame de hidrocarburos (Atlas, 1986; Aislabie et al.,

2004). La biodegradación de muchos de los componentes de hidrocarburos de

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petróleo, por acción de poblaciones microbianas autóctonas adaptadas al frío, ha sido

observada en los suelos contaminados con hidrocarburos a bajas temperaturas

(Whyte et al., 1999, 2001; Rike et al., 2003.). Cabe resaltar que en La Antártida, la

bioremediación sólo podría llevarse a cabo por microorganismos psicrófilos y

psicrotolerantes tal como fue indicado por varios estudios anteriores (Wardell, 1995;

Aislabie et al., 2001); sin embargo, la persistencia de hidrocarburos en suelos fríos,

incluyendo alcanos ligeros y aromáticos en el subsuelo, los cuales no están sujetos a

la evaporación y la foto-oxidación, indica que las tasas de degradación de

hidrocarburos in situ son lentos (Aislabie et al., 2006.).

Son muchas las especies bacterianas descritas con capacidad degradadora de

HTP, la mayoría de ellas aisladas de aguas, sedimentos y suelos previamente

contaminados con hidrocarburos. De acuerdo con Chauhan et al.,2008, especies de

Pseudomonas y Ralstonia se relacionan en mayor medida con la degradación de

naftaleno y fenantreno, Burkholderia y Stenotrophomonas con naftaleno, fenantreno y

antraceno y otras especies pertenecientes a los géneros Rhodococcus, Sphingomonas

y Mycobacterium con hidrocarburos de mayor peso molecular como fluoranteno,

benzopireno, pireno y benzofluoranteno. Las especies bacterianas degradadoras

pertenecen a grupos filogenéticos muy diversos y en muchos casos, taxonómicamente

alejados.

Trabajos previos (Viñas et al., 2005; Molina et al., 2009; González et al., 2011),

muestran que una gran parte de las bacterias degradadoras pertenecen al phylum

Proteobacteria, en mayor proporción a las clases α- Proteobacteria (Sphingomonas,

Bradyrizobium, Nitrobacteria, Balneimonas) y (Pseudomonas, Stenotrhophomonas,

Enterobacter, Pantoea, Acinetobacter o Psychrobacter). También se han aislado

especies pertenecientes a la clase β- Proteobacterias (Ralstonia) y a los phylum

Actinobacteria (Microbacterium sp. y Rhodococcus sp.), Firmicutes (Bacillus subtillis) y

Bacteroidetes (Flexibacter), aunque éstas, en menor frecuencia.

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Muchos de los trabajos de degradación bacteriana se han realizado con cepas

individuales extraídas de suelos contaminados o bien, con consorcios artificiales

formados por varias cepas degradadoras (Ghazali et al., 2004), siendo muy pocos

aquellos en los que se ha utilizado un consorcio bacteriano natural extraído

directamente de un suelo.

Diversos autores afirman que la capacidad de degradación de un consorcio

artificial es mayor que la de las cepas individuales y la eficiencia de degradación de un

consorcio es debido a que la diversidad de especies permite que cada una tenga un

papel en el proceso de biodegradación, facilitando la degradación de hidrocarburos

gracias al cometabolismo establecido entre las especies implicadas.

Existe una importante controversia referente a la capacidad degradadora que

presentan los consorcios naturales, ya que se ha observado que ciertos consorcios

extraídos de zonas no contaminadas con hidrocarburos son capaces de metabolizar

dichos compuestos (Tian et al., 2008; Couling et al., 2010); según estos autores, es

una característica general presente en algunas comunidades microbianas que se

expresa ante una determinada perturbación. Sin embargo, Barkay y Pritchart (1988),

exponen que es una característica que sólo está presente en comunidades

previamente expuestas y por lo tanto preadaptadas como consecuencia de presiones

selectivas, finalmente algunos autores subrayan, que la capacidad catabólica se

propaga fácilmente entre bacterias de un mismo suelo contaminado como resultado de

la transferencia horizontal de genes (conjugación y transformación). Esto, facilitaría

aún más que una comunidad no preadaptada pueda hacer frente a una perturbación

del suelo.

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III. ANTECEDENTES

Aislabie et al. (2000), propusieron la utilización de bacterias autóctonas

antárticas degradadoras de hidrocarburos en procesos de bioremediación a bajas

temperaturas. Ellos aislaron directamente bacterias degradadoras de hidrocarburos

aromáticos después del derrame de combustible del avión JP8 sobre suelo antártico,

obteniendo cepas psicrotolerantes representativas como Sphingomonas spp. o

Pseudomonas spp y Rhodococcus. Finalmente, afirmaron que la bioremediación es

una tecnología adecuada de recuperación de suelos en clima frío, teniendo en cuenta

que el Tratado Antártico se opone a la importación de organismos extraños en la

Antártida, por consiguiente, son requeridas bacterias autóctonas.

Bej (2000) y Panicker (2002), han confirmado que las bacterias aisladas a partir

de suelos contaminados tienen la capacidad de degradar hidrocarburos en suelos

contaminados, específicamente n-alcanos, mono-aromáticos y naftalenos

Mohn et al. (2001), reportaron que después de un año de tratamiento de suelos

con consorcios inoculados in situ, los hidrocarburos totales de petróleo se redujeron de

196 mg a menos de 10 mg por kg de suelo en un sitio, y de 2,109 mg a 195 mg por kg

de suelo en otro sitio, demostrando así que la inoculación de consorcios microbianos

genera mayor extracción de hidrocarburos y puede mejorar la velocidad de eliminación

de hidrocarburos de suelos polares. Finalmente afirmaron que la bioremediación in situ

de suelos contaminados de combustible en sitios de bajas temperaturas es factible.

Ruberto et al. (2003), publican un estudio sobre , bioremediación de suelos

contaminados con hidrocarburos utilizando bacterias antárticas psicrotolerantes, en el

cual mostraron ensayos a nivel de campo en donde se evaluó la eficiencia de la

bioestimulación y la biomagnificación sobre suelos antárticos contaminados en forma

aguda y crónica con hidrocarburos, obteniendo como resultados 81% de remoción en

Page 34: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

24

45 días con la técnica de bioestimulación con N y P y 62% con bioaumentación de

flora autóctona.

Vázquez et al. (2009), concluyen que la bioaumentación con bacterias

hidrocarbonoclásticas es una estrategia que no tiene ninguna desventaja frente a la

bioestimulación en la bioremediación de suelos altamente contaminados.

El grupo de Microbiología del Instituto Antártico Argentino (2011), publicó sus

experiencias y conclusiones de los trabajos de bioremediación realizados; en uno de

ellos mostraron que la bioestimulación de la flora autóctona presente en un suelo de la

base Marambio-Antartida, permitió la remoción de hasta un 80% de los contaminantes

en un lapso de 45 días. El ensayo se realizó en microcosmos consistentes en

bandejas (40 cm x 32 cm x 5 cm) conteniendo 2,5 kg de suelo contaminado. Otro

ensayo en campo, realizado en Base por el mismo grupo, confirmó la efectividad de la

bioestimulación utilizando parcelas (1 m x 1 m x 10 cm) conteniendo 50 kg de un suelo

contaminado. El sistema conteniendo la microflora autóctona bioestimulada redujo la

concentración de hidrocarburos a 2050 ppm en 48 días. Esto representó una remoción

cercana al 66% de los hidrocarburos presentes al inicio del tratamiento. Por otro lado,

el mismo ensayo mostró que un inóculo de magnitud similar a la población bacteriana

cultivable presente (106 UFC/g) no resulta en una mejora de la remoción comparada

con el mismo suelo sometido sólo a bioestimulación.

Gualoto et al. (2013), participaron en la XVI Misión Científica realizada en el

2010, montaron seis celdas experimentales (y una celda testigo), con suelos

contaminados con diesel, gasolina y benceno, a las cuales se inyectaron

microorganismos antárticos identificados, sin recurrir a bioestimulación y en el 2013,

verificaron la viabilidad de los microorganismos empleados en la prueba experimental

y su capacidad para degradar hidrocarburos. Con los resultados obtenidos fue factible

estimar la eficacia de las cepas empleadas en el tratamiento de hidrocarburos totales

Page 35: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

25

de petróleo (HTP) e hidrocarburos policíclicos aromáticos (HAP). Para HTP la cepa de

mayor eficacia resultó Pseudomona putida con 62% y la de menor Aspergillum niger,

con el 15,40%, además hicieron estudios de dinámica de crecimiento microbiano,

donde se demostró que los microorganismos antárticos pueden crecer a temperaturas

superiores a 5°C; sin embargo, el crecimiento microbiano a 15°C es superior al

obtenido a 5°C.

Page 36: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

26

IV. HIPÓTESIS

Las bacterias psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas aisladas en la Antártida, pueden

conformar consorcios útiles en procesos de bioremediación de suelos contaminados

con hidrocarburos en ambientes con temperaturas bajas.

Variable dependiente: Concentración de hidrocarburos de petróleos

Variable independiente: Actividad biodegradativa de bacterias psicrotolerantes en

el proceso de bioremediación de suelos contaminados

V. OBJETIVOS

5.1. GENERAL:

Evaluar la eficacia de un consorcio bacteriano psicrotolerante aislado en la

Antártida en la bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos de

petróleo, a nivel de terrarios.

5.2. ESPECIFICOS:

5.2.1. Seleccionar cepas bacterianas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas

competentes aisladas en la Base peruana “Machu Picchu” – Antártida para

el proceso de bioremediación.

5.2.2. Demostrar la actividad biodegradativa de un consorcio bacteriano

psicrotolerante.

5.2.3. Comparar la actividad degradativa sobre hidrocarburos de petróleo del

consorcio psicrotolerante con un consorcio control positivo, bajo las mismas

condiciones.

Page 37: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

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VI. MATERIALES Y MÉTODOS

6.1. MATERIAL BIOLÓGICO

Consorcio psicrotolerante: Cepas bacterianas hidrocarbonoclásticas aisladas a

partir de muestras de agua y suelo de la base peruana “Machu Picchu” –

Antártida, identificadas como:

- Pseudomonas putida (63Bb, 9Ab, 60Bf y 39 Bfa)

- Pseudomonas sp. (9Aa)

- Pseudomonas aeruginosa (63Ba)

- Aeromonas sp. (39Bfb)

- Stenotrophomonas rhizophila (116B)

- Paenibacillus lautus (95Fa y 95Fb)

Consorcio Control (+): Cepas bacterianas mesófilas con capacidad

hidrocarbonoclástica, aisladas de la zona Norte del Perú, Terán (En prensa,

2015) e identificadas como:

- Pseudomonas aeruginosa (68P y 202P)

- Bacillus subtilis (202G)

Suelo de cultivo procedente de zonas aledañas a la huaca de la Universidad

Nacional Mayor de San Marcos previamente caracterizado (Escalante, 2002)

Petróleo crudo procedente de la refinería “La Pampilla” previamente analizado

(Escalante, 2002)

Page 38: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

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6.2. MATERIALES DE LABORATORIO

6.2.1. MATERIALES DE VIDRIO,

PLASTICO Y OTROS

Viales de vidrio

Tubos de 10x75mm

Tubos de 13x100

Tubos de 16x150

Placas Petri

Matraces de 50 y 100 ml

Tubos de centrífuga de 50 ml

Frascos de 200 Ml

OTROS

Micropipetas

Tips

Membranas Millipore

Agua destilada

Papel Kraft

Algodón

Papel Aluminio

Espátulas

Recipientes de 1.5Kg

Bolsas

6.2.2. REACTIVOS

Parafina

Borra

Gasolina de 84oct

Cloruro de Sodio

Sulfato de Magnesio

Sulfato de Magnesio

heptahidratado

Sulfato de amonio

Fosfato dipotásico

Fosfato monopotásico

Fosfato disódico

Fosfato monosódico

Cloruro de Amonio

Cloruro de Calcio

Sulfato de sodio anhidro

Éter

Cloroformo

6.2.3. MEDIOS DE CULTIVO

Medio Mineral (Millis et al, 1978)

Cloruro De Sodio 0,85%

Caldo y Agar Tripticasa Soya

Agar Plate Count

6.2.4. EQUIPOS Y APARATOS

Centrífuga.

Horno esterilizador

Espectrofotómetro

Autoclave

Soxhlet

Retorta

Baño María

Equipo de filtración

Balanza

Page 39: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

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6.3. MÉTODOS

6.3.1. Determinación del perfil degradativo de cepas bacterianas psicrotolerantes.

Existen 13 cepas aisladas a partir de muestras de agua y suelo de la base peruana

“Machu Picchu” ubicada en la ensenada Mackellar, Bahía del Almirantazgo - Isla Rey

Jorge en la Antártida, de las cuales se conoce su perfil degradativo frente a crudo de

petróleo, gasolina de 84 octanos, parafina y borra (Gutiérrez et al, 2013), así mismo,

fueron identificadas mediante la amplificación del gen RNAr 16S como Pseudomonas

putida (63Bb, 79 Afa, 9Ab, 60Bf y 39 Bfa), Lysinibacillus sp (9Ac y 79Afb),

Pseudomonas sp. (9Aa), Pseudomonas aeruginosa (63Ba), Aeromonas sp. (39Bfb),

Stenotrophomonas rhizophila (116B) y Paenibacillus lautus (95Fa y 95Fb), (Hospinal et

al, 2014).

Se determinó el perfil degradativo de este banco de cepas para confirmar lo obtenido

por Gutierrez et al. (2013), para lo cual se reactivó cada cepa en caldo tripticasa soya

(TSB) se incubó por 24 h., este cultivo se centrifugó a 5 000 RPM por 15 min., se lavó

y resuspendió en solución salina (SS) alcanzando ajustando a 0.5 McFarland ó 0.08 -

0.1 de Densidad Óptica (D.O.) a 600 nm, luego de ello se extrajo 1 mL de cada cepa

resuspendida y se inoculó, por triplicado, en 4 tubos, cada uno con 9 mL de Medio

Mineral (Millis et al., 1978) y un hidrocarburo, respectivamente (crudo de petróleo,

gasolina de 84 octanos, parafina y borra). Los tubos se incubaron a 4 - 5ºC por 21

días, se determinó el perfil degradativo de cada cepa dependiendo de la turbiedad

evidente que se presentaba en cada uno de los tubos con hidrocarburo.

6.3.2. Prueba de antagonismo:

El ensayo se realizó por dos métodos, Inhibición por el método de bicapa

(Dopazo et al., 1988) y una adaptación de la prueba de CAMP original descrita por

Christie et al. (1944). En primer lugar, se reactivaron las cepas en 3 mL de caldo

Tripticasa Soya (TSB) y se incubaron a temperatura ambiente por 24 h.

Page 40: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

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Para el método de bicapa, 6 cepas reactivadas se sembraron por moteado sobre

una placa con agar tripticasa soya (TSA) se incubaron a una temperatura de 5°C por 5

días, al cabo de ese tiempo la placa se expuso a vapores de cloroformo por 1 hora.

Por otro lado, se inoculó 50 μL de la cepa testigo ajustada a 0.5 McFarland (0.08 - 0.1

D.O. a 600 nm) en 5 mL TSA semisólido, esto se vertió a la placa y se incubó a 5°C

por 5 - 7 días. De la misma manera se realizó para el resto de las cepas. Para el

segundo método se sembró la cepa testigo de forma horizontal en la parte inferior de

una placa con TSA, las seis cepas fueron sembradas en forma de trazo vertical a lo

largo de la placa y se incubó a 5°C por 5 - 7 días.

6.3.3. Preparación del inóculo psicrotolerante y control positivo [Control (+)]

Las cepas integrantes del consorcio bacteriano tanto el psicrotolerante como

el control (+) se reactivaron por separado en 5 mL de caldo Tripticasa Soya (TSB) y se

hizo el escalamiento hasta 50 mL, se incubó 24 horas; este cultivo se centrifugó a 5

000 RPM por 15 min., se lavó con solución salina (SS) y se resuspendió en 15 ml de

SS para las cepas psicrotolerante y en 45 mL para las cepas del consorcio mesófilo

usado como control (+), 2 mL de cada resuspensión fue utilizada para la lectura en

espectrofotómetro para la determinación de biomasa a inocular. Se inoculó un

volumen de 130 mL que corresponde a 10% del volumen del terrario (1.3 Kg de suelo)

para cada grupo de bacterias [psicrotolerante y control (+)].

Se determinó la cantidad de biomasa (g/L) de cada consorcio que se inoculó a los

terrarios, tomando como referencia una curva de calibración (ver anexos 5 y 6)

El recuento de la población bacteriana total se realizó por método de Recuento en

Placa.

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31

6.3.4. Construcción de los terrarios de experimentación.

Se acondicionaron 3 terrarios o recipientes de 1,5 Kg de capacidad con las

siguientes dimensiones 23 cm de largo x 12 cm de ancho x 8 cm de profundidad, los

cuales fueron de plástico o vidrio según Vasudevan y Rajaram (2001).

Se introdujeron 1.3 Kg de suelo caracterizado en cada uno de los terrarios, se adicionó

intencionalmente crudo de petróleo 5% (p/p), para posteriormente evaluar el proceso

de bioremediación a los 30, 60, 90, 120, 150 y 180 días a una temperatura de 5°C.

Para preparar el soporte suelo, se procedió de la siguiente manera:

El suelo fue tamizado para separar restos vegetales y piedras a través de mallas de

2 mm para obtener un material homogéneo, luego se esterilizó en autoclave a 121°C

por 15 min, para luego inocular el petróleo previamente esterilizado y finalmente se

obtuvo una tierra lista para ser acondicionada en los terrarios (Tabla 3)

Tabla 3. Composición de cada terrario.

TERRARIOS SUELO + PETRÓLEO 5% p/p*

INÓCULO DE CONSORCIO

BACTERIANO

Control Abiótico 1.3 kg ---

Consorcio Control (+) 1.3 kg 130 mL

Consorcio Psicrotolerante

1.3 kg 130 mL

*Se determinó la densidad del crudo de petróleo para hallar la cantidad exacta de

petróleo que fue añadido: ppetróleo..= 0.855 g/mL , mL pet/Kg 42.75 mL/Kg .

Cantidad de petróleo que se añadió a 1.3 Kg de suelo: 55.575 mL

6.3.5. Evaluación del proceso de bioremediación

El tiempo total en el que se llevó a cabo el experimento en terrario fue de 180 días

a una temperatura de 5°C y se evaluaron los siguientes parámetros:

Page 42: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

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Recuento de bacterias aerobias totales

Recuento de bacterias degradadoras de hidrocarburos (oleofílicas)

pH

Humedad

Temperatura ambiental de trabajo.

Concentración de hidrocarburos totales

6.3.5.1. Recuento de bacterias aerobias totales (Merino, 1998)

Se pesaron 10 g de la muestra de suelo y se agregaron a 90 ml de solución

salina al 0,85% (dilución 10–1), luego se realizaron diluciones hasta 10-6 en tubos

con 9 mL con solución salina, de todas las diluciones se extrajo 1 mL y se sembró

por incorporación con Agar Plate Count (APC), por duplicado.

Se incubaron las placas a 4 - 5ºC por 7 días y se realizó el recuento

correspondiente.

6.3.5.2. Recuento de bacterias oleofílicas (Merino, 1998)

Se pesaron 10 g de la muestra de suelo y se agregaron a 90 ml de solución

salina al 0,85% (dilución 10–1), luego se realizaron diluciones hasta 10-6 en tubos

con 9 mL de solución salina.

De todas las diluciones se extrajo 1mL y se vertieron en 9 mL de Medio Mineral por

triplicado (Millis et al., 1978). Se incubaron los tubos a 4 - 5ºC por 21 días, se

realizó la lectura correspondiente y se reportó resultados por el método NMP.

6.3.5.3. Medición del pH (Calderón et al.,1999; modificado, 2014)

Se mezclaron 5 g de suelo de cada terrario con 50 mL de agua destilada y se

centrifugó a 10 000 RPM por 30 min, se midió el pH de la solución acuosa

sobrenadante empleando un potenciómetro HANNA. Las mediciones se realizaron

cada 30 días durante todo el proceso.

Page 43: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

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6.3.5.4. Medición de la humedad (Schmugge et al., 1980)

Se obtuvieron muestras de 25 g de suelo, se secaron a 105ºC por una hora, se

pesaron para la medición de humedad cada 30 días y finalmente se aplicó la

siguiente fórmula:

W (%) =

Donde:

Mh = peso recipiente más la muestra de suelo húmedo (g.)

Ms = peso recipiente más la muestra de suelo seca (g.)

Mr = peso recipiente

Además, cada 5 días se añadieron 100 mL de SS estéril a cada terrario, para

mantener los niveles óptimos de humedad y al mismo tiempo se removió para

proveer de oxígeno.

6.3.5.5. Medición de la temperatura del suelo

Se midió la temperatura del suelo de cada terrario durante la totalidad del

proceso en intervalos de 30 días, con un termómetro calibrado de -10°C – 100°C

6.3.5.6. Cuantificación de hidrocarburos

Método gravimétrico

Los hidrocarburos de cada muestra se cuantificaron en SOXHLET de acuerdo

con el método 3540 EPA (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos,

1996), que consiste en mezclar 25 g de muestra con 25 g de sulfato de sodio

anhidro para eliminar el agua remanente y proceder a la extracción de

hidrocarburos por SOXHLET utilizando como solvente éter etílico a una

temperatura constante de 60°C durante doce horas. Después se mantuvo el

matraz abierto en baño maría a 60°C por una hora hasta la completa evaporación

Page 44: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

34

del solvente, finalmente se cuantificó los hidrocarburos extractables por diferencia

de pesos.

Este procedimiento se realizó cada 30 días durante todo el tiempo de

experimentación (180 días), incluyendo el tiempo inicial (to)

Método de saturación de fluidos

Se cuantificaron los hidrocarburos de cada muestra de terrario por la técnica de

RETORTA especificado en la norma API RP40 (American Petroleum Institute,

1998), donde mediante el calentamiento de la muestra se obtiene la medición de los

volúmenes de agua y petróleo expulsados. La muestra se trituró y se pesaron 100 g

antes de colocarla en la retorta. Luego, se calentó hasta 650°C (1200°F), proceso

durante el cual los fluidos se evaporan, se recolectan, se condensan y se separan

al cabo de 2 horas. Los volúmenes de agua y petróleo se midieron directamente,

obteniendo porcentaje de agua y petróleo en la probeta graduada, sin embargo, se

necesitan correcciones para dar cuenta de las alteraciones producidas en el

petróleo.

Finalmente aplicando la siguiente formula con el factor de conversión, se obtiene la

concentración de HTP en ppm o en mg de HTP por cada Kg de suelo

HTP (Aceites y Grasas) =

Este proceso se realizó al finalizar la experimentación (180 días) tomando

muestras finales de cada terrario, e irradiándolas con luz UV por 30 min con la

finalidad de eliminar las bacterias por motivos de tiempos de evaluación, por otro

lado, se obtuvo una réplica de la muestra inicial del proceso (To) para el análisis y

comparación de resultados.

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VII. RESULTADOS

7.1. Consorcio bacteriano Psicrotolerante

7.1.1. Determinación del perfil degradativo

El perfil degradativo de las trece cepas antárticas realizado se verifica en la Tabla 4,

obteniendo como resultado que todas las cepas degradan la mayoría de hidrocarburos

a los cuales fueron sometidas y confirmando lo obtenido por Gutirérrez et al. (2013).

Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas aisladas en la Base peruana Machu Picchu - Antártida.

CEPAS CRUDO PETRÓLEO

GASOLINA PARAFINA BORRA

Pseudomonas sp. (9Aa) + + + + Pseudomonas putida (9Ab) + + + + Lysinibacillus sp.(9Ac) - - - + Paenibacillus lautus (95Fa) + + + + Paenibacillus lautus (95Fb) + + + + Pseudomonas putida(60Bf) + + + + Pseudomonas putida (79Afa) - - - + Lysinibacillus sp. (79Afb) - - + + Pseudomonas putida (39Bfa) + - + + Aeromonas sp. (39Bfb) + + + + Pseudomonas aeruginosa (63Ba) + + + + Pseudomonas putida (63Bb) + + + + Stenotrophomonas rhizophila (116B) + + - +

7.1.2. Pruebas de Antagonismo de las cepas bacterianas psicrotolerantes

Las pruebas de inhibición por ambos métodos se realizaron a temperatura fría

(5°C), obteniendo como resultado que no existe comportamiento antagónico entre

ellas; concluyendo que es posible que conformen un consorcio bacteriano, como se

puede apreciar en la Tabla 5 y Tabla 6. Además, que tres de las cepas, Lysinibacillus

sp (9Ac), Pseudomonas putida (79Afa) y Lysinibacillus sp (79Afb) no mostraron

crecimiento alguno bajo ninguno de los dos métodos (ver anexos 2 y 3).

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Tabla 5. Interpretación cualitativa de la prueba de antagonismo por adaptación de la prueba de CAMP

Cepas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1. Pseudomonas sp.(9Aa) - NC - - - NC NC - - - - - 2. Pseudomonas putida (9Ab) - NC - - - NC NC - - - - - 3. Lysinibacillus sp (9Ac) NC NC NC NC NC NC NC - - - - - 4. Paenibacillus lautus (95Fa) - - NC - - NC I - - - - - 5. Paenibacillus lautus (95Fb) - - NC - I - I - - - - - 6. Pseudomonas putida(60Bf) - - NC - - NC NC - - - - - 7. Pseudomonas putida

(79Afa) NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC

8. Lysinibacillus sp (79Afb) NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC 9. Pseudomonas putida

(39Bfa) - - I - - - - NC - - - -

10. Aeromonas sp. (39Bfb) - - NC - - - NC NC - - - - 11. Pseudomonas aeruginosa

(63Ba) - - NC - - I NC NC - - - -

12. Pseudomonas putida

(63Bb) - - NC - - - NC NC - - - -

13. Stenotrophomonas

rhizophila (116B) - - NC - - - NC - - - - -

- No presentan inhibición de crecimiento I Inhibición NC No presentan crecimiento a 5°C

Tabla 6. Interpretación cualitativa de la prueba de antagonismo por el método Bicapa

Cepas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1. Pseudomonas sp.(9Aa) - NC - - - NC NC - - - - - 2. Pseudomonas putida (9Ab) - NC - - - NC NC - - - - - 3. Lysinibacillus sp (9Ac) NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC 4. Paenibacillus lautus (95Fa) - - NC - - NC NC - - - - - 5. Paenibacillus lautus (95Fb) - - NC - - NC NC - - - - - 6. Pseudomonas putida(60Bf) - - NC - - NC NC - - - - - 7. Pseudomonas putida

(79Afa) NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC

8. Lysinibacillus sp (79Afb) NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC 9. Pseudomonas putida

(39Bfa) - - NC - - - NC NC - - - -

10. Aeromonas sp. (39Bfb) - - NC - - - NC NC - - - - 11. Pseudomonas aeruginosa

(63Ba) - - NC - - - NC NC - - - -

12. Pseudomonas putida

(63Bb) - - NC - - - NC NC - - - -

13. Stenotrophomonas

rhizophila (116B) - - NC - - - NC NC - - - -

- No presentan inhibición de crecimiento I Inhibición NC No presentan crecimiento a 5°C

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Cabe resaltar que, para realizar las pruebas de antagonismo, todas las cepas fueron

reactivadas en Caldo tripticasa soya e incubadas a temperatura ambiente por 24h.,

mostrando un crecimiento notable, lo cual confirma que estas cepas son

psicrotolerantes más no psicrófilas.

7.1.3. Preparación del inóculo Psicrotolerante

Se evaluó el crecimiento de las cepas a 5°C durante 360 h. (14 días) por densidad

óptica (D.O.) en el espectofotómetro, los resultados se observan en la Figura 5, donde

se puede apreciar claramente que tres de las cepas psicrotolerantes, Lysinibacillus sp

(9Ac.), Pseudomonas putida (79Afa) y Lysinibacillus sp (79Afb.), no presentaron un

crecimiento óptimo a tales condiciones, concordando con lo obtenido en las pruebas

de inhibición (ver anexo 4).

Finalmente se seleccionaron solo las diez cepas restantes para conformar el consorcio

psicrotolerante.

Figura 5. Lecturas de D.O. del crecimiento bacteriano a 5°C durante 360 h. (14días)

0.015

0.03

0.06

0.12

0.24

0.48

0.96

1.92

3.84

7.68

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360

Horas

Crecimiento bacteriano a 5°C

9Aa

9Ab

9Ac

95Fa

95Fb

39Bfa

39Bfb

79Afa

79Afb

63Ba

63Bb

60Bf

116B

Biomasa (DO620nm)

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38

Estas cepas conformaron el consorcio psicrotolerante y de ellas se obtuvo la biomasa

que se inoculó al terrario.

Se inocularon 130 mL a una concentración de 24,8501 mg/mL, volumen que

corresponde al 10% del contenido total de suelo en el terrario que son 1.3 Kg de tierra,

se halló la velocidad de crecimiento (μ) de cada cepa (Tabla 7)

Para precisar la biomasa inoculada (BM), se determinó la cinética de cada cepa

(mg/mL - tiempo), como se muestra en la Figura 6, en función de curvas de calibración

de cada género bacteriano (ver anexo 5).

Tabla 7. Biomasa inoculada de cada cepa del consorcio bacteriano psicrotolerante.

CEPA D.O. final BM (mg/mL) μ (h-1)

1 Pseudomonas sp. (9Aa) 0.748 1.2248 0.0209

2 Pseudomonas putida (9Ab) 0.6 0.9543 0.0184

3 Pseudomonas putida (60Bf) 0.892 1.4880 0.0184

4 Pseudomonas putida (39Bfa) 0.816 1.3491 0.0184

5 Pseudomonas putida (63Bb) 0.892 1.4880 0.0184

6 Pseudomonas aeruginosa (63Ba) 0.636 1.0201 0.0254

7 Stenotrophomonas rhizophila (116B) 0.522 0.8117 0.0170

8 Aeromonas sp. (39Bfb) 1.708 7.3964 0.0214

9 Paenibacillus lautus (95Fa) 1.264 4.8461 0.0168

10 Paenibacillus lautus (95Fb) 1.124 4.2716 0.0168

Total de biomasa inoculada

24.8501 mg/mL 3.2305 g/130mL

Page 49: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

39

u

Figura 6. Curvas de crecimiento del consorcio psicrotolerante: 6a. Pseudomonas sp, 6b. Pseudomonas putida, 6c. Pseudomonas aeruginosa, 6d. Aeromonas sp ,6e Paenibacillus lautus,6f Stenotrophomonas rhizophila

u=0.0209 u=0.0154

u=0.0254

u=0.0214

u=0.0168

u=0.0170

6a.

6e.

6d. 6c.

6b.

6f.

Page 50: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

40

7.2. Consorcio bacteriano control (+).

Se eligieron tres cepas con capacidad degradativa de hidrocarburos, aisladas en la

zona norte del Perú. La biomasa bacteriana inoculada fue de 1.8634 g en 130 mL que

corresponde al 10% del volumen total del suelo (1.3 Kg) en el terrario, y también se

halló la velocidad de crecimiento de cada cepa control positivo. (Tabla 8).

Tabla 8. Biomasa inoculada por cepa del consorcio bacteriano control (+)

CEPA BM (mg/mL) μ (h-1)

Pseudomonas aeruginosa (68P) 4.223 0.0533

Pseudomonas aeruginosa (202P) 4.773 0.0533

Bacillus subtilis (202G) 5.338 0.3841

Total de biomasa inoculada 14.334 mg/mL 1.8634 g/130mL

De la misma manera se obtuvo la biomasa bacteriana de este consorcio inoculado al

terrario con la ayuda de curvas de crecimiento de ambos géneros como se aprecia en

la Figura 7, tomando como referencia curvas de calibración (ver anexo 6).

Figura 7. Curvas de crecimiento de las cepas del consorcio control (+): 7a. Bacillus subtillis (202G) 7b. Pseudomonas aeruginosa (68P,202P)

u=0.0168 u=0.0533 u=0.3841

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41

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0 30 60 90 120 150 180

% H

um

edad

Tiempo (Días)

Porcentaje de Humedad

TA

TC+

TP

7.3. Evaluación del proceso de bioremediación

7.3.1. Parámetros fisicoquímicos. Los parámetros físico-químicos controlados

fueron porcentaje de humedad, pH y temperatura de cada terrario en intervalos de 30

días, En la Figura 8 se observa que el porcentaje de humedad del suelo de cada

terrario se encontró en un rango de 12.405 - 25.81%. En el terrario psicrotolerante la

humedad se mantiene constante mientras que en los otros dos, la humedad fluctúa

considerablemente cada 30 días. El mayor porcentaje de humedad se registró en el

terrario control (+) y el menor en el terrario abiótico.

En cuanto al pH del suelo, éste se mantuvo entre 5.5 y 6.9 en todo el proceso de

evaluación, habiendo variaciones mínimas como se observa en la Figura 9.

Respecto a temperatura, los valores son similares en los tres terrarios de

experimentación según la Figura 10, ya que el proceso de bioremediación se llevó a

cabo a temperatura constante, el cual registró temperaturas entre 4 y 5 °C.

TA: Terrario abiótico TC + : Terrario control (+) TP: Terrario psicrotolerante

Figura 8. Porcentaje de humedad

Page 52: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

42

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

0 30 60 90 120 150 180

Tem

p (

°C)

Tiempo (Días)

Temperatura (°C)

TA

TC+

TP

TA: Terrario abiótico TC + : Terrario control (+) TP: Terrario psicrotolerante

Figura 9. Medición de pH

TA: Terrario abiótico TC + : Terrario control (+) TP: Terrario psicrotolerante

Figura 10. Medición de la Temperatura

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0 30 60 90 120 150 180

pH

Tiempo (Días)

Medición del pH

TA

TC+

TP

Page 53: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

43

7.3.2. Recuento bacteriano aerobio y oleofílico en los terrarios de

experimentación. El proceso de bioremediación experimental se ejecutó durante 180

días en los cuales se observó el aumento de la población bacteriana tanto en el

terrario psicrotolerante como control (+), y por consiguiente se dio lugar a la

degradación de hidrocarburos.

La población bacteriana aerobia de los terrarios psicrotolerante y control (+) inicia

su fase exponencial a los 60 días de experimentación, la máxima cantidad de

población es notable en el terrario psicrotolerante al cabo de 120 días alcanzando 2.2

x 105 UFC/g y disminuye paulatinamente en el tiempo al igual que el terrario control

(+); sin embrago, este último manifiesta un incremento poblacional a partir de los 150

día. Por otro, en el terrario control abiótico se observa que la población bacteriana

aerobia se mantiene en niveles bajos hasta los 120 días, tiempo a partir del cual se

observa un gran incremento en la población (Figura 11).

En cuanto a la población de bacterias oleofílicas plasmada en la Figura 12, es

evidente el crecimiento de la población del consorcio psicrotolerante desde el tiempo

cero (to) hasta el día 120, alcanzando hasta 4.3 x 104 NMP/g , al igual que el consorcio

control (+) que alcanzó 1.5 x104 NMP/g ; al cabo de este tiempo ambos consorcios

iniciaron su descenso poblacional. En el caso del terrario control abiótico, no se

registró crecimiento poblacional bacteriano.

Page 54: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

44

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

0 30 60 90 120 150 180

Bac

tari

as a

ero

bia

s ln

UF

C/g

Tiempo (dias)

Recuento Bacterias Aerobias

T.Abiótico T. Control (+) T. Psicrotolerante

Figura 11. Recuento de bacterias aerobias en los terrarios de experimentación

Figura 12. Recuento de bacterias oleofílicas en los terrarios de experimentación

0

2

4

6

8

10

12

0 30 60 90 120 150 180

Bac

eria

s o

leo

filic

as l

n N

MP

/g

Tiempo(dias)

Recuento Bacterias oleofílicas

T. Abiótico T. Control (+) T. psicrotolerante

Page 55: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

45

7.3.3. Cuantificación de la concentración de Hidrocarburos

Método Gravimétrico (3540 EPA - SOXHLET). La cuantificación de la

concentración de hidrocarburos se realizó bajo el método 3540 – EPA.

En la Figura 13 se muestra la concentración inicial de HTP en cada uno de los

terrarios fue de 1.1064 g/25gs, a partir de los 30 días la concentración fue

disminuyendo hasta alcanzar 0.4601 g/25gs en el terrario psicrotolerante y 0.6937

g/25gs en el terrario control (+) al cabo de 180 días

Así mismo en la Figura 14 se evidencia que el porcentaje de reducción de

HTP fue notable pasados los 30 días tanto en el terrario psicrotolerante como en

el terrario control (+). En el terrario psicrotolerante se evidenció un porcentaje de

reducción final de hasta 58.41%, mientras que en el terrario control (+) fue de

37.30%, resultados atribuidos a la productividad de las bacterias

hidrocarbonoclásticas en 180 días de experimentación, por otro lado, en el terrario

control abiótico se muestra una minina reducción de 11.96% en 180 días.

Page 56: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

46

Figura 13. Reducción de la concentración de HTP en 180 días en cada terrario de experimentación

Figura 14. Porcentaje de reducción de HTP en 180 días en cada terrario de experimentación

1.1020 1.0950

1.0271 0.9873 0.9743 0.9741 1.1013

0.7655 0.7347

0.7 0.6943 0.6937

1.1064

1.0988

0.7557

0.5355

0.466 0.4622 0.4601

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

0 30 60 90 120 150 180

HT

P g

/25g

su

elo

Tiempo (dias)

Cuantificación de la Concentración de HTP

T. Abiótico T.Control (+) T. Psicrotolerante

0.00 0.40

1.03

7.17 10.76 11.94 11.96

0.00 0.46

30.81

33.60 36.73 37.25 37.30

0.00

0.69

31.70

51.60

57.88 58.22 58.41

-10.00

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

0 30 60 90 120 150 180

% d

e re

du

ccio

n d

e H

TP

Tiempo(días)

Porcentaje de Reducción de HTP en 180 días

T. Abiótico T. Control (+) T. Psicrotolerante

Page 57: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

47

Método Saturación de Fluidos (API RP 40 - RETORTA). Para obtener la

concentración de HTP mediante el método saturación de fluidos – Retorta, es

necesario analizar una muestra de suelo de cada uno de los terrarios, así en la

Tabla 9 se observan los resultados del análisis.

Tabla 9. Análisis de muestras de suelo por método de Saturación de fluidos – Retorta

MUESTRA PESO COPA

(g)

PESO COPA + MUESTRA HÚMEDA (g)

PESO MUESTRA

HÚMEDA (g)

VOL ACEITE

(mL)

VOL. AGUA (mL)

PESO COPA +

MUESTRA SECA (g)

BLANCO 319.02 389.30 70.28 0.6 4.0 383.24

T. ABIÓTICO 312.60 392.28 79.68 0.6 3.0 387.88

T. CONTROL(+) 312.64 392.42 79.78 0.5 8.2 381.35

T. PSICROT. 312.77 388.83 76.06 0.4 6.0 380.11

Aplicando la formula y factor de conversión previamente descritos, se obtiene la

concentración de HTP en ppm o en mg de HTP por cada Kg de suelo (Tabla 10).

Tabla 10. Concentración de HTP en cada terrario al cabo de 180 días

MUESTRA HTP (aceites y

grasas) HTP (mg/Kg de suelo o ppm)

REDUCCIÓN %REDUCCIÓN

BLANCO (to d.) 0.72 720 0 0

T. ABIÓTICO (t180d.) 0.63 630 90 12.50

T. CONTROL+ (t180d.) 0.53 530 190 26.39

T. PSICROT. (t180d.) 0.44 440 280 38.89

Page 58: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

48

Finalmente se realizó una comparación de la concentración final de Hidrocarburos

Totales de Petróleo en cada terrario por ambos métodos gravimétrico (SOXHLET) y

saturación de fluidos (RETORTA), teniendo en cuenta la concentración de crudo que

se inoculó al inicio del experimento, los resultados se consolidaron en la Tabla 11, en

la que se observa que los resultados de ambos métodos de cuantificación coinciden

en que la mayor reducción de HTP es evidente en el terrario psicrotolerante (58.41%

por Soxhlet y 42.86% por Retorta) y que en el terrario control abiótico la reducción es

escasa, cabe resaltar que los valores porcentuales no son numéricamente iguales; sin

embargo, cuantitativamente coinciden.

Tabla 11. Comparación de la concentración reducida final y porcentaje de reducción

de HTP por métodos gravimétrico (SOXHLET) y saturación de fluidos (RETORTA)

MET. GRAVIMÉTRICO (SOXHLET)

MET. SAT. FLUIDOS (RETORTA)

Terrario Días HTP g /25g suelo

%Reduc. HTP

HTP mg/Kg suelo

%Reduc. HTP

T. ABIÓTICO 0 0 0 0 0

180 0.1323 11.96 90 14.29

T. CONTROL(+) 0 0 0 0 0

180 0.4127 37.3 190 28.57

T. PSICROT. 0 0 0 0 0

180 0.6463 58.41 280 42.86

7.4. Análisis estadístico del porcentaje de reducción total de hidrocarburos

El incremento del porcentaje parcial de reducción se evidencia a través del tiempo en

los terrarios, especialmente en el terrario psicrotolerante; sin embargo, es conveniente

evaluar el proceso de remediación considerando la información de las variables como

tiempo en días, recuento de microorganismos aerobios totales y oleofílicos, pH,

humedad, temperatura y concentración de hidrocarburos totales, lo cual se muestra en

la Figura 15.

Page 59: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

49

jikj

Figura 15. Porcentaje parcial de reducción respecto a variables en evaluación: 15a.

Días, 15b. Bact. aerobias, 15c. Bact. oleofílicas, 15d. pH ,15e. Temperatura, 15f.Humedad.

15b. 15a.

15c. 15d.

15e.

Page 60: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

50

Retirando el día inicial

Como se observó en los resultados, los efectos del proceso de bioremediación

comenzaron a partir de los 30 días, por consiguiente, en el tiempo cero todas las

variables son iguales ya que no existe efecto alguno. Si se retira el día inicial, se

puede observar que existe efecto de los días sobre el porcentaje parcial de reducción

de HTP (Tabla 12) y es significativo (p-valor = 0,007).

Tabla 123. Análisis de varianza del porcentaje parcial de reducción HTP

FUENTE DE

VARIACIÓN

GRADOS DE

LIBERTAD

SUMA DE CUADRADOS

CUADRADOS MEDIOS

ESTADÍSTICA F

P-VALOR

Terrario 2 3929,81 1964,90 20,77 0.000

Días 5 2912,05 582,41 6,16 0.007

Error 10 945,956 94,60

Total 17 7787,81

Para determinar el efecto de los días se utilizó los contrastes por polinomios

ortonormales para determinar el grado del polinomio y se encontró que es cuadrático

(significativo, p-valor=0,023), lo cual se evidencia en la Tabla 13 y la Figura 16 donde

se observan tres curvas polinomiales paralelas una por cada terrario.

Tabla 43.Grado del polinomio asociado al porcentaje parcial de reducción HTP

POLINO- MIO

ESTIMA-CION.

ERROR TIP SIG

IC 95% INF

IC 95% SUP

Lineal 26,9 5,61 0,001 14,39 39,41

Cuadrát. -15,11 5,61 0,023 -27,63

-2,402

Cúbico 4,267 5,61 0,465 -8,25 16,78

Grado 4 -0,522 5,61 0,928 -13,03 11,99

Grado 5 0,342 5,61 0,953 -12,17 12,85

Figura 16. Promedio de porcentaje parcial de reducción HTP según días y terrarios.

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51

Para evaluar el proceso de bioremediación a través del porcentaje parcial de

reducción se ha considerado dos modelos de regresión para cada una de las

bacterias.

El primer modelo de regresión múltiple es para explicar la relación entre el

porcentaje parcial de reducción HTP y el tiempo dado en días, temperatura, pH,

humedad y bacterias aerobias totales de cada terrario, es decir,

88776655443322110

xbxbxbxbxbxbxbxbby

Donde:

y : Porcentaje parcial de reducción de HTP

x1: Tiempo (días)

x2: Temperatura (°C)

x3: pH

x4: Humedad (%)

x5: Bacterias aerobias (UFC/g)

x6: Terrario abiótico

x7: Terrario control (+)

x8: Terrario psicrotolerante

876543210,,,,,,,, bbbbbbbbb : Coeficientes de regresión asociados a

87654321,,,,,, xxxxxxxx respectivamente.

Utilizando el criterio paso a paso de selección de variables (ver anexo 1) se

seleccionaron las bacterias aerobias, días y terrario abiótico que influyen en el

porcentaje parcial de reducción de HTP, el modelo es significante al 5% para rechazar

la hipótesis nula que ninguna de las variables influye. (Tabla 14). Las variables pH,

temperatura, humedad han sido excluidas por no tener significancia estadística en el

modelo.

Page 62: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

52

El ajuste del modelo es muy bueno, el 91.9% del porcentaje parcial de reducción de

HTP es explicado por las variables: tiempo, bacterias aerobias totales y terrario

abiótico.

Tabla 54. Análisis de varianza del porcentaje parcial de reducción de HTP según tiempo, bacterias aerobias totales y terrario abiótico

FUENTE DE VARIACIÓN

GRADOS DE LIBERTAD

SUMA DE CUADRADOS

CUADRADOS MEDIOS

ESTADÍSTICA F

P-VALOR

Modelo 3 19091,47 6363,82 69,08 0.000

Error 15 1381,78 92,12

Total 18 20473,25

Coeficiente de determinación ajustado = 0.919

Posteriormente, al evaluar la hipótesis nula que cada coeficiente de regresión

(bi) asociada a la variable (xi) es cero, frente a la hipótesis alternativa que es diferente

de cero, se rechaza y se concluye que el número de bacterias aerobias, tiempo y

terrario abiótico influyen en el porcentaje parcial de reducción de HTP y por

consiguiente activan el proceso de bioremediación (Tabla 15)

Tabla 15. Evaluación de los coeficientes del modelo de regresión del % parcial de

reducción HTP según tiempo, bacterias aerobias totales y terrario abiótico

Modelo

Coeficientes no estandarizados

Coeficientes tipificados

t Sig. B Error típ. Beta

Tiempo ,247 ,028 ,856 8,918 ,000

Bacterias Aerobias(UFC/g)

,000 ,000 ,327 3,985 ,001

Terrario abiótico -18,812 4,872 -,322 -3,861 ,002

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53

El modelo final ajustado para el porcentaje parcial de reducción de HTP normalizado

está dado por la siguiente ecuación:

abióticoterrarioaeróbiasbactiempoy _*322,0_*327,0*856,0

Dado que terrario abiótico toma dos valores 1 y 0, 1; cuando se trata del terrario

abiótico y 0 cuando se trata de los terrarios control (+) o psicrotolerante, el signo de la

variable terrario abiótico es negativo debido a que en este terrario no se da lugar a una

reducción de hidrocarburos por acción bacteriana sino más bien por otros factores los

cuales deben ser restados del efecto netamente bacteriano, por consiguiente se deben

considerar dos modelos.

Modelos para el terrario abiótico

322,0__*327,0*856,0 totalesaeróbiasbactiempoy

Modelo para los terrarios control (+) o psicrotolerante

totalesaeróbiasbactiempoy __*327,0*856,0

El segundo modelo de regresión múltiple es para explicar la relación entre el

porcentaje parcial de reducción HTP y el tiempo dado en tiempo, temperatura, pH,

humedad, bacterias oleofílicas en los terrarios, es decir

88776655443322110

xbxbxbxbxbxbxbxbby

Donde:

y : Porcentaje parcial de reducción de HTP

x1: Tiempo (días)

x2: Temperatura (°C)

x3: pH

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54

x4: Humedad(%)

x5: Bacterias oleofílica (NMP/g)

x6: Terrario abiótico

x7: Terrario control (+)

x8: Terrario psicrotolerante

876543210,,,,,,,, bbbbbbbbb : Coeficientes de regresión asociados a

87654321,,,,,, xxxxxxxx respectivamente.

Utilizando el criterio paso a paso de selección de variables (ver anexo 1), fueron

seleccionadas las bacterias oleofílicas, tiempo y terrario que influyen en el porcentaje

parcial de reducción de HTP, el modelo es significante al 5% para rechazar la hipótesis

nula que ninguna de las variables influye (Tabla 16). Las variables pH, temperatura,

humedad han sido excluidas por no tener significancia estadística en el modelo.

El ajuste del modelo es muy bueno, el 91.2% del porcentaje parcial de reducción de

HTP es explicado por las variables, días, bacterias oleofílicas y terrario abiótico.

Tabla 66. Análisis de varianza del porcentaje parcial de reducción de HTP según tiempo, bacterias oleofílicas y terrario abiótico

FUENTE DE VARIACIÓN

GRADOS DE LIBERTAD

SUMA DE CUADRADOS

CUADRADOS MEDIOS

ESTADÍSTICA F

P-VALOR

Modelo 3 18964,53 6321,51 62,85 0,000

Error 15 1508,72 100,58

Total 18 20472,25

Coeficiente de determinación ajustado = 0.912

Posteriormente, al evaluar la hipótesis nula que cada coeficiente de regresión

(bi) asociada a la variable (xi) es cero frente a la hipótesis alternativa que es diferente

de cero, se rechaza y se concluye que las bacterias oleofílicas, tiempo y terrario

abiótico influyen en el porcentaje parcial de reducción de HTP y por lo tanto activan el

proceso de bioremediación (Tabla 17)

Page 65: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

55

Tabla 177. Evaluación de los coeficientes del modelo de regresión del porcentaje parcial de reducción de HTP según tiempo y bacterias oleofílicas

Modelo

Coeficientes no

estandarizados

Coeficientes

tipificados t Sig.

B Error típ. Beta

Tiempo ,256 ,028 ,886 9,115 ,000

Terrario abiótico -19,637 5,044 -,336 -3,893 ,001

Bacterias oleofílicas(NMP/g)

7,117E-5 ,000 ,303 3,645 ,002

El modelo final ajustado para el porcentaje parcial reducción HTP normalizado está

dado por la siguiente ecuación.

_*336,0_*303,0*886,0 abióticoterrariosoleofílicabactiempoy

Dado que terrario1 toma dos valores 1 y 0, 1; cuando se trata del terrario abiótico y 0

cuando se trata de los terrarios control (+) o psicrotolerante, el signo de la variable

terrario abiótico es negativo debido a que en este terrario no se da lugar a una

reducción de hidrocarburos por acción bacteriana sino más bien por otros factores los

cuales deben ser restados del efecto netamente bacteriano, por consiguiente, se

deben considerar dos modelos.

Modelos para el terrario abiótico

336,0_*303,0*886,0 soleofílicabactiempoy

Modelo para los terrarios control (+) o psicrotolerante

soleofilicabactiempoy _*303,0*886,0

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VIII. DISCUSIÓN

Temperatura, humedad y pH

La degradación de hidrocarburos de ambientes cuyas temperaturas oscilan

entre los 0ºC – 10°C es más complicada ya que el metabolismo de los

microorganismos se ralentiza y la solubilización de los HTP disminuye (Margesin y

Shinner., 2002). A pesar de estas limitaciones, la degradación de hidrocarburos se

produce en ambientes de bajas temperaturas y existen reportes que indican que la

actividad biodegradativa no cesa a temperaturas bajo cero hasta -6°C (Thomassin-

Lacroix et al, 2002; Rike et al, 2003).

Este trabajo se realizó a una temperatura de 5°C obteniendo una notable reducción de

hidrocarburos, aunque Whyte et al. (1999), ha demostrado que la biodegradación de

hidrocarburos en suelo a temperaturas elevadas (23°C) es mayor que a temperaturas

bajas (5°C), de igual manera, Mohn y Stewart (2000) informaron que la degradación de

hidrocarburos no fue afectada en un rango de temperaturas entre 7 y 22°C. Por otro

lado, la temperatura de trabajo debía ser controlada y es por ello que los terrarios

fueron incubados en una refrigeradora, además que el suelo que se utilizó en este

trabajo posee textura arenosa y presenta una baja conductividad térmica como lo

indica, Jimenez y Lhomme (1990), logrando mantener una temperatura entre 4 y 5°C

durante todo el tiempo de evaluación.

Existen bacterias adaptadas a estas condiciones que hacen posible la degradación,

como Pseudomonas y Sphingomonas quienes han sido identificadas como bacterias

degradadoras de hidrocarburos en la Antártida por Aislabie et al. (2000); igualmente

Baranieck et al. (2002) reportaron que Sphingomonas sp. cepa Ant 17 tuvo un óptimo

crecimiento a temperatura baja teniendo como única fuente de carbono, combustible

de aviones.

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El terrario control (+) estuvo conformado por bacterias aisladas de un ambiente con

temperatura mayor a los 20°C y a pesar de ello mostraron una notable reducción de

hidrocarburos bajo las condiciones de 5°C, confirmando que estas cepas también son

psicrotolerantes como lo definen Aislabie et al. (2000) en un artículo las bacterias

psicrotolerantes son aquellas cuya temperatura óptima es superior a los 20ºC pero son

capaces de sobrevivir cerca o por debajo de los 0 ºC. y algunas especies, cuyo

crecimiento se desarrolla en ambientes que permanentemente están por debajo de los

5ºC, se llaman psicrófilas

Finalmente, de acuerdo con Simarro (2012), la temperatura es un factor que

difícilmente se puede controlar o manipular en proyectos de aplicación in situ, es por

ello que es importante elaborar un estudio previo bajo las condiciones del ecosistema

afectado, en los que se puede estudiar qué otros factores deben ser modificados para

suplir las desventajas de la temperatura, como puede ser, inocular cepas bacterianas

adaptadas a las bajas temperaturas, aumentar el oxígeno o adicionar nutrientes, esta

cuestión es especialmente importante en la Antártida, ya que el Sistema del Tratado

Antártico prohíbe la introducción de organismos alóctonos. Por otro lado, Eriksson et

al. (2001), resaltan que los suelos antárticos están en constante actividad de

congelación-descongelación lo cual no inhibe la degradación de hidrocarburos, y esto

puede ser el resultado de cambios en la matriz física del suelo, lo cual incrementa la

biodisponibilidad de hidrocarburos.

Según Tarnocai y Campbell (2002), los suelos antárticos son típicamente

secos, poseen una textura gruesa y tienen baja capacidad de retención de agua ,

además Dibble y Bartha (1979), afirman que la contaminación de hidrocarburos puede

reducir aún más la capacidad de retención de agua de los suelos, ya que el

recubrimiento de aceite en la superficie de las partículas del suelo hace que este sea

más hidrófobo

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La humedad del suelo puede limitar de forma severa la biodegradación, según Diaz

(2011) y Topp (1993), un déficit de agua puede disminuir el transporte de nutrientes y

de contaminantes ya que el agua es un regulador importante de las actividades físicas,

químicas y biológicas en el suelo es por ello que se añadió, a cada terrario de

experimentación, 100 mL de agua destilada estéril cada 5 días para mantener los

niveles de humedad óptimos.

Los registros de humedad que se obtuvieron a lo largo del proceso bordean el 25%

como porcentaje máximo y a pesar de que Morgan y Watkinson (1989) afirman que los

suelos con capacidad de retener agua entre 50 y 80% son óptimos para la actividad

microbiana y para la biodegradación en este trabajo se lograron significantes niveles

de reducción de hidrocarburos al cabo de 180 días a una humedad que fluctúa entre

los 17 y 25% en el terrario psicrotolerante y los 15 a 25% en el terrario control (+) al

igual que Cando (2011) , quien afirmó que la humedad debe estar entre 12 y 30% para

un óptimo proceso de degradación de hidrocarburos por acción bacteriana.

En la Antártida, el pH del suelo oscila entre pH 6 (moderadamente ácido) en los

suelos del interior y pH 9 (altamente alcalino) en los suelos de las regiones costeras

(Aislabie et al., 2004), según los resultados obtenidos, el comportamiento del pH varía

a través del tiempo, alcanzando los mayores valores en el terrario psicrotolerante a

partir del día 60 de tratamiento (hasta pH=6.95), tiempo a partir del cual se evidenció

un aumento en la población bacteriana oleofílica psicrotolerante y por consiguiente una

mayor reducción de hidrocarburos. Así mismo, los valores de pH medidos durante el

proceso de bioremediación en el terrario psicrotolerante oscilaron entre 5.44-6.95 y en

el terrario control (+) entre 5.78 - 6.96, lo cual no concuerda con Aislabie et al. (1998)

y Whyte et al. (1999) que reportaron que la mineralización de hidrocarburos en suelos

polares se da a pH mayores o iguales a 7.4 - 9 y sin embargo Diaz (2011) , en su

ensayo de investigación registra valores promedio de pH de 6,5 al inicio del ensayo y

un pH de 5.95 al finalizar el experimento de bioremediación obteniendo una eficiencia

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significativa de eliminación de hidrocarburos en suelos antárticos, al igual que en este

trabajo que se evidenció la biodegradación de hidrocarburos en el suelo con valores

de pH inferiores a los reportados.

De acuerdo con Aislabie et al. (2006) la reducción de pH a los 150 días en el terrario

psicrotolerante y control (+), se debe posiblemente, a los ácidos húmicos generados

por descomposición bacteriana de la materia orgánica o a la acumulación de

metabolitos tales como ácidos alifáticos producidos durante la degradación de alcanos

Es importante mencionar que, en el terrario abiótico, las mediciones de pH del suelo

son menores respecto a los otros dos terrarios, y esto es atribuido a la ausencia de

microorganismos y a sus procesos metabólicos.

Aunque estadísticamente las variables pH, temperatura y humedad fueron excluidas

por no tener significancia en el modelo de este trabajo, la literatura afirma que estos

parámetros fisicoquímicos sí influyen en los procesos de bioremediación ya que son

factores que optimizan el desempeño microbiano degradante.

Biodegradación de hidrocarburos

Aislabie (2006), hace una recopilación de una serie de bacterias aisladas de suelos

polares previamente estudiadas por diferentes autores, cada una de estas con un perfil

degradativo distinto e indicando que la mayoría de cepas son Pseudomonas sp, quien

es uno de los géneros aislados más frecuentemente en ambientes contaminados

según Leahy y Colwell (1990), además de su conocida versatilidad metabólica

(Palleroni, 1995) y que se distribuye ampliamente en muchos entornos incluyendo

suelos antárticos (Vishniac, 1993). Pseudomonas putida ha sido reportada por Aislabie

et al. (2000) y Ma et al. (2006) como dominantes en suelos contaminados con

hidrocarburos alifáticos y HAP en áreas antárticas, así mismo, Vasudevan (2001),

realiza un ensayo de bioremediación de suelos en el que la degradación de crudo es

atribuida a un consorcio bacteriano psicrotolerante compuesto por Pseudomonas,

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Aeromonas sp y Bacillus sp, obteniendo resultados alentadores de hasta 40% de

reducción de HTP.

En este estudio se utilizó la Bioaumentación como técnica para recuperar suelos

contaminados, la cual es considerada una de las herramientas con mayor potencial

para aumentar la eficiencia de los procesos de bioremediación según Ruberto

et al. (2005) y Hosokawa et al. (2009). Particularmente en la Antártida, las extremas

condiciones ambientales exigen que las bacterias degradadoras estén adaptadas, no

sólo al estrés que representa la presencia de los contaminantes, sino también al estrés

causado por el clima. A esta situación se le suma el hecho de que la reglamentación

internacional prohíbe la introducción deliberada de cualquier especie no autóctona en

el continente antártico (RCTA XXXII, 2009). Por ello, cualquier proceso de

bioremediación en Antártida que deberá estar diseñado con bacterias obtenidas de la

microflora autóctona, las cuales representan la herramienta biológica ideal y obligada

en este tipo de procesos

En los ensayos de Margesin y Schinner (1997), El Fantroussi y Agathos (2005) y

Ruberto (2009), no se observaron mejoras significativas en la bioremediación

utilizando el bioaumento; sin embargo, Margesin et al. (2002) y Ruberto et al. (2006),

sí obtuvieron beneficios con su aplicación al igual que en este ensayo en el que se

utilizó microorganismos psicrotolerantes antárticos que en conjunto aceleren el

proceso de bioremediación, logrando disminuir las cantidades de hidrocarburos de

petróleo en el suelo.

Para poder evaluar la actividad degradativa de los consorcios en suelo, se

acondicionaron terrarios que simularon el proceso in situ, aunque no necesariamente

éstos reflejan lo que ocurre en las áreas naturales, mostraron un patrón parecido. A

pesar del corto tiempo, los resultados observados de la actividad degradativa de los

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consorcios y consiguientemente, la reducción de HTP, podrían dar lugar a los pasos

iniciales de un proceso de recuperación del suelo en lugares de clima frio.

Según Gore et al. (1999), un factor importante en el proceso de bioremediación

en climas antárticos es la eliminación abiótica de hidrocarburos como resultado de la

evaporación durante el primer mes de derrame, por otro lado, Kerry (1993) encontró

una reducción abiótica del 50% al cabo de un año después del derrame.

De esta manera en este estudio, el mínimo porcentaje de reducción de hidrocarburos

que se observó al inicio del ensayo en los terrarios experimentales psicrotolerante y

control (+), puede ser atribuido a la eliminación abiótica combinado con la adaptación

que sufrieron las poblaciones bacterianas a las nuevas condiciones establecidas y

esto es sostenido con los bajos recuentos bacterianos y la baja tasa de crecimiento

que mostraron los consorcios en los terrarios al cabo de 30 días de experimentación;

sin embargo, el bajo porcentaje de reducción de hidrocarburos que se registró en el

terrario abiótico muestra que los factores abióticos por sí mismo son incapaces de

eliminar la contaminación y que es necesario un proceso de bioremediación.

Por otro lado, respecto a la población bacteriana del terrario abiótico, a partir de los

120 días se observa un ligero aumento en la población, lo cual puede ser atribuido a la

constante manipulación de los terrarios para la medición de los parámetros a lo largo

de la evaluación del proceso de bioremediación, lo cual puede haber generado una

contaminación de origen externo ya que los terrario se encontraban expuestos.

Según lo reportado en este trabajo, el crecimiento bacteriano de los consorcios control

y psicrotolerante así como de las bacterias aerobias totales en ambos terrarios

empezó a partir de los 30 días, similarmente Ruperto et al. (2003) corroboraron el

incremento de las bacterias heterotróficas y degradadoras recién desde el día 20 hasta

el final de su estudio, mostrando la importante capacidad de adaptación bacteriana a

suelos contaminados con hidrocarburos, igualmente Aislabie et al. (1998;2001) se

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reportó el incremento del número de ambos tipos de células , degradadoras y

heterotróficas, en suelos contaminados de la base Scot, Marbel Point en la Antártida

después de 2 meses del derrame de petróleo en suelo.

Según Riser-Roberts (1998), afirma que el tamaño del inóculo a utilizar,

depende del tamaño de la zona contaminada, de la dispersión de los contaminantes y

de la velocidad de crecimiento de los microorganismos degradadores, es por ello que

se determinó la biomasa y la velocidad de crecimiento de cada microorganismo que

conformo cada uno de los terrarios, tanto psicrotolerante como control (+), se observó

que de las cepas psicrotolerantes, Pseudomonas aeruginosa (63Ba) presentó la

máxima velocidad de crecimiento (μ = 0.0254 h-1) y de las cepas control (+): Bacillus

subtilis (202G) μ = 0.3841 h-1 con una biomasa de 1.0201 gL-1 y 5.338 gL-1

respectivamente; sin embargo, se observó que las cepas que tienen mayor velocidad

de crecimiento no necesariamente presentan la mayor biomasa. La biomasa

psicrotolerante inoculada (3.2305 g/130mL) fue mayor que biomasa control positivo

inoculada (1.8634 g/130mL), pero estas cepas presentan una mayor velocidad de

crecimiento, es por ello que se puede explicar el crecimiento poblacional que

presentaron a lo largo del proceso de bioremediación conjuntamente con la adaptación

y optimo desempeño en un medio con escasos nutrientes y factores limitantes.

Estadísticamente, en este ensayo la reducción de hidrocarburos de petróleo es

dependiente del tiempo en días (p-valor = 0,007), los resultados muestran que el

crecimiento bacteriano psicrotolerante aerobio fue exponencial hasta los 120 días, con

un máximo valor de 2.18 x 105 UFC/g y las bacterias psicrotolerantes

hidrocarbonoclásticas alcanzaron 4.3 x 104 NMP/g , lo cual coinciden con la reducción

de hidrocarburos en el terrario psicrotolerante, donde se halló el incremento de

reducción después de los primeros 30 días de experimentación, registrando un

57.88% de reducción en 120 días. Al cabo de 180 días de experimentación, se logró

alcanzar una reducción de hidrocarburos de petróleo de 58.41%, en el terrario

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psicrotolerante con una población hidrocarbonoclástica de 1.2 x 104 NMP/g la cual

sufrió una reducción paulatina hasta el final del ensayo, igualmente en el terrario

control (+), la población bacteriana tendió a reducirse después de los 120 días de

evaluación, concordando con lo reportado por Margesin y Schinner (1997), quienes

comprueban que la bioremediación por bioaumentación se da en etapas tempranas de

experimentación lo cual explica que la población bacteriana degradadora tiende a

reducir con el paso del tiempo y es necesario inocular periódicamente un nuevo lote de

población bacteriana con el fin de incrementar la tasa de bioremediación por parte de

los microorganismos competentes.

A pesar de ello los valores de la reducción total de hidrocarburos tanto en el terrario

control como en el psicrotolerante, fueron significantes con un coeficiente estándar de

0.912 y una confiabilidad al 95%. Se alcanzó reducir una concentración de HTP de

0.4127g/25gsuelo (37.30%) por el consorcio control (+), y 0.6463g/25gsuelo (58.41%) por

parte del consorcio psicrotolerante lo cual es superior a lo reportado por Vasudevan y

Rajaramen (2001), quienes obtuvieron una reducción del 40% de HTP y una población

bacteriana de 2x1010 UFC/g ; sin embargo, Gualoto et al., (2013), demostraron la

eficacia las cepas empleadas en el tratamiento de HTP como Pseudomonas putida y

Aspergillum niger que lograron una reducción de 62% y 15,40% respectivamente a

temperaturas de 5°C, al igual que Mohn et al. (2001), que también reportaron un

tratamiento de suelos con consorcios inoculados in situ, logrando reducir de 196 mg a

menos de 10 mg por kg de suelo en un sitio, y de 2,109 mg a 195 mg por kg de suelo

en otro sitio, demostrando así que la inoculación de consorcios microbianos generan

mayor extracción de hidrocarburos y puede mejorar la velocidad de eliminación de

hidrocarburos de suelos polares.

Por otro lado Ruberto et al. (2003), mostraron ensayos a nivel de campo en

donde se evaluó la eficiencia de la bioestimulación y la bioaumentación sobre suelos

antárticos contaminados con hidrocarburos en forma aguda y crónica, obteniendo

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como resultados 81% de remoción en 45 días con la técnica de bioestimulación con N

y P , y 62% con bioaumentación de flora autóctona, análogamente el grupo de

Microbiología del Instituto Antártico Argentino (2011), removieron hasta un 66% de los

contaminantes en un lapso de 48 días, pero bajo la técnica de bioestimulación de

microflora autóctona; es por ello que es importante rescatar que aunque la mayoría de

los trabajos indican que la adición de nutrientes mejora el proceso de bioremediación,

algunos autores obtuvieron resultados opuestos. La diferencia entre unos resultados y

otros, radica en que la necesidad de nutrientes depende del tipo de bacteria, tipo de

hidrocarburo y de las condiciones del medio como lo indican Leys et al. (2005). Wong

et al. (2000) precisan que es necesario evaluar cada caso para poder evidenciar cómo

afecta la adición de una nueva fuente de carbono (Wong et al., 2000) sabiendo

además que la glucosa puede favorecer el crecimiento de microorganismos

heterótrofos no degradadores.

Uno de los hechos más notables observados en este estudio, fue la respuesta

positiva del consorcio control (+), ante la reducción de HTP a temperatura baja, a

pesar que este consorcio fue aislado de ambientes mesófilos (20 - 28°C); reveló una

evidente capacidad de adaptación a 5°C, mostrando una significante tasa de

crecimiento poblacional y un porcentaje de reducción de 37.30% , lo cual es 0.6 veces

menor respecto a la reducción por parte del consorcio psicrotolerante; sin embargo,

este consorcio control logró adaptarse fisiológicamente a las condiciones de estrés en

un medio con escasez de nutrientes y a una temperatura baja, para poder esclarecer

este tipo sucesos, existen muchas investigaciones que han logrado examinar cómo es

la estructura de la membrana celular y el cambio de su composición por efecto de la

temperatura, así Nedwell (1999), afirma que existen cambios en los lípidos de

membrana dentro de una misma especie cuando se cultivan en diferentes rangos de

temperatura.

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Al realizar la cuantificación de la concentración de hidrocarburos por dos métodos

descritos líneas arriba se pudo corroborar que realmente se dio lugar a la degradación

de hidrocarburos, ya que por ambos métodos los valores de los niveles de reducción

coincidieron, en el terrario psicrotolerante se demostró una reducción de 58.41% por

método gravimétrico (SOXHLET) y un 42.86% por método saturación de fluidos

(RETORTA), respecto al terrario control los valores fueron 37.3% y 28.57% por los

métodos gravimétrico y saturación de fluidos, respectivamente y por último en el

terrario abiótico los porcentaje de reducción fueron 11.96% (métodos gravimétrico) y

14.29% (saturación de fluidos), a pesar de que los valores no son necesariamente

iguales existe una diferencia mínima entre ellos, manifestando que el método de

bioaumentación es eficiente para procesos de recuperación de suelos contaminados.

Finalmente después de obtener resultados alentadores respecto a la actividad

de las bacterias autóctonas psicrotolerantes y teniendo como referencia algunos otros

estudios previos, concuerdo con que la bioremediación in situ de suelos contaminados

con hidrocarburos de petróleo en sitios de bajas temperaturas como la Antartida, es

factible.

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IX. CONCLUSIONES

El consorcio psicrotolerante aislado de La Antártida fue eficaz en la

bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos de petróleo, a nivel

terrarios.

La actividad biodegradativa del consorcio psicrotolerante fue mucho más

efectiva que la del consorcio control positivo, bajo las mismas condiciones.

Las variables que influyen significativamente en el proceso de bioremediación

son las bacterias oleofílicas y el tiempo.

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X. RECOMENDACIONES

Se recomienda llevar a cabo la bioremediación in situ, bajo condiciones naturales

y propias de la zona, para ello es necesario un estudio previo que indique las

características bióticas (capacidad biodegradativa, composición del consorcio

bacteriano) y abióticas (características fisicoquímicas) del mismo, así como un

breve ensayo a escala de laboratorio donde se optimice la técnica.

Es recomendable, emplear la técnica de bioestimulación añadiendo una fuente

de nutrientes (fertilizantes inorgánicos), para lograr una mejor proliferación del

consorcio psicrotolerante.

Se sugiere aplicar técnicas moleculares para potenciar el efecto de las cepas

degradadoras de petróleo.

Se recomienda mejorar la técnica de medición del pH del suelo ya que se

produce una interferencia en el electrodo por la alta concentración y viscosidad

del contaminante.

El consorcio psicrotolerante podría ser utilizado en la bioremediación de suelos

contaminados ante un posible derrame de petróleo en la base peruana Machu

Picchu, ya que presentó una significativa actividad biodegradante.

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XI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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80

XII. ANEXOS

Anexo 1. Análisis estadístico: Selección de variables paso a paso.

a) Primer modelo: Porcentaje de reducción en función de días, humedad,

temperatura, pH, bacterias aerobias totales

Resumen del modeloe,f

Modelo R R cuadradob

R cuadrado

corregida

Error típ. de la

estimación

1 ,850a ,723 ,707 18,268

2 ,930c ,865 ,849 13,122

3 ,966d ,933 ,919 9,598

ANOVAe,f

Modelo

Suma de

cuadrados gl Media cuadrática F Sig.

1 Regresión 14799,913 1 14799,913 44,348 ,000a

Residual 5673,335 17 333,726

Total 20473,248b 18

2 Regresión 17718,324 2 8859,162 51,452 ,000c

Residual 2754,923 16 172,183

Total 20473,248b 18

3 Regresión 19091,467 3 6363,822 69,083 ,000d

Residual 1381,780 15 92,119

Total 20473,248b 18

a. Variables predictoras: Días

b. Esta suma de cuadrados total no se ha corregido para la constante porque la constante es

cero para la regresión a través del origen.

c. Variables predictoras: Días, Bacterias Aerobias totales UFC/g)

d. Variables predictoras: Días, Bacterias Aerobias totales UFC/g) y terrario abiótico

e. Variable dependiente: % parcial reducción HTP

f. Regresión lineal a través del origen

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81

VARIABLES INCLUIDAS

Coeficientesa,b

Modelo

Coeficientes no

estandarizados

Coeficientes

tipificados

t Sig. B Error típ. Beta

1 Tiempo ,245 ,037 ,850 6,659 ,000

2 Tiempo ,183 ,030 ,636 6,024 ,000

Bacterias Aerobias

totales (UFC/g)

,000 ,000 ,434 4,117 ,001

3 Tiempo ,247 ,028 ,856 8,918 ,000

Bacterias Aerobias

totales (UFC/g)

,000 ,000 ,327 3,985 ,001

Terrario_abiótico -18,812 4,872 -,322 -3,861 ,002

VARIABLES EXCLUIDAS

Modelo Beta dentro t Sig.

Correlación

parcial

Estadísticos de

colinealidad

Tolerancia

1 Humedad(%) ,164a ,877 ,391 ,197 ,401

pH ,123a ,538 ,597 ,122 ,274

Temp(°C) ,062a ,285 ,779 ,065 ,307

Bacterias aerobias totales

(ufc/mL)

,432a 4,450 ,000 ,714 ,757

2 Humedad(%) -,029b -,200 ,844 -,047 ,360

pH -,034b -,198 ,845 -,047 ,261

Temp(°C) -,060b -,377 ,711 -,088 ,297

Page 92: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

82

b) Segundo modelo: Porcentaje de reducción en función de días, humedad,

temperatura, pH, bacterias oleofílicas

Resumen del modeloe,f

Modelo R R cuadradob

R cuadrado

corregida

Error típ. de la

estimación

1 ,850a ,723 ,707 18,268

2 ,928c ,861 ,844 13,334

3 ,962d ,926 ,912 10,029

ANOVAe,f

Modelo

Suma de

cuadrados gl Media cuadrática F Sig.

1 Regresión 14799,913 1 14799,913 44,348 ,000a

Residual 5673,335 17 333,726

Total 20473,248b 18

2 Regresión 17628,388 2 8814,194 49,573 ,000c

Residual 2844,860 16 177,804

Total 20473,248b 18

3 Regresión 18964,532 3 6321,511 62,850 ,000d

Residual 1508,716 15 100,581

Total 20473,248b 18

a. Variables predictoras: Días

b. Esta suma de cuadrados total no se ha corregido para la constante porque la constante es cero para la

regresión a través del origen.

c. Variables predictoras: Dias, terra_abiótico

d. Variables predictoras: Dias, terra_abiótico, Bacterias oleofílicas(NMP/g)

e. Variable dependiente: % parcial reducción HTP

f. Regresión lineal a través del origen

Page 93: UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS · Composición de cada terrario .....31 Tabla 4. Perfil degradativo de las cepas psicrotolerantes hidrocarbonoclásticas ... representa un

83

VARIABLES INCLUIDAS

Coeficientesa,b

Modelo

Coeficientes no

estandarizados

Coeficientes

tipificados

T Sig. B Error típ. Beta

1 Tiempo ,245 ,037 ,850 6,659 ,000

2 Tiempo ,311 ,031 1,076 9,869 ,000

terra_abiótico -25,399 6,368 -,435 -3,988 ,001

3 Tiempo ,256 ,028 ,886 9,115 ,000

terra_abiótico -19,637 5,044 -,336 -3,893 ,001

Bacterias

oleofílicas(NMP/g)

7,117E-5 ,000 ,303 3,645 ,002

VARIABLES EXCLUIDAS

Modelo Beta dentro t Sig.

Correlación

parcial

Estadísticos de

colinealidad

Tolerancia

1 Humedad(%) ,164a ,877 ,391 ,197 ,401

pH ,123a ,538 ,597 ,122 ,274

Temp(°C) ,062a ,285 ,779 ,065 ,307

Bacterias

oleofílicas(NMP/g)

,403a 4,050 ,001 ,681 ,790

2 Humedad(%) -,119b -,752 ,462 -,174 ,318

pH -,134b -,734 ,473 -,170 ,240

Temp(°C) -,179b -1,057 ,305 -,242 ,271

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84

Anexo 2. Pruebas de Antagonismo por adaptación de la prueba de CAMP.

9. Cepa 39Bfb 11. Cepa 63Ba 12. Cepa 63Bb 13. Cepa 116B

1. Pseudomonas sp.(9Aa) 8. Lysinibacillus sp (79Afb) 2. Pseudomonas putida (9Ab) 9. Pseudomonas putida (39Bfa) 3. Lysinibacillus sp (9Ac) 10. Aeromonas sp. (39Bfb) 4. Paenibacillus lautus (95Fa) 11. Pseudomonas aeruginosa (63Ba) 5. Paenibacillus lautus (95Fb) 12. Pseudomonas putida (63Bb) 6. Pseudomonas putida(60Bf) 13. Stenotrophomonas rhizophila (116B) 7. Pseudomonas putida (79Afa)

1. Cepa 9Aa 2. Cepa 9Ab 3. Cepa 9Ac

4. Cepa 95Fa 5. Cepa 95Fb 6. Cepa 60Bf

7. Cepa 79Afa 8. Cepa 79Afb 9. Cepa 39Bfa

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Anexo 3. Pruebas de Antagonismo por el Método Bicapa:

9. Cepa 39Bfb 11. Cepa 63Ba 12. Cepa 63Bb 13. Cepa 116B

1. Pseudomonas sp.(9Aa) 8. Lysinibacillus sp (79Afb) 2. Pseudomonas putida (9Ab) 9. Pseudomonas putida (39Bfa) 3. Lysinibacillus sp (9Ac) 10. Aeromonas sp. (39Bfb) 4. Paenibacillus lautus (95Fa) 11. Pseudomonas aeruginosa (63Ba) 5. Paenibacillus lautus (95Fb) 12. Pseudomonas putida (63Bb) 6. Pseudomonas putida(60Bf) 13. Stenotrophomonas rhizophila (116B) 7. Pseudomonas putida (79Afa)

1. Cepa 9Aa 2. Cepa 9Ab 3. Cepa 9Ac

4. Cepa 95Fa 5. Cepa 95Fb 6. Cepa 60Bf

7. Cepa 79Afa 8. Cepa 79Afb 9. Cepa 39Bfa

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Anexo 4. Selección del consorcio psicrotolerante: Crecimiento de las cepas en frío

CEPAS COD Pseudomonas sp. 9Aa

Pseudomonas putida 9Ab Lysinibacillus sp. 9Ac

Paenibacillus lautus 95fa Paenibacillus lautus 95fb

Pseudomonas putida 60Bf Pseudomonas putida 79Afa

Lysinibacillus sp. 79Afb Pseudomonas putida 39Bfa

Aeromonas sp. 39Bfb Pseudomonas aeruginosa 63Ba

Pseudomonas putida 63Bb Stenotrophomonas rhizophila 116B

9Ab 39Bf 39Bf

79Afb 95fb

79Afa

9Ac 9Aa

63Bb 75Fa

63Ba 116B 60Bf

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87

Anexo 5. Curvas de calibración por cada género bacteriano que conforma el consorcio psicrotolerante

y = 0.2356x - 0.0346 R² = 0.8546

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0.4500

0.1000 0.6000 1.1000 1.6000

Bio

mas

a (g

m/m

L)

DO 620 nm

Curva de calibracion Aeromonas sp

y = 0.5471x + 0.0779 R² = 0.9923

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0.4500

0.5000

0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000

Bio

mas

a (m

g/m

L)

DO 620nm

Curva de calibracion Pseudomonas sp

y = 0.2437x + 0.083 R² = 0.9617

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0.4500

0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.2000 1.4000

Bio

mas

a (m

g/m

L)

DO 620nm

Curva de calibración Paenibacillus lautus

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Anexo 6. Curvas de calibración por cada género bacteriano que conforma el consorcio control (+).

y = 0.3814x + 0.7328 R² = 0.9249

0.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

3.0000

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Bio

mas

a (m

g/m

L)

DO 620nm

Curva de calibración de Bacillus subtilis

y = 0.6069x + 0.0112 R² = 0.9711

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500

BM

(mg/

mL)

D.O. 620nm

Curva de calibracion de P. aeruginosa

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Anexo 7. Medición de los parámetros fisicoquímicos en cada terrario

DIAS HUMEDAD (%) pH TEMPERATURA (°C)

TA1 TC+ 2 TP3 TA TC+ TP TA TC+ TP

0 15.74 16.82 17.37 5.56 6.96 5.44 4.0 4.0 5.0

30 23.64 25.81 24.38 5.49 5.78 5.57 4.5 4.0 4.5

60 15.53 17.71 18.29 6.73 6.45 6.84 4.0 4.5 4.0

90 14.41 18.13 24.97 6.41 6.57 6.59 5.0 5.0 5.0

120 20.13 20.88 21.78 6.84 6.92 6.95 4.0 4.0 4.0

150 14.791 15.517 19.275 6.460 6.850 6.95 4.0 4.0 4.5

180 12.405 12.890 17.499 6.30 6.38 6.42 5.0 5.0 4.0

TA1: Terrario abiótico TC+ 2: Terrario control TP3: Terrario psicrotolerante

Anexo 8. Población bacteriana aerobia y oleofílica en cada terrario de experimentación

DÍAS T. ABIÓTICO T.CONTROL(+) T. PSICROTOLERANTE

B.A. B.O. B.A. B.O. B.A. B.O.

0 1.5 x 102 0.00 1.5 x 104 0.00 1.5 x 104 1.5 x 103

30 1.0 x 102 0.00 1.0 x 104 9.2 x 102 2.0 x 104 3.6 x 103

60 1.3 x 102 0.00 1.1 x 104 2.1 x 103 2.9 x 104 9.3 x 103

90 1.3 x 102 0.00 1.8 x 104 1.2 x 104 1.4 x 105 2.9 x 104

120 1.7 x 102 0.00 2.1 x 104 1.5 x 104 2.2 x 105 4.3 x 104

150 4.9 x 102 0.00 6.4 x 103 7.5 x 103 7.4 x 104 2.9 x 104

180 1.9 x 103 0.00 1.8 x 104 1.5 x 103 3.1 x 104 1.2 x 104

B.A. : Población bacteriana aerobia B.O. : Población bacteriana oleofílica

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Anexo 9. Reducción total de HTP en cada terrario de experimentación en 180 días.

DÍAS T. ABIÓTICO T.CONTROL(+) T. PSICROTOLERANTE

HTP g /25g %Reduc. HTP

HTP g /25g %Reduc. HTP

HTP g /25g %Reduc. HTP

0 0.0000 0.00 0.0000 0.00 0.0000 0.00

30 0.0044 0.40 0.0051 0.46 0.0076 0.69

60 0.0114 1.03 0.3409 30.81 0.3507 31.70

90 0.0793 7.17 0.3717 33.60 0.5709 51.60

120 0.1191 10.76 0.4064 36.73 0.6404 57.82

150 0.1321 11.94 0.4121 37.25 0.6442 58.22

180 0.1323 11.96 0.4127 37.30 0.6463 58.41

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Anexo 10. Inóculo bacteriano y Terrarios de experimentación

C. Psicrotolerante C. Control

C. Abiótico

C. Psicrotol.

C. Psicrotol. C. Control (+) C. Abiótico

C. Control (+)

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Anexo 11. Equipo SOXHLET método 3540EPA utilizado para la cuantificación gravimétrica de hidrocarburos

Anexo 12. Caracterización del suelo usado en el experimento

Muestra Tierra CE dS/m (P.S.)

1,03

Arena (%) 69,45 Limo (%) 22,31 Arcilla (%) 8,28 Textura Franco arenoso pH (P.S.) 6,42 CaCO3 0,00 MO 2,60 P 49,45 K2O 585,60 ClC Cmol (+)/Kg

13,72

Ca++ Cmol (+)/Kg

9,60

Mg++ Cmol (+)/Kg

3,20

K+ Cmol (+)/Kg

0,46

Na+ Cmol (+)/Kg

0,17

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Anexo 13. Caracterización del destilado del crudo de petróleo a 200°C

Anexo 14. Composición medios de cultivo

MEDIO MINERAL (Millis et al., 1978) ClNa…………………….......24,00 g ClK…………………………....0,70 g KH2 PO4………………….......2,00 g Mg SO4. 7 H2O………….......1,00 g Na2 HPO4………………........3,00 g NH4NO3………………….......1,00 g Agua destilada…………….1000 ml Petróleo crudo……………1-2 gotas pH final 7

Esterilización a 121 ºC por 10 min. CLORURO DE SODIO AL 0,85% NaCl…………………………...8,5 g Agua destilada………… 1000 ml

CALDO- AGAR TRIPTICASA SOYA Triptona ………………..……...17.0 g Peptona de Soya……….………3.0 g Dextrosa………………………...2.5 g Cloruro Sodio…………….….….2.5 g Di potasio Fosfato ……….….…2.5 g Agar agar.....................................15g Agua destilada………………1000 ml pH 7

Esterilización a 121 ºC por 15 min

pH 7 Esterilización a 121 ºC por 15 minutos