www.cie=
nciadigital.org =
Vol. 3, N°3.4, p. 263-275, septiembre, 201 Evaluation of native fungal consortia to biolixivi=
ar
the heavy metals barium, vanadium and copper present in sediments of the Co=
lta`s
lagoon Anabel Cristina Cáceres del Salt=
o.[1], Edwin
Fernando Basantes Basantes.[2],
Laura Susana Cocha Telenchana.[3] & <=
/span>Manuel
Patricio Clavijo Cevallos.[4] Recibido: 14-07-2019 / Revisado:
23-07-2019 /Aceptado: 15-08-2019/ Publicado: 10-09-2019 Abstract
=
The physical-chemical and
microbiological characterization of the sediment, isolation and purificatio=
n of
fungal strains is performed by means of successive planting techniques.
=
The macroscopic and
microscopic characterization of the strains was carried out, different
selection tests were carried out: antagonism and identification for subsequ=
ent
massification and inoculation in the sediment, the process was executed to
obtain the native fungal consortia of the sediments from the Colta`s lagoon.
Using equipment such as: Horizontal laminar flow chamber, autoclave, incuba=
tor,
inductively coupled plasma (ICP), stove, among the main ones.
=
At the end of the select=
ion
tests 10 strains of fungi were obtained forming the fungal consortium,
belonging to the following genera: Aspergillus, Aphanoascus, Penicillium,
Asteromyces, Gliocladium and Lacellinopsis.
=
Based on the heavy metal=
bioleaching
tests carried out in the sediments from the Colta`s Lagoon, metal
concentrations were obtained in the leachate of the fungal treatment, it
presents values of 1,522 ppm for Barium, 0,0989 ppm in vanadio
and 0,0385 ppm in Copper, based on the data we can say that the native fung=
i do
not have the capacity to biolixivize the heavy metals present in the sedime=
nt
of Laguna de Colta.
Keywords: Bioleaching, heavy metal
Barium, heavy metal Vanadium, heavy metal Copper, lake sediment, fungal
consortium, Colta`s lagoon.
Resumen
=
Se realiza la caracterización físico-química y
microbiológica del sedimento, aislamiento y purificación de cepas fúngicas
mediante técnicas de siembras sucesivas.
=
Se efectuó la caracterización macroscópica y
microscópica de las cepas, se procedió a realizar diferentes pruebas de
selección: antagonismo e identificación para su posterior masificación e
inoculación en el sedimento, el proceso se ejecutó para la obtención de los
consorcios fúngicos nativos de los sedimentos provenientes de la Laguna de
Colta. Utilizando equipos como: Cámara de flujo laminar horizontal, autocla=
ve,
incubadora, plasma acoplado inductivamente (ICP), estufa, entre los
principales.
=
Al finalizar las pruebas de selección se obtu=
vo
10 cepas de hongos formando el consorcio fúngico, pertenecientes a los
siguientes géneros: Aspergillus, Aphanoascus, Penicillium, Asteromyces,
Gliocladium y Lacellinopsis.
En función de las pruebas de
biolixiviación de metales pesados realizadas en los sedimentos procedentes =
de
la Laguna de Colta se obtuvieron concentraciones de metales en el lixiviado=
del
tratamiento con hongos presenta valores de 1,522 ppm para Bario, 0,0989 ppm=
en
Vanadio y 0,0385 ppm en Cobre, en base a los datos podemos decir que los ho=
ngos
nativos no tienen capacidad de biolixiviar los metales pesados presentes en=
el
sedimento de la Laguna de Colta.
Palabras claves: Biolixiviación, metal pesado Bario, metal pesado Vanadio, metal pesa=
do
Cobre, sedimento lacustre, consorcio fúngico, laguna de Colta.
Introducción
Diversas
actividades antrópicas e industriales han desencadenado diversos escenarios=
de
contaminación que han deteriorado los ecosistemas, en lo que concierte a me=
dios
lacustres son sistemas con mayor vulnerabilidad ya que soportan una alta
intensidad de uso del medio, afectando directamente en su proceso de depura=
ción
natural. [2]
La Laguna de
Colta, uno de los centros turísticos más representativos de la Provincia de
Chimborazo por su trascendencia histórica y cultural, se ha convertido en un
medio vulnerable a la contaminación, ya que la actividad de dragado de sus
sedimentos no contó con orientación y criterios especializados de análisis,
provocando un impacto ambiental de considerables repercusiones en ámbitos
relacionados con la biodiversidad.
La prolifera=
ción
de totora, eutrofización y obstrucción de escorrentías han constituido una
amenaza en la conservación de este recurso, incidiendo en el proceso de
sedimentación y la acumulación de sustancias toxicas en el mismo [1]. En tal
virtud, la alteración de su belleza paisajística se ha alterado, hoy
peligrosamente el nivel del agua está descendiendo, y es evidente el deteri=
oro
del hábitat de los alrededores de la laguna.
La biolixivi=
ación
se convierte en una de las técnicas más limpias para reducir la contaminaci=
ón,
mediante el aprovechamiento de microorganismos y su capacidad de transforma=
r o
movilizar metales [5]. Por lo que, la presente investigación se fundamenta =
en
la capacidad de la flora microbiana autóctona y su interacción con sustanci=
as
contaminantes, a fin de reducir el impacto de los mismos a nivel ambiental y
social.
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;
mso-fareast-font-family:"Times New Roman";mso-fareast-language:ES-EC'>Descr=
ipción
del área de estudio
La Laguna de Colta se encuentra ubicad=
a al
noroccidente de la Provincia de Chimborazo, en el Cantón Colta, a 17 Km de =
la
ciudad de Riobamba. Tiene un área de 2,5 Km de largo y 1 Km de ancho. Alber=
ga
especies nativas de aves y una gran variedad de peces de distintos colores =
[7].
Figura 1. Mapa ubicación Laguna de Colta
Fuente: Elaboración propia
La Laguna cuenta con un área de aproximadamente=
204
Ha., dividida en 2 parroquias, Santiago de Quito con un área de 753 Ha., y
Sicalpa con 1396 Ha., ambas pertenecen al cantón Colta [7].
Diseńo experimental<=
span
style=3D'mso-bookmark:_Toc420517424'>
Se sujeta a la manipulación de variabl=
es,
con el objetivo de evaluar la actividad simbiótica de consorcios fúngicos
nativos controlando las variables que pueden afectarlos (pH, Humedad, Tempe=
ratura,
Cantidad de nutrientes).
La investigación se basa en las siguientes
características, presenta un nivel descriptivo, la secuencia es de tipo
trasversal, el enfoque es cuantitativo, se busca generar conocimiento aplic=
ando
un método experimental.
El sedimento contaminado proviene de la Laguna de Col=
ta,
se tomó un peso total de 15 kg que fueron distribuidos en recipientes
plásticos, en los que se aplicó el TH: Sedimento
inoculado con consorcios fúngicos nativos.
A lo largo del proceso de la investigación, es import=
ante
controlar ciertas variables que pueden influenciar en los microorganismos
afectando la biolixiviación de los metales:
- =
pH
- =
Temperatura
- =
Humedad
- =
Crecimiento fúngico [6] [8]=
.
Procesamiento
de muestras biológicas
Los hongos presentes en las muestras de
sedimentos de la Laguna de Colta requieren nutrientes básicos que son aport=
ados
por los medios de cultivo no selectivos como es el caldo nutritivo.
Figura 2. Preparación de cajas petri con
agar =
Fuente: Elaboración propia
Para la obtención de las cepas fúngicas
aptas para el proceso de biolixiviación es necesario purificar mediante un
proceso de aislamiento consecutivo [8].
Figura 3.<=
/span> Ais=
lamiento
y purificación de cepas fúngicas
Fuente: Elaboración propia
=
La identificación y caracterización permite
determinar las características morfológicas de las cepas que vayan a ser se=
leccionadas
para conformar el consorcio en un tiempo determinado. Se realiza una resiem=
bra
mensualmente para la conservación de las cepas y evitar el envejecimiento [=
5].
Figura 4.<=
/span> Observación de pla=
cas al
microscopio
Realizado =
por: Elaboración propia
La conservación se realizó mediante la
elaboración de un banco primario, mismo que permite conservar las cepas por
largos periodos de tiempo [4].
Figura 5. Conservación de cepas fúngica=
s
Preparación del inoculo liquido fúngic=
o
El inoculo
liquido de hongos es la sustancia que se colocará en el sedimento para aume=
ntar
la carga fúngica del mismo, al ser líquido permitirá que las hifas tengan u=
na
mayor superficie de acción con una sola aplicación.
Figura 6. =
Inóc=
ulo
fúngico
Fuente: Elaboración propia
=
Una
fuente de ICP está constituido por una corriente de flujo de un gas,
específicamente el argón que es ionizado por un campo de radiofrecuencias q=
ue
oscila a 27,1 MHz, este campo se encuentra enlazado inductivamente al gas
ionizado a través de una bobina refrigerada con agua que rodea una lámpara=
de
material de cuarzo cuya función es dar soporte y confinar el plasma. Gracia=
s a
las elevadas temperaturas del plasma (6 000 a 8 000 °K) se logra una excita=
ción
eficaz de la emisión atómica, permitiendo bajos niveles de detección para
muchos elementos, y esto conjuntamente con extenso recorrido dinámico linea=
l se
logra una eficaz detección de multi elementos. Método de referencia: Standa=
rs
Methods No. 3120 A. [3][9].
=
La
medición de pH de un suelo o de sedimento, se realiza con la ayuda de un
potenciómetro y electrodos de vidrio, el principio se fundamente en la medi=
da
del potencial eléctrico producido en la membrana de vidrio del mismo, que es
producto de las actividades de los iones hidrógeno a ambos lados de la
membrana. Método de referencia: EPA 9045 D. 2004
Se determina el contenido de humedad
gravimétrico del suelo, secando la muestra por medio de la aplicación direc=
ta
de calor. Método de referencia: Norma ASTM D´4959=
Determinación de temperatura
Los átomos y moléculas por los que está
constituida una sustancia no siempre se mueven a velocidad constante, motivo
por el cual existe en las moléculas un rango de energía, conocida como ener=
gía
de movimiento.
La temperatura se define como la medic=
ión
del calor o energía térmica de las partículas presentes en una sustancia, c=
omo
se mide su movimiento medio su valor depende del tamańo de las partículas e=
n un
objeto y no del número de partículas [10].
La determinación de la carga se la efe=
ctúa
por medio de la preparación de varias diluciones continuas o sucesivas en un
medio de cultivo general nutritivo, para luego sembrarlo en placas petri y
conteo [6].
A partir de los resultados obtenidos d=
el
análisis físico químico de las muestras recolectadas en la Laguna de Colta,
podemos evidenciar que los sedimentos contienen los metales de inte=
rés.
Tabla 1.
Caracterización Físico Química del Sedimento
|
PARÁMETROS |
UNIDAD |
RESULTADO |
|
mg/Kg |
315,82 |
|
|
Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos |
mg/Kg |
0,30 |
|
*Bario |
mg/Kg |
291,63 |
|
*Vanadio |
mg/Kg |
95,91 |
|
*Cobre |
mg/Kg |
77,97 |
|
*Nitrógeno Total |
% |
0,63 |
|
*Fósforo Total |
mg/Kg |
988,20 |
|
*Potasio |
mg/Kg |
2314,07 |
|
Potencial de Hidrógeno |
Unidades de pH |
7,08 |
|
*Humedad |
% |
82 |
Fuente: LAB-CESTTA
=
La
identificación de las cepas fúngicas se la realizó mediante la técnica de c=
inta
pegante que nos permite observar las características microscópicas de las
colonias, esta constituye una de las técnicas más usadas debido a que se
conserva la yuxtaposición original de las esporas y segmentos de hifas, y s=
us
estructuras fúngicas no presentan alteraciones significativas. Esta técnica
requiere de una persona capacitada en la identificación de las hifas y las
esporas de cada muestra que posteriormente son comparadas con una base de d=
atos
conociendo así el género de la cepa fúngica.
=
Tabla 2. Características
macroscópicas y microscópicas de las cepas fúngicas.
|
CŇDIGO |
GENERO |
COLOR DE LA COL=
ONIA |
FORMA CELULAR |
ESPORULACIÓN |
HIFAS |
CRECIMIENTO |
|
LC - A |
Aspergillus |
Centro:<=
/b>
Amarillo. Periferia: Blanco Verdoso |
Filamentoso |
Ascosporas Coni=
dióforo |
Tabicular |
Lento |
|
LC - B |
Aphanoascus |
Centro y Perife=
ria:
Blanco |
Filamentoso |
Conidióforo |
Septadas |
Lento |
|
LC - C |
Penicillium |
Centro:<=
/b>
Gris verdoso. Periferia: Blanco |
Filamentoso |
Conidióforo |
Septadas Hialin=
as |
Rápido |
|
LC - D |
Penicillium |
Centro:<=
/b>
Verde-azulado. Periferia: Blanco |
Filamentoso |
Lento |
||
|
LC - E |
Penicillium |
Centro: =
Blanco-Grisáceo.
Periferia: Blanco |
Filamentoso |
Rápido |
||
|
LC - F |
Asteromyces |
Centro: =
Blanco-Rosáceo.
Periferia: Blanco |
Filamentoso |
Conidióforo |
Septadas |
Rápido |
|
LC - G |
Penicillium |
Centro:<=
/b>
Negro- azulado. Periferia: Rosado pálido |
Filamentoso |
Conidióforo |
Septadas |
Lento |
|
Hialinas |
||||||
|
LC - H |
Gliocladium |
Centro: =
Blanco
café. Periferia: Blanco |
Filamentoso |
Conidióforo |
Septadas |
Lento |
|
Hialinas |
||||||
|
LC - I |
Lacellinopsis |
Centro: =
Café-verdoso.
Periferia: Blanco-amarillento |
Filamentoso |
Ascosporas |
Septadas |
Lento |
|
LC - J |
Aspergillus |
Centro: =
Negro.
Periferia: Blanco |
Filamentoso |
Ascosporas
Conidióforo |
Septadas Hialin=
as |
Rápido |
Fuente: Elaboración Propia
=
=
En la Tabla
2. Características macroscópicas y microscópicas de las cepas fúngicas se
describe el código de cada una de las cepas aisladas, el género y las
características morfológicas
=
Es
importante mencionar que en su mayoría las cepas encontradas pertenecen al
género Penicillium, de las 10 c=
epas
encontradas en la laguna, fue posible identificar la especie de dos de ella=
s entre
las que tenemos:
ˇ =
LC H
Gliocladium virens, esta=
cepa
tornó el agar nutritivo de un color café, y puede ser que esta segregue alg=
ún
tipo de antibiótico. Se conoce que cepas de Gliocladium
virens producen un antibiótico de amplio espectro llamado Gliotoxina que
mata a muchos microorganismos patógenos del suelo. En la investigación CON=
TROL
DE CALIDAD EN LA PRODUCCIÓN DEL HONGO Gliocladium
virens, PATÓGENO DE Anopheles
albimanus (Wiedemann 1820), VECTOR DEL PALUDISMO EN MÉXICO se menciona=
su
potencial como bioinsecticida. (Castillo et al, 2013)
ˇ =
LC J Aspergillus
niger, considerada la especie más común del género Aspergillus, dentro de los usos que se le da a esta cepa podemos
mencionar la obtención de productos químicos como el ácido cítrico, ácido g=
lucónico,
así como también de enzimas como la glucoamilasa, galactosidasa.
El consorcio fúng=
ico
inoculado en el sedimento está conformado por 10 cepas, correspondientes a 6
géneros Asteromyces, Aspergillus, Aphanoascus, Gliocladium, Lacellinopsis,
Penicillium para proceder a la inoculación de esto se preparó un inóculo
líquido, a diferencia de las bacterias los hongos no realizan un proceso de
oxidación microbiana sino más bien utilizan su metabolismo microbiano como
fuente de ácidos que disuelven directamente el metal.
Cada uno de los
inóculos se los colocó en 5 lb de sedimento, al mismo que se le ańadió Urea
para cubrir la demanda de nutrientes de los microorganismos y aserrín que
mejora la textura del sedimento, al homogenizar estos compuestos se formó u=
na
biopila en un recipiente con una pendiente para recolectar el lixiviado, se
coloca el inóculo y posteriormente se realiza la medición del lixiviado en =
77
días.
Potencial
de biolixiviación
Para comprobar el
potencial de biolixiviación de metales pesados en el sedimento se inocula l=
os
consorcios fúngicos en la biopilas y se controla el proceso por un lapso de=
77
días, esperando que los metales de interés sean liberados en el lixiviado p=
or
efecto de las actividades de los microorganismos. Se verifica la capacidad =
de
los consorcios midiendo la concentración de metales pesados presentes en el
lixiviado recogido al final de los 77 días, mismo que fue obtenido a partir=
del
día 14 posterior a la inoculación.
En la caracterización físico química inicial de los sedimentos se consi=
deró
el análisis de los siguientes parámetros, Hidrocarburos Totales de Petróleo
(TPH), Metales Pesados de interés Bario (Ba), Vanadio (V), Cobre (Cu),
Nutrientes Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Potasio (K), además del potencial
hidrógeno (pH), y el contenido de Humedad.
Los parámetros que son controlados frecuentemente a lo largo de los 77
días, son pH, humedad, y temperatura, así como también la carga fúngica se
controlaron antes y después de cada inoculación.
La concentración de los metales de interés se presenta en la siguiente
tabla:
=
Tabl=
a 3. Concentración de metales pesados en el
sedimento
|
Paráme=
tro |
Unidad=
|
Result=
ado |
|
Ba |
mg/kg |
291,63 |
|
V |
mg/kg |
95,91 |
|
Cu |
mg/kg |
77,97 |
Fuente: Elaboración propia
En el país no existe una Norma que controle la concentración de metales
pesados en sedimentos lacustres, es por ello, que se determina en función d=
e la
concentración del metal en el lixiviado obtenido y por análisis estadístico=
s.
El volumen de lixiviado recolectado semanalmente, muestra los volúmenes
obtenidos por un periodo de 10 semanas. En el tratamiento con hongos en el =
que
se obtuvo un volumen final de 175,06 mL.
Tabla 4. Conc=
entración
de metales en los lixiviados
|
Paráme=
tro |
Concen=
tración
A(ppm) |
|
Ba |
1,522 |
|
V |
0,0989 |
|
Cu |
0,0385 |
=
Fuente: Elaboración propia
Evaluación del proceso de biolixiviación=
La eficacia del proceso de
biolixiviación se determina mediante una serie de pruebas que permiten
comprobar o rechazar la hipótesis planteada, con ayuda del software
R-Commander, para el procesamiento de los datos obtenidos.
A fin
de evaluar la incidencia de los consorcios se aplica el test de Wilcoxon, p=
ara
analizar la influencia en la concentración antes y después del experimento.=
H0: No existe una influencia de los consor=
cios
fúngicos en la concentración de metales antes y después del experimento.
Prueba de Shapiro Wilk
El valor de p 0.0001094
menor al nivel de significancia (0.05), determina el rechazo de
Prueba de Wilcoxon
Aplicamos el test de
Wilcoxon para muestras dependientes en una distribución normal, obteniendo =
un
valor de p igual a 0,003906, aceptando la
H0: No existe una influencia del metal sobre la
concentración del biolixiviado
Prueba de Shapiro Wilk
Se obtiene un valor de p
igual a 0.0001094 que es menor al nivel de significancia (0.05), por lo que,
rechazamos
Prueba de Kruskall Wallis
Mediante el análisis pa=
ra
muestras dependientes se obtiene un p valor de 0.05732 aceptando la =
H0: No existe una influencia del tratamien=
to
sobre la concentración de metales en el lixiviado
Prueba de Shapiro Wilk
Los
datos no provienen de una distribución normal por cuanto el valor de p es i=
gual
a 0.0001094
Prueba de Kruskall Walls
Se obtiene un p valor de
0,9665 aceptando la
Las variables de control están relacionadas directamente con la activid=
ad
de los microorganismos inoculados en el sedimento, de ahí la importancia de
controlar dichos parámetros y de relacionarlos entre sí. Cada parámetro esta
interrelacionado, y depende el uno del otro es así que un aumento en la
temperatura podría ocasionar perdida de humedad y por tanto afectar la
actividad microbiana.
Figura 7. Relación =
de
las variables de control en hongos
Fuente: Elaboración propia
En la figura
- =
La caracterización físico-química inic=
ial
del sedimento de la laguna de Colta, demostró la presencia de los metales
pesados de interés con las siguientes concentraciones para Bario 291,63 mg/=
kg,
para Vanadio 95,91 mg/kg y para Cobre 77,97 mg/kg.
- =
Se conformó un consorcio fúngico conformado por 10 cepas entre=
las
que tenemos Aspergillus(=
LC-A),
Aphanoascus(LC-B), Penicillium(LC-C),
Penicillium(LC-D), Penicillium<=
/i>(LC-E),
Asteromyces(LC-F), Penicillium (LC-G), G=
liocladium(LC-H)., Lacellinopsis(LC-I) y Aspergillus(LC-J).
- =
El proceso de biolixiviación probado no
resultó eficaz para la remoción de metales pesados del sedimento de la Lagu=
na
de Colta, ya que los consorcios fúngicos no lograron producir ácidos orgáni=
cos
para solubilizar el Bario, Vanadio y Cobre, estos resultados son respaldados
por los análisis estadísticos realizados, no tiene la capacidad de biolixiv=
iar
los metales de interés, a pesar de mantener en el proceso las condiciones ó=
ptimas
de crecimiento fúngico.
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YAGNENTKOVSKY, Nadia. Aplicación de técnicas de biorremediaci=
ón
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pesados. (TESIS) (Dr. en Ciencias).
Universidad Nacional De La Plata, Facultad de Ciencias Exactas,
Departamento de Química, Buenos Aires-Argentina. 2011. pp. 5-6
http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/2706=
/Documento_completo.pdf?sequence=3D1. 2015-02-06
PARA CITAR EL ARTÍCULO
INDEXADO.
Cáceres del Salto, A=
.,
Basantes Basantes, E., Cocha Telenchana, L., & Clavijo Cevallos, M. (20=
19).
Evaluación biolixiviar de metales pesados en los sedimentos de la Laguna de
Colta. Ciencia Digital, 3(3.4.), 263-275.
El artículo que se
publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente
reflejan el pensamiento de la Revi=
sta
Ciencia Digital.
El artículo queda en propiedad de la revista y, por
tanto, su publicación parcial y/o total en otro medio tiene que ser autoriz=
ado
por el director de la Revista Cien=
cia
Digital.
[1] <= span style=3D'mso-spacerun:yes'> Empresa pública metropolitana de gestión integral de residuos sólidos. EMGIRS-EP, Quito-Ecuador, anacris_09@hotmail.= es
[2]<=
/a> Universidad
Estatal Amazónica, Departamento Ciencias de la Tierra, Puyo-Ecuador, ef.basantesb@uea.edu.ec
3 Escuela Superior Politécnica=
de
Chimborazo, Facultad de Ciencias y Recursos Naturales, Carrera de Ingenierí=
a Ambiental,
Carrera de Agronomía, Francisco de Orellana-Ecuador, lcocha@espoc=
h.edu.ec
4 Universidad
Técnica de Cotopaxi, Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturale=
s,
Carrera de Ingeniería Ambiental, Latacunga-Ecuador, manuel.clavijo@utc.edu.=
ec
www.cie=
nciadigital.org =
Vol. 3, N°3.4, p. 263-275, septiembre, 201