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Título : INTEGRACIÓN DE UNA COMUNIDAD MICROBIANA CAPAZ DE DEGRADAR HERBICIDAS ORGANOCLORADOS Y SUS DERIVADOS
Autor : DR. JUVENCIO GALINDEZ MAYER
DRA. SANTOYO TEPOLE, FORTUNATA
TORRES ARREDONDO, NAHÚM
Palabras clave : HERBICIDAS
ORGANOCLORADOS
COMUNIDAD MICROBIANA
Fecha de publicación : 15-jun-2011
Resumen : For economic reasons, an enormous amount of forested areas have been converted in agricultural lands for extensive food or biofuels production. The plantation economy requires eliminating weed competition for space and nutrients; with the consequent massive use of herbicides. The extensive agriculture increased crop productivity, but causes severe soil and water pollution that ultimately affect aquatic ecosystems and may even damage the health of agricultural workers. The s‐trazinic compound share a heterocyclic ring with three nitrogen and three carbon atoms symmetrically arranged. This ring is responsible of the recalcitrance of this group of herbicides. Although atrazine and simazine are slightly water‐soluble compounds, due to the presence of wetting and dispersant agents in herbicide commercial formulations, they can contaminate water bodies. Different processes have been reported to remove atrazine and simazine from contaminated water. Among them, the chemical and physicochemical methods have demonstrated highoxidation efficiencies, but also high cost. Biological methods, especially the aerobic processes, could remove, economically and efficiently these herbicides, particularly when microbial communities, instead axenic cultures, are used. In the present study, an artificial community built from previously insolated bacterial strain, able to degrade atrazine or simazine, was used to metabolize a mixture of atrazine and simazine. The capability to degrade metabolic intermediaries of both herbicides was also evaluated for this community. This was done by testing the cell growth of community’s members in solid medium with different herbicides and intermediaries, assessing growth at different times, and the evaluating the degradation capability of the best strains in liquid medium. Based on these results, the artificial community was integrated by bacterial strains pertaining to the genera Cellulomonas, Pseudonocardia, Stenotrophomonas, Arthrobacter and Rhizobium. For the kinetic and stoichiometric evaluation of this community, a rectangular packed‐bed biofilmreactor was constructed. The recirculation of oxygenated liquid and reactants to the attached biofilm was achieved by means of an airlift channel located at the center of the bioreactor. In this bioreactor, the biodegradation of a mixture of atrazine‐simazine (50:10 ppm) was evaluated at six flow rates, ranging from 4 to 160 mL h‐1. In all cases, the removal efficiencies measured by HPLC and TOC were 100%; however, the recalcitrant heterocyclic metabolic intermediaries were not determined by COT. The accumulation of compounds, mainly cyanuric acid (CA), was detected by HPLC. When the volumetric loading rate of herbicides was increased, CA accumulation was also increased in the bioreactor. This fact could be related to the gradual decay of Stenotrophomonas, bacteria which contains the enzymatic machinery for CA degradation. Once that biodegradation process ends, it was stoichiometrically estimated that CA removal was due to biofilm adsorption, biodegradation, and intracellular accumulation; presumptively by bacterial strains lacking the information to synthesize the cyanuric amidohydrolase enzyme
Descripción : Por razones económicas, una enorme cantidad de áreas boscosas o selváticas, han sido convertidas en campos de cultivo para la producción intensiva de alimentos o biocombustibles. La economía de plantación, exige eliminar la competencia por espacios y nutrientes que representan para el plantío las denominadas malezas con la consecuente utilización masiva de herbicidas. Aunque esto incrementa la productividad agrícola, provoca una severa contaminación en suelos y agua que, finalmente afecta los ecosistemas, pudiendo incluso provocar daños a la salud de los trabajadores agrícolas. Por su amplio uso, los herbicidas triazinicos representan un importante grupo de herbicidas. Las s‐triazinas tienen en común un anillo heterocíclico con tres átomos de nitrógeno y tres de carbono distribuidos simétricamente. Este anillo es responsable del carácter recalcitrante de este grupo de herbicidas. Aunque la atrazina y la simazina son compuestos ligeramente solubles en agua, la presencia de agentes humectantes y dispersantes en sus formulaciones comerciales, favorecen la contaminación de cuerpos de agua. Se han reportado diferentes procesos para remover atrazina y simazina de agua contaminada. Entre ellos tenemos métodos químicos y fisicoquímicos, que han demostrado tener elevadas eficiencias de oxidación, pero con elevados costos. Los métodos biológicos, principalmente los métodos aeróbicos presentan altas eficiencias de remoción cuando se emplean comunidades microbianas en vez de cultivos axénicos. En el presente estudio se empleó una comunidad artificial, integrada a partir de comunidades previamente aisladas, capaces de degradar los compuestos atrazina y simazina, para metabolizar una mezcla de atrazina‐simazina. La capacidad que presenta esta comunidad para degradar intermediarios metabólicos de ambos herbicidas fue también evaluada. Esto se realizó probando la capacidad de crecimiento de los integrantes de las comunidades en medio sólido con los diferentes herbicidas e intermediarios, evaluando su crecimiento a diferentes tiempos, y después probando la capacidad de las mejores cepas en medio líquido. Basados en estos resultados, la comunidad artificial compuesta por los géneros Cellulomonas, Pseudonocardia, Stenotrophomonas, Arthrobacter y Rhizobium. Para la evaluación cinética y estequiométrica de esta comunidad, fue construido un reactor de lecho empacado rectangular en el que la recirculación de reactantes y de líquido oxigenado a la biopelícula inmovilizada en el soporte se logró por medio de un canal airlift ubicado en el centro del bio‐reactor. En este bio‐reactor se probó la degradación de la mezcla atrazina‐simazina (50:10 ppm), a diferentes velocidades de flujo, que se variaron de 4 mL h‐1 a 160 mL h‐1. En todos los casos, la remoción de herbicidas fue del 100%, medida por HPLC y COT, sin embargo, se observó la aparición de intermediarios metabólicos que el COT no es capaz de detectar. La acumulación de estos compuestos, principalmente el ácido cianúrico (AC), fue detectada por HPLC. Conforme se aumentó la carga volumétrica de herbicidas, la acumulación de AC se incrementó en el bio‐reactor. Esto podría relacionarse con la gradual disminución de una bacteria del género Stenotrophomonas, que contiene la maquinaria enzimática para la degradación de AC. Una vez que finalizó el proceso de biodegradación, se calculó estequiométricamente la eliminación de AC; la cual se debió a la adsorción de la biopelícula, biodegradación y acumulación intracelular, presuntamente en las bacterias que carecen de la información genética para producir la enzima cianúrico amidohidrolasa.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/8922
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