MODULO BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL

ACTIVIDAD INDIVIDUAL APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL

CAROLINA OSORIO SOLANO

CLAUDIA PATRICIA URBANO MAURY

DOCENTE: DR. CARLOS ARTURO GRANADA LOPEZ

UNIVERSIDAD DE MANIZALES

FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONOMICAS Y ADMINISTRATIVAS

MAESTRIA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE,

COHORTE XIII

MANIZALES, COLOMBIA

SEPTIEMBRE DE 2015

INTRODUCCION

Como ya hemos profundizado la Biotecnología ambiental es una ciencia con diferentes ramas

que permiten dar soluciones a problemas específicos a nivel ambiental. Entre esas ramas

encontramos la Biología Molecular, ciencia que se encarga de estudiar los procesos de los seres

vivos a nivel molecular por medio del ADN y del ARN. (Ausubel., et al 1994). Esta herramienta

es útil porque tiene diferentes aplicaciones entre ellas encontramos la identificación molecular de

especies, discriminación entre clones, análisis filogenéticos y taxonómicos, mapeo de genomas,

cuantificación de variabilidad génica intra e interespecífica, mejoras genéticas, detección de

infecciones o propensión a sufrirlas, localización de resistencia a enfermedades, y dispersión de

especies, estas técnicas moleculares ofrecen una nueva dimensión en el área de la sistemática

(Bridge & Arora, 1998).

Gracias al desarrollo de esta técnica es posible contrarrestar el problema drástico que enfrenta el

medio ambiente con la contaminación de suelos, del aire y en especial la contaminación que

sufre actualmente los cuerpos hídricos por el desarrollo industrial.

Al hablar de esta problemática y al revisar estudios alusivos al caso encontramos que una de las

soluciones para mitigar este impacto ambiental se encuentra en las microalgas, en las bacterias y

en productos como los azucares, con el fin de cumplir con algo que denominamos

biorremedacion. Las microorganismos son un grupo amplio y diverso, son unicelulares

eucariontes capaces de sintetizar su propia energía con una eficiencia cuatro veces mayor al

mecanismo de síntesis empleado por las plantas. La importancia radica en que muchos de ellos

son productores primarios de la cadena trófica sintetizando una gran cantidad de materia

orgánica dentro de los ecosistemas (Abalde, 2004). Además de estos remueven dióxido de

carbono disuelto, metales pesados perjudiciales para el desarrollo de la vida humana, animal y

además de esto removiendo micronutrientes disponibles de los sistemas acuáticos, con el fin de

que se cumpla con eficiencia el proceso fotosintético (Gama, 2004).

Además de esto otro ejemplo que resaltamos a nivel biotecnológico es el uso de sistemas

intensivos en la acuicultura, está técnica se está incrementando debido a que son usados para

producir eficientemente biomasa de peces o camarones; sin embargo, una característica

intrínseca de estos sistemas es la rápida acumulación de residuos de los alimentos, materia

orgánica y compuestos inorgánicos tóxicos (Avnimelech 2007). Es aquí donde se utiliza la

biotecnología por medio de la aplicación de bacterias especializadas en la degradación de

materia orgánica, microalgas y azucares como producto multiplicador denominados BIOFLOCS,

que se presenta como una alternativa para mitigar los impactos ambientales negativos generados

por las descargas de la acuicultura.

1. PROBLEMÁTICA ACTUAL DE LAS ZONAS DE VERTIMIENTOS

Actualmente las grandes industrias tienen demasiados problemas con el tratamiento de sus

residuos sólidos y líquidos, causando un gran impacto al medio ambiente, en especial a los

afluentes acuáticos que están alrededor de estas empresas. Algunos de los contaminantes que

llegan a estas fuentes hídricas son: ácidos, sales, metales tóxicos, nitratos; llegando a ser

perjudiciales para todo tipo de organismos, alterando su fisiología, sus ciclos biológicos, su

reproducción y modificando genéticamente a largo plazo a los organismos de dichos caudales.

Por otro lado el cambio del pH de los ríos y la eutrofización del agua son otros factores de gran

importancia, causados por la inminente contaminación de la gran mayoría de empresas que

vierten sus residuos tóxicos a las fuentes de agua, generando modificación en estos importantes

ambientes naturales.

Esta modificación en el pH es un factor para la proliferación de diversos microorganismos que

proporcionan a los cuerpos de agua una ayuda en el proceso de depuración de estos agentes

contaminantes, no solo eliminan las sustancias contaminantes del agua, si no que mediante este

proceso absorben dióxido de carbono del ambiente y liberan oxígeno, contrarrestando el efecto

invernadero del planeta.

2. COMO AYUDA LA BIOTECNOLOGIA EN LA ACUICULTURA

En el mundo la actividad de cultivo de peces y camarones en confinamiento ha venido tomando

fuerza como respuesta a los bajos niveles de caza natural por la baja de oferta del recurso ictico

tanto en aguas saladas como aguas dulces, en el departamento del Atlántico, las empresas

productoras tanto de tilapia como de camarón, realizan la aplicación de tecnologías de punta, con

el fin de aumentar los niveles de productividad, entre estas tecnologías esta la aplicación de

bacterias y microalgas para la reutilización de las aguas, bajando los niveles de materia orgánica,

disminuyendo la Demanda Biológica de Oxigeno DBO y por lo tanto las reacciones de óxido-

reducción DQO, y a su vez aumentando el oxígeno disponible. La tecnología de los bioflocs

(BFT por sus siglas en inglés) ofrece una solución a los problemas ambientales por la descarga

de los productos de desechos en los cuerpos de agua y a la dependencia por la harina y aceite de

pescado por parte de la acuicultura.

Los sistemas de bioflocs, también conocida como “flóculos”, incluyen el co-cultivo de bacterias

heterotróficas y algas. El sistema se basa en el conocimiento de los sistemas de tratamiento de

aguas servidas y su aplicación en ambiente acuícolas. Según Jorand et al. (1995), los flocs

microbianos consisten de una mezcla heterogénea de microorganismos (formadores de floc y

bacterias filamentosas), partículas, coloides, polímeros orgánicos, cationes y células muertas.

Pueden alcanzar más de 1000 um en tamaño. El 2 al 20% de la fracción orgánica de los flocs

están constituidos por células microbianas vivas, mientras que el total de materia orgánica puede

ser entre el 60 a 70% y la materia inorgánica del 30 al 40%. Los bioflocs combinan la remoción

de los nutrientes del agua con la producción de biomasa microbiana, que puede ser usada in situ

para el cultivo de especies que pueden servir de alimento; se podría decir que convierte el exceso

de nutrientes en los sistemas de acuicultura en biomasa microbiana, que a su vez es consumida

por los animales en cultivo . Prácticamente las bacterias hacen lo siguiente;

Degradan la materia orgánica en forma de partículas por medio de exo-enzimas

Degradan muco-polisacáridos, producidos por algunas bacterias Gram negativas,

causantes de las condiciones anaerobias en los sedimentos.

Absorben la materia orgánica disuelta más eficientemente que las bacterias Gram

negativas que abundan en los sistemas de cultivo

Absorben el amonio y nitrito.

Reducen las poblaciones de bacterias deletéreas y patógenas por medio de competencia

por nutrientes disueltos y por la producción de metabolitos activos

Incrementan la producción de enzimas digestivas (amilasa, lipasa y tripsina) en el

intestino, lo cual mejora la conversión alimenticia y eficiencia de utilización de proteína,

y por ende mejora el crecimiento de los peces acortando la duración del ciclo de

producción.

Reducen o eliminan la necesidad de cambio de agua, reduciendo costos y el riesgo de

introducir microbios no deseados al sistema de producción.

La aplicación de los bioflocs en los sistemas de acuicultura aun no es muy extendida, a la fecha

se han realizado múltiples investigaciones que permiten avizorar un gran potencial del uso de los

flóculos en los sistemas acuícolas para el tratamiento de las descargas como para la alimentación.

Uso de los bioflocs en el cultivo de tilapia Avnimelech (2007) evaluó la asimilación de los

bioflocs por parte de la tilapia, concluyendo que pueden ser una fuente potencial efectiva de

alimento para la tilapia. En su experiencia, Avnimelech (2007) indica que los flocs microbianos

contribuyen con casi el 50% del requerimiento de proteína de tilapia.

3. CASO ACUACULTIVOS EL GUAJARO EN EL CORREGIMIENTO DE LA

PEÑA ATLANTICO

En esta finca en el corregimiento de La Peña en el Departamento del Atlántico, se aplican las

más altas tecnologías en la producción tanto de Tilapia (Oreochromis spp) como de camarón

blanco (Litophenios vannamei), la finca de 40 hectáreas en espejo de agua posee sistema de

recirculación de aguas para aprovechar los nutrientes producidos en los sistemas de biofloc, se

utilizan mezclas de bacterias preparadas, con la mezcla de melaza para su potenciación.

Fuente: Equipo técnico NICOVITA

a. PRODUCTO UTILIZADO

ECOPRO es un producto microbiológico formulado para el cultivo de animales en agua dulce,

salobre o salada, contiene esporas de cepas seleccionadas de Paenibacillus polymyxa (ECO116),

Bacillus subtilis (ECO75), B. licheniformis (ECO36) y B. megaterium (ECO93) a una

concentración de 5x1011 células por kilogramo, también contiene una fórmula de nutrientes

balanceados 100% orgánicos que permiten que las bacterias de se multipliquen y produzcan los

metabolitos activos que hacen que el producto sea eficiente. Como tercer componente, tiene un

neutralizador orgánico de cloro.

En la finca se utiliza melaza para potenciar la multiplicación de bacterias benéficas que sirven

como alimento a los peces y degradan materia orgánica y ayudan a reducir bacterias como el

Vibrio que produce problemas sanitarios en los peces.

b. METODO DE APLICACIÓN DE LAS BACTERIAS

Para llevar a cabo cualquier proceso microbiológico en sistemas de cultivo se requiere de cepas

específicas de bacterias presentes en concentraciones suficientes para llevar a cabo el proceso

eficientemente. Para obtener las densidades de bacterias necesarias para limpiar un sistema de

cultivo acuático a bajo costo necesitamos multiplicar las células por medio de un proceso de

incubación

Lavar un recipiente plástico y su tapa con jabón líquido, enjuagar bien el recipiente con agua,

agregar agua potable, agregar hipoclorito de sodio o calcio hasta llegar a una concentración final

de cloro de 10 ppm (ejemplo: 0.40 ml de hipoclorito de sodio comercial con una concentración

de cloro de 5,25% por litro de agua) y dejar desinfectando por una hora. Después del proceso de

desinfección agregar el producto al agua a una concentración de 10 gramos por litro, colocar la

tapa y encubar la solución por 18 a 24 horas a una temperatura de 25 a 35° C, con aireación si es

posible. Al cabo de este periodo de incubación el número de bacterias se habrá incrementado

entre 400 y 1000 veces dependiendo de la temperatura y otros factores. Al culminar el periodo de

incubación, verter el encubado en el agua del sistema de producción.

c. DOSIS DE APLICACIÓN

Las dosificaciones están presentadas en gramos de ECOPRO requerido para preparar el producto

por metro cubico de agua de cultivo, y el correspondiente volumen de producto recién incubado

esta presentado en paréntesis en ml/ m3, asumiendo que la incubación de ECOPRO se realice a

una concentración de 10 gramos por litro.

Los porcentajes de utilización de Azúcar o Melaza en la producción de camarones depende del

contenido de sacarosa, el azúcar morena posee más cantidad de sacarosa, por ello es más efectiva

para promocionar las bacterias sacarosa-.positivas

Fuente: Equipo técnico NICOVITA

d. APLICACIÓN DE MELAZA

La dosis para la biorremedacion del agua es de 1kg de melaza/ 1 kg de alimento balanceado, la

absorción de amonio por el fitoplancton es limitada, la melaza estimula a las bacterias a absorber

amonio, lo cual consume oxígeno, la aplicación de melaza en agua con alto contenido en amonio

debido a sobrealimentación debe ser diaria, porque el amonio podría volver a subir.

Fuente: Equipo técnico NICOVITA

Sin embargo, la melaza, por tener otros componentes, podría hacer crecer algunas bacterias no

tan beneficiosas, por eso el azúcar morena podría ser más efectiva por tener mayor cantidad de

sacarosa

Fuente: Equipo técnico NICOVITA

La melaza promueve bacterias heterotróficas, que desplazan al fitoplancton por competencia en

el uso de nutrientes del agua.

4. CONCLUSIONES

La aplicación de biotecnologías para la biorremedacion del agua por medio de la disminución de

materia orgánica por medio de bacterias y melaza ha traído los siguientes resultados observables

en campo:

Disminución de vertimientos, puesto que las empresas deben recircular las aguas que se

han mejorado por la aplicación de biorremediadores, mejorando el desempeño ambiental

de las empresas.

Aumentos de la carga productiva con el aumento de oxígeno disuelto

Aplicación de tecnologías de PML

Más inocuidad del producto final.

Aumento de la productividad.

Disminución de costos de captación, (más agua para otros sistemas).

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