REDUCTORES ORGNICOS: HIDROCARBUROS Y DERIVADOS

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VI. BIODEGRADACION DE HIDROCARBUROS Y DERIVADOS

6.1 Definicin y clasificacin

Los hidrocarburos son compuestos orgnicos binarios formados por tomos de carbono e hidrgeno.a. Hidrocarburos acclicos o alifticos o de cadena abierta Parafnicos (de cadena larga)

Saturados: Alcanos

Gaseosos (de cadena corta)

No saturados: Alquenos y alquinos

(oleofinas) (acetilenos)

b. Hidrocarburos Cclicos donde los tomos de carbono se unen formando anillos. Pueden ser isocclicos ( carbono e hidrgeno) y heterocclicos ( adems de carbono e hidrgeno existen otros elementos) ISOCICLICOS

ALICICLICOS

AROMATICOS(Cicloalifticos)

(Cicloaromticos)

SATURADOS

NO SATURADOS

Uno o ms dobles o triples enlaces

Ciclobuteno

Ciclopenteno

Ciclohexeno

1 metil 2 etil ciclohexeno

H2C

CH2

H2C

CH2

CH2

6.2 Biodegradacin de compuestos alifticos Ataque primario de alcanos y alquenos.

Bacterias que asimilan el O2 molecular.

Pseudomonas, Mycobacterium, Nocardia. Oxidacin monoterminal, subterminal, biterminal.

6.2.1 Oxidacin monoterminalEs el tipo ms comn de oxidacin de los parafnicos o de cadena larga a) La enzima monooxigenasa o de funcin mixta cataliza la transferencia de uno de los tomos del O2 como un grupo hidroxilo hacia el extremo terminal metilo del alcano y se forma un hiperxido intermediario ( hiperoxidacin).b) A continuacin el NADH dona sus electrones y reduce el tomo de oxgeno que qued libre formndose H2O ms un alcohol primario.

RCH2CH3 +O2RCH2CH2 R CH2CH2OH+ H2O+ NAD

OOH

Alcano Hiperxido Alcohol primarioc) Los alcoholes primarios formados inducen la sntesis de una alcohol deshidrogenasa (independiente de NAD+ y NADP+, unida a la estructura celular) que cataliza la oxidacin hasta acetaldehido.

RCH2 CHO

Acetaldehido

d) El acetaldehido es oxidado en una reaccin catalizada por un aldehido deshidrogenasa y en presencia de H2O se origina un cido graso.

R CH2COOH

H2O cido graso6.2.2 Oxidacin subterminal

Forma de oxidacin de los alcanos gaseosos (cadena corta) Se oxidan a nivel del carbono subterminal, originando un hiperxido, posteriormente un alcohol secundario y ste a su vez una metilcetona.. Brevibacterium oxida el propano hasta acetona

RCH2CH3 +O2RCH CH3 RCH CH3 R C CH3

H2OOH

O

O OH

Alcano Hiperxido 6.2.3 Oxidacin biterminal

La cadena de hidrocarburo es atacada por los dos extremos . De esta manera Pseudomonas aeruginosa oxida al 2 metilhexano y produce una mezcla de cidos.

2 Metilhexano

Acido 5- metilhexanoico+ Acido 2 metilhexanoico

C7H15

n octano

n octanol (alcohol primario)

C7H15 C

n octanal (acetaldehdo)

C7H15 C

cido n octanoico (cido graso)

Figura 6. Ataque primario en la biodegradacin de un hidrocarburo aliftico

6.2 Lpidos, aceites, grasas y cidos grasos

cido carboxlico + alcohol

Acetato de etilo (ster)6.3 Biodegradacin de lpidos, grasas, aceites, cidos grasos y glicerol6.4.1 Biodegradacin de lpidos, grasas y aceites.Los lpidos abundan en la naturaleza. Las membranas citoplasmticas de todas las clulas contienen lpidos y muchos microorganismos, as como organismos superiores, producen materiales lipdicos de reserva. Estas molculas son biodegradables y pueden ser excelentes sustratos para el metabolismo microbiano productor de energa.

El enlace ster de los lpidos, grasas o triglicridos es hidrolizado por las enzimas denominadas lipasas, originndose glicerol y cidos grasos libres. Las lipasas no son muy especficas y atacan triglicridos con cidos grasos de longitud de cadena variable. Se encuentran en mohos (Rhizopus, Aspergillus, Geotrichum), levaduras (Candida) y bacterias (Serratia, Bacillus, Clostridium).

El resultado de la accin de las lipasas es la liberacin de cidos grasos y glicerol, los cuales a su vez pueden ser atacados aerobia o anaerobiamente por diferentes microorganismos quimioorgantrofos.El glicerol entra en la va de la gliclisis a nivel del fosfato de dihidroxicetona. Los cidos grasos son activados por el ATP en presencia de la coenzima A para formar Acil CoA y posteriormente entran a una beta oxidacin.

Acidos grasos

Figura 7 . Accin de una lipasa sobre un triglicrido Las grasas y aceites son triglicridos slidos o lquidos a temperatura normal segn el tamao de los cidos grasos. Los aceites estn en estado lquido y tienen los cidos grasos de cadena corta y las grasas estn en estado slido y tienen cidos grasos de cadena larga.

Las grasas y aceites pueden ser de origen animal o vegetal. En grasas de procedencia animal predominan cidos grasos saturados como el cido palmtico (C15H31COOH) y el cido esterico (C17H35COOH), mientras que en aceites vegetales predominan cidos grasos insaturados como el cido oleico (C17H33COOH), linoleico (C17H31COOH) y el cido linolnico (C17H29COOH).

Los aceites y grasas vegetales que se usan para la alimentacin humana se obtienen generalmente por presin o extraccin de materias primas ricas en grasas. Contienen adems de triglicridos, pequeas cantidades de otras sustancias orgnicas como cidos grasos libres, vitaminas liposolubles, pigmentos carotenoides, clorofila, fosftidos, protenas y otras sustancias nitrogenadas.

Del total de produccin de grasas y aceites, el 75% deriva de los vegetales y el 25% de los animales. Un 80% se utiliza en la industria de alimentos, ya sea en la manufactura de margarinas, chocolates o productos de consumo directo como aceites de cocina y ensaladas. El 20% restante se utiliza en la industria oleoqumica para la manufactura de detergentes, plsticos y jabones. Para ste propsito, los aceites y grasas son convertidos en cidos grasos los cuales a su vez son utilizados para producir alcoholes, aminas, steres, etc.

En la industria alimentaria los compuestos no triglicridos de los aceites y grasas (carotenoides, esteroides, fsforo) son extraidos durante los procesos de refinamiento y posteriormente son vendidos. En realidad, de la industria alimentaria muy poco material puede ser considerado como residuo. Las principales fuentes de desechos grasos en el ambiente derivan de los usos no comestibles de aceites y grasas. Los cidos grasos son el componente de la mayora de jabones y detergentes y son eliminados despus de su uso en las aguas de lavado a partir de las fuentes domsticas e industriales.

6.4.2 Biodegradacin de cidos grasos

Los cidos grasos son los constituyentes mayoritarios de los lpidos. Contienen tanto regiones muy hidrofbicas (repelentes del agua) como muy hidroflicas (solubles en agua). Ejemplo: El palmitato es un cido graso de 16 carbonos compuesto de una cadena de 15 tomos de carbono saturados (completamente hidrogenados) y un solo grupo carboxlico.

Los cidos grasos son excelentes donadores de electrones (fuentes de energa) para muchos microorganismos quimioorgantrofos y pueden ser degradados a travs de ( - oxidacin, ( - oxidacin y ( - oxidacin.

a. Beta oxidacin de cidos grasos

En primer lugar el cido graso se activa con una coenzima A y despus como resultado de la oxidacin del cido graso activado se libera Acetil Co A y un cido graso con dos carbonos menos. El proceso de ( - oxidacin se repite y se libera otra molcula de Acetil Co A y un cido graso con dos carbonos menos. . La mayor parte de cidos grasos tiene un nmero par de tomos de carbono y la oxidacin completa produce slo Acetil Co A, el cual posteriormente es oxidado mediante el ciclo de Krebs o es convertido en hexosas y otros constituyentes celulares a travs del ciclo del glioxilato. Resumen: A nivel de carbono 3. En cada ciclo se origina un ster de coenzima A con dos tomos de carbono menos que el original. Producto final: Acetil Coa CO2, H2O, ATPActivacin

cido palmtico (16)

Tioster de cido grasoBeta Oxidacin

Acil CoA deshidrogenasa

Acil CoA insaturado

Crotonasa 1.3 hidroxiacil CoA

3 hidroacil CoA deshidrogenada

cetoacil CoA

Reaccin de la tiolasa

Acetil CoA

Figura 8 . Beta oxidacin de cidos grasosb. Alfa oxidacin de cidos grasosEn la alfa oxidacin se da una hidroxilacin a nivel del carbono 2 , formndose un hidrxido. Luego se da una descarboxilacin oxidativa originndose un aldehdo y posteriormente un cido graso de un carbono menos.

c. Omega oxidacin de los cidos grasosLa omega oxidacin se da a nivel del grupo metilo terminal originndose un cido dicarboxlico., que pasa a oxidacin con liberacin final de acetil CoA. Ejemplo Pseudomonas sp oxida los cidos grasos provenientes de los hidrocarburos , simultneamente por y oxidacin

6.4.3 Oxidacin del glicerol procedente de la hidrlisis de los desechos grasos

6.5 Agentes tensoactivosLos agentes tensoactivos son molculas orgnicas que al disolverse en agua o en otro disolvente, se orientan a la interfase entre lquido y una fase slida, lquida o gaseosa, modificando las propiedades de la interfase. Las modificaciones pueden estar acompaadas por formacin de espuma, coloides, emulsiones o suspensiones y dispersiones.Los agentes tensoactivos pueden ser biolgicos y sintticos. Los tensoactivos biolgicos o biosurfactantes son sintetizados por algunos microorganismos y segn su naturaleza pueden ser: Glicolpidos ( ramnolpidos, celobiolpidos, glucosalpidos), lipopptidos, acilpolioles, cidos grasos, fosfolpidos, lpidos neutros.

Los agentes tensoactivos sintticos tienen una estructura molecular comn que consiste en una larga cadena no polar, casi siempre una cadena de hidrocarburos, que es soluble en aceite pero insoluble en agua ( parte hidrofbica) y otro grupo insoluble en aceite pero soluble en agua ( parte hidroflica). El extremo hidroflico es suficientemente afin al agua para conferir solubilidad en agua a todo el compuesto.

Extremo hidroflico

Extremo hidrofbico6.5.1 Usos de agentes tensoactivos

Los tensoactivos no slo son importantes como constituyentes activos de los agentes limpiadores (jabones, detergentes) , sino tambin son vitales en la estabilizacin de emulsiones (alimentos, cosmticos), como agentes de desprendimiento de moldes en la industria de los plsticos, en la suavizacin de textiles, en las pastas anticonceptivas, en la perforacin de pozos petroleros y muchas otras aplicaciones; sin embargo, los agentes tensoactivos solubles en agua causan espumas en las plantas de tratamiento de aguas (se acumulan en la interfase aire, agua y durante la aireacin del agua residual sobre la superficie de las burbujas).6.5.2 Clasificacin de agentes tensoactivos

Los tensoactivos se clasifican de acuerdo a sus grupos hidroflicos en aninicos, catinicos, no inicos y anfotricos.Cuando los tensoactivos se utilizan como agentes de limpieza, se mezclan con diversos aditivos y tales formulaciones se conocen como detergentes.

a. Tensoactivos catinicos

Los tensoactivos donde el catin es el que tiene la cadena alqulica hidrofbica larga (catinicos).son de poca utilidad en limpieza porque la mayora de las superficies tienen una carga negativa y los cationes se adsorven sobre ellos en lugar de solubilizar la suciedad adherida; sin embargo, tienen otras aplicaciones, como inhibir el crecimiento de bacterias y algas. Por ejemplo, las aminas y los compuestos cuaternarios se orientan en la interfase entre la membrana bacteriana y el agua o el aire formando una pelcula que interfiere con la respiracin microbiana.b. Tensoactivos aninicos

Los tensoactivos donde el anin es el que tiene la cadena alqulica hidrofbica larga (aninicos), pueden ser obtenidos por sulfonacin, sulfatacin, o por sulfoxidacin de las cadenas alqulicas hidrofbicas largas.Sulfonacin : Sulfonatos de alfa oleofinas (AOS)Alquilbencilsulfonatos lineales (LAS)

Sulfatacin :

Sulfatos de alcoholes lineales ( AS)

Etoxisulfatos de alcoholes lineales (AES)

Sulfoxidacin : Alcansulfonatos secundarios (SAS)b.1 Alquilbencilsulfonatos lineales (LAS)

Se forman por sulfonacin, para lo cual previamente se alquila el benceno con un tetrmero de propileno para formar dodecilbenceno que despus se sulfona, ya sea con leum en fase lquida o con trixido de azufre en fase gaseosa, para obtener dodecilbencensulfnico. Este posteriormente se neutraliza con hidrxido de sodio.El dodecilbencensulfonato de sodio a base del tetrmero de propileno (conocido como ABS) se utiliz en la dcada de los cincuenta y principios de los sesenta; sin embargo, no era biodegradable debido al grupo alquilo muy ramificado. Entonces se estableci el desparafinado con rea. Cuando la rea cristaliza en presencia de parafinas u oleofinas de cadena lineal y ramificada forma complejos con los materiales de cadena lineal, pero los ismeros de cadenas ramificadas no se ajustan en los largos y delgados espacios de los cristales de rea. Entonces, los complejos cristalinos se separan de los materiales de cadena ramificada y posteriormente se disuelven en agua, los hidrocarburos de cadena lineal se recuperan y la rea se recircula. De esta manera los alquibencensulfonatos lineales sustituyeron a los materiales de cadena ramificada.

Alquilacin

Figura 9 . Reacciones para la obtencin de un alquilbencilsulfonatob.2 Sulfatos de alcoholes lineales (AS)

Se obtienen por sulfatacin de un alcohol primario con trixido de azufre o cido clorosulfnico, seguida de neutralizacin con hidrxido de sodio. Los sulfatos de alcoholes lineales son tensoactivos de elevada formacin de espuma pero sensibles a la dureza del agua y, por tanto se utilizan mas en formulaciones que tienen altos niveles de fosfato o de otros agentes secuestrantes. Debido a su propiedad de alta formacin de espuma son constituyentes de muchos cosmticos

b.3 Alcansulfonatos secundarios (SAS)

Se obtienen por accin del dixido de azufre y aire sobre parafinas C 14 C18 , una reaccin muy distinta de la sulfatacin y sulfonacin que se conoce como sulfoxidacin. El grupo sulfonato puede aparecer en la mayora de las posiciones de la cadena.

Tienen propiedades de detergente y formacin de espuma similares a los LAS y AOS. Son solubles en agua y se usan en formulaciones lquidas.

c. Tensoactivos no inicos

En los tensoactivos no inicos la parte hidroflica de la molcula no es un in sino una cadena de polioxietileno. Son excelentes humectantes, compatibles tanto con los aninicos como con los catinicos y no son afectados por los iones calcio-magnesio del agua dura. Desafortunadamente tienden a ser ceras de bajo punto de fusin o lquidos y por consiguiente, es difcil formularlos en forma de polvo.d. Tensoactivos anfotricos

Los tensoactivos anfotricos son un grupo de productos especializados que tienen tanto una carga positiva como una negativa en la misma molcula por lo que pueden comportarse como aninicos o catinicos, dependiendo del pH de la solucin en la que se utilizen.

A pH cercanos a 7 son menos irritantes que los detergentes catinicos y se utilizan en shampoo suaves y como son estables y funcionales en un gran intervalo de pH pueden utilizarse en limpiadores alcalinos para superficies grasosas y en limpiadores cidos para superficies oxidadas.6.6 Biodegradacin de agentes tensoactivos

Los agentes tensoactivos representan una fuente potencial de energa y carbono para el crecimiento de los microorganismos. En una biodegradacin primaria de los agentes tensoactivos se elimina la propiedad surfactante y en la biodegradacin final los compuestos resultantes son oxidados hasta CO2, agua y sales minerales. Los agentes tensoactivos pueden ser biodegradados de dos maneras:

a) Por oxidacin del grupo hidrfobo mientras est adherido al grupo hidrfilo

b) Por separacin del grupo hidrfilo y posterior oxidacin del grupo hidrfobo

a) Oxidacin del grupo hidrfobo mientras est adherido al grupo hidrfilo

Este es el caso de los agentes tensoactivos donde se ha llevado a cabo la sulfonacin.

La molcula hidrfoba es sometida a una ( - oxidacin que origina cidos carboxlicos los cuales a su vez son activados para sufrir ( - oxidacin.b) Separacin del grupo hidrfilo y posterior oxidacin del grupo hidrfobo

Agentes tensoactivos en donde se ha llevado a cabo la sulfatacin: Los enlaces ster entre las molculas hidrfilas son rpidamente hidrolizados y las molculas hidrfobas son convertidas en alcoholes, aldehdos y cidos grasos que posteriormente sufren ( - oxidacin originando Acetil CoA.

Agentes tensoactivos en donde se ha llevado a cabo la sulfooxidacin: Los enlaces C S son resistentes a la hidrlisis y para romperlos se requiere de una oxidacin catalizada por una enzima monooxigenasa. Por su parte las molculas hidrfobas son convertidas en alcoholes, aldehdos y cidos grasos que posteriormente sufren ( - oxidacin originando Acetil CoA.

1. Acortamiento de la cadena2. Desulfonacin

3. Apertura del anillo

Acortamiento de la cadena

Alquilada por / oxidacin.

Figura 10. Biodegradacin de agentes tensoactivos sulfonados (LAS)

OSO-3

OSO-3

H++SO2-4Na

CH2OHDesulfatacin

alcohol cetona

alcohol

O O

OH

CHO

aldehido TCA O

COOH HOOC

OH

cido graso

CHO aldehido O acetona hidroxilada

COOHcido graso

Componentes celulares.

CO2

70-80% para la produccin de energa.

Surfactante

30-20% para su incorporacin al material celular.Figura 11. Biodegradacin de agentes tensoactivos sulfatados (AS)

Figura 12. Biodegradacin de agentes tensoactivos sulfooxidados (SAS)

6.7 Detergentes

Los detergentes son compuestos cuya disolucin acta como agente limpiador de la suciedad de un sustrato y a la vez la suspende o dispersa para que sta no se deposite nuevamente sobre el sustrato.

6.7.1 Jabones o detergentes jabonosos

El jabn es la sal de sodio de los cidos grasos (C12 C18). Los cidos grasos se obtienen por hidrlisis de grasas y aceites naturales.. El sebo no comestible de las empacadoras de carne y el aceite de coco hidrolizado o saponificado con hidrxido de sodio son las materias primas que se prefieren.

Para jabones blandos, que son sales de potasio se utiliza hidrxido de potasio. A gran escala, la hidrlisis continua de grasas a cidos grasos por medio de vapor es mas convincente y los cidos se neutralizan posteriormente con hidrxido de sodio.

CH2_OOC_C15H31

CH2OH

CH_OOC_ C15H31 + 3 NaOH

3 C15H31COONa++ CHOH

CH2_OOC_ C15H31

CH2OH

Palmitina

Palmitato de sodioglicerina (glicerina + cido palmtico)

(jabn)

Si bien es cierto el jabn es biodegradable, tiene buenas propiedades detergentes y se disuelve rpidamente, presenta como desventaja el que se deteriora durante el almacenamiento, no es estable en solucin cida y las sales de calcio y magnesio de los cidos grasos son insolubles.6.7.2 Detergentes no jabonosos

Despus de la segunda guerra mundial, la rpida disponibilidad de hidrocarburos procedentes de la industria petroqumica en desarrollo, hizo atractiva la idea de que existiese un sistema de detergentes baratos y eficientes. La sal de sodio de un cido graso de cadena larga es un buen tensoactivo, pero tiene ciertas propiedades indeseables por lo que una ligera modificacin producira el artculo deseado. Es as como se reemplaz el O

grupo sulfonato R S O- Na+ por el grupo carboxilato R C O Na+ ; debido a

O

O

que el cido sulfrico es barato y fcilmente asequible.

El compuesto seleccionado fue dodecilbencensulfonato de sodio que posteriormente se mezcla con fortificadores y se seca por aspersin, formando un polvo de flujo libre al cual pueden agregarse blanqueadores y enzimas.

6.7.3 Detergentes sintticosEn el mercado existen cuatro tipos de detergentes sintticos:

1. Aninicos, que contienen grupos solubles sulfatos y sulfonatos de sodio. Los que ms se utilizan son los sulfonatos debido a que cuestan poco y son estables en aguas duras.

2. Catinicos, que son principalmente compuestos cuaternarios de amonio. Son caros y se utilizan en industrias de salud para limpieza de utensilios. Poseen las mejores propiedades bactericidas y bacteriostticas.

3. No inicos, como los productos de condensacin del xido de etileno con materiales fenolicos cidos grasos. Tienen aplicacin en la industria.

4. Biolgicos, con enzimas para eliminar algunos tipos especficos de manchas de ropa.6.7.4 Composicin qumica de los detergentes

La formulacin qumica de un detergente comprende numerosos compuestos: tensoactivos, fortificadores, blanqueadores, cargas y auxiliares de procesamiento, blanqueadores pticos, estabilizadores de espuma, agentes suspensores de la suciedad y enzimas. a) Agentes tensoactivosEl agente tensoactivo o surfactante de un detergente funciona como agente humectador. Disminuye la tensin superficial del agua, lo que permite que sta penetre ms en el tejido textil. Adems, las molculas de surfactante forman puentes entre las partculas de suciedad y agua gracias a la naturaleza bipolar de las molculas del surfactante. Uno de los extremos es no polar y se disuelve en la suciedad, mientras que el otro est cargado y es atrado por el agua, en la que se disuelve.

Los surfactantes ms comunmente utilizados son los compuestos conocidos como sulfonatos de alquilo lineales (SAL). Un ejemplo es el dodecilbencenosulfonato de sodio:

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCH3

O = S = O

b) FortificadoresSon qumicos que secuestran los iones como el calcio y el magnesio, que en solucin interfieren con las llamadas repulsiones de la doble capa elctrica que ayudan a los tensoactivos a desprender la suciedad de los sustratos. El cido etilendiaminotetractico (EDTA) es un quelante muy efectivo en el laboratorio pero el fortificador de mayor importancia es el tripolifosfato de sodio que cristaliza de una mezcla de fosfato disdico y fosfato monosdico.

Tripolifosfato de sodio:

2Na2HPO4 + NaH2PO4

5Na+ + 2H2O

Antes de secuestrar los iones mecnicos polivalentes el tripolifosfato de sodio evita la redeposicin de la suciedad sobre la superficie por un mecanismo relacionado con la quelacin y la distribucin de cargas y regula el medio acuoso a un pH de 9 10, favoreciendo as la disolucin de cidos grasos libres. Tambin elimina y mata ciertas bacterias.

A los detergentes se les agrega un segundo fortificador, silicato de sodio que brinda resistencia a los grnulos individuales, estabiliza la mezcla y mejora su velocidad de solubilizacin. Tambin inhibe la accin corrosiva de los tensoactivos sulfatados y sulfonados sobre los metales de las mquinas lavadoras.

c) Blanqueadores

La suciedad que no se elimina por los mecanismos usuales es modificada mediante blanqueadores que se descomponen formando perxido de hidrgeno y el ms usado es el perborato de sodio que a diferencia de los blanqueadores de cloro no se descompone, no tiene un olor desagradable y no daa las telas y colorantes.

d) Cargas y auxiliares del procesamiento

El sulfato de sodio se encuentra en las formulaciones de los detergentes en parte como subproducto del proceso de fabricacin y algunas veces por adicin para dar al polvo soltura y mejor flujo.

e) Blanqueadores pticos

Llamados tambin agentes fluorescentes, son tintes incoloros que producen una fluorescencia azul al adsorberse sobre las telas. stos enmascaran cualquier tono amarillo debido al envejecimiento de la tela y son responsables del ms blanco que el blanco. Los ms comunes son los derivados del triazinilestilbeno sulfonado.f) Estabilizadores de espuma

Generalmente se utiliza la n hidroxietil lauramida formada por condensacin del laurato de metilo con etanolamina.g) Agentes suspensores de suciedad

El principal agente suspensor de suciedad o fortificador orgnico es la carboximetilcelulosa sdica cuya funcin es evitar la redeposicin de suciedad e incrementar cargas negativas sobre la superficie de las telas, que a su vez repelen las partculas de suciedad, las cuales tienen cargas negativas.

h) Enzimas

Son biocatalizadores que se utilizan para eliminar manchas producidas por protenas como huevo, leche y sangre. Al agregar una enzima proteoltica, sta cataliza la hidrlisis de protenas formndose pptidos solubles en agua y aminocidos o cuando menos las hace permeables al agua, por lo cual la mancha puede eliminarse junto con la mugre grasosa.

6.7.5 Detergentes como contaminantes

Los detergentes de tipo comercial deben contener ciertos aditivos que se pueden convertir en graves contaminantes del agua. Los ms importantes son los surfactantes y aditivos tripolifosfatos.Los compuestos tensoactivos reducen la solubilidad del oxgeno disuelto en el agua y dificultan la vida acutica. Adems eliminan la grasa de las plumas de las aves acuticas ocasionando el escape el aire aislante (entre las plumas). Como consecuencia, las aves se mojan lo cual puede ocasionar su muerte por fro o porque se ahogan de manera semejante como les ocurre con lo derrames de petrleo en el mar. En los vegetales acuticos inhiben la fotosntesis originando la muerte de la flora y fauna acutica. En los peces producen lesiones en las branquias dificultando la respiracin y provocando la muerte.Adems de los agentes surfactantes, el principal aditivo de los detergentes son los tripolifosfatos denominados genricamente fosfatos.En aguas relativamente tranquilas como lagos y lagunas, la presencia de elementos nutritivos como nitratos y fosfatos conlleva a la proliferacin de vegetales acuticos. Las principales fuentes de nutrientes son las aguas negras y los escurrimientos agrcolas (fertilizantes de los cultivos agrcolas, materia orgnica de la basura, detergentes hechos a base de fosfatos) que ocasionan el crecimiento masivo de algas, cianobacterias, lirios acuticos y lenteja de agua generando grandes cantidades de masas vegetales sobre las aguas y su acumulacin en las riberas. Cuando las plantas mueren, su descomposicin por bacterias aerobias consume el oxgeno disuelto generando condiciones anaerobias que eliminan peces, flora y fauna tiles para el hombre, predominando formas de vida menos tiles como sanguijuelas y gusanos que se alimentan de basura. Igualmente predominan las bacterias anaerobias con produccin de cido sulfhdrico y metano debido a la descomposicin de la materia orgnica.La eutrofizacin o eutroficacin es un proceso de envejecimiento del agua estancada o de corriente lenta con exceso de nutrientes que acumula en el fondo material vegetal en descomposicin. Las plantas se apoderan del lago hasta convertirlo en pantano y luego se seca.En la actualidad se comercializan los llamados detergentes antibacterianos que contienen agentes bactericidas y reducen los microorganismos presentes en el agua disminuyendo la capacidad natural de biodegradacin.6.8 Compuestos fosfatados En el suelo no existe fsforo libre sino combinado en forma de iones fosfatos, los cuales a su vez pueden estar como formas aninicas o formando combinaciones.

Las formas aninicas o solubles pueden estar libres en la solucin del suelo (fsforo soluble) o fijadas a partculas capaces de retenerlas (fsforo adsorbido, fijado o lbil ).

Las combinaciones no solubles pueden ser orgnicas (fsforo orgnico no soluble), minerales (fsforo inorgnico precipitado no soluble ) o polifosfatos (fsforo inorgnico no soluble). Iones fosfato

a. Formas aninicas

Las formas aninicas suelen estar libres en la solucin del suelo fijas a diversas partculas del suelo capaces de retenerlas. Al conjunto de ambos grupos de iones se le designa pool de iones autodifusibles y iones isotpicamente cambiables.

La expresin pool de iones autodifusibles fue utilizada para designar el conjunto de iones de la solucin del suelo y los que se encuentran en movimiento constante alrededor y sobre la superficie de los coloides del suelo. Cada uno de estos iones tiene, por tanto, la facultad de escapar en todo momento de la atraccin superficial del combinador y pasar a la solucin del suelo. Teniendo en cuenta, a su vez que la nutricin fosfatada de la planta se hace a partir de las formas inicas stas reciben tambin los nombres de reserva asimilable y pool alimentario.a.1 Formas aninicas libres (Fsforo soluble)

Se encuentran en la solucin del suelo. Pueden aparecer en sus distintos grados de ionizacin (PO4H-2, PO4H2-, PO3-4) y su concentracin depende de la reaccin del suelo.

En suelos cidos predominan los iones monovalentes (PO4H-2) mientras que en suelos neutros la proporcin es del orden del 50% entre mono y divalentes (PO4H-2, PO4H2-). A medida que se eleva el pH desaparecen las formas divalentes dejando paso a las trivalentes (PO3-4). A pH prximo a 12 existira un equilibrio del 50% entre di y trivalentes. Un pH superior a 12 supone la presencia casi exclusiva de formas trivalentes.

a.2 Formas aninicas fijas (fsforo adsorbido, fsforo fijado, lbil o fcilmente movilizable)Los iones se encuentran fijos fundamentalmente sobre el complejo arcillo-hmico, sobre los bordes o grietas de la red cristalina de las arcillas, adsorbidos sobre partculas muy finas de caliza y fijados por coloides electropositivos. Sobre el complejo arcillo- hmico mediante puentes de calcio: Esta unin es ms energtica cuanto mayor es el pH. Algunas formas aninicas fijas son:ComplejoCaPO4H2

Ca

Complejo

PO4H

Ca

Ca

Complejo Ca PO4

Ca

Se trata de enlaces dbiles que permiten una desorcin rpida, por lo que esta reserva tiene un potencial alimentario elevado.

Sobre los bordes o grietas de la red cristalina de las arcillas: Existe la posibilidad de prdida de grupos OH-, que son sustitudos por fosfatos. Esta fijacin es bastante estable y corresponde a una desorcin lenta.

R1

R1

AlOH

Al PO4H2

R2

R2

Adsorbidos sobre partculas muy finas de caliza: Partculas de caliza de 100 um de dimetro estn dotados de capacidad de adsorcin para los fosfatos similar a la de las arcillas, aunque con menor capacidad de cambio.

Fijados por coloides electropositivos: Los hidrxidos de hierro y de aluminio de naturaleza coloidal ejercen sobre los aniones fosfato un poder fijador muy elevado. En suelos cidos sta es la nica forma de fijacin de fsforo mineral.

OH

OH

Fe OH

Fe OH

OH

H2O4P

OH

OH

Al OH

Al OH

OH

H2O4P

b. Fosfatos precipitados en combinaciones minerales (fsforo precipitado no soluble, no lbil o fosfato mineral)Representan una retrogradacin del fsforo del suelo que impide su utilizacin por la planta especialmente a pH extremos y en presencia de cationes libres.

En suelos con pH elevado y con importantes cantidades de calcio activo se produce la retrogradacin clcica mediante la transformacin de fosfatos mono y biclcicos en triclcicos. En suelos con pH elevado pero con menor contenido de calcio activo ( suelos salinos o alcalinos ) el problema es menos importante debido a la mayor solubilidad de los fosfatos sdicos y magnsicos.

La fosforita es fosfato triclcico (PO4) 2Ca3 pero suele aparecer impurificada por aniones respondiendo a la frmula (PO4) 3 x Ca3. Los fosfatos minerales ms abundantes son las sales del cido fosfrico con calcio que forman yacimientos de origen sedimentario impurificadas con cloro, flor, carbonatos, grupos OH- y se muestran a continuacin:

Fosfato triclcico

Ca3 (PO4) 2

Fosfato biclcico

CaHPO4

Fosfato monoclcico

Ca(H2PO4) 2

Cloroapatita

Ca3(PO4) 2 Ca Cl2

Hidroxiapatita

Ca3(PO4) 2 Ca(OH) 2

Oxiapatita

Ca3(PO4) 2 CaO

Fluoroapatita

Ca3(PO4) 2 CaF2

Carbonatoapatita

Ca3(PO4) 2 CaCO3En suelos netamente cidos (pH inferior a 4,5) se presenta el problema de precipitacin frrica y alumnica, debido a la solubilizacin y consiguiente paso del fierro y aluminio (Fe3+ y Al3+) a las soluciones del suelo .

VivianitaFe3(PO4) 2 . 8H2O

Fosfatos Fe

EstregnitaFePO4 . 2H2O

Difenita

VariscitaAlPO4 . 2H2O

Fosfatos Al

WavelitaLos fosfatos precipitados pueden ser solubilizados aunque muy lentamente, por los agentes fsico- qumicos y adems por va microbiana.c. PolifosfatosEn muchos microorganismos y bajo condiciones ambientales determinadas se almacenan sustancias intracelulares que constituyen materiales de almacenamiento o de reserva: polifosfatos, polisacridos, grasas, azufre. Este material se almacena cuando las sustancias de partida se encuentran en el medio de cultivo pero el crecimiento est limitado o interrumpido por la falta de determinados nutrientes o por la presencia de inhibidores. Los polifosfatos son polmeros lineales de ortofosfato con cadenas de longitudes variables, unidas por enlaces ster.

Muchas bacterias y clorofceas pueden almacenar cido fosfrico en forma de grnulos de polifosfato. Debido a que la primera descripcin se realiz en Spirillum volutans y al cambio de color caracterstico (efecto metacromtico, esto es aparecen de color rojo o de una gama diferente al azul cuando se tien con azul de metileno o azul de toluidina) se les llama tambin grnulos de volutina o metacromticos.

HO

POLIFOSFATO

d. Fosfatos orgnicos (Fsforo orgnico insoluble)Forman parte de molculas orgnicas o estn combinados con los cidos hmicos del suelo (humofosfatos). Los compuestos orgnicos de fsforo ms abundantes son la fitina, lecitina, cefalina, cido fosfatdico, cidos nucleicos (todas son combinaciones del cido ortofosfrico con diversos compuestos orgnicos).

6.9 Transformaciones microbianas del fsforoa) Mineralizacin: Fsforo insoluble a fsforo soluble.b) Inmovilizacin: Fsforo soluble a fsforo insoluble.c) Solubilizacin: Fsforo inorgnico insoluble a fsforo inorgnico soluble.d) Oxidacin-reduccin de compuestos inorgnicos de fsforo.

6.9.1 Mineralizacin

Durante la degradacin de la materia orgnica, los microorganismos transforman el fsforo orgnico insoluble en formas inorgnicas solubles a travs de enzimas como fosfatasas y fitasas. Bacillus y Serratia son los ms activos, aunque alrededor de 70 a 80% de la poblacin microbiana interviene en la mineralizacin del fsforo orgnico.

La gran cantidad de vegetacin que se descompone en el suelo es la principal fuente de compuestos orgnicos de fsforo. Los cultivos agrcolas tienen entre 0,05 a 0,50% de fsforo en sus tejidos. En las plantas este elemento se encuentra como fosfatos de inositol, (por ejemplo fitina); fosfolpidos, cidos nucleicos, azcares fosforilados y coenzimas. Los fosfatos de inositol pueden tener uno a seis tomos de fsforo por unidad de inositol. La fitina es la sal de calcio - magnesio del hexafosfato de inositol cido fitdico. En los fosfolpidos el fosfato est combinado con un lpido. Los fosftidos, son una clase de fosfolpidos formados por glicerina esterificada con dos cidos grasos y una molcula de cido fosfrico. En la lecitina y cefalina el cido fosfrico se esterifica con colina y etanolamina respectivamente. A su vez, los cidos nucleicos estn constituidos por bases pricas, pirimdicas, una pentosa y fosfato.

La descomposicin de la materia orgnica fosfatada se efecta por desfosforilaciones enzimticas con liberacin de fosfatos. Las enzimas que catalizan las reacciones son excretadas por los microorganismos y se requieren de condiciones particulares de regulacin:

La descomposicin es favorecida por temperaturas elevadas, siendo el rango termoflico ms favorable que el mesoflico.

La mineralizacin es generalmente ms rpida en suelos vrgenes que en cultivados.

La velocidad de mineralizacin aumenta al ajustar el pH a valores que conducen a un metabolismo microbiano general y un cambio de la acidez a la neutralidad incrementa la liberacin de fosfato.

La tasa de mineralizacin est relacionada directamente con la cantidad de sustrato, siendo los suelos ricos en fsforo orgnico los ms activos.

Se admite que sustratos con una relacin carbono-fsforo prxima a 200 presentan un equilibrio adecuado.

Segn la naturaleza del sustrato, los cidos nucleicos son ms lbiles que los fosfolpidos y a su vez stos ms que la fitina.

6.9.2 Inmovilizacin

Significa que para su crecimiento los microorganismos (al igual que las plantas) absorben y asimilan el fsforo inorgnico soluble (principalmente como orto fosfato monovalente H2PO- 4) y lo transforman en fsforo orgnico insoluble (fosfolpidos, steres de fosfato, cidos nucleicos) en fsforo inorgnico insoluble (polifosfatos), hacindolo inaccesible para el resto de la comunidad biolgica.

Los microorganismos asimilan el fsforo inorgnico soluble originando fsforo orgnico insoluble que se encuentra como:

Grupos fosfato hidroflicos de los fosfolpidos o componentes esenciales de la membrana celular. Esteres de fosfato que forman las uniones en las molculas de los cidos nucleicos (ARN y ADN).

Forma esencial en el metabolismo energtico debido a su presencia en las molculas de ATP, ADP, AMP y pirofosfato.

Comnmente el fsforo representa 0,5 a 1% de los micelios fngicos y 1 a 3% del peso seco de las bacterias. La mayor parte del fsforo en la clula bacteriana est en el ARN (30 a 50%). Aproximadamente 15 a 25% del contenido total de fsforo se encuentra en el protoplasma como compuestos solubles en cido, tanto orgnicos como inorgnicos. Aqu se incluye orto y meta fosfatos, azcares fosfatados, coenzimas y fosfatos de adenosina. Los fosfolpidos generalmente representan menos del 10% del fsforo celular y el ADN constituye del 2 al 10% del contenido total de fsforo.

Los microorganismos pueden acumular grnulos de polifosfatos o fosfato inorgnico, llamado tambin volutina o grnulos metacromticos cuando se presenta la carencia de casi cualquier nutriente celular que no sea fosfato. Por ejemplo, la carencia de sulfato es particularmente efectiva y determina una rpida y masiva formacin de polifosfatos. Cuando a las clulas que han acumulado el polmero se les suministra sulfato adicional, el polifosfato desaparece rpidamente. Los experimentos realizados con fsforo demuestran que el fosfato se incorpora a los cidos nucleicos. Por consiguiente, la volutina parece tener como funcin primaria la de constituir la reserva intracelular de fosfato formada en diversas situaciones cuando se impide la sntesis de cidos nucleicos. La formacin de polifosfato se produce por adicin secuencial de restos de fosfato al pirofosfato actuando como donador el ATP.

6.9.3 Solubilizacin

El fsforo inorgnico precipitado insoluble es solubilizado por accin de microorganismos solubilizadores de fsforo. Se han descrito varios mecanismos en la solubilizacin de los fosfatos; sin embargo, el principal es la produccin de cidos orgnicos, aunque tambin de cidos inorgnicos como sulfhdrico, ntrico y carbnico. Tambin se ha postulado que la excrecin de protones acompaada de la asimilacin del ion amonio es la explicacin ms probable para la solubilizacin microbiana del fsforo en ausencia de produccin de cidos, as como tambin la accin de mecanismos reductores de los cationes.Los cidos orgnicos producidos por los microorganismos disminuyen el pH del medio o bien forman quelatos con lo cual se libera el fsforo de sus fuentes no disponibles. La relacin entre disminucin del pH y solubilizacin de fosfato se demuestra en medios lquidos donde en su mayora el incremento de la concentracin fsforo solubilizado est asociado a una disminucin de pH y viceversa. La quelacin de cationes es el mecanismo ms importante para la solubilizacin de P cuando la estructura del cido orgnico es favorable. Es as como la quelacin tendr mayor relevancia en aquellos casos en que la estructura de los cidos orgnicos permita generar quelatos complejos estables con iones metlicos. La extensin en la cual un cido orgnico es capaz de quelar cationes es influenciada mayormente por su estructura molecular, por sus grupos hidroxilos y carboxilos, de tal manera que los cidos tricarboxlicos formarn quelatos ms fuertes que los dicarboxlicos y monobsicos. Ejemplo, Los quelatos del cido ctrico con el calcio son fuertes, con el cido mlico y tartrico son menos fuertes y con el cido lctico son dbiles. Asimismo se ha demostrado que los cidos orgnicos solubilizan ms fsforo que los cidos inorgnicos al mismo pH con la diferencia presumida principalmente debida a la quelacin. El anlisis cromatogrfico de gases de medios de cultivo una vez libres de clulas bacterianas solubilizadoras de fsforo, demostr la presencia de once cidos orgnicos voltiles y no voltiles. Los cidos ms comnmente producidos fueron lctico, succnico, isovalrico, isobutirico y actico, observndose as mismo que la mayora de las especies bacterianas producen ms de un cido orgnico.Las bacterias que realizan la solubilizacin del fosforo incluyen gneros como Pseudomonas, Bacillus, Paenibacillus, Vibrio, Xanthobacter, Enterobacter, Kluyvera, Micrococcus, Achromobacter, Aerobacter, Flavobacterium, Burkholderia, Xanthomonas, Chromobacterium, Serratia, Azotobacter, Acinetobacter, Pantoea y Erwinia. Entre los hongos solubilizadores de fsforo predominan Aspergillus, Penicillium, Paecilomyces, Rhizopus, Fusarium y Sclerotium.En laboratorio los microorganismos solubilizadores de fsforo pueden ser detectados utilizando medios de cultivos lquidos o slidos que contengan fosfato insoluble en solucin. En medios lquidos la positividad est dada por el aclaramiento del medio y en medios slidos, por la formacin de una zona clara alrededor de la colonia. Diferentes bacterias solubilizadoras de fsforo han sido aisladas de la rizsfera de plantas y han demostrado su efecto benfico en cultivos como hortalizas, gramneas, leguminosas y frutales. En Triticum vulgare trigo se determin el efecto de la inoculacin de Pseudomonas sp. solubilizadora de fsforo. Los tratamientos fueron tres (TO, testigo sin inoculacin; T1, Pseudomonas sp 250 mL/50 kg de semilla; T2, Pseudomonas sp. 500 mL/50 kg de semilla). La fertilizacin qumica se realiz con 84 kg ha-1 de fosfato monoamnico (11-23-0); 36 kg/ha de sulfato de amonio (21-0-0-24) y 140 kg/ha de rea (46-0-0), incorporados a la siembra en suelo conteniendo un promedio de 7,1 a 7,6 ppm de fsforo. La inoculacin con Pseudomonas sp. increment significativamente la materia seca (36,6 % ), nmero de granos ( 15.11 % ) y rendimiento ( 9,0 %) con respecto al testigo. En Lactuca sativa L. lechuga variedad Longifolia se demostr que cepas nativas de Pseudomonas influyen positivamente en el desarrollo de las plantas, destacando Ps. fluorescens con un promedio de 223,86 cm2 de rea foliar frente a 74,62 cm 2 del testigo.Las bacterias solubilizadoras de fosforo pueden mejorar la fertilidad del suelo y la nutricin de las plantas por lo que sus poblaciones deben ser establecidas e incrementadas, partiendo de su inoculacin en plantas, semillas o suelo. Existen preparados a base de bacterias solubilizadoras de fosforo, comercializados como biofertilizantes Fosforina, Biofosfobuap, Rizofos maz, Solbac P. Con la aplicacin del biofertilizante Fosforina se ha podido suplir total o parcialmente las necesidades de fsforo en cultivos como Lycopersicon esculentum tomate, Cucumis sativus pepino, Nicotiana tabacum tabaco, Saccharum officinarum caa de azcar y ctricos. Las aplicaciones se realizaron remojando las semillas durante 5 minutos con el producto comercial sin diluir (8 Lha-1) y asperjando el suelo con una solucin diluda 1:10 a razn de 20 Lha -1, con una solucin final de 200 L. En semilleros de tabaco se alcanz entre 30 a 50 % de incremento en la biomasa seca de semillas y un ahorro de 50 % de la dosis de fsforo. En tomate, se logr sustituir 50% a 75 % del fertilizante fosforado recomendado, con incrementos de rendimientos de 5 a 38 %. En caa de azcar, el rendimiento se increment en 38 % y el contenido de fsforo del jugo en 46 %, cuando se aplicaron solubilizadores de fsforo. En suelos tropicales, el uso del biofertilizante Phosphobakterin constituido por Bacillus megatherium var. phosphaticum permiti la sustitucin de hasta 70 % del fertilizante fosfatado y el biofertilizante Biofosfobuap constitudo por Acinetobacter calcoaceticus y Chromobacterium violaceum increment entre 30 y 50 % los rendimientos de Zea mays L. maz , Triticum vulgare trigo y Hordeum vulgare cebada y disminuy en 50 % el uso de fertilizantes qumicos fosfatados. Las diferencias en el rendimiento, como resultado de la inoculacin de bacterias solubilizadoras de fsforo, son independientes y se manifiestan de igual manera, cualquiera sea, la dosis de fsforo aplicada, aseveraciones que se demostraron cuando se determin el efecto de un inoculante comercial Rizofos maz (solubilizador de fsforo constituido por Pseudomonas sp.) y su interaccin con la fertilizacin fosforada sobre el rendimiento de Zea mays L. maz hbrido DK 747, cultivado en suelo con un contenido de 10,1 ppm de fsforo. El ensayo fue conducido como un diseo en bloques completo aleatorio con dos factores: inoculacin (con y sin Pseudomonas sp.) y fertilizacin qumica (O, 75 kg/ha, 150 kg/ha). El inoculante se incorpor a la semilla y el fertilizante superfosfato triple de calcio (0-23-0).al costado de la lnea de siembra. La respuesta hacia ambos factores mostr un comportamiento aditivo, sin interaccin de inoculacin x fertilizacin qumica. En el caso de la inoculacin, la diferencia en el rendimiento alcanz un promedio de 8,4 % y dicho incremento fue independiente a la estrategia de fertilizacin empleada.

6.9.4 Oxidacin Reduccin

Durante la mayor parte del ciclo microbiano del fsforo no se altera su estado de oxidacin. Las transformaciones del fsforo mediadas por los microorganismos pueden considerarse como una transferencia de fosfato inorgnico a orgnico, o como una transferencia de formas fosfatados insolubles e inmovilizadas a formas solubles o componentes mviles.

Aunque el fosfato normalmente no se reduce por accin microbiana, parece ser que algunos microorganismos del suelo y de los sedimentos pueden utilizarlo como aceptor terminal de electrones en ausencia de sulfato, nitrato y oxgeno. El producto final de la reduccin del fosfato seran las fosfinas (PH3), que son voltiles y arden espontneamente en contacto con el oxgeno, produciendo un brillo verde. La produccin de fosfinas se ha observado a veces cerca de lugares de enterramiento y pantanos, donde se produce una gran descomposicin causando un fenmeno luminoso conocido como fuego fatuo.

Cuando se incuban anaerobiamente algunas muestras de suelo en un medio de manitol-NH4H2PO4, el fosfato muy rpido. Esta disminucin no slamente es resultado de la asimilacin, sino tambin de que aparentemente el fosfato es reducido a fosfito e hipofosfito

H3PO4

H3PO3

H3PO2

+5

+3

+1

En presencia de nitrato o sulfato, la reduccin del fosfato se retarda debido a que stos son utilizados ms rpidamente como aceptores de electrones. Ms an, los cultivos puros de Clostridium butyricum y Escherichia coli forman fosfito e hipofosfito a partir de ortofosfato.El proceso parece bioqumicamente anlogo a la desnitrificacin o a la accin bacteriana sobre los sulfatos; sin embargo, en contraste con la reduccin de los sulfatos, proceso en el cual el producto final es el estado ms reducido del azufre (H2S), no existe evidencia de que el producto final de la reduccin de fosfato sea fosfina. Es poco probable que la reduccin se lleve a cabo en ambientes bien aireados. Bacillus, Pseudomonas y Clostridium reducen los PO-34 a hipofosfitos PO-32 y fosfitos PO3 en anoxia. La oxidacin biolgica de compuestos de fsforo reducidos es evidente cuando se agregan fosfitos al suelo. Los fosfitos desaparecen con un incremento correspondiente en la concentracin de fosfato. El proceso se lleva a cabo microbiolgicamente porque ya no es evidente cuando se adiciona un inhibidor biolgico como el tolueno. Muchas bacterias hetertrofas, hongos y actinomicetos utilizan el fosfito como nica fuente de fsforo en medios de cultivo y oxidan el fosfito en la clula a compuestos orgnicos de fosfato. El hipofosfito (HPO2=) tambin puede ser oxidado a fosfato in vitro por los hetertrofos. Las bacterias utilizan preferentemente fosfato en lugar de fosfito, por lo que en medios que contienen ambos aniones el primero desaparece antes. No hay evidencia de que la oxidacin proporcione energa para el desarrollo de bacterias quimioauttrofas.

6.10 Inmovilizacin del fsforo en el tratamiento de aguas residuales

La captacin microbiana de fsforo y su acumulacin en forma de polifosfatos puede propiciarse modificando el proceso de depuracin de las aguas residuales. La eliminacin mejorada del fosfato del sedimento parece ir asociada a la acumulacin de polifosfatos por las bacterias Acinetobacter y Moraxella. Entre los especmenes de A. calcoaceticus pueden transferirse caracteres genticos por transformacin. Como estas bacterias son capaces de almacenar mucho fosfato se considera que con su ayuda podra eliminarse el fosfato inorgnico de las aguas residuales, recuperndolo para posteriormente ser utilizado como abono. Estos microorganismos cuando estn en condiciones anxicas utilizan la energa proveniente de las descomposicin de los polifosfatos para incorporar grandes cantidades de cidos grasos y almacenarlos como poli B hidroxibutirato (PHB), y a la vez liberan el fosfato soluble hacia el medio externo.Cuando las aguas residuales se reoxigenan, las bacterias oxidan rpidamente sus reservas de PHB intracelular y al mismo tiempo se dedican en un alarde de glotonera a ingerir fosfato muy por encima de sus necesidades para el crecimiento. El fosfato incorporado se almacena como polifosfato rico en energa dentro de la clula, eliminando de este modo el fsforo del efluente. Basndose en los mecanismos descritos se han diseado varios sistemas biolgicos de eliminacin del fsforo que se han incorporado al sistema de depuracin de lodos activados. Todos corresponden a uno o ms ciclos alternados anxico xico (A/O) de almacenamiento de aguas residuales.

a. Proceso A/0

El proceso A/O consiste de un sistema modificado de lodos activados que incluye una zona anxica con un tiempo de retencin de 0.5 a 1 hora contracorriente del tanque de aireacin convencional que tiene un tiempo de retencin de 1 a 3 horas. Durante la fase anxica el fsforo inorgnico se libera de las clulas como resultado de la hidrlisis del polifosfato. La energa liberada se utiliza para la incorporacin de la DBO de las aguas residuales. La eficacia de la eliminacin es alta cuando la relacin DBO fsforo es

superior a 10. Durante la fase aerobia el fosfato soluble es atrapado por las bacterias que sintetizan polifosfatos utilizando la energa liberada de la oxidacin de la materia orgnica.

El proceso A/O elimina el fsforo y la DBO de los efluentes y produce un fango rico en fsforo.

0,5-1 hora 1-3 horasInfluente

Efluente

Lodo

Residuos

Figura 13. Proceso A/O para la recuperacin de fosfato en aguas residuales

b. Proceso BardenphoEl proceso Bardenpho, consiste en dos tanques aerobios y dos que no contienen oxgeno molecular seguidos por un tanque de sedimentacin del lodo.

El tanque I es anxico y se utiliza para la desnitrificacin teniendo a las aguas residuales como fuente de carbono. El tanque II es un tanque aerobio utilizado tanto para la oxidacin del carbono como para la nitrificacin. El jugo mezclado de este estanque que contiene nitrato es devuelto al tanque I. El tanque III es anaerobio. Tomando en cuenta que las bacterias polifosfato utilizan el nitrato como aceptor final de electrones y su presencia interfiere con el almacenamiento de PHB que prepara a dichas bacterias para su orga de incorporacin de fosfato, se prefiere que en el tercer tanque exista poco o ningn nitrato. Finalmente el tanque IV es aerobio y aqu se lleva a cabo la inmovilizacin de fosfato.

influente

Lodos

Efluente

Figura 14. Proceso Bardenpho para la recuperacin de fosfato en aguas residuales. Alternativa al uso de fertilizantes qumicos :BiofertilizantesDespus de la presentacin del Informe de la Comisin Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo, conocido como Nuestro futuro Comn o simplemente Informe Brundtland (1987) y sobre todo despus de la Cumbre de Ro en 1992, el concepto de Desarrollo Sostenible se ha difundido ampliamente, alcanzando grandes repercusiones polticas y promovindose a niveles altos de decisin. Desarrollo sostenible es aquel que satisface las necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades.

La idea de que el desarrollo debe ser sostenible implica reconocer que los recursos naturales por su naturaleza, son finitos y por lo tanto imponen un lmite en las actividades socioeconmicas. La visin moderna del desarrollo no slo busca elevar los niveles de bienestar de las sociedades humanas de hoy, sino que se preocupa por la posibilidad de heredar a las generaciones futuras un planeta con aceptables niveles de salud ambiental y econmica.

En los ltimos aos, se ha favorecido el desarrollo de diferentes investigaciones relacionadas con el aislamiento, seleccin y aplicacin de microorganismos en la agricultura, con vista a desarrollar biopreparados efectivos en cultivos de inters agrcola, buscando cambiar la llamada Agricultura Moderna por la Agricultura Orgnica, donde se propugna la sostenibilidad de los sistemas agrcolas desde el punto de vista productivo, ecolgico, econmico y social. La produccin agrcola sustentable requiere de estrategias que aseguren un crecimiento sano de las plantas y un rendimiento rentable. Ciertos microorganismos del suelo pueden incrementar la disponibilidad de nutrientes para las plantas, otros producen vitaminas, hormonas y antibiticos que contribuyen a la salud vegetal y a la obtencin de altos rendimientos. El hombre con el desarrollo tecnolgico aplic mtodos microbiolgicos para estudiar estos microorganismos y utilizarlos posteriormente en las prcticas agrcolas contemporneas, bajo el nombre genrico de biofertilizantesa. Biofertilizantes: DefinicionesEl trmino biofertilizante puede ser definido como preparados que contienen clulas vivas o latentes de cepas microbianas eficientes fijadoras de nitrgeno o productoras de sustancias activas, que se utilizan para aplicar a las semillas o al suelo, con el objetivo de incrementar el nmero de stos microorganismos en el medio y acelerar los procesos microbianos, de tal manera que se aumenten las cantidades de nutrientes que pueden ser asimilados por las plantas o se hagan ms rpidos los procesos fisiolgicos que influyen sobre el desarrollo y rendimiento de los cultivos .

Se consideran biofertilizantes a los productos elaborados con microorganismos que viven normalmente en el suelo aunque en poblaciones bajas. A travs de la aplicacin de stos en poblaciones de 100 hasta 100 000 millones de UFC/mL a la semilla o al suelo se pone a disposicin de las plantas una parte importante de los nutrientes (N, P, Fe), adems que suministran hormonas y sustancias promotoras de crecimiento (auxinas, giberelinas, citoquininas, aminocidos, vitaminas y pptidos, necesarias para el desarrollo vegetal.Los biofertilizantes tambin pueden ser definidos como productos elaborados con microorganismos de distinto tipo, que una vez aplicados al suelo o a las plantas, a travs de distintos mecanismos realizan funciones de fertilizacin a la que se le ha llamado fertilizacin biolgica. Independientemente de la definicin, todos los biofertilizantes en una u otra forma mejoran la calidad y productividad de los cultivos contribuyendo a eliminar parcial o totalmente la adicin de fertilizantes qumicos.b. Clasificacin de biofertilizantes

Los biofertilizantes de mayor uso en la agricultura son:b.1 Microorganismos fijadores de nitrgeno Simbiticos : Rhizobium sp

Bradyrhizobium sp No simbiticos : Azotobacter chrooccocum

Azospirillum brasilense

b.2 Microorganimos solubilizadores de fsforo y potasio Bacterias :Bacillus megatherium

Hongos :Aspergillus niger

Penicillium lilacinum

b.3 Hongos formadores de micorrizasGlomus, Acaulospora, Gygaspora. Considerando la accin que realizan desde el punto de vista espacial, se distinguen dos grandes grupos de biofertilizantes: de accin indirecta y de accin directa. En el primer grupo (accin indirecta), estn los microorganismos que ejercen su efecto positivo ( nutrientes solubilizados en el suelo , mejoramiento de la estructura del suelo), en el medio ambiente, que a su vez beneficia a los cultivos En el segundo grupo (accin directa), se consideran los microorganismos que totalmente (ndulos fijadores de nitrgeno) o parcialmente (micorrizas) habitan algn componente de los tejidos vegetales y por ello la accin de los biofertilizantes se realiza en parte del vegetal y no en su ambiente.

Segn su distribucin, los biofertilizantes pueden ser considerados como de distribucin restringida (simbiosis Azolla-Anabaena, fijadores de nitrgeno simbiticos, algunos tipos de endomicorrizas y ectomicorrizas) y de distribucin amplia (fijadores de nitrgeno de vida libre, microorganismos solubilizadores de fsforo y potasio, microorganismos estimuladores del crecimiento vegetal y micorrizas vesiculo-arbusculares.

Segn el ciclo biogeoqumico en el que estn involucrados, los biofertilizantes se dividen en dos grupos, los relacionados con el ciclo del nitrgeno (Rizobiaceas, Azotobacter, Azospirillum, cianobacterias, actinomicetos) y los vinculados al ciclo del fsforo ( micorrizas y bacterias solublizadoras).

Actualmente en los biofertilizantes se distinguen tres grupos, microorganismos simbiticos fijadores de nitrgeno, hongos que forman micorrizas y rizobacterias que promueven el crecimiento de las plantas (PGPRs)c. Microorganismos simbiticos fijadores de nitrgenoEn la fijacin simbitica de nitrgeno, las bacterias llevan a cabo la reduccin del nitrgeno molecular en amoniaco, en ndulos que son estructuras distintivas de las leguminosas. Las relaciones simbiticas ms estudiadas corresponden a Rhizobium-Bradhryhyzobium, Azorhizobium-Sinorhizobium con leguminosas y a Frankia con no leguminosas como Casuarina sp y Aliso sp. Algas cianofceas como Anabaena establecen simbiosis con pteridofitas del gnero Azolla, pudiendo fijar entre 70 y 110 kg de nitrgeno por hectrea y ao. Asimismo las cianobacterias del gnero Nostoc establecen simbiosis con una herbcea tropical del gnero Gunnera. La nica simbiosis conocida entre Rhizobium y una planta no leguminosa es la que se establece con las plantas del gnero Parasponia (Familia Ulmacea).La fijacin simbitica del nitrgeno es la va ms productiva, por la cual el nitrgeno puede ser incorporado al suelo en niveles superiores a 300 kg/ha/ao. Se calcula que la fijacin de nitrgeno atmosfrico por las plantas leguminosas alcanza el 20 % de la cantidad total fijada anualmente sobre el planeta, con valores similares a los de la produccin mundial de fertilizantes nitrogenados.El inicio de cualquier programa de mejoramiento en la fijacin simbitica de nitrgeno es la seleccin de cepas. Los criterios bsicos a considerar en el proceso de seleccin son la capacidad para formar ndulos (infectividad), para fijar nitrgeno (efectividad), la sobrevivencia en las semillas y en el suelo, la adaptacin o tolerancia a situaciones de estrs, la estabilidad gentica como as tambin es fundamental la capacidad de crecimiento en las condiciones de produccin de los inoculantes. Los estudios comienzan en laboratorio, donde se evala la capacidad de nodulacin. Con las cepas preseleccionadas, se inician estudios en invernadero, a fin de determinar la capacidad de nodulacin y de fijacin biolgica de nitrgeno. Finalmente se realizan ensayos en condiciones de campo en diferentes reas cultivas con leguminosas.

d. Hongos formadores de micorrizasLas micorrizas son simbiosis entre hongos del suelo y races de plantas superiores que incrementan marcadamente la absorcin de nutrientes como nitrgeno, potasio, calcio, zinc, manganeso y especialmente fsforo. Las micorrizas mejoran el transporte y absorcin del agua en el vegetal as como la resistencia de la planta husped a la sequa, contrarrestan el ataque de patgenos ya sea por la ocupacin previa de raicillas o por la acumulacin de productos de los mecanismos de defensa bioqumica y contribuyen a la formacin de agregados del suelo.En las micorrizas, las plantas suministran al hongo una fuente de carbono procedente de la fotosntesis, adems de un nicho ecolgico protegido de procesos de antagonismo microbiano en la rizsfera. Se ha calculado que las plantas micorrizadas transfieren al hongo entre 6-12% del carbono fijado en comparacin con las no colonizadas, lo que representa un aumento notable del carbono disponible para la actividad microbiana del suelo.La mayora de las plantas terrestres establecen al menos uno de los tres tipos de asociaciones micorrzicas, (ectomicorrizas, ectendomicorrizas y endomicorrizas), siendo las endomicorrizas de tipo arbuscular la simbiosis ms extendida sobre el planeta, no slo por el nmero de plantas hospederas que son capaces de colonizar sino tambin por su amplia distribucin geogrfica. Las endomicorrizas arbusculares favorecen la proliferacin de microorganimos productores de antibiticos, fijadores de nitrgeno, solubilizadores y mineralizadores de nutrientes, incluso aquellos que se involucran en la presencia de agregacin y estabilidad de los suelos. Mediante la red de micelio externo, pueden trasladar de forma ms efectiva, los productos de la actividad de las rizobacterias cuando se encuentran juntas en la rizsfera de los cultivos, por lo que las inoculaciones mixtas pueden crear interacciones sinrgicas entre los microorganismos biofertilizantes.La utilizacin de las micorrizas como biofertilizantes no necesariamente implica que se pueda dejar de fertilizar, sino que la fertilizacin se hace ms eficiente y puede disminuirse la dosis a aplicar desde comnmente 50 a 80% y en ocasiones 100%. Se ha determinado que del fertilizante qumico aplicado, slo se aprovecha un 20%, mientras que normalmente el resto se fija o lixivia sin remedio. Con la utilizacin de micorrizas puede ser recuperado por las plantas un porcentaje mucho mayor de los fertilizantes, debido a que si un pelo radical pone a disposicin de una raicilla los nutrientes y el agua que se encuentran hasta 2 mm de la epidermis, las hifas del micelio de las micorizas VA pueden hacerlo hasta 80 mm, lo que representa para la misma raicilla la posibilidad de explorar un volumen de suelo hasta 40 veces mayor.e. Rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPRs)

Las bacterias edficas beneficiosas y de vida libre se conocen como rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas o por su acrnimo PGPRs (Plant Growth Promoting Rhizobacterias). Tambin son denominadas bacterias que aumentan el rendimiento o por su acrnimo YIB (Yield Increasing Bacteria); sin embargo, el trmino PGPRs debera actualizarse, debido a que muchas de las bacterias que ejercen efectos beneficiosos en las plantas pueden desarrollarse fuera del sistema rizosfrico, y por lo tanto este trmino es restrictivo, adems que no slo existen bacterias sino tambin hongos promotores del crecimiento vegetal.El trmino PGPRs se acepta para describir a las bacterias que colonizan el sistema radicular y promueven el crecimiento vegetal o que habitan en la rizsfera y que tienen un efecto positivo sobre los cultivos. Este trmino se estableci en 1978 cuando este campo de investigacin estaba an poco desarrollado y, actualmente se propone la separacin en dos grupos, las PGPB (Plant Growth-promoting Bacterias) o bacterias promotoras del crecimiento de las plantas), que afectan estrictamente el crecimiento vegetal, y las biocontrol-PGPB, cuando se refiere a bacterias que controlan fitopatgenos, ya sea produciendo sustancias inhibitorias o incrementando la resistencia natural de las plantas.Entre las PGPRs se encuentran especies de los gneros Azospirillum, Azotobacter, Pseudomonas, Bacillus, Azotobacter, Burkholderia, Enterobacter, Erwinia, Serratia y Arthrobacter.Se han establecido cuatro caractersticas para definir al grupo de las PGPRs: No requieren de la invasin interna de tejidos en plantas como ocurre con la formacin de arbsculos en hongos micorrticos o ndulos en el caso de Rhizobium; tienen una elevada densidad poblacional en la rizsfera despus de su inoculacin; presentan capacidad de colonizacin efectiva en la superficie de la raz y no causan dao en el hombre ni otros seres vivos.Las PGPRs son aquellas que inoculadas durante la siembra de la semilla, inducen su germinacin para luego colonizar la raz. Al transformar los exudados radiculares, las bacterias promotoras del crecimiento vegetal aplicadas a las semillas y plantas tienen un efecto similar a los de las fitohormonas con una mayor proliferacin de pelos radiculares que posibilitan una mejor y eficiente absorcin de los nutrientes, como nitrgeno, fsforo y hierro. La colonizacin radical es un requisito indispensable para que una bacteria inoculada ejerza su efecto. Dado el desconocimiento de las competencias en la rizsfera, el xito de la inoculacin de PGPRs en la rizsfera de diversas plantas en ocasiones resulta errtico sin que se conozcan los factores que inducen al fracaso.La actividad y la supervivencia de las PGPRs en la rizsfera depende de diversos factores fsicos o qumicos tales como pH, textura, disponibilidad de nutrientes, humedad, temperatura, contenido de materia orgnica y, sobre todo, de las interacciones con otros microorganismos en la rizsfera. La interaccin con el factor bitico es importante, ya que adems de la ocupacin de nicho que debe tener lugar, adhirindose fsicamente a la raz, la poblacin inoculada debe competir activamente por los nutrientes disponibles, principalmente los sustratos liberados va exudacin, manteniendo una poblacin umbral mnima, necesaria para desencadenar el efecto biolgico en la planta. La resistencia a la predacin por protozoos es factor importante en la supervivencia de ciertas poblaciones bacterianas.Las PGPRs estimulan el desarrollo y rendimiento de los cultivos a travs de mecanismos, directo e indirecto y cada uno de ellos puede ocurrir de distintas formas.

Mecanismos de accin directaCorresponden a aquellos mecanismos a travs de los que se producen compuestos que nutren a las plantas o facilitan la disponibilidad de ciertos nutrientes a las plantas. Algunos investigadores los definen como aquellos en los que el metabolito producido por la bacterias en si es capaz de estimular el crecimiento vegetal, y por tanto, ocurre independientemente del resto de la poblacin microbiana edfica e incluso independientemente del soporte edfico, es decir, no ejerce su efecto por modificacin del sustrato.Cada bacteria en particular puede afectar el crecimiento de la planta, utilizando uno o varios de estos mecanismos; sin embargo, es difcil delimitar el mecanismo de accin utilizado, debido a que pueden utilizar varios y porque son necesarios estudios del estado nutricional de las plantas y del suelo en presencia y ausencia de nutrientes, anlisis de la morfologa area y radical, as como ensayos del efecto de la inoculacin en condiciones estriles y no estriles. Adems, la dificultad asociada a los lmites de la deteccin in situ de la baja concentracin de hormonas producidas por las bacterias como Azospirillum por ejemplo, hacen difcil la confirmacin de que la produccin bacteriana de hormonas est directamente relacionada con la estimulacin del crecimiento vegetal. En este sentido, los estudios dirigidos a dilucidar el mecanismo de accin especfico de promocin del crecimiento debern encararse con mutaciones especficas de la caracterstica bacteriana implicada.

Produccin de fitohormonas

El mecanismo de accin directa de las PGPRs, por excelencia es la produccin de fitohormonas. Algunas especies de los gneros Pseudomonas, Azospirillum, Azotobacter y Bacillus liberan auxinas, giberelinas o citoquininas en la rizsfera de las plantas, fitohormonas que son sustancias orgnicas que en muy bajas concentraciones influyen en los procesos fisiolgicos de las plantas ejerciendo un efecto estimulador del crecimiento especialmente marcado en estado de plntulas.

Auxinas

La capacidad de sintetizar auxinas ha sido observada en muchos microorganismos asociados a plantas. Se estima que el 80% de bacterias aisladas de la rizsfera tienen capacidad para producir auxinas reguladoras del crecimiento vegetal. Las auxinas inducen tanto respuestas rpidas (incremento de elongacin celular) como respuestas lentas (divisin y diferenciacin celular). Su presencia determina incremento de la zona radicular, en el nmero de pelos y races laterales y alteraciones morfolgicas de la raz.La fitohormona ms importante producida por Azospirillum es la auxina cido-3-indolactico, que promueve la elongacin radical e incrementa las ramificaciones laterales. Se ha postulado que las alteraciones radiculares detectadas en las plantas inoculadas con Azospirillum incrementan la permeabilidad celular con el correspondiente aumento en la exudacin radical y mejor absorcin de nutrientes por la planta.Probablemente la estimulacin del crecimiento de leguminosas por Azospirillum se debe a su capacidad para producir hormonas, aumentando la posibilidad de la planta para absorver agua y nutrientes y favoreciendo la infeccin por Rhizobium, es decir, incrementando la cantidad de ndulos por planta. Se ha demostrado que entre las rizobacterias de Alnus glutinosa aliso hay algunas del gnero Bacillus que estimulan claramente la germinacin y el crecimiento vegetal y esto es debido a la produccin de auxinas.A pesar de la gran produccin de cido indolactico en cultivos bacterianos puros, no se conoce como ocurre el proceso en el interior de las plantas o en la regin rizosfrica.

Citocininas

El aislamiento y cuantificacin de las citocininas en las PGPRs ha recibido poca atencin debido a que constituyen un grupo de compuestos presentes en pequeas cantidades en las muestras biolgicas, dificultando su identificacin y cuantificacin. La aplicacin exgena de citocininas en las plantas ocasiona numerosos efectos entre los que figuran la induccin de la divisin celular, formacin de pelos radiculares y desarrollo radicular. Tambin se ha encontrado en plantas y microorganismos asociados a plantas ms de 30 compuestos pertenecientes al grupo de las citocininas. Ms del 90 % de los microorganismos encontrados en la rizsfera son capaces de liberar citocininas cuando son cultivados in vitro.Giberelinas

La produccin bacteriana de giberelinas es menos comn que la de auxinas. La literatura cientfica la describe con reversin de la enanizacin, comprobndose en cepas de Azospirillum brasiliensis y algunas del gnero Rhizobium. Trabajos publicados confirman por cromatografa de gases acoplada a espectofotometra de masas (GC-MS), la sntesis de giberelinas por Azospirillum lipoferum, Gluconacetobacter diazotrophicus y Herbaspirillum seropedicaea. La produccin de este tipo de hormonas es alrededor de ng L-1 en todos los casos y se sintetizan mayoritariamente las giberelinas C19 que son las formas activas.La capacidad de Azospirillum para reducir los efectos del dficit de agua en las semillas de cereales con estrs osmtico o salino tambin es atribudo a la produccin de giberelinas.

Produccin de enzimas

Las bacterias como Ps. putida, capaces de crecer en aminociclopropano 1-carboxilato, ACC, como nica fuente de nitrgeno, sintetizan la enzima ACC desaminasa y suelen ser promotoras de crecimiento. Esta enzima hidroliza el ACC, precursor inmediato de la biosntesis del etileno en plantas (a nivel rizosfrico) provocando una disminucin de ACC en la planta que se traduce en una elongacin radical.La respuesta a diferentes formas de estrs vegetal e infecciones fitopatognicas, involucra la produccin endgena de etileno. Cuando las clulas vegetales perciben molculas de etileno desencadenan respuestas al estrs llevando a la senescencia a las clulas prximas al sitio de produccin de etileno. El etileno tambin estimula la germinacin, rompe la dormancia de semillas y acta sinrgicamente en otros microorganismos como las bacterias fijadoras simbiticas.Produccin de sustancias movilizadoras de nutrientesDespus del nitrgeno, el fsforo es el segundo macronutriente limitante del crecimiento vegetal. Los suelos agrcolas en general, contienen buenas reservas de fsforo, como consecuencia de la aplicacin regular de fertilizantes, sin embargo, su disponibilidad para la planta es escasa debido a los procesos qumicos que fijan el fsforo soluble en formas insolubles no aptas para la nutricin vegetal.El pH del suelo puede inducir la precipitacin del fsforo. Su asimilacin es ptima slo en valores comprendidos entre 6,5 a 7,5. En suelos con pH elevado (mayor o igual a 7,5 pero menor a 8,5) los fosfatos se asocian principalmente con calcio (carbonatos de calcio) y en suelos con pH cido (inferior a 6, 5), los fosfatos precipitan como fosfatos de fierro y de aluminio (estrengitas, FePO4.2H2O y variscitas, AlPO4.2H2O). Las PGPRs que solubilizan fosfatos precipitados o liberan fosfato inorgnico a partir del fsforo precipitado en combinaciones minerales son denominadas bacterias solubilizadoras del fsforo e incluyen gneros como Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Arthrobacter, Aerobacter, Flavobacterium y Burkholderia. Asimismo, mediante excrecin de enzimas hidrolticas como fosfatasas, fitasas y fosfonatasas, las PGPRs pueden movilizar el fsforo de la materia orgnica del suelo (fsforo orgnico no soluble) y convertirlo en fsforo inorgnico soluble. El proceso se denomina mineralizacin del fsforo.Produccin de siderforosEl fierro es el nutriente esencial para las plantas, relativamente ms insoluble en la solucin suelo. Las plantas absorven formas reducidas de fierro o ion ferroso (Fe 2+) antes que los iones frricos (Fe 3+), ms comunes en el suelo. A pesar de su abundancia en los suelos, el fierro muchas veces no est disponible para las plantas y microorganismos debido a su baja solubilidad a pH neutro y alcalino (en estas condiciones el ion ferroso es insoluble y se oxida rpidamente al estado frrico en presencia del aire).Las PGPRs como Pseudomonas fluorescens producen siderforos que son molculas orgnicas quelantes con elevada afinidad por el ion frrico. Siderforos como los pigmentos fluorescentes de Pseudomonas: pioverdina y seudobactina, secuestran el ion frrico formando el complejo siderforo-Fe3+. A continuacin una protena de membrana especfica (permeasa) transporta el complejo organo-metlico al citoplasma, donde sistemas ferrisiderforo reductasas reducen el in frrico a in ferroso que es liberado y absorvido por las plantas. De esta manera, el siderforo queda disponible para reiniciar el ciclo.Los siderforos son sintetizados en respuesta a la baja disponibilidad de ion frrico en solucin y actan como promotores de crecimiento vegetal porque lo dejan a disposicin de las plantas y adems lo inmovilizan quedando no disponible para los fitopatgenos y evitando su proliferacin. Las plantas no se ven afectadas por el secuestro de hierro por parte de las bacterias, debido a que en su mayora de las plantas crecen en medios con concentraciones de fierro (Fe 3+) mucho ms bajas que los microorganismos (incluso 1000 veces menores) y adems son capaces de capturar el complejo siderforo fierro mejorando su nutricin.Fijacin biolgica de nitrgenoLas bacterias diazotrficas son capaces de convertir nitrgeno gaseoso de la atmsfera en amonaco disponible para la planta. Se han descrito dos tipos de bacterias: de vida libre que habitan la rizsfera y que cuando son utilizadas como inoculante producen efectos benficos en el crecimiento vegetal y bacterias que colonizan los tejidos internos de las plantas y establecen estrechas relaciones de asociacin con el hospedero, presentando eficiente fijacin de nitrgeno atmosfrico.Las bacterias diazotrficas de vida libre (Paenibacillus, Beijerinckia, Azotobacter y Klebsiella) son consideradas rizosfricas porque son frecuentemente enontradas en las proximidades de la raz a la cual se asocian en determinadas condiciones por procesos aun no esclarecidos (asociativas). Tal es el caso de especies del gnero Azospirillum como A. brasiliense. A.lipoferum, A. amazonense, A. irakense).Las bacterias diazotrficas endofticas pertenecientes a los gneros Gluconacetobacter, Herbaspirillum, Burkholderia y Azoarcus son capaces de penetrar y colonizar el interior de las races y en algunos casos dispersarse sistemticamente va xilema a las partes areas de las planta. Viven en tejidos internos sin formar estructuras especiales, estableciendo relaciones no patognicas con sus hospederos, estimulando el crecimiento, aumentando la resistencia y mejorando la habilidad de la planta para resistir al estrs ambiental.Mecanismos de accin indirecta o control biolgicoSon aquellos, mecanismos donde la estimulacin del crecimiento es indirecta. Las bacterias liberan algn metabolito, que a su vez, afecta a otros factores rizosfricos que revierten en una mejora o estimulacin del crecimiento vegetal. Los mecanismos de accin indirecta conllevan al control de los fitopatgenos, y se traducen en un incremento del desarrollo y productividad de los cultivos. Las PGPRs controlan fitopatgenos mediante competencia, produccin de antibiticos, siderforos, enzimas extracelulares lticas e induccin de mecanismos de resistencia.Muchas bacterias, y en particular los gneros Pseudomonas y Bacillus controlan patgenos, sobre todo hongos, sintetizando molculas antifngicas como las pirrolnitrina, pioluteorina, y tropolona Asimismo existen cepas bacterianas que pueden sintetizar sustancias contra otras bacterias (antibiticos).Las rizobacterias no patgenas pueden inducir una resistencia sistmica en las plantas, similar a la resistencia sistmica adquirida (SAR) cuando son atacadas por patgenos. La mediacin de diferentes cepas bacterianas en la resistencia sistmica inducida (SIR) ha sido demostrada contra hongos, bacterias y virus en cultivos de cucurbitceas, frijoles, tabaco y tomate. Determinadas bacterias inducen la resistencia sistmica, produciendo diferentes compuestos como lipopolisacridos, siderforos y cido saliclico, sin embargo, esta induccin depende de que las bacterias colonicen el sistema radicular en nmero suficiente. Por ejemplo, algunas bacterias del gnero Pseudomonas son capaces de inducir resistencia por parte de la planta, incrementando la velocidad y los niveles de sntesis de compuestos llamados fitoalexinas, implicadas en la defensa de la planta. La seal responsable de la induccin de resistencia y del aumento en la acumulacin de fitoalexinas es inducida por los lipopolisactidos de la bacteria.Las PGPRs excretan siderforos o metabolitos que les permiten competir satisfactoriamente con patgenos y otras bacterias saprofticas. Los siderforos secretados por las PGPRs quelan la mayor parte del ion frrico presente en el suelo, disminuyendo su disponibilidad para otros microorganismos entre los que se encuentran los patgenos, evitando que proliferen debido a la carencia de este nutriente. La capacidad de los siderforos para disminuir patgenos depende de la planta, del fitopatgeno a eliminar, composicin del suelo, bacteria PGPR y afinidad del siderforo por el hierro.Cepas de Pseudomonas producen cido cianhdrico que apunta hacia un posible efecto antagnico.Algunas bacterias sintetizan enzimas hidrolticas de la pared fngica. Tal es el caso de Ps. cepacia, que libera B 1,3 glicanasa, inhibiendo el desarrollo de Phytium ultimun y Rhizoctonia solani. Asimismo algunas PGPRs producen enzimas lticas extracelulares como quitinasas que destruyen la integridad de las paredes de hongos. Se ha demostrado que hifas de Sclerotium rolfsii pueden ser degradadas tanto por aislamientos de Serratia marcescens como por extractos acelulares de la misma cepa con actividad quitinoltica.

Monitorizacin de las PGPRs

Para el estudio de las PGPRs se siguen tres etapas:

a. Aislamiento y caracterizacin de cepas potencialmente PGPRsb. Ensayos de efectividad sobre el crecimiento vegetal en invernadero y en campoc. Establecimiento de tcnicas para la reproduccin masiva que permita su introduccin en la prctica agrcola.Las cepas potencialmente identificadas como PGPRS debern demostrar su capacidad promotora del crecimiento en varias etapas, en primer lugar en condiciones axnicas en el laboratorio, y despus en experimentos en campo, en competencia con otros microorganismos. En esta etapa, la fase ms determinante es la colonizacin de la rizsfera, etapa en la que la planta ejercer un control, seleccionando aquellas cepas que le proporcionan ms ventajas como sntesis de factores de crecimiento o movilizacin de nutrientes no disponibles para las plantas y adems debern coexistir con otras bacterias con las que debern establecer una relacin.Los ensayos positivos a los experimentos de campo, son absolutamente necesarios antes de su aplicacin a gran escala. La literatura revela la necesidad de conocer el impacto del inculo en las comunidades rizosfricas y en su estructura as como su posterior evolucin en el tiempo con respecto a la comunidad original. La introduccin de una bacteria potencialmente PGPR puede alterar la comunidad rizosfrica autctona, lo que afecta de forma indirecta a la planta. La poblacin introducida puede establecerse sin causar alteraciones, puede establecerse alterando la comunidad autctona y puede no establecerse y sin embargo, causar una alteracin de esta comunidad. Es necesario conocer la evolucin del inculo con el fin de calibrar los riesgos y beneficios de la inoculacin de microorganismos ya sean naturales o genticamente modificados.Entre las tcnicas utilizadas en la monitorizacin de los inculos se encuentran aquellas basados en los mtodos tradicionales, crecimiento en placa en medios generales, perfiles metablicos, evaluacin de biomasa bacteriana, enzimas del suelo; sin embargo, existen otros mtodos que se basan en la estructura de la comunidad microbiana, como el perfil de cidos grasos procedentes de fosfolpidos y sobre todo las tcnicas moleculares.Entre las tcnicas moleculares que permiten identificacin y diferenciacin de cepas dentro de una misma especie estn los polimorfismos de longitud de los fragmentos de restriccin (RFLP), electroforesis en campo pulsado (PGPE), anlisis de fragmentos de restriccin de baja frecuencia (AFLP), cebado arbitrario PCR (AP-PCR), amplificacin al azar de polimorfismos de ADN (RAPD), amplificacin de secuencias repetitivas y altamente conservadas (rep-PCR,Eric-PCR y box PCR) y secuenciacin de ADN.Asimismo, se debe comprobar si el efecto promotor del crecimiento demostrado sobre las plantas en condiciones axnicas se mantiene en presencia de otros organismos, en otros sustratos, en distintas condiciones ambientales y si este efecto es extensible a otras especies vegetales. Tambin se debe considerar el efecto de la inoculacin sobre la exudacin radical y su influencia sobre la rizsfera, tanto sobre los componentes biticos como sobre los componentes fsicos y funciones del ambiente radicular.PGPRs : Avances biotecnolgicosEn la obtencin de biofertilizantes consitutidos por PGPRs eficaces se prioriza la investigacin de la capacidad competitiva de las cepas , por lo que resulta necesario utilizar modernas tcnicas de biologa molecular que permitan identificar y cuantificar un determinado microorganismo en un ambiente tan complejo microbiolgicamente como es el suelo, se deben evaluar de diferentes sustancias o materiales que sirven como soporte del inculo microbiano que faciliten el establecimiento y la supervivencia del inculo en el suelo y si es necesario profundizar en el estudio de los mecanismos de accin de las PGPRs tanto a nivel fisiolgico como gentico, como base necesaria para el desarrollo y optimizacin de esta biotecnologa.Las bacterias de vida libre o asociativas que habitan la rizsfera y que pueden estimular el crecimiento de las plantas se han estudiado principalmente en gramneas, determinndose mecanismos como sntesis de sustancias reguladoras del crecimiento vegetal, solubilizacin de nutrientes, fijacin de nitrgeno, produccin de siderforos y control de fitopatgenos del suelo. Los microorganismos ms estudiados pertenecen a los gneros Azospirillum, Azotobacter, Klebsiella, Beijerinckia, Pseudomonas y Bacillus, algunos de los cuales sobreviven en condiciones de estrs. En la mayora de estudios, sin embargo, an cuando los efectos benficos estn documentados, la informacin sobre el efecto en campo es escasa.Se han desarrollado tecnologas para el aislamiento, identificacin y caracterizacin de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal a travs de pruebas morfolgicas, culturales, mtodos serolgicos y tcnicas de biologa molecular. Ejemplo en arroz se aplica la bacteria Azospirillum en un producto como el Azofert, para lo cual se ha desarrollado una tecnologa que comprende:

Seleccin de cepas nativas de Azospirillum sp.

Formulacin de medios de cultivo para la multiplicacin del microorganismo con fuentes nacionales de carbono y nitrgeno suplementados con sales minerales lo que disminuye notablemente el costo de produccin.

Determinacin del preservante, periodo y condiciones de almacenamiento que permiten mantener el producto en fro por 1 mes.

Establecimiento de un sistema fermentativo a partir del escalado hasta fermentadores de 25 m3 para la produccin de volmenes importantes.

Determinacin de formas de aplicacin de acuerdo a la tecnologa que se utiliza en el cultivo, recomendndose la aplicacin en los pregerminadores (20L ha 1), en avin (10L/ha) y pelletizacin de la semilla.

6.12 Compuestos Aromticos En los compuestos aromticos, cualquier hidrgeno puede ser sustituido por:

Grupo monovalente, CH3 (tolueno).

Oxidrilo, OH (fenol).

Aldehido, CHO (benzaldehido).

cido, COOH (cido Benzoico).

Radicales monovalentes como el cloro (xileno). Orto

Meta

Ismeros (1,2) (1,3) (1,4)

Para

Benceno

Tolueno

Fenol

Benzaldehido

cido Benzoico

Orto dicloro

Meta dicloro Paradicloro

Benceno Benceno

Benceno

6.13 Biodegradacin de los compuestos aromticosLa biodegradacin de los compuestos aromticos se puede realizar en aerobiosis y en anaerobiosis.a. Degradacin aerobia de compuestos aromticos (Figura 15) Oxidacin: Monoxigenasas y dioxigenasas los transforman a fenoles dihdricos: catecol, protocatecuato, gentisato (intermediarios de la oxidacin).

Los intermediarios son el sustrato de dioxigenasas que provocan la ruptura del anillo aromtico a travs de meta y orto rupturas.

Catecol: Meta ruptura = Piruvato + Acetaldehdo

Catecol y Protocatecuato: Orto ruptura= Acetil CoA + Succinil CoA

Protocatecuato: Meta ruptura= Piruvato

Gentisato

Malato

Fumarato + Piruvato

b. Degradacin anaerobia de compuestos aromticos (Figura 16)

Tres etapas:

Primera etapa: Activacin del sustrato a travs de reacciones de carboxilacin, hidroxilacin anaerobia, formacin de tiosteres del correspondiente cido aromtico con el acetil CoA. En esta etapa se originan los intermediarios activados: Benzoil CoA, Resorcinol, Floroglucinol. Segunda etapa: Ataque de los intermediarios activados con reductasas resultando componentes alicclicos. Tercera etapa: Hidrlisis de los compuestos alicclicos hasta compuestos no cclicos que son convertidos en metabolitos centrales y probablemente generan Acetil CoA y CO2.

MONOOXIGENASAS DIOXIGENASAS

CATECOL

PROTOCATECUATO

GENTISATO

Metaruptura

Ortoruptura

Metaruptura

Oxidacin

Semialdehido

B cetoadipato

Semialdehido