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COLUMNA DE WINOGRADSKY

DESARROLLO DEL COMPONENTE PRÁCTICO MICROBIOLOGIA AMBIENTAL

PRESENTADO POR: YENIFER CAMILA GUERRERO RIVERA CODIGO:1082780279

GRUPO:358010_34

TUTOR:

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ´´ UNAD´´ INGENIERIA AMBIENTAL CEAD PITALITO

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OBJETIVOS •

Generar un ecosistema en el laboratorio donde aparezcan distintos tipos de bacterias interrelacionadas metabólicamente.

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Identificar las diferentes etapas que ocurren durante el ciclo del azufre.

MARCO TEÓRICO Fue desarrollada por el microbiólogo ruso Sergey Winogradsky (1853 – 1956), es una representación sencilla y a escala de como se encuentra formado un ecosistema acuático natural, también permite conocer cómo se constituyen los tapetes microbianos formados principalmente por diferentes clases de microorganismos, la manera en que se desarrollan sus ciclos, y la interacción entre ellos que les permite coexistir entre ellos. La columna representa un sistema completo y autónomo. En la columna se pueden diferenciar claramente tres zonas que son: a) Zona aerobia o superficial: Como su nombre lo indica se encuentra ubicada en la parte superior de la columna y se caracteriza por contener una alta concentración de oxigeno y una muy baja de azufre, en ella se puede encontrar abundantes poblaciones de bacterias de diferentes clases, que generalmente se desarrollan en regiones acuáticas ricas en materia orgánica como arroyos poco profundos y estanques. Muchas especies son flageladas lo que les permite moverse y establecerse en diferentes zonas. También se desarrollan gran cantidad de organismos foto trófica proveniente principalmente del lodo utilizado en el montaje de la columna. A pesar de ser una zona muy baja en concentración de azufre, pueden llegar pequeñas cantidades de H2S que permite el desarrollo de bacterias que se especializan en oxidar el azufre como Beggiotoa Thiobacillus, que además sintetizan el CO2.

La formación del tapete microbiológico se puede observar en las zonas superiores formada principalmente por cianobacterias dándole una coloración verde y su principal características es que realizan el proceso de la fotosíntesis.

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COLUMNA DE WINOGRADSKY b) Zona microaerfilia: Se caracteriza por presentar una concentración parcial de oxigeno y de azufre, en ella se desarrollan principalmente los organismos facultativos y donde podemos encontrar algunas bacterias sulfatos reductores y bacterias foto heterótrofos como el Rhodospirillum y rhodospseudomonas que no se desarrollan bien en concentraciones altas de H2S, en la columna se identifican por su coloración naranja. c) Zona anaerobia o inferior: En esta zona se encuentra muy baja concentración de oxigeno y en ella se desarrollan diferentes tipos de microorganismos que crecen en condiciones anaerobias: los que presentan respiración anaerobia y fermentan la materia orgánica degradándola de manera incompleta. En la parte inferior de la columna se desarrollan bacterias que necesitan de una alta concentración de H2S formando una capa rosada o purpura como le caso de la Amoebobacter, y luego de unas semanas bajo las mismas condiciones del genero Clostridium. La coloración negra denota la presencia de microorganismos sulfatos reductores como por ejemplo el Desulfovibrio, Desulfotomaculum o Desulfomonas. La coloración es debida a la precipitación de sulfuro de metales pesados (hierro, manganeso), como se explica en la siguiente reacción: MATERIA MATERIA

ORGANICA ORGANICA

REDUCIDA OXIDADA (H+) PODER DE REDUCCION.

SO -24

ION SULFATO H2S Fe +2 FeS

SULFURO DE HIERRO

La columna planteada para esta práctica permite describir como se desarrolla el ciclo del azufre con las zonas bien diferenciadas.

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Figura No. 1. Zonas de la columna de Winogradsky

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MATERIALES Y REACTIVOS 

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Botella plástica o de vidrio de boca ancha (pueden ser frascos de mayonesa o salsas grandes). El material tiene que ser completamente transparente para visualizar todos los fenómenos. Lodo negro (provenientes de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales). Agua de charca, estancada de varios días o de lago. Papel periódico picado, materia orgánica, hojas secas de árboles.

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Plástico de Vinipel o bolsa plástica transparente. Puntilla de hierro o hierro rallado.

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PROCEDEIMIENTO 1. En el recipiente deben colocar en el fondo una mezcla del fango o lodo recolectado, junto con las tiras de papel periódico, las hojas secas, procurando que quede una capa compacta de lodo (sin formación de burbujas). La mezcla debe ser homogéneo y alcanzar una altura de 10 cm.

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COLUMNA DE WINOGRADSKY 2. Agregar la puntilla de hierro o el hierro rallado. 3. Agregar cuidadosamente el agua de charca hasta que quede casi lleno el frasco, dejando un espacio de 4 cm aproximadamente de aire. Nota: Al agregarlo contra la pared del plástico evita el levantamiento del lodo. 4. Disponga el plástico de Vinipel para tapar el recipiente y dejar en un sitio donde reciba abundante luz solar. Puede acelerar el proceso colocando una fuente de luz amarilla, pero tenga en cuenta que esta luz es de alto consumo energético y puede repercutir en la cuenta de la luz. Ver Figura a continuación:

Imagen 1. Montaje de Columna de Winogradsky.

5. Permita la incubación durante 4 semanas. Realice registro fotográfico y anote los cambios que se vaya presentando.

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CUESTIONARIO 

¿Por qué se forman manchas negras en el lodo?

Las bacterias reductoras del azufre, que se visualizan como una profunda capa negra y están representadas por Desulfovibrio, pueden utilizar estos subproductos de la fermentación para su respiración anaerobia, usando sulfato, u otras formas parcialmente oxidadas de azufre como el tiosulfato, generando grandes cantidades de SH2 en el proceso. Este SH2 reaccionará con cualquier hierro presente en el sedimento, produciendo sulfuro ferroso, que da color negro. Es por esto que los sedimentos acuáticos son frecuentemente negros. 

¿Por qué la parte superior de la columna es verde?

En la parte superior de la columna, cuando la producción de sulfuro de hidrógeno no es muy abundante, se desarrolla toda una variada comunidad microbiana caracterizada por cianobacterias y micro algas, que determinan la producción de oxígeno en su entorno más inmediato. 

¿Cuáles son las fases anaeróbicas, aeróbica y microaerofílica de la columna?

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COLUMNA DE WINOGRADSKY En la zona inferior (zona anaerobia) se desarrollan organismos que desempeñan procesos fermentativos produciendo alcohol y ácidos grasos como subproductos de su metabolismo. Estos productos metabólicos son a su vez el sustrato para el desarrollo de bacterias reductoras de sulfato. Como resultado se liberan productos sulfurados que difunden a la zona superior creando un gradiente de sulfuro de hidrógeno ascendente, donde bacterias púrpuras y verdes se estratifican según su tolerancia al sulfuro de hidrogeno. En la zona superior (zona aerobia) crecen algas eucariotas y cianobacterias que liberan oxígeno manteniendo aerobia esta zona. 

¿A qué se debe el olor a “huevo podrido” en dichos sistemas?

Porque ambas zonas tanto anaeróbica como aeróbica se sobreponen, se combinan o convergen, existiendo nutrientes de oxigeno(en menor proporción) y el ácido sulfhídrico H2S (le da el olor característico de la columna ya que tiene un fuerte olor a huevo podrido, consecuencia de la descomposición de la materia orgánica) 

¿Qué aplicabilidad tiene el experimento o que le permite entender dentro del ejercicio de la ingeniería ambiental?

Esta columna podría ser utilizada en varios estudios como el reciclaje, estudios de ciclos biogeoquímicos, interacción de microorganismos, asimilación de contaminantes, bioremediacion, bioenergía, enriquecimiento de suelos

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BIBLIOGRAFIA  http://es.pdfcoke.com/doc/59281261/Columna-de-Winogradsky  Atlas, R.M. Y R. Bartha. 2001. Ecología microbiana y microbiología ambiental. Cuarta edición Addison Wesley.  http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Ciclo_del_azufre.htm  http://www.unavarra.es/genmic/microgral/Tema_09_micro_ambiental.pdf

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COLUMNA DE WINOGRADSKY  http://www.diversidadmicrobiana.com/index.php?option=com_content&view =article&id=368& Itemid=450  http://www.elergonomista.com/biologia/cicloh.htm  Sagardoy.A. y M.Mandolesi Biología del suelo Guía de estudio. Editorial Universidad Nacional del sur/Pág. 76

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