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• Evelin Tatiana Ponce Anaya

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

COLUMNA DE WINOGRADSKY CURSO: BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

DOCENTE: POLO SALAZAR, ROSARIO

CICLO: 2020-I

INTEGRANTES: 

NUÑEZ CASILLA, SCARLETT



PONCE ANAYA, EVELIN



RIVERA CAPRISTANO, ANELY

HUARAZ 2020

I.

INTRODUCCION La

columna

de

Winogradsky

es

una

demostración

de

cómo

los

microorganismos ocupan micro espacios altamente específicos de acuerdo a sus tolerancias ambientales y sus necesidades vitales, además esta nos ilustra como diferentes microorganismos desarrollan sus ciclos. El nombre de columna deriva de que se suelen emplear cilindros de vidrio o de plástico en su construcción. La altura de la misma permite diferenciar tres zonas características, en base a su concentración relativa de oxígeno. Esta técnica fue desarrollada inicialmente por el microbiólogo ruso Serge Winogradsky (1856-1953) quien uso la columna para estudiar los microorganismos del suelo. (Díaz,D ; Arias,S; Ariza, E; Quesada, W. 2018) En el presente trabajo demostraremos mediante la Columna de Winogradsky como los microorganismos existentes ocupan las distintas gradientes. Realizando así la columna con los materiales dichos en el informe y siguiendo cuidadosamente cada uno del procedimiento para así no cometer errores, observando los cambios cada tiempo determinado hasta poder lograr observar notoriamente los diversos tonos de colores que nos indicaran la presencia de microorganismos según la zona en la que se encuentren.

II.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL  Observar la presencia de distintas comunidades microbianas y como ocupan microespacios de un mismo habitad. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Reconocer a los microorganismos dependiendo de las zonas donde se desarrollan.  Reconocer el rol que cumplen las condiciones ambientales para el desarrollo de estos microorganismos.  Aprender a elaborar una Columna de Winogradsky.

III.

MARCO TEORICO-CONCEPTUAL III.1.COLUMNA DE WINOGRADSKY Sergeni Winodradsky y Martinus Willen Beijerinck, fueron los primeros microbiólogos en investigar las relaciones que hay entre los diferentes tipos de de microorganismos en comunidades mixtas. Esta columna es la representación de la “In vitro” de un ecosistema, pues se establecen sistemas altamente específicos donde los microorganismos crecen dependiendo de sus necesidades vitales que vienen a ser requerimiento de carbono y energía. Atraves de la columna de Winogradsky podremos observar la presencia de microorganismos con diferente actividad metabólica, la participación de estas en los diferentes ciclos biogeoquímicos y las asociaciones microbianas donde un microorganismo permite crecer o inhibir a otro. III.1.1.

MICROORGANISMOS

EN

LA

COLUMNA

DE

WINOGRADSKY Existen tres zonas características en base a la concentración de oxigeno 1) Zona aeróbica Esta zona se caracteriza por disponer una alta concentración de oxígeno, pero pobre en azufre. El agua de la parte superior de la columna presenta abundantes poblaciones de microorganismos aerobios, que suelen aparecer comúnmente en hábitat acuáticos ricos en materia organiza, estos suelen ser microorganismos flagelados, lo que les permite moverse y establecerse en nuevas áreas, así también como microorganismos fotosintéticos donde se encuentran algas y cianobacterias filamentosas. El oxígeno que se llegan a producir los productores primarios difunde desde la superficie, creando así

condiciones similares a las que existen en un lago con sedimentos ricos en nutrientes. (Prada, J. 2020) 2) Zona microaerófila Esta se encuentra inmediatamente debajo de la anterior, con una menor concentración de oxígeno. Es la zona en la que solapan ambos gradiente, el de oxígeno y el de sulfuro de hidrogeno, en esta llegan a aparecer bacterias oxidadoras del azufre como Beggiatoa, Thiothrix o Thiobacillius, que usan como fuente de carbono la materia orgánica, y se llegan a oxidar el H2S que llega por difusión desde las capas inferiores a azufre elemental. (Prada, J. 2020) 3) Zona anaeróbica Esta constituye el lecho del lodo, está en lo más profundo de la columna de winogradsky. Contiene H2S, procedente del fondo, en la zona anaeróbica superior predominan las bacterias fotosintéticas anaeróbicas y en la columna se observan una serie de bandas de colores rojos y verde  Bacterias rojas no del azufre: Rhodospirillum,Rhodomicrobium o Rhodopseudomonas, son bacterias anaerobias fotoorganótrofas, que sólo pueden realizar la fotosíntesis en presencia de una fuente de carbono orgánico. Forman una capa de color rojo anaranjado. Las bacterias verdes no del azufre son termófilas y, por lo tanto, no crecen en la columna a temperatura ambiente

 Bacterias rojas de Azufre Choromatium, Thiospiriullium,Thiocapsa, forman una capa color ojo-purpura y bacterias verdes del azufre. Estas bacterias son fotolitroficas y realizan una fotosíntesis anoxigenica. Estos microorganismos suelen aparecer como zonas de crecimiento en el lodo de la columna, pero también pueden desarrollarse en el agua si los fototrofos oxigenicos son escasos. En la zona anaeróbica más profunda, de color negro intenso, aparecen microorganismos capaces de realizar respiración anaeróbica y fermentación.  Bacterias reductoras del sulfato (BRS) Desulfovibrio, Desulfobacter, Desulforotomaculum, Desulfomonas. Usan el sulfato u otra forma parcialmente oxidadas de azufre como tiosulfato y generan grandes cantidades de H2S en el proceso.  Bacterias fermentadoras Estas utilizan la celulosa del papel aportado como fuente primaria para su metabolismo, aparecen las bacterias del genero Clostridium. Son anaerobias estrictas, y no empiezan a crecer hasta que el oxígeno desaparece del sedimento. Estas bacterias degradan la celulosa hasta residuos de glucosa y a continuación fermentan la glucosa para obtener la energía que necesitan, produciendo una serie de compuesto orgánico finales de esa fermentación. Estos compuestos orgánicos serán, a su vez, respirados por las bacterias reductoras de sulfato. Cuando la celulosa se agote, usaran la materia orgánica producida por el resto de bacterias. (Guest, 2020)

Columna de winogradky

III.2.

CICLOS BIOEGEOQUIMICOS PRESENTES EN LA

COLUMNA DE WINODGRADKY III.2.1. CICLO DEL CARBONO El carbono es esencial para construir las moléculas orgánicas que caracterizan al organismo vivo. La principal fuente de carbono para los productores es el CO2 del aire atmosférico, que también se encuentra

disuelto en lagos y océanos. Además hay carbono en las rocas carbonatadas y en los combustibles fósiles .Durante la fotosíntesis, las plantas verdes toman CO2  del ambiente abiótico e incorporan el carbono en los carbohidratos que sintetizan.  Parte de estos carbohidratos son metabolizados por los mismos productores en su respiración, devolviendo carbono al medio circundante en forma de CO2. Otra parte de esos carbohidratos son transferidos a los animales y demás heterótrofos, que también liberan CO2 al respirar El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los compuestos orgánicos de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al ambiente. (Fajardo, 2018)

Ciclo del carbono III.2.2. CICLO DEL NITROGENO Los seres vivos cuentan con una gran proporción de nitrógeno en su composición química. El nitrógeno oxidado que reciben como nitrato (NO3 –) es transformado a grupos aminoácidos (asimilación). Para volver

a contar con nitrato hace falta que los descomponedores lo extraigan de la biomasa dejándolo en la forma reducida de ion amonio (NH4+), proceso que se llama amonificación;y que luego el amonio sea oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación.  Así parece que se cierra el ciclo biológico esencial. Pero el amonio y el  nitrato son sustancias extremadamente solubles, que son arrastradas fácilmente por la escorrentía y la infiltración, lo que tiende a llevarlas al mar. Al final todo el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto en el mar. Los océanos serían ricos en nitrógeno, pero los continentes estarían prácticamente desprovistos de él, convertidos en desiertos biológicos, si no existieran otros dos procesos, mutuamente simétricos, en los que está implicado el nitrógeno atmosférico (N2). Se tratade la fijación de nitrógeno, que origina compuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificación, unaforma de respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera se mantiene unimportante depósito de nitrógeno en el aire (donde representa un 78% en volumen) (Fajardo, 2018)

Ciclo del nitrogeno III.2.3. CICLO DEL AZUFRE Es menos importante que los otros elementos que hemos visto, pero imprescindible porque forma parte de las proteínas. Su reserva fundamental es la corteza terrestre y es usado por los seres vivos en pequeñas cantidades. El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones, además el azufre está presente en prácticamente todas las proteínas y de esta manera es un elemento absolutamente esencial para todos los seres vivos. El azufre circula a través de la biosfera de la siguiente manera, por una parte se comprende el paso desde el suelo o bien desde el agua, si hablamos de un sistema acuático, a las plantas, a los animales y regresa nuevamente al suelo

o

al agua. Algunos

de los compuestos sulfúricos presentes

en la tierra son llevados al mar por los ríos. Este azufre es devuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como el ácido sulfhídrico (H2S) y el dióxido de azufre (SO2).

Estos penetran en la atmósfera y vuelven a tierra firme. Generalmente son lavados por las lluvias, aunque parte del dióxido de azufre puede ser directamente absorbido por las plantas desde la atmósfera. La actividad industrial del hombre está provocando exceso de emisiones de gases sulfurosos a la atmósfera y ocasionando problemas como la lluvia ácida (Fajardo, 2018)

Ciclo del azufre

III.2.4. CICLO DEL HIERRO El hierro es necesario para determinados seres vivos como pigmento transportador de del oxígeno. En la biosfera aparece como hierro orgánico, hierro inorgánico bien soluble o en sedimento. La aparición de sedimentos de hierro lo desencadenan los cambios en el pH del medio al igual que algunos microorganismos, a este grupo de bacterias se le denominan ferrobacterias - Gallionella,Siderocapsa y Sideromonas -.El hierro orgánico pasa a formas de mayor o menor estado de oxidación. El ion

ferroso puede transformarse en ion férrico y viceversa pasando finalmente de

nuevo

hierro

organico. Algunas bacterias como el Thiobacillus ferroxidans obtiene la en ergía a partir de la oxidación delhierro, de sulfato ferroso a sulfato ferrico, con esta energía que obtienen reducen el anhídridocarbónico (reducción no fotosintética).

Ciclo de hierro

IV.

METODOLOGIA IV.1. MATERIALES

Botella de 3L cortada 1/3 de la parte superior

Papel picado

Bicarbonato de sodio

Sulfato de calcio

Arena blanca

Sedimento

Agua de manantial

Humus

Yogurt

Aserrín

IV.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un recipiente se añadió el papel picado con 10g de Bicarbonato y 10 g de sulfato de calcio, mezclar.

Se le añadió el compost y yogurt al recipiente y se vuelve a mezclar.

Se añadió cuidadosamente por las paredes de la botella el sedimento .

Se añadió consecutivamente la mezcla realizada a la botella.

Finalmente, se tapó la botella y se rotuló.

Se añadió la arena a la botella.

Se añadió el agua de manantial a la botella.

V.

RESULTADOS

ALUMNA: RIVERA CAPRISTANO ANELY IMPLEMENTACIÓN 25-09-20

Los materiales implementados de acuerdo a la guía

ALUMNA: PONCE ANAYA EVELIN

27-10-20

29-11-20

Se observa que el agua va reduciendo y cambiando de color a negro

Se observa en la columna la presencia de una área verde en al agua, manchas en los bordes de la botella y toda la columna con el color negro uniforme

IMPLEMENTACIÓN 25-09-20

27-10-20

29-11-20

Los materiales implementados de acuerdo a la guía

Se observa que de color del agua se torno negro

Se observa en la columna que el agua se torno verde y el resto de la columna de color negro

ALUMNA: NUÑEZ CASILLA SCARLETT

IMPLEMENTACIÓN 25-09-20

Los materiales implementados de acuerdo a la guía

27-10-20

29-11-20

Se observa que algunas partes de la columna se van tornando de color negro

Se observa en la columna la presencia de una área verde y en algunas partes de esta de color negro

VI.

DISCUSIONES

En cada una de las columnas de Winogradsky realizadas, pudimos observar tras cada determinado tiempo, como se presenciaban algunos colores como el verde que encontramos en las 3 columnas.  En la zona anaerobica de las 3 columnas de Winogradsky, se caracterizó por tener un color negro muy intenso, que nos indica la presencia de microorganismos reductores de sulfato, esta coloración se debe a la precipitación de sulfuro de metales pesados como el Hierro y Manganeso. En el ambiente anóxico de esta zona, según López, J.2008: Se pueden llegar a observar mediante el microscopio a los microorganismos de los géneros Desulfovibrio, Desulfotomaclum o Desulfomonas. Su fuente de carbono son los subproductos de la fermentación anterior y su energía es obtenida mediante la respiración anaeróbica.  En la Zona microaerofila, solo de la primera columna, los sulfuros producidos por esta comunidad microbiana, en condiciones anoxicas fueron fuente de electrones para las bacterias fotosintéticas verdes del azufre. Según López, J.2008: Se pueden llegar a observar mediante el microscopio a los géneros Chromatium, Thiocapsa o Thiospirillium, que realizan fotosíntesis anoxigenica, donde SH2 sustituye al agua y se produce S elemental.  En la zona aerobica de las tres columnas de Winogradsky, logramos observar el color verduzco que se llega a producir cuando la cantidad de sulfuro de hidrogeno producido no es muy abundante, la presencia de esta nos indica que se desarrolló un variada comunidad microbiana caracterizada según López, J. 2008: Por cianobacterias y microalgas, que determinan la producción de oxígeno en su entorno que ayudan a mantener la aerobiosis en la zona superior de la columna.

VII.

CONCLUSIONES

 Tras realizar la columna de Winogradsky podemos concluir que mayormente las bacterias quimiorganotrofas crecen a lo largo de toda la columna, los microorganismos aerobicos y miroaerofilos en la parte superior, los anaerobios en la zona donde hay sulfuro de hidrogeno.  Experimentalmente pudimos comprobar las tres zonas características de la columna, zona aeróbica, zona microaerofila y la zona anaeróbica. Aunque nos hizo falta un poco más de tiempo para que estas tres zonas se desarrollaran un poco más.  En toda la columna y en función de las condiciones ambientales como la presencia de oxígeno, de SH2 y la luz solar que facilito la acción fotosintética, para el desarrollo de la comunidad de microalgas. Es posible reconocer otras comunidades bacterianas relacionadas con el ciclo del Azufre.  Logramos elaborar la columna de Winogradsky con ayuda del docente, siguiendo todos los pasos establecidos para así obtener resultados confiables.

VIII.

RECOMENDACIONES



El volumen de agua en la columna debe ser un tercio del total aproximadamente.



La columna debe tener suficiente materia orgánica para que sea fuente de nutrientes para los microorganismos heterótrofos.



La materia orgánica que se introduce en la columna debe ser lo más particulada posible par que facilite la descomposición a la bacterias.



No colocar mucho tiempo a luz solar, para si evitar la evaporación del agua.

IX.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Díaz, D.; Arias, S.; Ariza, E. y Quesada, W. (2018). Columna de Winogradsky.

Universidad

De

la

Costa.

Recuperado

de:

https://es.slideshare.net/DannyDiazR98/columna-de-winogradskyinforme-microbiologia-universidad-de-la-costa Fajardo, E. (2018). Columna de Winogradsky. Academia.edu.Recuperado de: https://www.academia.edu/8201405/COLUMNA_DE_WINOGRADS KY_1 Lopez,J.(2008). La columna de winogradsky. Un ejemplo de microbiología básica en un laboratorio de educación secundaria. IES “Felipe II”. Recuperado de:https://revistas.uca.es/index.php/eureka/article/download/3748/3325 /1361 Mecias, N. (1904). Columna de Winogradsky. Escuela superior politécnica de Chimborazo.Recuperado

de:

https://es.slideshare.net/nelson1704/columna-de-winogradsky Prada, J. (2020). Columna de winogradsky aislamiento e identificación de bacterias púrpuras, verdes y cianobacterias. Recuperado de: https://vsip.info/columna-de-winogradsky-informedocx-pdf-free.html