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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGÍA

Laboratorio de Bacterias y Virus

Práctica No. 12 BIODEGRADACIÓN DE PLAGUICIDAS POR MICROORGANISMOS DEL SUELO

Objetivos 



Analizar el efecto de la concentración de un plaguicida sobre la capacidad de los microorganismos de un suelo para metabolizarlo, midiendo la actividad respiratoria de la comunidad. Analizar el efecto de la mezcla de un plaguicida con un surfactante sobre la capacidad de los microorganismos de un suelo para metabolizarlo, midiendo la actividad respiratoria de la comunidad.

Resultados Tabla 1 Efecto de la concentración de un plaguicida en su degradación Equipo

Compuesto

Determinación

1

Conc. Diazinon 10mg/L Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

Inicio (0 Hs) Hora Res No se 11.2 tiene 30 registro 11.8

2º día (24 Hs) Hora Res 5.5 3:49 160 pm 8.7

2

Conc. Diazinon 5mg/L Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

No se tiene registro

11.2 30 11.8

3:15 pm

3

Conc. Diazinon 2.5mg/L Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

No se tiene registro

11.2 30 11.8

2:23 pm

4.4 -----No se tiene registro 4.3 260 9.5

Conc. Diazinon 1.25mg/L

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles)

No se tiene

11.2 30

3:13

5.2 165

Resultados 3er día (48 Hs) Hora Res 8.2 2:10 45 pm 9

4º día (72 Hs) Hora Res No se 6.4 tiene 20 registro 6.8

5º día (96 Hs) Hora Res 6.2 9:09 10 am 6.4

1:50 pm

8.8 5 8.9

10:05 am

8.7 65 10

9:12 am

9.1 20 9.5

2:08 pm

9.5 125 12

10:08 am

9.5 90 11.3

9:23 pm

11 55 12.1

1:43

9.7 70

10:12

9.7 35

9:18

9 125

Blanco

Gasto HCl (ml)

registro

11.8

pm

8.5

pm

11.1

am

10.4

am

11.5

5

Conc. Diazinon 0.625mg/L Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

No se tiene registro

11.2 30 11.8

3:07 pm

5.1 190 8.9

1:36 pm

8.2 125 10.7

10:00 am

9.1 40 9.9

9:11 am

8.7 100 10.7

6

Conc. Diazinon 0.3125mg/L Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

No se tiene registro

11.2 30 11.8

3:15 pm

5.5 200 9.5

2:03 pm

9 115 11.3

10:05 am

7.5 185 9.7

9:03 am

9 50 10

7

Conc. Diazinon 0.1563mg/L Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

No se tiene registro

11.2 30 11.8

3:15 pm

5.2 195 9.1

2:00 pm

7.9 135 10.6

11:28 am

10.2 65 11.5

2:00 pm

10 25 10.5

Testigo

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

No se tiene registro

11.2 30 11.8

3:15 pm

4.6 245 9.5

No se tiene registro

8.5 10 8.7

No se tiene registro

9 80 10.6

9:20 am

9.2 40 10

4

8

Blanco

Tabla 2 Efecto de la mezcla de un plaguicida con un surfactante en su degradación

Equipo

Compuesto

Determinación

1

Sol. Surfact. 2ml Sol. Diazinon 0ml Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

2

Sol.Surfact.1.2ml Sol Diazinon .8ml Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

12:55 pm

10.3 0 10.3

3:19 pm

3

Sol. Surfact.1 ml Sol. Diazinon 1ml Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

12:55 pm

10.3 0 10.3

No se tienen datos

4

Sol. Surfact. .8ml Sol. Diazino1.2ml Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

12:55 pm

10.3 0 10.3

3:14 pm

2.8 280 8.4

1:54 pm

5

Sol. Surfact. .4ml Sol. Diazino1.6ml Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

12:55 pm

10.3 0 10.3

3:13 pm

3.5 150 6.5

6

Sol. Surfact. 0ml Sol. Diazinon 2ml Blanco

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

12:55 pm

10.3 0 10.3

3:25 pm

Testigo

Gasto HCl (ml) CO2 (μmoles) Gasto HCl (ml)

12:55 pm

10.3 0 10.3

11:29 pm

7

Blanco

2º día (24 Hs) Hora Res 3.1 3:27 200 pm 7.1

Resultados 3er día (48 Hs) Hora Res 8.3 1:49 135 pm 11

Inicio (0 Hs) Hora Res 10.5 12:55 0 pm 10.5

2.5 230 7.1

4º día (72 Hs) Hora Res 9.3 10:13 10 am 9.5

5º día (96 Hs) Hora Res 8.8 9:04 95 am 10.7

7.4 120 9.8

10:07 am

8.7 50 9.7

9:03 am

9.5 45 10.4

No se tienen datos

10:17 am

6.8 145 9.7

9:19 am

8.2 150 11.2

7.5 390 15.3

10:18 am

8.4 120 10.8

9:16 am

8.4 85 10.1

1:50 pm

7.7 130 10.3

10:16 am

9.2 105 11.3

9:13 am

10 65 11.3

3.5 225 8

1:40 pm

7 150 10

10:25 am

8.8 90 10.6

10:50 am

5 350 12

6.2 160 9.4

2:18 pm

9 35 9.7

10:32 am

9.2 180 12.8

1:35 pm

10.2 40 11

2:01 pm

Efecto de la concentración 700 600 Conc. Diazinon10mg/L

μmoles de CO2

500

Conc. Diazinon5mg/L2 400

Conc. Diazinon2.5mg/L3

300

Conc. Diazinon1.25mg/L4 Conc. Diazinon0.6225mg/L42

200

Conc. Diazinon0.3125mg/L6 Conc. Diazinon0.1563mg/L7

100

Testigo

0 0

20

40

60

80

100

120

tiempo (horas)

Grafico 1. Resultados de la actividad respiratoria de los microorganismos y el efecto de la concentración de un plaguicida en su degradación (Sección I)

Efecto de la mezcla 1200

μmoles de CO2

1000 800

Diazunon 0ml Diazinon 0.8 ml

600

Diazinon 1.2ml Diazinon 1.6ml

400

Diazinon 2ml 200

Testigo

0 0

20

40

60

80

100

120

Tiempo (hr)

Grafico 2. Resultados del efecto de la mezcla de un plaguicida con un surfactante en su degradación, midiendo la actividad respiratoria de la comunidad microbiana. (Sección II)

Discusión de resultados Un plaguicida es toda aquella sustancia o mezcla de sustancias destinadas a prevenir, destruir o controlar cualquier plaga, su empleo en las actividades agropecuarias es una de las más grandes amenazas para la perdida de fertilidad en los suelos, sin embargo existen varias formas en que estos se pueden degradar, una de las principales es aquella llevada a cabo por microorganismos presentes en el suelo como las bacterias y algunos hongos. En este caso el plaguicida que hemos de analizar es el Diazinon, pertenece al grupo de los plaguicidas órganofosforados usado para controlar insectos en el suelo, en plantas y cosechas de frutas y hortalizas, cuya tasa de degradación depende mucho de la acidez del medio, es más estable en medios alcalinos que en aquellos que cuentan con un pH neutro o ácido, por lo tanto su degradación es lenta en suelos con un pH mayor a 6. Uno de los procesos más importantes para la desintoxicación de compuestos organofosfatados es la hidrólisis del mismo lo que hace que los compuestos sean más vulnerables a la degradación. La bibliografía nos dice que se han establecido aquellos grupos de bacterias que se encuentran relacionadas con la biodegradación de plaguicidas organofosfatados, y son aquellos principalmente son aquellos representantes del género Bacillus, Pseudomonas y Flavobacterium. Debido a experimentos realizados anteriormente con muestras de la misma zona podemos decir que éstas se encuentran presentes en nuestra muestra de suelo. Estos microorganismos lo usarán como fuente de carbono, fuente de energia y donador de electrones, por lo tanto su cinética de degradación se verá afectado o beneficiado directamente por la cantidad de microorganismos y las condiciones físicas como humedad, pH., temperatura, etc. Además de la concentración en la que se encuentre el plaguicida. La degradación en suelos que contienen plantas es muy diferente a aquellos que no las poseen ya que presentan una intensa actividad bacteriana provocando una rápida mineralización de los plaguicidas. Por lo tanto en nuestro análisis de efecto de la concentración de un plaguicida en su degradación observamos que efectivamente entre mayores son las concentraciones del éste, es menor la actividad respiratoria que presentan los microorganismos como resultado de la degradación del plaguicida, lo que nos hace referencia a que a esas concentraciones es difícilmente metabolizado por las bacterias, probablemente a que se hayan visto modificados parámetros como el pH lo que provocaría que fuera más estable la molécula del Diazinón; todo ellos repercutiría en la población de microorganismos ya que no proliferarían adecuadamente y por lo tanto la degradación del plaguicida seria mínima, quizás

en esas cantidades ya no lo puedan tolerar los microorganismos y por lo tanto encuentre inhibiendo su crecimiento, por ende la concentración de CO2 producto del metabolismo que se reporta es menor, es el caso de la concentración 5 mg/L y 10 mg/L, mientras que en la de grafica de 1.25 mg/L se presenta una diferencia respecto a lo que se esperaba, que era que se encontrara por arriba de la testigo, pero esto pudo deberse a que no había gran cantidad de microorganismos en la muestra de suelo que degradaran al plaguicida, puesto que estos son específicos. Ahora analizaremos las concentraciones que van desde 0.1563 mg/L, 0.3125 mg/L, 0.6225 mg/L hasta 2.5 mg/L todas ellas se encuentran por arriba del testigo, esta tendencia se observa más claramente al final de la prueba a partir de las 35 horas aproximadamente y nos indica que la tasa de respiración es mayor en estos casos, por lo tanto podemos decir que a estas concentraciones principalmente la de 2.5 mg/L el Diazinón está siento usado por los microorganismos presentes como fuente de carbono y energía de forma optima. Las concentraciones de 0.1563 mg/L, 0.3125 mg/L y 0.6225 mg/L al principio la actividad respiratoria de los microorganismos se registra por debajo de la grafica que marca el testigo, es decir la producción de CO2 era menor, probablemente a que apenas se estaban adaptando al medio adicionado con Diazinon, pero pasadas las 35 horas la actividad respiratoria se incremento. Con lo observado podemos decir que existe una relación entre las concentraciones pues entre mayor es la concentración del plaguicida es menor la actividad respiratoria de la población microbiológica. Con aquellas concentraciones menores a los 2.5 mg/L de concentración se vieron favorecidos los microorganismos, probablemente incrementaron su población y por ello también las emisiones de CO 2 . Usaron al plaguicida como fuente de carbono y donador de electrones. Los surfactantes se aplican con el fin de mejorar la acción de los plaguicidas, y en términos generales se puede decir que proporcionan al plaguicida mayor capacidad de cubrimiento, penetración y translocacion, solubilidad, adherencia y estabilidad. También reducen la dosis de los plaguicidas y aumentan su penetración en el suelo. Las actividades agropecuarias constituyen un modo de disturbar los equilibrios naturales y las modificaciones ocasionadas en las capas superficiales del suelo alteran significativamente la composición de la comunidad microbiana y su potencial bioquímico. Frente a este tipo de adversidades, los microorganismos tienen un potencial genético excepcional que les permite tolerar y reacomodar su composición poblacional mediante estrategias como la selección intra e interespecífica, las mutaciones, la activación de genes bloqueados, etc. Lo cierto es que cuando una población se ve afectada y su capacidad de competencia

disminuye, aparecen rápidamente otras formas de vida que la sustituyen espacialmente. El hecho de que un suelo agrícola posea una importante actividad microbiana, presupone pero no garantiza, el cumplimiento de los ciclos energéticos esenciales para la vida. Como podemos observar; el comportamiento de los microorganismos se ve favorecido con la presencia del plaguicida cuando lo mezclamos con el surfactante; ya que todas las concentraciones, se encuentran por arriba del testigo. En caso de las concentraciones de 0ml, 0.8 ml y 1.6 ml, observamos que la actividad respiratoria no es muy favorecida; pues se mantienen a la par respecto al testigo. La concentración de 2 ml, al comienzo de la actividad respiratoria de los microorganismos; no presenta algún cambio significativo, pero aproximadamente al llegar a las 75 hrs; observamos que la actividad respiratoria se ve favorecida. Respecto a la concentración de 1.2 ml, al transcurrir las 24 horas, la tasa respiratoria se ve altamente favorecida; esto nos indica que esta concentración es la que mas favorece a los microorganismos, ya que la utilizan como principal fuente de carbono. De acuerdo a los resultados obtenidos, podemos decir que cuando mezclamos el plaguicida con el surfactante; no favorece en mucho la actividad respiratoria de los microorganismos; pero tampoco la disminuye.

Conclusiones A mayor concentración de Diazinón la tasa respiratoria se ve reducida, y viceversa, con concentraciones más bajas la tasa respiratoria se ve favorecida. Las concentraciones de la mezcla del plaguicida y el surfactante; no favorecen significativamente la actividad respiratoria de los microorganismos. El Diazinón sirvió como fuente de carbono, energía y donador de electrones para los microorganismos que lo metabolizaron.

Cuestionario 1. Represente la estructura molecular del plaguicida usado en la práctica.

2. ¿En qué grupo y contra qué organismos se cataloga a éste compuesto? Es considerado como un insecticida acaricida agrícola organofosforado; éste compuesto es utilizado contra insectos en el suelo, en plantas ornamentales y hortalizas, también para combatir moscas, pulgas, garrapatas y cucarachas.

3. ¿Cuál

es la forma de acción de éste plaguicida? Su mecanismo de acción es inhibir la acetilcolinesterasa. En la sinapsis nerviosa, un impulso nervioso es transmitido por la acetilcolina (Ach), una vez transmitido el mensaje, la Ach es destruida por acción de una enzima llamada acetilcolinesterasa, por lo que el impulso es anulado para otra transmisión.

Al anularse la acción de la Ach, la transmisión de los impulsos nerviosos no puede ser interrumpida y la contracción muscular conduce a parálisis y muerte del parásito. Solamente los insectos poseen sisnapsis colinérgicas en el sistema nervioso central, por lo que los signos en los insectos son hiperexcitabilidad, convulsiones, parálisis y finalmente la muerte.

Referencias   



http://www2.ine.gob.mx/sistemas/plaguicidas/pdf/diazinon.pdf http://www.virbac.com.mx/produc/productos.asp?producto=Preventef Efecto de los plaguicidas sobre la actividad de los microorganismos del suelo. 1º Parte. Ing. Agr. María Cristina Pozzo Ardizzi (M.Sc.), Lic. Graciela Pellejero, Lic. Gabriela Aschkar, Lic. María Inés Gil y Lic. Mariza Abrameto. Disponible en: http://www.inta.gov.ar/valleinferior/info/documentos/rrnn/plaguicidas.pdf. Última visita: 27 de noviembre de 2011. CIAT (Centro Internacional de Agricultura Tropical). 1980. Los surfactantes: Clases, Propiedades y Usos con herbicidas. Cali, Colombia. Pp.25