Columna de winogradsky PDF

Preview

Summary

winogradsky...

Description

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

CURSO: MICROBIOLOGÍA

TEMA: COLUMNA DE WINOGRADSKY

DOCENTE: Blga. CLAUDIA CLAVIJO KOC

ALUMNA: ANGHEL ALEXANDRA QUENTA CHATA

TACNA-PERÚ 2020

Curso: Microbiología

RESUMEN

La columna de Winogradsky consiste en un método un tanto simple que permite llevar a cabo el estudio de una variedad de procesos microbianos a escala de laboratorio. Para la aplicación del método, se requirió básicamente de una columna de plástico en su defecto, la cual contiene un ambiente acuático suplementado con unos pocos compuestos químicos, sin embargo esta composición y suplementación puede variar en su preparación según el estudio en particular que se desee realizar. Dicha columna es una demostración clásica de como los microorganismos ocupan “micro espacios”, los cuales se caracterizan por ser altamente específicos de acuerdo con sus tolerancias medioambientales y lo que a sus necesidades vitales se refiere. La metodología de la realización de la columna consiste en incubarla durante un largo periodo de tiempo bajo luz solar, es común la formación de un gradiente de oxígeno y otro de sulfuros, lo cual determina específicamente una amplia variedad de ambientes en los que se disponen diversas especies de microrganismos con base en sus requerimientos específicos, se empleó el uso de dos fuentes: agua de mar y agua de pileta y se realizó una columna para cada una. El objetivo del presente informe consistió en realizar la columna con el fin de identificar la presencia de los microorganismos formados en los diversos ambientes, de comprender su especificidad basada en los requerimientos de oxigeno particulares, permitió conocer los ciclo biogeoquímicos que ocurren en los diferentes estratos de la columna y los principios teóricos y fundamentales en los que se basan. Los

resultados

obtenidos,

permitieron

evidenciar

la

microorganismos a partir de diferentes porciones de la columna.

presencia

de

varios

Curso: Microbiología

ABSTRACT

The Winogradsky column is a somewhat simple method that allows the study of a variety of microbial processes on a laboratory scale. For the application of the method, a plastic column was basically required, failing that, which contains an aquatic environment supplemented with a few chemical compounds, however this composition and supplementation may vary in its preparation according to the particular study that is desired. perform. Said column is a classic demonstration of how microorganisms occupy “micro spaces”, which are characterized by being highly specific in accordance with their environmental tolerances and their vital needs. The methodology of the construction of the column consists of incubating it for a long period of time under sunlight, the formation of an oxygen gradient and another of sulfides is common, which specifically determines a wide variety of environments in which different species of microorganisms based on their specific requirements, the use of two sources was used: sea water and pool water and a column was made for each one. The objective of this report was to make the column in order to identify the presence of the microorganisms formed in the various environments, to understand their specificity based on the particular oxygen requirements, it allowed to know the biogeochemical cycles that occur in the different strata of the column and the theoretical and fundamental principles on which they are based. The results obtained, allowed to show the presence of several microorganisms from different portions of the column.

Curso: Microbiología

INDICE 1.

CAPÌTULO I......................................................................................................................1 1.1.

Tema............................................................................................................................1

1.2.

Tipo de investigación..................................................................................................1

1.3.

Objetivos.....................................................................................................................1

1.4.1 Objetivo General.......................................................................................................1 1.4.2 Objetivos Específicos.................................................................................................1 2.

CAPITULO II.....................................................................................................................2 2.1.

Marco Teórico.............................................................................................................2

2.2.

Zonas características dentro de la columna..............................................................2

2.2.1.

Zona aerobia:......................................................................................................2

2.2.2.

Zona microaerófila:............................................................................................3

2.2.3.

Zona anaeróbica:................................................................................................3

2.3.

3.

Fuentes de Enriquecimiento......................................................................................7

2.3.1.

Fuentes de carbono.............................................................................................7

2.3.2.

Fuentes de azufre................................................................................................8

2.3.3.

Fuentes de hierro................................................................................................8

2.3.4.

Fuentes de fósforo y potasio...............................................................................9

2.3.5.

Fuentes de vitaminas..........................................................................................9

2.4.

Materiales....................................................................................................................9

2.5.

Metodología...............................................................................................................12

2.5.1.

Columna de Winogradsky con agua de mar...................................................12

2.5.2.

Columna de Winogradsky con agua de una pileta.........................................13

CAPITULO III.................................................................................................................16 3.1.

Resultados.................................................................................................................16

3.2.

Discusión...................................................................................................................17

3.3.

Conclusiones.............................................................................................................18

3.4.

Bibliografía...............................................................................................................18

3.5.

Referencias................................................................................................................19

3.6.

Anexos.......................................................................................................................19

Curso: Microbiología

1. CAPÌTULO I DATOS GENERALES DE LA MONOGRAFÍA

1.1.

Tema

COLUMNA DE WINOGRADSKY

1.2.

Tipo de investigación

Descriptiva

1.3.

Objetivos 1.4.1 Objetivo General 

Identificar la presencia de los microorganismos formados en los diversos ambientes de la columna de Winogradsky.

1.4.2 Objetivos Específicos 

Realizar una columna y establecer los principios y fundamentos teóricos en los que se basa el ecosistema microbiano.



Conocer la especificidad de los microorganismos basados en los requerimientos de oxígeno particulares.



Identificar, reconocer e interpretar los ciclos biogeoquímicos que ocurren en los diferentes estratos de la columna.

1

Curso: Microbiología

2. CAPITULO II 2.1. 

Marco Teórico

La columna de Winogradsky es un sistema acuático en el que se ayuda a los microorganismos a establecerse en las regiones diferenciadas según su requerimiento, el cual constituye un modelo de ecosistema microbiano.



Sergio Winogradsky (1856-1953), invento un método el cual permite estudiar una diversidad de procesos microbianos a escala de laboratorio, este microbiólogo Ruso usó la columna por primera vez para estudiar los microorganismos del suelo. El método requiere una columna de vidrio u otro material adecuado que contenga un ambiente acuático, el cual es suplementado con unos compuestos químicos específicos para el crecimiento de los microorganismos según sus necesidades[ CITATION Jim18 \l 3082 ].



Una vez que se prepara la columna, esta se expone a luz solar, tras esto se desarrolla una

sucesión de

comunidades

bacterianas

interrelacionadas

metabólicamente, por otra parte esta columna es un sistema anóxico en miniatura que puede usarse como suministro a largo plazo de bacterias para cultivos de enriquecimiento. 

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.

2.2.

Zonas características dentro de la columna

2.2.1. Zona aerobia: 

Es la más superficial, dispone de una alta concentración de oxígeno. Por lo que habrán microorganismos fotosintéticos.



Es la parte de la columna más rica en oxígeno y más pobre en azufre. El agua de la parte superior de la columna contiene abundantes poblaciones de microorganismos aerobios, que aparecen normalmente en hábitats acuáticos ricos en materia orgánica (estanques poco profundos, arroyos, etc.). Suelen ser microorganismos flagelados, lo que les permite moverse y establecerse en 2

Curso: Microbiología

nuevas áreas, así como microorganismos fotosintéticos: algas (diatomeas) y cianobacterias filamentosas. El oxígeno que producen estos productores primarios difunde desde la superficie, creando condiciones similares a las que existen en un lago con sedimentos ricos en nutrientes.

2.2.2. Zona microaerófila: 

Con una menor concentración de oxígeno. Permite el crecimiento de organismos facultativos.



Es la zona en la que solapan ambos gradientes, el de oxígeno y el de sulfuro de hidrógeno. Aparecen bacterias oxidadoras del azufre como Beggiotoa, Thiothrix o Thiobacillus, que usan como fuente de carbono la materia orgánica, y oxidan el H2S que llega por difusión desde las capas inferiores a azufre elemental. La reacción química que se lleva a cabo es la siguiente (reacción de Bunsen): O2+ H2S → H2O +

S0

. Son, por lo tanto, microorganismos mixótrofos. Estos

géneros acumulan gránulos de azufre en sus citoplasmas por oxidación del H2S. Si se deja evolucionar el sistema, cuando la concentración de H2S es muy baja, los gránulos de azufre elemental intracitoplasmático presentes en estas bacterias empiezan a desaparecer por oxidación total a sulfato (H2S →

2−¿ S → SO4¿ 0

).



Presencia de sulfuro de hidrógeno que difunde desde la zona inferior



Pueden haber bacterias oxidantes del hierro.



Bacterias púrpuras no del azufre (Rhodospirillum y Rhodopseudomonas)color rojo/anaranjado.

2.2.3. Zona anaeróbica: 

Constituye el fondo de la columna y carece del oxígeno. Organismos anaerobios.



Esta zona contiene H2S (procedente del fondo), en la zona anaeróbica superior predominan las bacterias fotosintéticas anaerobias, y en la columna se observan una serie de bandas de colores rojo y verde:



Bacterias

rojas

no

del

azufre:

Rhodospirillum,

Rhodomicrobiumo,

Rhodopseudomonas, son bacterias anaerobias fotoorganótrofas, que sólo pueden 3

Curso: Microbiología

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 del azufre (Chromatium, Rhodospirillum, Thiocapsa, forman una capa de color rojo-púrpura) y bacterias verdes del azufre (Chlorobium, Pelodyctium). Estas bacterias son fotolitótrofas y realizan una fotosíntesis anoxigénica, no producen oxígeno ya que no utilizan H2O como elemento 2−¿ reductor sino H2S, generando en este proceso sulfatos ( SO¿ ). La reacción 4 que tiene lugar es la siguiente: 2 H2S + CO2→ [CH2O] + H2O+2S0. Estos microorganismos aparecen como zonas decrecimiento en el lodo de la columna, pero también pueden desarrollarse en el agua si los fotótrofos oxigénicos son escasos.



Bacterias fermentadoras de celulosa (Clostridium).



Bacterias púrpuras de azufre (Amoebobacter) color rosado.



Bacterias verdes del azufre (Chlorobium) color verde.



En la zona anaerobia más profunda, de color negro intenso, aparecen microorganismos capaces de realizar respiración anaeróbica y fermentación.



Bacterias

reductoras

del

sulfato

(BRS):

Desulfovibrio,

Desulfobacter,

Desulfotomaculum, Desulfomonas. Usan el sulfato, u otras formas parcialmente oxidadas de azufre como el tiosulfato, y generan grandes cantidades de H2S en el proceso. La reacción de reducción bacteriana del sulfato es la siguiente: 2−¿+¿ 8 H+→H2S + 2 H2O + 2 OH –. EsteH2S reaccionará con el hierro SO¿4 presente en el sedimento, produciendo sulfuro de hierro (II), que precipita y da el color negro. Es por esto que, en la naturaleza, los sedimentos acuáticos son frecuentemente negros. La reacción sería la siguiente:

SO24 –H2S (sulfuro de

hidrógeno) (ión sulfato) Fe2+SFe (Sulfuro de hierro) →Precipitado negro

4

crobiología

Figura 1. Columna de Winogradsky Fuente: Microbiología Básica



Las algas y las cianobacterias forman una capa superficial de color verde brillante y al producir oxigeno ayudan a mantener la aerobiosis en la zona superior de la columna. Mientras que en el fondo de la columna las bacterias reductoras del sulfato producen sulfuro, que provoca el crecimiento de bacterias rojas y verdes del azufre, de modo que se establecen dos gradientes en la columna, uno de oxígeno y otro de sulfuro de hidrogeno



H2 S .

Las bacterias quimiorganotrofas crecen a lo largo de toda la columna, los microorganismos aerobios y microaerófilos en la parte superior, los anaerobios en las zonas donde hay sulfuro de hidrógeno.



Zona aeróbica, la parte superior de la columna de agua puede contener abundantes poblaciones de bacterias de diferentes tipos. Son organismos aerobios que se encuentran habitualmente en los hábitats acuáticos ricos en materia orgánica. Suelen ser flagelados, lo que les permite moverse y establecerse en nuevas áreas. Puede desarrollarse también microorganismos fototrófos variados procedentes directamente del agua o del barro utilizado originalmente en el montaje de la columna. La superficie del barro puede 5

Curso: Microbiología

presentar en esta zona un ligero color castaño, esta es la parte de la columna más rica en oxígeno y más pobre en azufre. 

Transcurrido un período de tiempo entre mes y medio a dos meses, lo que se observará será la incorporación de dióxido de carbono a compuestos orgánicos reducidos se pensaba que era un hecho exclusivo de plantas superiores y algunas algas microscópicas. La autotrofía en bacterias fotolitotrofas, es decir, la incorporación de este gas a la materia viva utilizando otros compuestos donadores de electrones distintos a la molécula de agua, caso del sulfuro de hidrógeno, sin la participación de la clorofila, es uno de los más fascinantes hechos que pone en evidencia el estudio de la columna de Winogradsky. Si partimos de la base de la columna y ascendemos, podemos comprobar zonaciones características como consecuencia de distintas coloraciones [ CITATION Rev08 \l 3082 ]



La zona inferior, de color negro intenso, denota la presencia de microorganismos reductores de sulfato, caso de los géneros Desulfovibrio, Desulfotomaculum o Desulfomonas. La coloración es debida a la precipitación de sulfuro de metales pesados (hierro, manganeso).

Figura 2. Reacción química de los microorganismos reductores de sulfato Fuente: Microbiología Básica

6

Curso: Microbiología



En otra línea de investigación, Martinus Willen Beijerinck y Sergei Winogradsky estudiaron las comunidades microbianas en sus ambientes naturales.

Los estudios

ecológicos

permitieron comprender las

características metabólicas de esas comunidades y esclarecer las etapas del ciclo de algunos elementos (carbono, nitrógeno, azufre).

2.3.

Fuentes de Enriquecimiento Existen numerosas variaciones y combinaciones posibles en la elección de las fuentes de enriquecimiento.

2.3.1. Fuentes de carbono 

Materiales que liberan carbono rápidamente tales como carbonato de sodio, bicarbonato de sodio o carbonato de calcio (tiza molida).



Materiales de origen vegetal que liberan carbono más lentamente, tales como césped, heno, agujas de pino, papel de periódico, papel higiénico, almidón de maíz, avena, aserrín, etc.

Figura 3. Ciclo del carbono 7

Curso: Microbiología

2.3.2. Fuentes de azufre 

Azufre, sulfato de calcio, sulfato de magnesio, huevos cocidos, queso, etc.

Figura 4. Ciclo del azufre 2.3.3. Fuentes de hierro 

Limadura de hierro, cualquier comprimido que contenga hierro.

8

Curso: Microbiología

Figura 5. Ciclo del hierro 2.3.4. Fuentes de fósforo y potasio Oro verde o cualquier otro fertilizante para plantas con



K 2 HPO 4

(Proporción: media cucharada de té/l)

Figura 6. Ciclo del

fósforo

2.3.5. Fuentes de vitaminas Cualquier producto multivitamínico



2.4.

Materiales



2 Botellas de plástico de 2 litros



Tierra



Aserrín (fuente de carbono de origen vegetal)



Fuente de agua (pileta y mar)



Humus (Fuente de fósfo...