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CINÉTICA DE DEGRADACIÓN DE 2,4 – D
I. INTRODUCCIÓN
La contaminación ambiental no es más que un desequilibrio de los ecosistemas,
provocado por la presencia de determinadas sustancias en concentraciones tales que
afectan su calidad y composición; los problemas de contaminación surgen con la
Revolución Industrial, donde de forma gradual se fueron generando diferentes tipos de
residuos; al principio no se prestaba interés por la generación de residuos porque se
confiaba en la capacidad del medio para asimilarlos y se desconocía además sus
efectos devastadores.
En la actualidad, la protección de las plantas involucra el uso importante de
herbicidas que contribuyen decisivamente a lograr cosechas de acuerdo con los
rendimientos potenciales de los cultivos, pero esto además conlleva a generar efectos
perjudiciales, una importante proporción de las moléculas químicas vertidas a los
suelos son rara o lentamente catabolizadas por la naturaleza, acumulándose y
persistiendo en el ecosistema.
Los herbicidas abarcan una extensa gama de estructuras, presentan diferentes
grados de toxicidad y tienen una gran estabilidad química, lo cual se refleja en su
resistencia a la degradación microbiana. Dependiendo del tipo de suelo, pueden ser
muy móviles, permitiendo potencialmente la contaminación de aguas subterráneas y,
por consiguiente, del agua de beber. Al amplio uso de estos herbicidas y sus
propiedades físicas y químicas (solubilidad en agua, volatilidad, etc.) ha propiciado su
acumulación en diversos ambientes y debido a su toxicidad impiden el desarrollo
adecuado de los organismos acuáticos. Los invertebrados (anélidos, moluscos,
crustáceos) y los peces son afectados adversamente por bajas concentraciones, por lo
que pueden causar alteraciones al ecosistema.
Una alternativa para este problema es la biorremediación, que consiste
básicamente en estimular las capacidades degradativas de los microorganismos
autóctonos (bacterias y hongos) a fin de mineralizar los contaminantes o bien
convertirlos en compuestos químicos menos tóxicos y así menos nocivos.
I. BIOREMEDIACIÓN
1. Definición: El término inglés “bioremediation”, que en español se traduce como
biorrestauración, se refiere a los tratamientos con sistemas biológicos para la
restauración o limpieza de suelos, aguas subterráneas y aire contaminado con
algún compuesto contaminante, en este caso un herbicida. Puede definirse
entonces la biorremediación como una tecnología de biorrestauración de
ambientes naturales previamente contaminados con algún contaminante, utilizando
la capacidad metabólica de los microorganismos (bacterias, hongos, levaduras y
algas) y algunas plantas, oxígeno y nutrientes para acelerar los procesos de
biodegradación natural; durante la biodegradación se produce una transformación
parcial o total de los contaminantes.
2. Tipos:
A. Intrínseca: Capacidad de las poblaciones microbianas autóctonas para llevar
a cabo, de forma natural y, simultánea los procesos físico – químicos de
transformación total o parcial de los contaminantes.
B. Atenuación natural y dirigida. Consiste en provocar la bioestimulación o
bioaumentación de las poblaciones microbianas para acelerar el proceso de
biodegradación natural.
- Biorremediación por bioestimulación: Estimula el crecimiento de los
microorganismos endógenos por la adición de nutrientes, oxígeno en
forma de H2O2 o por agitación y agua; esta estrategia se aplica cuando
existe población endógena en la zona contaminada con capacidad
degradativa.
Muchos microorganismos poseen la capacidad de utilizar diferentes herbicidas
como única fuente de carbono y se encuentran ampliamente distribuidos en la
naturaleza. Estos se encuentran sin embargo en bajas concentraciones en áreas no
contaminadas y se incrementan en ambientes sometidos a impactos crónicos del
contaminante. Las poblaciones mixtas o consorcios microbianos tienen mayor poder
biodegradativo porque la información genética que codifica al sistema enzimático del
consorcio o la población mixta es más completa y por tanto es más probable la
degradación de las mezclas complejas de xenobióticos presentes de un área dañada.
La biodegradación de contaminantes depende de factores abióticos y bióticos y es
un proceso que puede durar horas, días, meses o años según las condiciones.
A. Factores abióticos o físico – químicos: Aquellos que se relacionan con el
contaminante (estructura química, concentración y biodisponibilidad) y las
condiciones medioambientales (pH, humedad, temperatura, disponibilidad de
oxígeno y nutrientes).
B. Factores bióticos: Aquellos que dependen de los microorganismos (población
microbiana y cometabolismo).
La biodegradabilidad de un compuesto orgánico se debe a que es utilizado por los
microorganismos como fuente de carbono. Si el “sitio de acción o ataque” del enzima
degradativo se encuentra bloqueado o moléculas sustituidas con grupos voluminosos,
la reacción no tendrá lugar, disminuyendo entonces la actividad biodegradativa.
Cuando la concentración de contaminante es alta puede ocurrir inhibición de la
actividad microbiana por toxicidad de la fuente de carbono.
La población microbiana es el factor determinante para que ocurra el proceso de
biodegradación; se necesita una población microbiana adaptada, que posea los enzimas
necesarios que catalicen las reacciones de degradación; los microorganismos pueden
degradar los contaminantes en forma de cultivos puros, mixtos o consorcios que
siempre es más eficiente que el cultivo puro; en los consorcios se establece una
compleja interacción de las especies microbianas.
II. PERSISTENCIA DE HERBICIDAS E INSECTICIDAS EN LOS SUELOS
III. Ácido 2,4 - diclorofenoxiacético (2,4-D)
El ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) es un ácido orgánico con pKa de 2,6 y
de alta solubilidad en agua;It presents a systemic mode of action and has been widely
employed in wheat, rice, corn, sorghum and sugar cane cultures to control harmful
wide-leaf weeds (21). presenta un modo de acción sistémico y ha sido ampliamente
utilizado en el trigo, el arroz, el maíz, el sorgo y la caña de azúcar culturas nocivos para
el control de malezas de hoja de ancho 9. Este herbicida permanece en el suelo en un
rango de 20 a 30 días, lo cual implica que el poder residual del herbicida presenta un
efecto negativo, debido a que el compuesto se mantiene por un período prolongado.
IV. RUTA DE DEGRADACIÓN DEL 2 ,4 – D VÍA 4 – CLOROFENOL
V. CINÉTICA DE DEGRADACIÓN
- Aislamiento y selección de una comunidad microbiana que degrada una mezcla de
2,4 – D; 2,4 – diclorofenol y 4 – clorofenol.
Se realizó a partir de 5 gramos de muestra de suelo en 200 mL de medio mineral, que
contenían la mezcla de los compuestos cloroaromáticos en concentraciones de 200 ppm de
ácido 2,4 – diclorofenoxiacético, 50 ppm de 2,4 – diclorofenol y 50 ppm de 4 –
clorofenol. Luego se les tomo muestras periódicas a las que se le determinó
concentraciones de biomasa por turbiedad a 600 nm y se evaluó la degradación de los
cloroaromáticos mediante HPLC.
- Evaluación de la degradación de la mezcla de compuestos organoclorados por la
comunidad seleccionada, inmovilizada en roca volcánica.
A partir de las 168 horas de operación la concentración de la mezcla de los
cloroaromáticos es muy similar a la concentración determinada a la salida de la columna.
- Evaluación de la eficiencia de degradación de 2,4 – D en un quimiostato, a una
velocidad de dilución de 0.0219 h-1
- Evaluación de la degradación de los compuestos organoclorados por cada una de las
especies microbianas que integran el cultivo mixto.
- Evaluación de la degradación de 2,4 – diclorofenol por cada microorganismo que
integra el cultivo mixto.
- Evaluación de la degradación de 2,4 – clorofenol por cada microorganismo que
integra el cultivo mixto.
- Evaluación de la degradación del herbicida 2,4 D, utilizando mezclas binarias de los
microorganismos que integran el cultivo mixto.
- Evaluación de la degradación del herbicida 2,4 – D por Burkholderia sp. utilizando un reactor.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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