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9º CONCURSO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DEL RECURSO
AGUA PARA JÓVENES ESTUDIANTES - PREMIO JUNIOR DEL AGUA 2009
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FORMULARIO ETAPA 2
CÓDIGO SELECCIONADO ETAPA 1:
Convocan:
Auspician:
Patrocinan:
Formulario de Presentación de Trabajos de Investigación
8º Concurso Nacional de Investigación y Desarrollo del Recurso
Agua para Jóvenes Estudiantes
PREMIO JUNIOR DEL AGUA ESTOCOLMO 2009
Este formulario debe ser presentado en un máximo de 8 carillas
(incluyendo la actual), tamaño carta, espaciado simple, tipografía
tamaño 12 y en idioma español. La segunda carilla debe contener los
datos personales de los miembros del equipo de investigación, y la
tercera carilla debe ser un resumen de la investigación completa.
Las cinco carillas restantes deberán seguir el índice de contenidos
descrito en los encabezados de cada sección.
Puede adicionarse opcionalmente un máximo de 5 carillas con
anexos de la investigación.
A. Título de la Investigación
Biorremediación de lagunas eutroficadas por medio de algas y la
manipulación posterior de estas para producir alimento o
fertilizante
agrícola.
A.2 Establecimiento, Comuna, Región
Instituto de humanidades Luis Campino Providencia, R.M.
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B. Datos Generales de las y/o los Autores (El número máximo de
participantes es de 2 alumnos/as de no más de 20 años de edad a
agosto del 2009 y 1 profesora o profesor)
Participante N° 1: Sebastián Ignacio Hurtado Romo Fecha
Nacimiento: 18 de Mayo de 1992 RUT: 18.127.187-6 Edad:16 Curso: 3°A
Establecimiento Educacional: Instituto de humanidades Luis Campino
Dirección Particular: Pedro Marín 2627 Teléfono: 7175979 Fax:
e-mail: dark_dude05@hotmai
l.com
Participante N° 2: Felipe Andrés Acevedo Rodríguez Fecha
Nacimiento: 19 de Marzo de 1993 RUT: 18.406.789-7 Edad: 16 Curso:
3°A Establecimiento Educacional: Instituto de humanidades Luis
Campino Dirección Particular: Julio Prado 1045 depto. 506 Teléfono:
4941519 Fax: e-mail: [email protected]
om
Profesor Nombre: Patricio Kim Núñez Barnier RUT: 8.963.889-5
Especialidad: Biología Establecimiento Educacional: Instituto de
humanidades Luis Campino Dirección Establecimiento: Avda. Pedro de
Valdivia 236 Dirección Particular: Pirámide 932, San Miguel
Ciudad/Región: Santiago / Metropolitana Teléfono: 99433977 Fax:
e-mail: [email protected] [email protected]
Asesor Científico externo al Establecimiento Educacional (en
caso de haber participado)
Nombre: RUT: Especialidad: Institución: Cargo o Curso: Dirección
Institución: Dirección Particular: Ciudad/Región: Teléfono: Fax:
e-mail: C. Declaración de tipo de asesoría científica recibida
El presente trabajo es una continuación de investigaciones
iniciadas durante el año pasado, en nuestro colegio.
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C. Resumen Trabajo de Investigación En la actualidad, la
eutroficación del agua, es un gran problema a nivel mundial en
ecosistemas semicerrados como lagos y lagunas. En Chile, muchas
lagunas están siendo rápidamente invadidas por plantas acuáticas y
algas produciendo mortandad de los ecosistemas. Investigaciones
científicas sugieren que la principal causa del aumento
significativo en la población de algas en las lagunas es la
afluencia de una gran cantidad de nitratos y fosfatos provenientes
en gran medida de terrenos agrícolas colindantes en los que se usan
estas sustancias como fertilizantes, se ha indicado también como
causa el vertimiento de aguas residuales y el uso masivo de
detergentes. Ante este problema, hemos diseñado un plan de trabajo
para atacar las fases agudas del problema y en plazos más largos
disminuir naturalmente los componentes químicos que originan este
problema ecológico. Al retirar muestras acuáticas bajo
eutroficación como la laguna de Aculeo, Estero del Marga-Marga,
Estero de Reñaca, laguna del parque O’Higgins y laguna de la Quinta
Normal, in vitro, disminuimos la producción de malos olores, y
montamos un prototipo de biofiltro de bajo costo hechos en base a
algas, en sistema semicerrado que reducirían el porcentaje de
nitratos, nitritos y fosfatos presentes en el medio sin ser parte
del proceso mismo de la eutroficación. Además, el excedente de
algas de nuestros biofiltros, producido por el crecimiento de
ellas, puede ser aprovechado como fertilizante para la agricultura
o como alimento para la piscicultura, industria avícola o ganadera,
e inclusive alimentación humana. D. Introducción Presentación del
Problema En Chile y el mundo se registran descargas de aguas
residuales, provenientes de industrias y hogares, en ríos, lagos y
mares, que contienen distintas sustancias químicas que han ido
dañando los ecosistemas de distintos modos. Por otro lado, terrenos
de cultivo son regados, cada día, con una mayor cantidad de
agroquímicos que fertilizan los sembradíos. El problema en estos
últimos casos es que estas sustancias químicas no permanecen en el
lugar donde se aplican y con las lluvias, vientos y regadíos se
desplazan a las aguas subterráneas, lagos y ríos colindantes. Es
común que se depositen especialmente en lagos gran cantidad de
fertilizantes que contienen compuestos nitrogenados y fosfatos que
actúan como un estimulante excesivo del desarrollo de platas
acuáticas y algas que se concentran en las orillas que desplazan la
flora normal y luego de acumularse mueren por anoxia o falta de luz
provocando que bacterias, especialmente anaeróbicas, produzcan
malos olores y sustancias que intoxican las aguas. Además, se ha
descrito la presencia de nitritos en aguas eutroficadas, los cuales
se sabe que son sustancias de alta toxicidad para peces y seres
humanos. En este último caso, su ingesta se ha relacionado con
cáncer y otras patologías. En la naturaleza los nitritos se forman
por oxidación biológica de las aminas y del amoníaco, o por
reducción del nitrato en condiciones anaeróbicas. (6)
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Antecedentes Bibliográficos o Investigaciones Previas Nuestro
planeta se halla cubierto en más de tres cuartas partes por agua, y
pese a que su flora es muy abundante es prácticamente desconocida
para los pueblos occidentales. Sin embargo el equilibrio de los
ecosistemas acuáticos está siendo alterado por las abundantes
infusión de sales fertilizantes que han provocado un desarrollo
desmedido de algas y plantas acuáticas Zhou et al. (2006) (1)
evaluaron el crecimiento y la capacidad de remoción de nutrientes
de los efluentes de piscigranjas, para determinar la capacidad de
remoción del alga Gracilaria lemaneiformis; con la finalidad de
integrarlo al cultivo de peces en jaulas, ubicadas en el norte de
China. Los resultados de sus investigaciones demostraron que G.
lemaneiformis es un buen candidato para la maricultura integrada
alga/peces para la biorremediación y la diversificación económica.
De acuerdo a Yarish et al., (2004)(2) existe un interés renovado en
usar las algas como un sistema de remoción de nutrientes en la
acuicultura integrada de peces, mariscos y crustáceos. Jones (1999)
afirma que las macroalgas pueden absorber cantidades significativas
de nutrientes inorgánicos y orgánicos disueltos, usualmente con
preferencia de NH4+. Además las macroalgas son conocidas por
absorber y almacenar metales pesados. Yarish et al. (2004) han
evaluado el potencial de biorremediación de varias especies de
Porphyra en sistemas en mar abierto (Porphyra/salmón) y en tierra
(Porphyra / peces planos). Además el rol de biorremediación de
otras algas (por ejemplo Kappaphycus), que actúan como sistemas
biológicos removedores de nutrientes y generan beneficios mutuos
para los organismos co-cultivados. Chopin et al. (1999), indican
que Porphyra requiere de una disponibilidad constante de
nutrientes, especialmente en época en que los nutrientes
disminuyen; Y que el cultivo de esta alga cerca de las jaulas de
salmón permitiría aprovechar los desechos de los salmones. Además
estos autores concluyen que Porphyra, es un excelente candidato
para la acuicultura integrada, para la biorremediación y
diversificación económica. La cosecha periódica reporta la remoción
constante de cantidades significativas de nutrientes de las aguas
costeras. Por otro lado, Chung et al. (2002) (3) desarrollaron un
biofiltro de algas Porphyra, con la finalidad de reducir los
impactos ambientales de los efluentes dentro de un sistema
integrado de acuicultura. Neori et al. (2003) evaluaron el uso de
Ulva lactuca, como un biofiltrador para actividades de maricultura
integrada. Mientras que la población asiática, principalmente la
china y japonesa, ha mantenido la tradición, a lo menos desde el
700 a. de C., de incluir las algas en su dieta La mayor parte de
las algas recolectadas en Europa se emplean para la extracción de
ficocoloides, sustancias exclusivas de estos vegetales que no
tienen equivalente sintético. Los ficocoloides se emplean como
agentes gelificantes, espesantes y estabilizantes, interviniendo en
multitud de aplicaciones en la industria agroalimentaria, en
artículos del hogar y productos biomédicos. Los aztecas empleaban
la cianobacteria Spirulina, que recolectaban en el lago Texcoco
como complemento proteico. Quizá el pueblo hawaiano sea el que
consume mayor número de especies algales, más de 75 especies
denominadas “limu”. Las algas marinas son importantes en la cadena
alimentaria, una interesante fuente de recursos en la nutrición
humana y también útiles como
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abonos y para la fabricación de piensos de animales. (5)
E. Hipótesis y Objetivos Hipótesis: Si se incorpora un sistema
de aireación en las zonas del lago donde hay gran acumulación de
algas se evitaría la aparición de malos olores por bacterias
anaeróbicas. Si se produce un natural desarrollo y proliferación de
algas disminuye los índices de nitritos y nitratos en el medio que
se encuentra. Si se extraen algas de los biofiltros o excedentes
del crecimiento de algas pueden ser usados como abono, alimento,
biodiesel. Si los biofiltros son de muy bajo costo o
autofinanciables serán fáciles de mantener y de alta efectividad.
Objetivos: Obtener diferentes tipos de algas y microalgas de
microambientes de la zona central, Santiago y alrededores, Viña del
Mar, etc. Desarrollar un cultivo de algas y plantas acuáticas in
vitro y seleccionar aquellas que hayan sido descritas como no
tóxicas, que presenten rápido desarrollo, y que puedan ser
retenidas por medio de filtros o mallas de acero. Probar que estas
plantas acuáticas o algas sean capaces sustraer un agente
relacionado con el problema de la eutrofización. F. Plan de Trabajo
Método de Investigación y/o Experimentación La metodología empleada
para probar o rechazar nuestras hipótesis y lograr nuestros
objetivos, fue a través de un diseño experimental sencillo, pero
que nos pudiera dar luces al respecto. Para ello se recogieron
microalgas y plantas acuáticas de diferentes zonas: laguna del
Parque O’Higgins, laguna del Parque Cousiño, laguna de Aculeo,
Estero del Marga-Marga, Estanque del cementerio de Malloco, estero
de Reñaca. Al seleccionar la especie que se ajustó mejor a nuestros
objetivos ya mencionados, preferimos una alga de la especie
Spirogyra del cementerio ubicado en la localidad de Malloco, a 30
km de Santiago, además seleccionamos la planta acuática Lemna
Minor, que obtuvimos del Estero Marga-Marga, en la quinta región de
nuestro país. Nuestras muestras fueron distribuidas en acuarios
diseñados para estos fines, en los cuales seguimos el desarrollo
por separado de Lemna Minor y Spirogyra. Los cultivos vegetales se
han sometido a ciclos día – noche con temporizador y luz artificial
similar luz día. Como medio de comparación, a ambos acuarios se les
suministró una solución salina con nutrientes, usada en hidroponía
(7), y a lo largo del tiempo, evaluamos variaciones en la masa de
las muestras de algas y número de Lemnas Minor por proliferación.
El alga Spirogyra y la Lemna Minor se sometieron a un estudio de
absorción (y/o
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adsorción) de Nitritos para evaluar la reducción de estos en
aguas fuertemente contaminadas en las que hemos detectado nitritos.
Se evaluó el efecto de la ventilación en aguas provenientes de
zonas con eutrofización, analizando el desarrollo de bacterias a
distintos tiempos; evaluando las unidades formadoras de colonias
por mililitro (UFC), para lo cual se prepararon dos recipientes que
contienen aguas extraídas del estero Marga-Marga, de los cuales uno
fue aireado constantemente. Se hicieron, además, cultivos de
bacterias en tubos de agar, para dilucidar si se modificaba la
proporción de bacterias aeróbicas/anaeróbicas que se encuentran en
las aguas. Se monitoreó la aparición de malos olores en forma
directa. Materiales Cultivos: Macroalgas (Spirogyra), planta
acuática (Lemna minor), Invernaderos con iluminación artificial
fluorescente y temporizadores, 2 acuarios, frascos de mermelada, 3
metros de manguera de acuario, Tapón de goma, 4 bombas de aireación
de acuario, Tubo de vidrio de 20 cm., Silicona líquida para sellar,
Buffer Fosfato Salino (Na2HPO4 1,5g/lt, NaCl 8,7g/lt,+ KH2PO4
0,5g/lt pH 7,4) (PBS), medio de cultivo vegetal hidropónico ().
Microscopios ópticos y cámara digital Sony Cybershot DSC-W120.,
balanza digital, vaso de precipitado de 1000 mililitros.
Determinaciones: Determinación de nitritos por medio de test de
nitritos marca Sera: NO2 test, tubos de ensayo, gradilla, pipetas,
probetas plásticas, frascos libres de nitritos, cama de arena,
etanol, espectrofotómetro Spectronic 20-D (500 nm). G. Presentación
de Resultados Las observaciones realizadas en nuestro estudio
mostraron: Desarrollo de Spirogyra que forma grandes “hilos” y es
de fácil filtración de
rápido crecimiento y Lemna minor que se desarrolla y multiplica
con facilidad (ver gráfico anexo) tratadas en el laboratorio con un
medio de cultivo vegetal hidropónico enriquecido.
Los tubos con agar con muestras extraídas del agua sin
ventilación mostraron una gran cantidad de bacterias anaeróbicas en
comparación con los tubos con muestras de agua ventilada, los
cuales a su vez mostraron mayor desarrollo de colonias en la
superficie del tubo.
La placa de petri con muestras del agua con ventilación contenía
1,15 x106 UFC y la muestra sin ventilación, 8,8 x 106 UFC POR
MILILITRO.
Hubo una reducción significativa de nitritos a través del tiempo
en las muestras de agua con Spirogyra y con Lemna Minor.
H. Discusión o Análisis de los Resultados Los datos obtenidos
nos indican que en el recuento de algas, las cepas trabajadas
fueron capaces de crecer con facilidad en un medio similar al de
los medios eutroficados, lo que destaca su propensión a aparecer en
estos ambientes, comprobando nuestra suposición inicial. De esto se
desprende, a su vez, que si
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quisiéramos utilizar estas cepas a nivel de macro escala, el
crecimiento rápido de estas, disminuiría los sustratos que son
fuente de la eutroficacion. La aparición de bacterias anaeróbicas
en grandes cantidades en los tubos con muestras de agua sin
ventilación comprueba la premisa de que en aguas eutroficadas hay
una gran concentración de bacterias de este tipo. Además, la
aparición de una cantidad de bacterias aeróbicas mayor a las
anaeróbicas en los tubos con muestra de agua con ventilación
propone que hay menor riesgo de la producción de malos olores en el
ambiente y se disminuiría la posibilidad de toxinas producto de
bacterias anaeróbicas, esta aireación proponemos se haga a través
de sistemas eólicos y así evitamos otros tipos de contaminación. La
gran diferencia en las cantidades de UFC por mililitro en las
muestras de aguas sugiere, también, que el agua no ventilada, que
asemejaba las condiciones normales de un agua eutroficada, tenia
una cantidad mayor de bacterias en total, demostrando que las aguas
con una fuente constante de oxigeno son menos propensas a tener
cantidades enormes de bacterias. La disminución de los nitritos en
ambas muestras (algas y plantas acuáticas) indica que ambos pueden
ser utilizados para la disminución o eliminación de esta sustancia
tóxica. Esta tesis es apoyada por los análisis de absorbancia
hechos con un espectrofotómetro Spectronic 20-D. (Ver anexo) I.
Conclusiones Basados en los resultados que obtuvimos, y a la luz de
las evidencias bibliográficas encontradas, podemos afirmar que
nuestras suposiciones iniciales son correctas: Primero, comprobamos
que las algas Spirogyra, así como las plantas acuáticas Lemna Minor
pueden usarse como biofiltros, ya que rápidamente se multiplican,
pueden ser filtradas, no son tóxicas y pueden utilizarce inclusive
para alimentación y mostraron reducir los nitritos in vitro. Las
investigaciones posteriores demostraron que esta disminución es
rápida y efectiva, teniendo ambas resultados similares. La
construcción de los biofiltros se haría en cajas semicerradas que
permitan el traspaso de agua y nutrientes y evitar el paso de las
plantas o algas. Además, cabe mencionar que la alta cantidad de
nutrientes de las aguas eutrofizadas son un suplemento nutritivo de
alta efectividad, y se ha demostrado que las plantas que recibieron
este suplemento tuvieron un gran aumento en comparación con las
plantas a las que no se le suministró. Otro punto importante es que
los materiales de los biofiltros son muy baratos, por lo que su
manutención es muy económica, sencilla y podría autofinanciarse si
se elige un alga apropiada. Queremos destacar que ante la
contaminación de suelos y aguas con compuestos químicos, a veces,
es la misma naturaleza la que nos ofrece las mejores estrategias
para limpiar los elementos contaminantes. En esto consiste esta
propuesta; emplea la capacidad natural de algas verdes, quienes han
podido sustraer sustancias químicas del ambiente y, a medida que
las algas crezcan, pueden ser aprovechadas, creando un doble efecto
benéfico. J. Bibliografía Consultada (1) Zhou, Y., H. Yang, H. Hu,
Y. Liu, Y. Mao, H. Zhou, X. Xu, y F. Zhang. 2006. Bioremediation
potential of the macroalga Gracilaria lemaneiformis (Rhodophyta)
integrated into fed fish culture in coastal waters of north China.
Aquaculture, 252 (2-4): 264-276.
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(2-4) http://www.aquahoy.com/content/view/208/lang,es/ (5)
Rosario del Castillo, http://www.revistaesfinge.com,
[email protected] (6) http://es.wikipedia.org/wiki/Nitrito
(7) http://www.hydrocultivo.com/index.php/solucion-hidroponica
Anexos Estero Marga-Marga eutroficado
Proliferación de Lemna Minor
Dia 0: Tiempo inicial con 15 Lemnas por placa de Petri
Dia 2: Recuento de Lemnas al segundo dia Dia 8: Recuento de
Lemnas al octavo dia
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020406080
100120140
LemnaMinor
Spirogyra
Tiempo 0
Incubacion 16 horas
Disminución de nitritos por efecto de Lemna Minor y
Spirogyra
Orilla Laguna Aculeo Muestra de Alga Spirogyra
Observación microscópica de la Alga Spirogyra
Lemna Minor
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K. Declaración de tipo de asesoría científica recibida NOTA1:
Este formulario debe ser completado sólo por aquellos grupos que
resultaron seleccionados en la ETAPA 1. Su plazo de envío vence el
4 de mayo de 2009. NOTA2: A estas 8 carillas pueden agregarse
opcionalmente como máximo 5 carillas con anexos. NOTA2: El
formulario completado debe enviarse a [email protected]