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Manejo de macrofitas acuaticas en la acumulacion y transformacion de cianuro producto del beneficio del oro en la Mina la Coqueta.

MANAGEMENT OF AQUATIC MACROPHYTE IN ACCUMULATION AND TRANSFORMATION OF CYANIDE RESULTING FROM GOLD PROCESING IN THE MINE LA

INTRODUCCION

El hombre puede estar expuesto a cianuro a traves de una gran variedad de compuestos, los cuales pueden ser de origen natural y antropogenico. Las plantas son los principales productores de cianuro en la naturaleza, ya que aproximadamente 2600 especies de plantas producen compuestos como los glicosidos cianogenicos (LUQUE, 2005); la biosintesis de cianuro tiene lugar tambien en algunos animales y en microorganismos como bacterias, hongos y algas. Las principales fuentes de contaminacion de origen antropogenico son los desechos de las industrias mineras de extraccion de metales preciosos, industrias metalurgicas del hierro y el acero y de las industrias quimicas que producen distintos compuestos de cianuro, ya que tienen una gran afinidad con el oro y la plata (QUIROGA & OLMOS, 2009).

Los diferentes organismos cianogenicos poseen distintas rutas de produccion de cianuro, las cuales pueden ser: 1.Sintesis directa como ocurre en bacterias, algas y hongos, y 2.Produccion de intermediarios cianurados estables como son glicosidos cianogenicos y posterior degradacion de estos para producir cianuro, lo que ocurre en plantas y artropodos (LUQUE, 2005). Entre los mecanismos de resistencia mas importantes desarrollados por algunos seres vivos frente a la toxicidad del cianuro se encuentran dos: 1. La existencia de rutas de degradacion de cianuro, y 2. La presencia de una cadena de transporte de electrones insensible a cianuro. La primera observacion de la existencia de una respiracion resistente a cianuro tuvo lugar en plantas (GENEVOIS, 1929).

Los mecanismos de resistencia a cianuro adoptados por las plantas cianogenicas incluyen la detoxificacion de cianuro mediante la formacion de P-cianoalanina, la induccion de una oxidasa alternativa insensible a cianuro y la compartimentacion de los glicosidos cianogenicos y de las enzimas responsables de su degradacion, evitando de esta forma la produccion de cianuro en condiciones normales (POULTON, 1988; VANLERBERGHE & McINTOSH, 1997). Los glicosidos cianogenicos son compuestos nitrogenados no toxicos en si mismos, pero se degradan cuando la planta sufre dano mecanico y libera sustancias volatiles toxicas como el cianuro de hidrogeno, el cual es una toxina de accion rapida que inhibe metaloproteinas como la citocromo oxidasa, enzima clave en la respiracion mitocondrial (AVALOS & PEREZ, 2009).

Una de las principales causas de la contaminacion del agua son productos de las crecientes practicas mineras, que presentan altos contenidos de cianuro, mercurio, arsenico y otros residuos derivados de estos procesos. El cianuro es utilizado ampliamente en la mineria para la recuperacion del oro, como consecuencia de esto el agua utilizada en este proceso estara contaminada y con un alto grado de toxicidad. Con base en los estudios de remocion de compuestos toxicos por parte de plantas acuaticas que permitan la depuracion de agua cianurada, la presente investigacion tuvo el proposito de buscar la disminucion en el laboratorio, de la contaminacion y la toxicidad de las aguas residuales del proceso de cianuracion de oro de la mina La Coqueta mediante la utilizacion de macrofitas acuaticas flotantes (eichhornia crassipes, Pistia stratiotes y Salvinia auriculata), planteando alternativas economicamente viables y ambientalmente seguras con tratamientos biologicos, o sea sin generar o anadir quimicos al medio para evitar que estos residuos sean dispuestos directamente a los afluentes cercanos y resulte perjudicial para la biota.

MATERIALES Y METODOS

Las macrofitas escogidas para este estudio (eichhornia crassipes, Pistia stratiotes y Salvinia auriculata), se recolectaron de un pequeno lago ubicado en el Centro Nacional de Investigaciones del Cafe (CENICAFE), La Granja, Chinchina, Colombia. Las plantas fueron aclimatadas a las condiciones ambientales de Manizales en un estanque en el Jardin Botanico de la Universidad de Caldas, este tiempo de aclimatacion consistio en proveer a la planta de los nutrientes necesarios para su establecimiento (Fosforo y Nitrogeno), durante un periodo de 60 dias; posteriormente se realizaron los ensayos en el Laboratorio de Ecotoxicologia de la Universidad de Caldas.

La parte experimental del proyecto se realizo durante 30 dias, con renovacion de las plantas cada 10 dias, se evaluaron 5 tratamientos, cada uno con tres replicas; los tres primeros correspondientes a cada una de las especies de las macrofitas acuaticas (E. crassipes, S. auriculata y P. stratiotes); el cuarto a un policultivo de las 3 especies, el quinto contenia agua cianurada (sin plantas) proveniente del beneficio del oro de la mina La Coqueta (Manizales, Caldas) y el blanco fue el estanque de aclimatacion ubicado en el Jardin Botanico de la Universidad de Caldas que contenia un policultivo de las macrofitas acuaticas seleccionadas y marcadas. Cada 12 horas se registraron valores de los parametros conductividad, pH, porcentaje de saturacion de oxigeno y temperatura del agua; cada 24 horas en la salida de los reactores se determino la concentracion de cianuro, plomo, hierro, arsenico, zinc y sulfuros.

Determinacion cualitativa de glicosidos cianogenicos

Para determinar la presencia cualitativa de glicosidos cianogenicos en las plantas se siguio la metodologia propuesta por HARBONE (1972), la cual consiste en tomar 1 g/planta, cortarla finamente y ponerla en un tubo de ensayo con papel indicador de picrato sodico, anadirle 6 gotas de cloroformo y 1.5 mL de agua destilada. Un cambio de color de amarillo a un naranja o rojo ladrillo indica liberacion de HCN por la planta, si este no cambia de color en dos horas el tubo se deja de 24 a 48 horas mas, un cambio de coloracion a las dos horas indica presencia de glicosidos cianogenicos y de enzimas hidroliticas respectivas, si el cambio de coloracion aparece a las 48 horas indica que los glicosidos cianogenicos se liberaron espontaneamente sin la accion de una enzima y, si no cambia de color, indica que la planta no posee glicosidos cianogenicos.

Determinacion cualitativa de presencia de alcaloides

Se obtuvieron extractos de las plantas con el fin de identificar presencia de alcaloides, esto se realizo por medio de cromatografia de capa fina (TLC). Los extractos crudos fueron monitoreados empleando diferentes sistemas de elusion y revelando con lampara de luz ultravioleta (UVGL-58) a 254 y 366 nm, solucion al 50% de acido sulfurico en etanol y reactivo de Dragendorff (MALDONI, 1991).

Respiracion resistente al cianuro

Se determino la respiracion resistente al cianuro por medio del Termometro FlashLink (r) 70613310 (Modelo 20901). La respuesta por la planta a la existencia a este mecanismo de defensa, se determina mediante un aumento de la temperatura ambiente hasta 14[grados] C (GONZALEZ, 2008).

Incremento de la biomasa

Se calculo el aumento de biomasa por medio del crecimiento y reproduccion de las macrofitas acuaticas.

La concentracion de cianuro en el agua se determino con el metodo colorimetrico 4500-CN (APHA, 2005). El porcentaje de remocion de cianuro se calculo con la siguiente formula:

% Remocion = (Concentracion inicial de [CN.sup.-])-(Concentracion final de [CN.sup.-])/(Concentracion inicial)

Pruebas de toxicidad

Para determinar la toxicidad se realizaron bioensayos con Daphnia pulex (APHA, 2005). Este bioensayo es de tipo estatico (sin renovacion de la solucion de prueba), con una duracion 96 horas (prueba tipo aguda) para determinar el [CL.sub.50-96], para cada prueba se realizaron observaciones a las 4, 6, 8, 12, 24, 48 y 96 horas de inicio de esta. Como agua de dilucion se empleo agua reconstituida de tipo semidura (80 a 100 mg/L como CaC[O.sub.3]). La evaluacion toxicologica se realizo con los neonatos de la especie (< 24 h). Durante los bioensayos no se suministro alimento a los organismos de prueba.

ANALISIS ESTADISTICO

Se realizo un ANOVA con el programa Statgraphics Plus para Windows version 5.1 DEMO, con el fin de evaluar si existen diferencias significativas entre las variables fisicoquimicas tomadas para los tratamientos y el control, entre el dia y la noche, todo para cada fase del tratamiento. El analisis de los bioensayos realizados con Daphnia pulex se efectuo con el programa estadistico Probit version 1.5, con el fin de hallar la concentracion letal media ([CL.sub.50]) a las 96 horas de iniciada la prueba aguda.

RESULTADOS Y DISCUSION

Los valores mas bajos de concentracion letal media, que implica una alta toxicidad, se presentaron en los controles (acuarios sin macrofitas 5, 10 y 15) y en los demas acuarios se observan valores mayores de [CL.sub.50] indicando que las macrofitas acuaticas contribuyen a la detoxificacion del agua residual (tablas 2 y 3), (Figuras 2,4 y 6). En la tabla 3 se evidencian valores de [CL.sub.50-96] para las aguas residuales tratadas con las tres especies de macrofitas acuaticas y el policultivo, indicando esto un gran efecto detoxificador (Figura 7).

En las tablas 1, 2 y 3 y en las figuras 1, 3 y 5 se muestran los valores de concentracion de cianuro al inicio y al final de cada jornada de tratamiento, junto al porcentaje de remocion, permitiendonos deducir que las macrofitas acuaticas retiran cianuro del agua residual, siendo la mas eficiente en la primera jornada el policultivo con valores de 44,55, 44,09, y 47,27% (Tabla 1, Figura 1); en la jornada del tratamiento II (Tabla 2, Figura 3), la planta mas eficiente fue la Salvinia auriculata con porcentajes de remocion de 39,39, 34,53 y 31,97%.

En la tercera jornada de tratamiento (Tabla 3 y Figura 5) la planta mas eficiente en remocion del cianuro fue la Eichhornia crassipes con valores del 72, 63 y 52% Basandose en los resultados, se establecio que las macrofitas son fitorremediadoras para las aguas residuales procedentes de producto de lavado de arena de la cianuracion, siendo E. crassipes la macrofita con el mejor comportamiento, debido a que presenta el mejor porcentaje de remocion total de CN--(86, 84,36 y 77,95%) (Tabla 4, Figura 8), ademas de presentar menor [CL.sub.50].

En la Tabla 5 se muestran resultados de los [CL.sub.50] para los extractos de hojas de las plantas acuaticas. indicando de acuerdo con la disminucion de los valores que la toxicidad se incrementa en las macrofitas debido a la absorcion del cianuro entre otros contaminantes, siendo la menos toxica la E. crassipes.

Las plantas en el control no mostraron la presencia de glicosidos cianogenicos, sin embargo, en las plantas expuestas al tratamiento, se evidencio cambio de color de amarillo a rojo ladrillo en el papel indicador picrato de sodio, en muestras de raices y hojas de las tres especies (E. crassipes, P. stratiotesy S. auriculata), indicando la posible presencia de glicosidos cianogenicos y las respectivas enzimas hidroliticas (Tabla 6).

Respecto a la presencia de alcaloides, se observa en la tabla 7 que en el control solo da positiva la prueba cualitativa que indica presencia de alcaloides polares en la Pistia stratiotes y negativa para las tres especies respecto a alcaloides no polares.

Para las plantas despues del tratamiento se observo que dio positiva la prueba para la presencia de alcaloides no polares en las tres especies.

Los glicosidos cianogenicos se presentan como defensa ante la herbivoria en las plantas que los poseen naturalmente (MALAGON & GARRIDO, 1990) y por ello, son liberados cuando la planta sufre un dano mecanico o es atacada, pero en las macrofitas acuaticas solo se presentaron cuando fueron sometidas al tratamiento con agua cianurada, lo que nos induce a pensar que no solo los glicosidos cianogenicos se encuentran de manera natural en las plantas, sino que tambien se pueden formar ante la presencia de nitrogeno en forma de cianuro, o ante el estres producido por este compuesto. Esta informacion sera corroborada a traves de la cuantificacion de los glicosidos cianogenicos, debido a que no se encuentra reportada en la literatura la presencia de glicosidos cianogenicos en las especies utilizadas en este estudio.

DISCUSION

De acuerdo con los resultados experimentales respecto a la presencia de glicosidos cianogenicos y alcaloides (pruebas cualitativas), se sugiere que E. crassipes, S. auriculata y P. stratiotes tienen dos vias metabolicas para asimilar cianuro: la acumulacion de glicosidos cianogenicos y la formacion de alcaloides.

Los alcaloides relacionados con fases polares (cloroformo, metanol) estan naturalmente presentes solo en P. stratiotes, mientras que en las macrofitas acuaticas sometidas a tratamiento aparentemente no presentan alcaloides de esta naturaleza. Los alcaloides de tipo no polares se presentan (acetato de etilo, hexano) en las macrofitas sometidos a tratamiento con agua cianurada, pero no en el estado natural. En sintesis, los metabolitos secundarios de tipo alcaloidal presentan modificaciones respecto a las que se encuentran de forma natural debido al cambio de polaridad.

Se evidencio un aumento en la toxicidad de las macrofitas acuaticas al final del tratamiento con agua residual cianurada, lo que implica la necesidad de realizar un seguimiento a las macrofitas para su disposicion final.

Los ensayos de toxicidad in vivo realizados con Daphnia pulex, demostraron que las macrofitas acuaticas presentaron una detoxificacion del agua cianurada despues de 30 dias de tratamiento, ya que algunos organismos sobrevivieron hasta las 96 horas donde se termino el bioensayo propuesto.

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad de Caldas por permitirnos realizar esta investigacion, por el apoyo economico y logistico brindado; al Ingeniero Alfredo Diaz Duran (QEPD) dueno de la mina La Coqueta por el apoyo financiero y el interes real y efectivo para proteger el medio ambiente. A Jose Humberto Gallego, Director del Jardin Botanico de la Universidad de Caldas, por su cooperacion logistica para el desarrollo de la investigacion y el funcionamiento provisional del laboratorio de Ecotoxicologia. A los integrantes del Semillero GEAAS por su dedicacion y aportes.

REFERENCIAS

APHA, AWWA & WEF, 2005.--Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Ed. 21. American Public Health Association, Washington, DC.

FINNEY, D. L., 1978.--Statistical Method in Biological Assay. London: High Wycombe.

HARBORNE, J. B., 1972.--Cyanogenic glucosides and their function. Phytochemicalecology. Academic Press, London: 104- 123.

LUQUE, V. M., 2005.--Metabolismo del cianuro y del cianato en Pseudomonas pseudoalcaligenes CECT5344. Aplicaciones biotecnologicas. Pp. 23-57.

MALAGON, J. & A. GARRIDO.--1990. Relacion entre el contenido en glicosidos cianogeneticos y la resistencia a Capnodistene brionis (L.) en frutales de hueso. Bol. San. Veg. Plagas, 2: 499-503.

MALDONI, B., 1991.--Alkaloids: Isolation and Purification. Journal of Chemical Education. Universidad Nacional del Sur. Bahia Blanca, Argentina. 68: 700-703.

NOVOTNY, V. & H. OLEM, 1994.--Water Quality. Prevention, Identification and Management of Diffuse Pollution. New York: Van Nostrand Reinhold.

POULTON, J., 1990. Cyanogenesis in plants. Plant Physiology 94: 401-405.

QUIROGA P. N & V. OLMOS, 2009.--Revision de la toxicocinetica y la toxicodinamia del acido cianhidrico y los cianuros. Acta Toxicologica de Argentina 17: 20-32.

VANLERBERGHE G. C. & L. McINTOSH, 1997.--Alternative oxidase: From Gene to Function. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 48: 703-734.

Marco Tulio Jaramillo-Salazar (1); Diana Patricia Buitrago-Escobar (2); Sonia Marcela Henao-Vasco (2) & John Henry Galvis-Garcia (1) **

* FR: 15-II-2016. FA: 30-IX-2016.

(1) Departamento de Quimica. Grupo de Investigacion Estudios Ambientales en Agua y Suelo (GEAAS). Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Caldas. A. A. 275.Calle 65 No 26-10, Manizales, Colombia.

(2) Biologa. Departamento de Ciencias Biologicas. Grupo de Investigacion Estudios Ambientales en Agua y Suelo (GEAAS). Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Caldas. A. A. 275.Calle 65 No 26-10, Manizales, Colombia.

** Autor correspondencia: jhon.galvis@ucaldas.edu.co; Telefono: (576) 8781500 ext. 12426.Calle 65 No 26-10. Caldas, Colombia.

DOI: 10.17151/bccm.2016.20.1.6

Leyenda: Figura 1. Porcentaje de remocion de cianuro. Primer periodo de tratamiento.

Leyenda: Figura 2. Concentracion Letal Media. Primer periodo de tratamiento.

Leyenda: Figura 3. Porcentaje de remocion de cianuro. Segundo periodo de tratamiento.

Leyenda: Figura 4. Concentracion letal media. Segundo periodo de tratamiento.

Leyenda: Figura 5. Porcentaje de remocion de cianuro. Tercer periodo de tratamiento.

Leyenda: Figura 6. Concentracion letal media. Tercer periodo de tratamiento.

Leyenda: Figura 7. Concentracion letal media determinada en un periodo de 96 horas.

Leyenda: Figura 8. Remocion total de cianuro.
Tabla 1. Porcentaje de remocion de cianuro y [CL.sub.50-24]. Primer
periodo de tratamiento.

          CONCENTRACION
          [CN.sup.-](mg/L)
ACUARIO   FECHA DE TRATAMIENTO      % REMOCION   [CL.sub.
                                                 50-24]
          12/11/2012   22/11/2012

1         220          170          22,73        21,340
2         220          165          25,00        23,180
3         220          144          34,55        25,270
4         220          122          44,55        56,540
5         220          199          9,55         15,760
6         220          132          40,00        33,580
7         220          168          23,64        21,410
8         220          170          22,73        22,860
9         220          123          44,09        34,460
10        220          190          13,64        18,630
11        220          145          34,09        25,390
12        220          147          33,18        25,860
13        220          139          36,82        36,830
14        220          116          47,27        45,040
15        220          187          15,00        18,870

Tabla 2. Porcentaje de remocion de cianuro y [CL.sub.50-24]. Segundo
periodo de tratamiento.

ACUARIO    CONCENTRACION            % REMOCION   [CL.sub.
           [CN.sup.-](mg/L)                       50-24]
           FECHA DE TRATAMIENTO

           22/11/2012   02/12/2012

1          170          120          29,41        18,56
2          165          100          39,39        26,45
3          144          105          27,08        37,45
4          122          100          18,03        25,96
5          199          180          9,55         7,91
6          132          100          24,24        29,79
7          168          110          34,52        16,85
8          188          140          17,65        31,74
9          123          100          18,70        26,84
10         190          170          10,53        8,50
11         145          110          24,14        14,85
12         147          100          31,97        18,93
13         139          105          24,46        37,62
14         116          100          13,79        23,69
15         187          170          9,09         8,46

Tabla 3. Porcentaje de remocion de cianuro y [CL.sub.50-24]. Tercer
periodo de tratamiento.

         CONCENTRACION
          [CN.sup.-](mg/L)
ACUARIO  FECHA DE TRATAMIENTO        % REMOCION   CL50-24   [CL.sub.
                                                            50-96]
         12/12/2012     22/12/2012

1        110            30,8         72,0         50,06     167,06
2        95             65,6         30,9         42,61     100,53
3        98             52,9         46,0         47,12     112,89
4        93             55,8         40,0         35,30     100,33
5        167            147,0        12,0         8,56      0,00
6        93             34,4         63,0         49,30     167,06
7        100            48,0         52,0         36,85     100,53
8        128            81,9         36,0         41,60     112,89
9        91             56,4         38,0         31,72     100,33
10       162            146,3        9,7          9,98      0,00
11       101            48,5         52,0         44,21     167,06
12       91             63,7         30,0         38,21     100,53
13       96             50,9         47,0         42,42     112,89
14       93             46,5         50,0         33,89     100,33
15       160            140,8        12,0         7,87      0,00

Tabla 4. Remocion total de cianuro en las aguas residuales de la mina
La Coqueta.

ACUARIO  CONCENTRACION             REMOCION
         [CN.sup.-](mg/L)          TOTAL (%)
         FECHA DE TRATAMIENTO

         12/11/2012   22/12/2012

1        220          30,8         86,00
2        220          65,6         70,18
3        220          52,9         75,95
4        220          55,8         74,64
5        220          147,0        33,18
6        220          34,4         84,36
7        220          48,0         78,18
8        220          81,9         62,77
9        220          56,4         74,36
10       220          146,3        33,50
11       220          48,5         77,95
12       220          63,7         71,05
13       220          50,9         76,86
14       220          46,5         78,86
15       220          140,8        36,00

Tabla 5. Concentracion letal media ([CL.sub.50-24]) de los extractos
de las plantas usadas en los tratamientos.

                       [CL.sub.
                       50-24]

Macrofita              Control      21/12/2012

eichhornia crassipes   6963,363     617,46
Salvinia auriculata    82095,7688   342,94
Pistia stratiotes      18577,7476   641,68

Tabla 6. Determinacion cualitativa de glicosidos cianogenicos por
medio de acido picrico.

ACUARIO   ESPECIE   19/12/2012

                    CONCENTRACION 0,05 M

1         a         Negativo
                    Negativo
2         b         Negativo
                    Negativo
3         c         Negativo
                    Negativo
6         a         Positivo (Raiz)
                    Positivo (Hojas y Raiz)
7         b         Negativo
                    Positivo (Raiz)
8         c         Positivo (Hojas y Raiz)
                    Negativo
11        a         Positivo (Raiz)
                    Negativo
12        b         Positivo (Raiz)
                    Negativo
13        c         Positivo (Raiz)
                    Positivo (Raiz)
Blanco    a         Negativo
                    Negativo
          b         Negativo
                    Negativo
                    Negativo
          c         Negativo

A: Eichbornia crassipes; B: Salvinia auriculata; C: Pistia stratiotes

Tabla 7. Determinacion cualitativa de alcaloides desarrollada en
cromatografia de capa fina.

Fase movil                 Tratamiento
Muestra
                           Eichhornia    Salvinia   Pistia

Cloroformo: Metanol        -             -          -
Hexano: Acetato de etilo   +             +          +

Fase movil                 Control
Muestra
                           Eichhornia   Salvinia   Pistia

Cloroformo: Metanol        -            -          +
Hexano: Acetato de etilo   -            -          -
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Author:Jaramillo-Salazar, Marco Tulio; Buitrago-Escobar, Diana Patricia; Henao-Vasco, Sonia Marcela; Galvis
Publication:Boletin Cientifico Centro De Museos De Historia Natural
Article Type:Ensayo
Date:Jan 1, 2016
Words:3663
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