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ESCUEL C DEMICO PROFESION L DE INGENIERI MBIENT L

CURSO:

BIOTECNOLOGA AMBIENTAL

DOCENTE:

PALOMINO CADENAS EDWIN

TTULO DEL INFORME:

DEGRADACIN DE HIDROCARBUROS MEDIANTE

ACTINOMICETOS APLICANDO BIOSOLVE

ALUMNOS:

- ACUA PALACIOS BEATRIZ

- DEXTRE COCHACHIN JHOSSELIN- OBISPO PADILLA YENY

- OROPEZA CAMONES KELY- CHIROQUE HUAMN ALEXANDER

2014

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DEGRADACIN DE HIDROCARBUROS MEDIANTE ACTINOMICETOS

APLICANDO BIOSOLE

I. INTRODUCCIN

En el siguiente informe explicaremos acerca del proceso microbiano de degradacin de

hidrocarburos en el suelo, y los factores que lo condicionan. Para ello, tomamos como

referencia un proyecto de investigacin donde se utiliz a los actinomicetos como

microorganismos degradadores.

Actualmente este proceso se viene llevando a cabo en 6 terrarios de madera con capacidad

para 100 kg de suelo, los cuales se encuentran instalados dentro de un invernadero. En primer

lugar, se forr la parte interna de los terrarios con plstico negro y luego se puso 5 cm grava en

sus bases. Despus se deposit en cada terrario, 100 kg de suelo mezclado con arena en

presencia de actinomicetos, y para mejorar la eficiencia de degradacin se aplic un

biosolvente. El proceso de degradacin es aerbico.

El principal objetivo de este proceso es lograr biorremediar en el ms corto tiempo, el

hidrocarburo presente en el suelo (aproximadamente 5 meses). Como ya se conoce, en toda

degradacin de hidrocarburos se libera como productos finales, CO2y H2O.

No obstante, esperamos que este trabajo sirva de apoyo para comprender y valorar la

biorremediacin de suelos contaminados por hidrocarburos, y ms adelante poder aplicarlos

en nuestras experiencias profesionales.

II.OBJETIVOS

Identificar el microorganismo esencial en la Biorremediacin de hidrocarburos.

Identificar el prototipo a usar en la Biorremediacin de hidrocarburos.

Identificar los procesos y factores de la Biorremediacin de hidrocarburos.

Reconocer la importancia del Biosolve en el proceso de Biorremediacin de

hidrocarburos.

III. MARCO TERICO

3.1. BIODEGRADACIN DE HIDROCARBUROS

Numerosos microorganismos distribuidos en la naturaleza poseen la capacidad de utilizarhidrocarburos como nica fuente de energa y carbono (alimento), por lo que lautilizacin microbiana de hidrocarburos podra ser un mtodo vlido para la eliminacin delos mismos en el ecosistema afectado (biorremediacin).

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Ciertas especies de bacterias, hongos, actinomicetos y protozoos son los microorganismosque tienen la capacidad degradativa, obteniendo los nutrientes por digestin, y laimportancia relativa de cada uno depende de las condiciones del medio.

Estos secretan enzimas digestivas, las cuales degradan molculas especficas,desdoblndolas en compuestos simples y solubles que entran en las vas metablicasnormales de cada organismo.

La descomposicin es completa cuando los compuestos orgnicos son retornados alambiente en forma inorgnica o mineral, algunos de estos compuestos son degradados adixido de carbono (CO2) y agua, y otros son tomados por otros saprtrofos.

La biodegradacin de petrleo en los ecosistemas es compleja. Depende de lascaractersticas de la mezcla de hidrocarburos, de los factores ambientales que regulan laactividad biolgica y de la naturaleza de la comunidad microbiana. Se ha visto que la tasade descomposicin es mayor para los hidrocarburos saturados, seguido por los aromticoslivianos, mientras que los aromticos de alto peso molecular exhiben tasas muy bajas de

descomposicin. No obstante este esquema no es universal.

Los efectos ecotxicos de un producto petrolfero (combustibles, aceites lubricantes, fluidoshidrulicos, ceras, asfaltos, etc.), pueden ser muy graves por actuar en todos los niveles deorganizacin biolgica: desde los componentes subcelulares hasta los niveles superiores delecosistema.

La descomposicin enzimtica de algunos productos naturales como lignina, celulosa ydiferentes lpidos, es similar a la de ciertos contaminantes naturales o sintticos. Es en estehecho en que est basada la importancia para la eliminacin de los contaminantes.

En ciertos hongos superiores se ha comprobado que el complejo enzimtico de lasligninasas es eficiente en la degradacin de hidrocarburos aromticos y otroscontaminantes producidos por el hombre.

Tipos de degradacin de hidrocarburos

Degradacin aerbica

Degradacin de hidrocarburos alifticos en presencia de oxgeno:

Los hidrocarburos alifticos los podemos clasificar en alcanos, alquenos y alquilosdependiendo de lo saturados que estn sus enlaces. Como norma general decir quecomo ms insaturado sea una cadena carbonatada (ms dobles y triples enlaces) msdifcil o lenta ser su degradacin. De igual manera los alcanos de cadena larga son msresistentes a la biodegradacin a medida que la longitud de su cadena aumenta. Cuandoalcanzan un peso molecular superior a 500 dejan de servir como fuente de carbono parael crecimiento microbiano. En general tambin la presencia de ramificaciones reduce latasa de biodegradacin porque los tomos de carbono terciario y cuaternario interfierencon los mecanismos de degradacin o lo bloquean totalmente.

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Los microorganismos que utilizan hidrocarburos como sustrato deben de tener enzimasdenominada monooxigenasas que son dependientes de oxgeno. La mayora de losmicroorganismos en teora si son capaces de sobrevivir en ese ambiente puedendegradar sin ms problemas hidrocarburos de cadena larga.

Para que sea de fcil comprensin y sin entrar en demasiados detalles metablicospodemos decir que para que los microorganismos puedan degradar alcanos primerodeben de oxidar con oxgeno el ltimo carbono de la molcula gracias al complejomultienzimtico que no hacen ms que incorporar esta molcula de oxgeno. As seobtiene un hidrocarburo con un grupo alcohol siendo as una molcula ms reactiva.Mediante otras enzimas este grupo alcohol se oxida ms hasta grupo aldehdo yfinalmente carboxlico. As se obtiene una molcula similar a un cido graso y puede serdegradado a acetil-CoA por b-oxidacin. Este proceso de oxidacin tambin puede darseen carbonos no terminales dando lugar a dos cidos grasos que se procesarn por b-oxidacin. Todo este proceso se puede ver representado esquematizado en la imagende la izquierda.

Pero como deca aunque la mayora de microorganismos en teora sean capaces deutilizar este mecanismo pocos pueden vivir en esas condiciones. Para hacerlo deben sercapaces de vivir en un medio muy hidrfobo como es el petrleo. Por lo tanto paracolonizar las interfaces petrleo-agua tienen que variar sustentablemente la membrana.Adems para introducir los hidrocarburos en la clula lo hacen va vescula. Por lo tantosi hablamos de requerimientos genticos no solo es necesario el sistema monooxigenasasino otros genes que permitan variar la envoltura y formacin de esas vesculas. Por estarazn son pocos las especias que puedan realizar esta biodegradacin. Sin duda laespecie con ms posibilidades y la ms estudiada en el campo es lapseudomona.

Degradacin de hidrocarburos aromticos en presencia de oxgeno:

En el caso de los hidrocarburos aromticos, el principal problema para degradarlos esromper este anillo aromtico que pueden ser muy variados. Los microorganismos queutilizan estos compuestos aromticos como fuente de carbono ,lo que hacen es que enlugar de utilizar una enzima monooxigenasa especfica para cada molcula diferente,utilizan unas vas bioqumicas llamadas vas altas o perifricas que consisten enmodificar los diferentes anillos aromticos absorbidos en protocatechuate y catechol. Esdecir, la gran variedad de compuestos aromticos que se pueden encontrar sonmodificados y convertidos a estas dos molculas. A partir de estas dos molculas queconvergen todos los compuestos, ya se puede llevar a cabo el rompimiento del anillomediante enzimas especficas. Esta segunda fase en la degradacin seria lo que seconocera como vas bajas. La imagen de la derecha ilustra la ruta metablica de estasvas bajas.

A nivel gnico decir que los genes que intervienen en las vas bajas suelen encontrarse anivel cromosmico. Sin embargo los genes que intervienen en las vas altas debido a sugran variedad, suelen codificarse en plsmidos, aumentando as la probabilidad deadquirir nuevas vas por transferencia gnica horizontal. Por ejemplo, el plsmido TOL(pWWO) contiene los genes implicados en transformar el tolueno a protocatechuate ocatechol (En el apartado de regulacin gnica se hace un esmento especial).

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Degradacin anaerbica

El hecho que en todos los ambientes donde los hidrocarburos naturales se forman eloxgeno no est presente, ha hecho pensar a la comunidad cientfica que loshidrocarburos no podran ser degradados anaerbicamente. Pero a finales de 1980s se

descubrieron algunos microorganismos que si tenan cierta actividad degradadora bajocondiciones totalmente estrictas.

Este conocimiento es tan reciente que an no se comentan ni en los libros de textosms especializados en el tema ni siquiera la posibilidad. Actualmente se est trabajandomucho en este inslito campo por la importancia que tiene y las aplicaciones potencialesque pueda tener en la biorremediacin. Hay que tener en cuenta que en la mayora delos lugares contaminados donde se quiere aplicar estas tcnicas de biorremediacin haycondiciones anoxignicas o de seguida se consume el oxgeno. Lo que se haca hastaahora en estas situaciones es insuflar aire en estos ambientes mediante una bomba parafavorecer la degradacin aerbica. Evidentemente esta tcnica hace encarecer elproceso aparte que a veces la difusin de oxgeno no puede ser posible.

Los pocos estudios realizados hasta ahora han desvelado que los mecanismos dedegradacin en estas condiciones son totalmente diferentes a los utilizados en presenciade oxigeno excepto la b-oxidacin que tambin se da en condiciones anxicas. Engeneral se dan procesos de reduccin o condensacin con otras molculas para activarprimero los compuestos.

3.2. FACTORES QUE CONDICIONAN LA BIODEGRADACIN DEHIDROCARBUROS

Existen tres grupos de factores que condicionan la biodegradacin microbiana dehidrocarburos, los relacionados con las caractersticas del producto petrolfero, losrelacionados con el medio y los relacionados con los microorganismos presentes en elemplazamiento. Si bien los microorganismos pueden degradar una parte importante de uncrudo de petrleo, tienen preferencias por algunos hidrocarburos. Recordemos que loscrudos de petrleo estn formados por cuatro familias de compuestos o fracciones: loshidrocarburos alifticos, los hidrocarburos aromticos, las resinas y los asfaltenos. Losmicroorganismos degradan con facilidad los hidrocarburos lineales de la fraccin aliftica,especialmente los que contienen menos de 28 carbonos, aunque se han llegado a describirbiodegradaciones de hidrocarburos de hasta 44 carbonos. Los isoprenoides, y loshidrocarburos cclicos o naftnicos son degradados ms lentamente que los lineales.Respecto a los hidrocarburos aromticos, a medida que aumenta el nmero de anillos y los

substituyentes alquilo, por tanto, su peso molecular, aumenta su resistencia a labiodegradacin. Otro aspecto importante relacionado con las caractersticas de losproductos petrolferos son su hidrofobicidad y su facilidad para adsorberse en partculas delsuelo como las arcillas o absorberse o en la materia orgnica. Estos fenmenos, as como ladifusin en microporos dan lugar a una disminucin de su biodisponibilidad hacia losmicroorganismos que deben degradarlos.

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El medio donde se encuentra el contaminante debe proporcionar las mejores condicionesa los microorganismos para que su actividad metablica sea la adecuada para degradar loshidrocarburos. En el caso de los hidrocarburos, aunque existen microorganismos quepueden degradarlos anaerbicamente, sabemos que el metabolismo ms eficaz es elaerbico por lo que la presencia de oxgeno ser un requisito imprescindible. En el caso dela zona no saturada del suelo, una variable muy importante es la humedad que deberencontrar un valor ptimo entre aquel que requieren los microorganismos para sumetabolismo y el que permita una buena aireacin.

La transformacin ideal de los hidrocarburos por parte de los microorganismos es lamineralizacin, que supone que el microorganismo utiliza el contaminante como substratode crecimiento. Pensemos que los hidrocarburos slo contienen carbono (C) e hidrgeno(H), mientras que una clula microbiana contiene C, nitrgeno (N), fsforo (P), adems deotros micronutrientes, en unas proporciones determinadas. Para que el microorganismopueda crecer a expensas de los hidrocarburos deber disponer en el medio de lasproporciones necesarias de N y de P adems del C y H. Es por ello que en medios pobres enN y P se necesitar suplementar con nutrientes o fertilizantes.

Por lo que respecta a los factores relacionados con los microorganismos, se define elperodo de aclimatacin como aquel tiempo que requieren las poblaciones microbianaspresentes en un emplazamiento para empezar a degradar los contaminantes. En estesentido, se conocen distintos factores que pueden disminuir o aumentar este tiempo peroen trminos generales estn relacionados con el historial de contaminacin delemplazamiento. Si la contaminacin es remota los microorganismos estn muy adaptados ala presencia de los contaminantes y pueden dar una respuesta rpida a una bioestimulacinsin prcticamente un perodo de aclimatacin. En el caso de contaminaciones accidentales,este perodo podra alargarse. Sin embargo, cabe sealar que en el caso de lacontaminacin por hidrocarburos, al tratarse de unos contaminantes prcticamente

omnipresentes, pensemos en su presencia en la atmsfera, se ha podido constatar que seencuentran microorganismos degradadores de hidrocarburos en prcticamente cualquieremplazamiento.

3.3. LOS ACTINOMICETOS EN LA DEGRADACIN DE HIDROCARBUROS

3.3.1. Caractersticas de los actinomicetos

Los actinomicetos son un grupo de microorganismos unicelulares, muy abundantes en el

suelo, aguas estancadas, estircoles y, en general en lugares donde los restos vegetales se

descomponen aerbicamente. Son un grupo de bacterias filamentosas, que tienen similitud

con los hongos, por su morfologa, tipo de reproduccin y crecimiento en medios de cultivo

slido y lquidos. Son bacterias gram positivas (que tienen en su pared celular

peptidoglicano), resistentes a la penicilina, lo que constituye la principal diferencia con los

hongos filamentosos. Pese a que etimolgicamente actinomiceto significa hongo en forma

de rayo de sol, actualmente se les engloba dentro del grupo de los Esquizomicetos, donde

constituyen el orden de los Actinomicetales. La principal caracterstica de los

Actinomicetales es su capacidad para formar filamentos delgados ramificados o un micelio

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ramificado similar a los hongos (aunque de menor dimetro). Adems, al igual que los

hongos, producen esporas.

Es interesante destacar que las condiciones climticas controlan su nmero y variedad

poblacional. La mayora son seres aerobios estrictos, que crecen bien a temperaturas del

orden de los 25C, son por tanto, microorganismos mesfilos; y a pH alcalino (pH 9). Enestas condiciones pueden alcanzarse densidades de poblacin entre 108y 1011 UFC/g de

suelo. Actualmente, los actinomicetos se clasifican en diferentes familias. Las ms

importantes por su abundancia son:

Streptomycetes:constituyen el 95% de los Actinomicetales. Tienen hifas no

fragmentadas, un micelio areo extenso, esporas o conidias en cadena. Los gneros

representativos son: Streptomyces, Microeliobosporia y Sporichthya.

Actinomycetes del tipo Nocardia: constituyen el 1,98% de los Actinomicetales. Poseen

hifas fragmentadas con pequeas estructuras redondeadas. Los gneros ms

representativos son: Pseudonocardia, Nocardioidesy Terrabacter.

Estos microorganismos son un grupo muy importante desde el punto de vista

biotecnolgico debido a que producen vitaminas (principalmente del grupo B), antibiticos

y pigmentos de gran inters industrial.

Principales funciones de los actinomicetos

Las principales funciones que presentan los actinomicetos son las siguientes:

Actan en la descomposicin de residuos animales y vegetales liberando amonaco y

cidos orgnicos. Estos ltimos son capaces de formar complejos muy importantes en

edafognesis (proceso de formacin y evolucin de un suelo) y en la nutricin vegetal,

ya que tienen una gran movilidad y capacidad quelante para ceder a las races el

nutriente que se requiera.

Mineralizacin del humus con la consiguiente liberacin de principios tiles para la

nutricin de las plantas.

Participan activamente en los procesos de humificacin, particularmente en la

formacin de sustancias melnicas.

Su micelio presenta una parte interesante de la materia prima para la sntesis de

compuestos hmicos, adems posee unas protenas (hidrofobinas) que tienen capacidad

para que el micelio resista a la falta de agua. Estas protenas han adquirido unaimportancia ya que uno de sus componentes, rico en cistenas (SC3), est relacionado

con el Alzheimer.

Secrecin de sustancias antibiticas como la estreptomicina, tetraciclina, etc., con el fin

de producir equilibrios genricos o antagnicos especficos hacia los componentes de la

microflora bacteriana. Incluso son capaces de producir una accin fitopatognica

ejercida por algunas especies sobre plantas de inters agrcola.

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Es interesante estudiar ms en detalle cmo se lleva a cabo la produccin de

antibiticos, como la estreptomicina, por parte de estas bacterias.

La estreptomicina es un antibitico aminoglucsido producido por Streptomyces griseus.

Este antibitico se transporta de forma activa a travs de la membrana bacteriana, y una

vez en el interior celular se une de forma irreversible a protenas receptoras especficasde la subunidad 30S de los ribosomas bacterianos. As, interfieren en el complejo de

iniciacin de la traduccin dando lugar a la produccin de protenas no funcionales.

Todo esto genera un transporte acelerado de aminoglucsidos aumentando la ruptura

de las membranas citoplasmticas de las bacterias y por tanto su muerte (por tanto, es

bactericida).

Otro ejemplo de la importancia de los actinomicetos en la industria biotecnolgica, es la

aplicacin de estas bacterias para mejorar cultivos con el fin de establecer un nuevo tipo

de Agricultura Sostenible.

Una de las cualidades que se observan en estas bacterias es su presencia en la rizsfera

(zona del suelo afectada por el desarrollo de las races), por ello se les denominan

rizobacterias. Debido a esta particular localizacin, los diferentes gneros resultan muy

beneficiosos para las plantas, ya que favorecen su crecimiento, controlan la aparicin de

hongos no deseables y ayudan a la asimilacin de hierro, fsforo y nitrgeno. Esto

permite llevar a cabo el proceso de biofertilizacin.

La biofertilizacinconsiste en el aumento del nmero de microorganismos en un suelo

para acelerar los procesos microbianos y aumentar la cantidad de nutrientes asimilables

por la planta.

Este tipo de tratamiento de la planta con actinomicetos presenta numerosas ventajas:disminuye el uso intensivo de fertilizantes, disminuye los costes de produccin de

muchos alimentos, y aumenta la competitividad en el mercado. Una buena

biofertilizacin reduce el uso de energa de la planta a la hora de absorber los distintos

nutrientes, disminuye la degradacin del agro-ecosistema y reduce la prdida de

nutrientes del suelo por lixiviados, sobre todo de nitrgeno.

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3.3.2. Degradacin de hidrocarburos por actinomicetos

La degradacin de hidrocarburos por actinomicetos es un proceso aerbico que

consiste en la remocin de compuestos aromticos. Los actinomicetos contienen

mono o di-oxigenasas, utilizando el oxgeno para la activacin y ruptura del anillo

aromtico o cadenas. El oxgeno sirve tambin como aceptor final de electronespara la oxidacin completa de estos compuestos. Sin embargo, la disminucin del

oxgeno disuelto de los sitios contaminados limita la biodegradacin del benceno,

tolueno, etilbenceno y xileno (BTEX).

3.4. USO DE BIOSOLVE EN LA DEGRACIN DE HIDROCARBUROS

El uso de biosolventes como agente de limpieza para remover vertidos de petrleo crudo

o sus derivados es una de las tcnicas ms usadas y aceptadas en la actualidad debido a

ser una sustancia biodegradable con un alto rendimiento de limpieza. El biosolvente acta

principalmente por dos mecanismos:

-

Remocin fsica del petrleo por afinidad.

-

Estimulacin de la biodegradacin del petrleo por microorganismos locales.

IV.METODOLOGA

Se forrar la caja de madera con un plstico negro; el cual sirve para proteger la

infraestructura de la caja.

Se puso una capa de 5 centmetros de grava muy granular en el fondo de la caja, para

asegurar un buen drenaje y aireacin.

Se coloc la mezcla de 50 kilogramos de tierra contaminada con hidrocarburos y 50

kilogramos de arena combinada con tierra agrcola.

Se encuentran presente en todos los terrarios las bacterias actinomicetos la cual es la

encargada del proceso de biodegradacin.

El riego se hace con la mezcla de 100ml de orina con 400ml de agua en proporcin 1 en 5

lo cual genera una humedad del 30%; dicho riego se realiza por goteo para no ocasionar

lixiviado dentro del terrario.

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Se coloc seis terrarios como muestra de degradacin los cuales fueron repartidos en 3

terrarios de control y 3 terrarios con BIOSOLVE

Se pusieron seis terrarios dentro del invernadero para mantener la temperatura ya que

podra afectar al proceso los cambios bruscos de temperatura

Se tiene que remover la tierra de vez en cuando para que se d mejor el proceso debiorremediacin.

V.CONCLUSIONES

Se identific a la bacteria actinomiceto como el microorganismo esencial para llevar

acabo la Biorremediacin de hidrocarburos.

Se identific al prototipo Terrario como uno de los ms eficientes para la degradacin

de hidrocarburos.

Colocamos 5 centmetros de grava muy granular en la base del terrario para asegurarbuen drenaje y aireacin. Los factores indispensables son las temperaturas que varan

mucho entre el da y la noche, para poder mantener en equilibrio necesitamos un

invernadero, aislar la LUZ.

El biosolve es importante porque es un compuesto para tratar derrames de petrleo.

Dado que los productos petrolferos son mezclas complejas de hidrocarburos y derivados,

la biodegradacin es selectiva ya que los microorganismos no degradan por igual las

distintas familias de hidrocarburos. Despus de una biorremediacin pueden quedar

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concentraciones residuales de algunos hidrocarburos. Se describen nuevas estrategias

para disminuir estas concentraciones y se plantea la necesidad de revisar que la

concentracin de estos hidrocarburos residuales no sea el nico criterio para establecer

su descontaminacin.

VI.RECOMENDACIONES

Se recomienda mantener la temperatura , para lo cual se debe tener un invernadero bien

estructurado

El riego se debe realizar cada cierto tiempo teniendo en cuenta la humedad de la tierra.

Se recomienda tener bien forrado los terrarios para evitar deterioros de los mismos.

Es necesario remover constantemente la tierra para un mejor trabajo de las bacterias.

El riego se debe realizar por goteo para que no ocasione el lixiviado.

Evitar el traslado de los terrarios de un lugar a otro.

VII.BIBLIOGRAFA

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hidrocarburos derivados del petrleo. Recuperado en:

http://www.unicolmayor.edu.co/invest_nova/NOVA/ARTREVIS1_5.pdf

UNIVERSIDAD AUTNOMA DE COAHUILA (2008). Recuperado en:

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FUNDACIN MAPFRE (2010). Biosolventes como agentes limpiadores de derrames de

petrleo en zonas costeras. Recuperado en:

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UNEX (2006). Actinomicetos en el suelo. Recuperado en:

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BIOINFORMTICA. Degradacin de hidrocarburos. Recuperado en:

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VIII.ANEXOS

Muestra de suelo contaminado por hidrocarburos en su estado primario

Los 6 terrarios dentro del invernadero

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Nombre completo del proyecto

Muestra de las seis terrarios; tres con biosolve y tres de control

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Riego de los terrarios por dispersin

Se removi la tierra con un pequeo rastrillo

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Se procedi a verificar si an se persive el olor caracterstico de los hidrocarburos