Crecimiento microbiano

Crecimiento microbiano en estanques de camarones bajo la influencia de los ácidos monosilícico y polisilícico

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La comunidad microbiana juega un papel significativo en suministrar alimento adicional en el sistema acuícola, mejorar la eficiencia del uso de nutrientes y minimizar los impactos ambientales, por lo que conocer sobre la relación entre las tasas de aplicación de silicio y las concentraciones de ácido monosilícico y polisilícico es crítico para su adecuada gestión.

La camaronicultura es uno de los segmentos de más rápido crecimiento en el mundo agrícola. Su gestión debe basarse en un enfoque de sistemas, el cual incluya la aplicación de diferentes materiales que garanticen una alta productividad y calidad, y minimicen el impacto negativo del medio ambiente.

Para desarrollar una estrategia de manejo eficiente, se requiere entender los factores que mantienen y controlan la producción de camarón.

“La comunidad microbiana juega un rol significativo en proporcionar alimento adicional, mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes, reducir las condiciones anóxicas y minimizar los impactos ambientales en el sistema acuícola.”

Durante la última década, el silicio (Si) ha sido reconocido como un oligoelemento esencial en el metabolismo de plantas y animales superiores. En biología vegetal y agricultura, es catalogado como un elemento beneficioso debido a su importancia en la inducción de respuesta del sistema inmunológico al estrés biótico y abiótico.

Cuando la nutrición se mejora mediante el Si ocurre un efecto múltiple en el crecimiento de las plantas y el funcionamiento celular. Sin embargo, las plantas lo toman solo en la forma de ácido monosilícico.

“En el sistema acuático, el Si es reconocido como un nutriente clave para las diatomeas y algunas esponjas. En presencia de diatomeas, la composición bioquímica del camarón se caracteriza por un mayor contenido de proteínas, lípidos, aminoácidos esenciales y ácidos grasos insaturados.”

Además, la fertilización con Si es un enfoque común para fomentar el crecimiento de diatomeas. Entre los problemas que enfrenta la cría de camarones están las enfermedades infecciosas y el deterioro del medio ambiente.

Los probióticos se utilizan con éxito para contrarrestar estos desafíos debido a que mejoran el rendimiento del crecimiento, estimulan la respuesta del sistema inmunológico, mejoran la resistencia a las enfermedades, inhiben el crecimiento de los patógenos y optimizan la calidad de los parámetros del agua.

Los probióticos usualmente incluyen diferentes bacterias, bacteriófagos, microalgas, y levaduras.

El conocimiento sobre la relación entre las tasas de aplicación de Si y las concentraciones de ácido monosilícico y polisilícico es crítico para la gestión de la comunidad microbiana. Por tanto, se evaluó su concentración en estanques de camarones y su efecto sobre el crecimiento microbiano.

Materiales y métodos

Estudio de campo

Las muestras de agua se recolectaron en tres granjas camaroneras localizadas en la provincia de Jiangsu en China.

La primera granja empleó sistemas de flujo continuo en invernaderos para la producción intensiva de camarones. Se bombeó agua subterránea proveniente de un pozo directamente a los estanques, cuyo tamaño era de 6×50 m.

“Se tomaron muestras del agua del pozo, de los 6 estanques, y de un pequeño arroyo formado por los efluentes de los estanques. La edad de los camarones era de 2 meses.”

La segunda granja de camarones fue en un sistema de estanques abiertos (100 x 50 m cada uno), con agua sin sal tomada de un canal local. Los camarones tenían dos meses y se tomaron muestras de agua del canal y de 6 estanques.

La tercera granja de camarones tomó el agua directamente del Mar Amarillo. Los estanques estaban abiertos y con dimensiones de 250 x 60 m cada uno. Se recolectó el agua de los 6 estanques y de un canal que suministraba el agua a los estaques. En esta granja los camarones tenían un mes de edad.

Las muestras se recolectaron por triplicado en botellas plásticas de 100 ml y se determinó: ácido monosilícico, ácido polisilícico, pH y abundancia de células microbianas.

Experimento de laboratorio

El experimento de laboratorio se realizó con muestras de agua recolectadas de las granjas y 3 probióticos comerciales empleados en el cultivo de camarones: probióticos secos “Ecopro” y “Ecopro Cold” (Ecomicrobial Co., EE.UU.) y probióticos líquidos “HeJunMei” (Jiangsu Aijiafuru Soil Remediation Co., China).

En los probióticos secos y líquidos, las cantidades de bacterias y esporas de levadura no fueron inferiores a 1×1012 y 1×1010 células kg−1, respectivamente. Para activar los probióticos secos, se mezcló 1 g de probiótico con 1 l de agua destilada esterilizada (DW, por sus siglas en inglés) y se mantuvo a + 24°C por 24 h.

El probiótico líquido fue diluido: 1:10.1 l de la solución nutriente que se preparó con K2HPO4 3.125 g; KH2PO4 3.125 g; (NH4)2HPO4 3.125 g; MgSO4.7H2O 0.25 g; FeSO4.7H2O 0.0125 g; MnSO4.7H2O 0.00875 g y sucrosa 12.5 g.

“Se agregaron 80 ml de la solución de nutrientes a cada matraz. A los matraces se añadió: 10 ml del agua de estanques recolectadas el día del muestreo, solución probiótica, o DW. Considerando que la granja 3 utilizó agua de mar, se adicionó NaCl (35 g l−1) a los matraces con agua de estanque.”

Luego, se añadieron 10 ml de DW o solución de ácido monosilícico a 10 y 20 mM de Si hasta alcanzar las concentraciones de Si 0.1 y 2 mM. Las soluciones de ácido monosilícico se prepararon a partir de ácido monosilícico concentrado.

El pH en cada matraz se ajustó hasta 7 añadiendo HCl 0.1 M o NaCl 0.1 M. Después de 3 días, se determinó la concentración de ácido monosilícico y la densidad de microorganismos. Cada tratamiento y cada análisis se realizó por triplicado.

Resultados

El pH, la concentración de ácidos mono y polisilícico, así como la densidad de los microorganismos en las soluciones se muestran en la Tabla 1.

Crecimiento microbiano

La concentración de ácido monosilícico del agua suministrada a los estanques de camarones era diferente entre las granjas, desde 49.3 hasta 517.0 µM de Si, el valor más alto fue del agua subterránea fresca (Granja 1) y el valor mínimo el del agua de la costa del océano (Granja 3).

Aunque el máximo de ácido polisilícico fue también del agua subterránea fresca, su proporción incrementó: Granja 1 < Granja 2 < Granja 3, con valores de 3.1, 10.0 y 16.6% respectivamente.

En los estanques, la concentración de ácido monosilícico fue notablemente más baja en comparación con el agua entrante, la cual se bombeaba todos los días: 26.3 veces (517.0 vs. 19.6 µM Si), 6.4 veces (100.0 vs. 15.6 µM Si), y 2.8 veces (49.3 vs. 17.3 µM Si), respectivamente en la Granja 1, Granja 2, y Granja 3.

“La concentración de ácido polisilícico también disminuyó, pero no de manera significativa. La abundancia celular en los estanques de la Granja 1 fue más alta que en otras, probablemente debido a un sistema de cría más intensivo.”

Sin embargo, la densidad microbiana fue diferente, algunas veces significativamente, entre los estanques de cada granja. Por ejemplo, en la Granja 1, el número de células estuvo en un rango entre 2.4 ± 0.1 y 3.9 ± 0.2 x105 ml−1, mientras que en la Granja 2 y la Granja 3 el número de células estuvo en un rango desde 1.1 ± 0.1 hasta 1.6 ± 0.2 x105 ml−1 y desde 1.4 ± 0.2 hasta 2.0 ± 0.2 x105 ml−1, respectivamente.

El número de células microbianas y formas solubles de Si en las pruebas de laboratorio se presentan en la Tabla 2.

Crecimiento microbiano

La suplementación de ácido monosilícico aumentó significativamente la densidad microbiana, hasta alcanzar 60% en el agua de estanque y 33% en la solución probiótica. Después de 3 días, la concentración de ácido monosilícico disminuyó en todas las soluciones que contenían microorganismos en comparación con las correspondientes soluciones estériles.

“En todas las muestras de agua de estanques se detectó una importante reducción de ácido monosilícico, mientras que las soluciones probióticas demostraron cambios menores.”

El proceso de polimerización fue más intenso en el agua de estanque y, en especial, en las soluciones probióticas. La concentración de ácido polisilícico alcanzó hasta 230 ± 21 mg l−1 de Si en el líquido probiótico en comparación con 10.5 ±0.3 mg l−1 de Si en la solución estéril correspondiente.

Discusión

Se observó una rápida reducción en el Si de las aguas de estanque, a pesar del cambio diario de agua. La concentración de ácido monosilícico disminuyó más que la de ácido polisilícico (Tabla 3).

Crecimiento microbiano

Las plantas superiores absorben el Si solo en la forma de ácido monosilícico. Quizás las algas, al ser organismos fototróficos como las plantas superiores, tienen el mismo modo de absorberlo.

Con la disminución del ácido monosilícico, el equilibrio entre las formas solubles de Si cambia, lo que resulta en una aceleración de la despolimerización, típica de los sistemas con baja concentración de ácido monosilícico, lo que a su vez conduce a la disminución de ácido polisilícico.

La correlación de coeficientes entre las formas solubles de Si y la abundancia celular evidencia que el número de microorganismos en los estanques se correlaciona positivamente con el ácido monosilícico (R = 0.80–0.84) (Tabla 4).

Crecimiento microbiano

No hubo correlación entre la abundancia celular y el ácido polisilícico. Por lo tanto, a diferencia del ácido polisilícico, el ácido monosilícico es un factor esencial en la regulación del crecimiento microbiano en los estanques de camarones.

El experimento de laboratorio demostró que el ácido monosilícico afecta beneficiosamente a la población microbiana en agua de estanques y soluciones probióticas (Tabla 5).

Crecimiento microbiano

En el agua de estanque, el Si puede ser consumido principalmente por diferentes especies de algas, incluyendo las diatomeas.

Los probióticos probados contenían solo bacterias que tenían menos necesidad por el Si, aunque el Si adicional también benefició su crecimiento. El aumento de ácido polisilícico con la adición de ácido monosilícico podría ser el resultado de la polimerización (Tabla 5).

La formación de polímeros fue mayor en las soluciones probióticas. Aunque se desconoce la importancia de este proceso en el cultivo de camarones, en investigaciones previas se concluye que los polímeros de Si generalmente poseen altas propiedades de absorción para las moléculas orgánicas e inorgánicas.

Por tanto, el gel de sílice recién formado podría absorber compuestos orgánicos y nutrientes promoviendo la atracción de microorganismos y la formación de flóculos.

“Al disminuir la concentración de Si, otras algas fitoplanctónicas que no requieren mucho Si pueden reemplazar a las diatomeas (Boyd, 2014). “

Entre las especies de algas indeseables, las verdeazuladas son un motivo de especial preocupación porque ocasionan la falta de oxígeno disuelto, mal sabor y formación de toxinas, deteriorando la calidad del agua y reduciendo la productividad del camarón.

La abundancia de ácido silícico es un requisito esencial para lograr el manejo deseable de las diatomeas en las comunidades de algas.

Sin embargo, no se han realizado estudios sistemáticos que muestren la limitación de Si y la influencia de su adición en la producción de camarón.

Conclusión

Los datos obtenidos demostraron que todos los estanques de camarones estudiados se caracterizaron por una baja concentración de ácido monosilícico, mientras que el agua suministrada originalmente tenía un alto contenido de Si disuelto (DSi).

El ácido monosilícico aplicado al agua de los estanques de camarones o a la solución probiótica aumentó de manera significativa la abundancia de células microbianas. Es importante distinguir entre la forma monomérica y polimérica de DSi porque estas sustancias afectan a la población microbiana de diferentes maneras en la acuicultura.

Además, se evidencia la importancia de los estudios sistemáticos relacionados con la función del Si en la acuicultura de camarón.

Esta es una versión resumida desarrollada por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “MICROBIAL GROWTH IN SHRIMP PONDS AS INFLUENCED BY MONOSILICIC AND POLYSILICIC ACIDS” desarrollado por RUIPING ZHANG–Beijing Plum grochemicals; ELENA BOCHARNIKOVA Institute Basic Biological Problems RAS; VLADIMIR MATICHENKOV – Institute Basic Biological Problems RAS.
El artículo original fue publicado en SEPTEMBER 2021 en RESEARCH SQUARE.
Se puede acceder a la versión completa a través de https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-908767/v1

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