La germinació és el moment en què una llavor seca i dorment es converteix en una planta viva. L'aigua absorbida per imbibició reactiva el metabolisme de la llavor, els enzims descomponen el midó i la proteïna emmagatzemats als cotiledons, la radícula emergeix i fixa la plàntula, i la tija s'enfila cap a la superfície. Res de tot això requereix llum: una llavor germina perfectament a la foscor, gràcies a les reserves que conté. El que sí que requereix llum és el pas següent. La clorofil·la no es pot sintetitzar a la foscor, de manera que una plàntula que arriba a l'aire sense llum es manté pàl·lida, manté la tija corbada en un ganxo protector i no obre mai les fulles; viu de les seves reserves fins que s'acaben. Si rep llum, el ganxo es redreça, els cotiledons i les primeres fulles s'expandeixen i es tornen verdosos, i la planta passa de consumir les seves reserves a fabricar el seu propi sucre mitjançant la fotosíntesi. Les empreses de llavors, els productors i els operadors d'hivernacles depenen de saber exactament quanta llum necessita una plàntula per fer aquesta transició i amb quina rapidesa. En aquest laboratori ramflussareu tres llavors de mongeta en aigua, les plantareu en tres testos idèntics numerats i després col·locareu cada test en un entorn de llum diferent: el test 1 dins d'una capsa de sabates tancada, el test 2 al taulell de la pica amb llum ambiental ordinària i el test 3 directament sota un llum encès. Tots tres reben el mateix terra i el mateix rec. Després avançareu el rellotge de 24 hores en 24 hores i regareu les plantes cada dia durant l'equivalent a deu dies, tot fotografiant els tres testos diàriament, de manera que la llum sigui l'única variable que els separi.
Objectius educatius
Familiarització amb l'entorn del laboratori
- Localitzeu i identifiqueu els testos, els gots de precipitats de 50 mL, el degotador (o pipeta de rentat), el llum, la capsa de sabates i el rellotge, i indiqueu el paper que cadascun juga en l'experiment.
- Trobeu la taula d'imatges a la tauleta i enteneu que conté una fotografia de cada pot per a cada dia de l'experiment.
Disseny d'una comparació controlada
- Identifiqueu la llum com a variable independent i anomeneu allò que es manté deliberadament constant: el mateix tipus de llavors, el mateix sòl, el mateix test, el mateix volum d'aigua segons el mateix calendari i la mateixa temperatura.
- Expliqueu per què els tres pots s'han de tractar de manera idèntica en tots els altres aspectes perquè qualsevol diferència entre ells signifiqui res.
Preparació i sembra de llavors
- Submergiu una mongeta en cadascun dels tres vasos de precipitats de 50 mL omplerts fins a la meitat amb aigua de l'aixeta, i expliqueu per què estovar la testa de la llavor accelera la germinació.
- Planteu les llavors remullades als testos numerats i feu un seguiment de quina llavor hi ha a cada test durant tots deu dies.
Manteniment diari i control del temps
- Regueu els tres testos amb el degotador cada dia, donant a cadascun la mateixa quantitat.
- Avanceu el rellotge 24 hores i repetiu el cicle, de manera que la seqüència de deu dies sigui completa i ininterrompuda.
Observació i registre
- Registra, per a cada test cada dia, si el brot ha emergit, la seva alçada aproximada, el seu color i si el ganxo s'ha obert i les fulles s'han expandit.
- Utilitza les fotografies diàries per determinar el dia en què va tenir lloc cada etapa, en lloc de confiar en la memòria al final.
Interpretació del resultat
- Distingueix la germinació, que es produeix en els tres testos, del creixement i l'enverdat posteriors, que no es produeixen.
- Relaciona l'aparença de cada plàntula amb la llum disponible i indica què pot i què no pot demostrar l'experiment amb una planta per condició.
Protocol
La preparació i l'observació
- Poseu una llavor de fesol a cada un dels tres gots de precipitats de 50 ml.
- Ompliu cada vas de precipitats de 50 ml fins a la meitat amb aigua de l'aixeta per estovar les llavors de mongeta.
- Planteu les llavors de mongeta als testos numerats de l'1 al 3 (per recollir-les, col·loqueu la mà oberta cap amunt a la base del vas).
- Utilitza l'ampolla d'aigua per regar les plantes de mongetes numerades de la 1 a la 3.
- Posa la planta de mongeta 1 a la caixa de sabates, la planta de mongeta 2 al taulell al costat de l'aigüera, i la planta de mongeta 3 hauria d'estar sota la llum.
- Encén el llum.
- Has d'esperar uns dies per observar la germinació de la planta de mongeta depenent de les condicions de reg i llum.
- Feu clic al botó vermell del rellotge per avançar el temps 24 hores.
- Regar cada una de les tres plantes amb l'ampolla rentadora.
- Repetiu el pas d'avançar el temps 24 hores i regar les tres plantes (passos 8 i 9) i observeu l'evolució de la planta de mongeta fins que hagin transcorregut l'equivalent a un període de 10 dies.
- Observeu l'evolució de la germinació de la planta de fesol en relació amb l'exposició a la llum al llarg dels dies.
- Els resultats es troben a la taula de la tauleta.
Resultats previstos
Trobeu els resultats en aquest enllaç (PDF)
Les tres llavors germinen. El que les separa és tot el que passa després que el brot arriba a l'aire. La taula següent mostra l'estat de cada test al final de la seqüència de deu dies, tal com es va registrar a les fotografies diàries de la simulació.
| Pota | Posició | Llum rebuda | Estat al dia 10 |
|---|---|---|---|
| 1 | Dins de la caixa de sabates tancada | Cap, excepte els moments en què s'obre la caixa per regar. | Germinat. El brot és de color crema a groc pàl·lid, sense cap rastre de verd, l'hipocotil encara està doblegat en forma de ganxo i cap fulla s'ha expandit. |
| 2 | Al taulell al costat de l'aigüera | Il·luminació de sala ordinària, indirecta | Germinat i enverdat. El tija és dreta, el ganxo s'ha obert i les fulles verdes estretes es mantenen allunyades de la terra; la cotil·ledó consumida és visible a la superfície. |
| 3 | Directament sota la làmpada, la làmpada està encesa | Llum artificial contínua i intensa a curta distància | Germinat, verdit i el més desenvolupat dels tres: una tija vertical més gruixuda que duu l'àrea foliar més gran i àmplia |
Les fotografies diàries també permeten datar la pròpia seqüència de germinació. Un fesol és un germinador epigeal, de manera que les etapes segueixen un ordre fix, i aquest mateix ordre apareix en els tres testos tot i que només dos d'ells arriben a desenvolupar fulles.
| Escenari | Què és visible | Què està passant a dins? |
|---|---|---|
| Imbibició | La llavor remullada està visiblement inflada i la seva pell està arrugada o esquerdada. | L'aigua entra a la llavor, els teixits es rehidraten i el metabolisme es reinicia; els enzims comencen a descompondre el midó emmagatzemat en sucres |
| Emergència de la radícula | Encara no hi ha res per sobre del sòl | L'arrel principal creix primer cap avall, ancorant la plàntula i absorbint aigua abans que el brot es comprometi |
| L'arc hipocotil·lar | Un anell pal·líd i corbat de tija trenca la superfície, amb la punta cap avall. | El tija s'allarga en forma de ganxo de manera que la punta de creixement i els cotilèdons són arrossegats cap amunt a través del sòl en lloc de ser empesos. |
| Cotilèdonis per sobre del sòl | Dos gruixudes fulles seminals pàl·lides queden ben elevades per sobre del sòl. | Les reserves ara es transporten a l'aire; el planter encara viu completament d'elles. |
| desetiolació | Només alsots 2 i 3: el ganxo es desdobla i tot el que està per sobre de terra es torna verd | La llum desferma l'últim pas de la síntesi de clorofil·la i commuta la plàntula del seu programa de creixement en la foscuritat al seu programa de creixement en la llum |
| Primeres fulles veritables | Només als testos 2 i 3: les fulles s'expandeixen per sobre dels cotiledons, que es marceixen | La fotosíntesi relleva les reserves; la planta esdevé autònoma, i ho fa més ràpidament al test més lluminós |
Per què la llum no és necessària per germinar, però sí per sobreviure. La germinació requereix aigua, oxigen i una temperatura adequada, i l'energia per a aquesta prové de la llavor, no del sol: els cotiledons d'una mongeta són un magatzem de midó, proteïna i lípids, i les amilases hidrolitzen aquest midó en sucres que l'embrió en creixement respira. És per això que el test 1 germina en la foscor total segons el mateix calendari que els altres dos. Les reserves, però, són finites. Una plàntula només esdevé autosuficient un cop pot dur a terme la fotosíntesi, 6 CO2 + 6 hores2O + energia lluminosa → C6H12O6 + 6 O2, i això requereix teixit verd. El pas final en la construcció de la clorofil·la, la conversió de protoclorofil·lida en clorofil·lida, és impulsat per la llum mateix en les plantes amb flor, de manera que una plàntula a la foscor físicament no pot fabricar el pigment. El test 1, per tant, no s'està morint de fam el dia 10 —encara té reserves—, però no té cap via per convertir-se en autòtrof i, si es deixa dins la caixa, esgotaria els cotiledons i moriria.
Dos programes de creixement, una plàntula. Una llavor a la foscor no simplement deixa de créixer; segueix un programa diferent i perfectament sentit, anomenat escotomorfogènesi. L'allargament de la tija es prioritza per davant de l'expansió de les fulles, no es fabrica clorofil·la i la punta es protegeix dins d'un ganxo, perquè a la natura la foscor significa que la plàntula encara és sota terra i el seu únic moviment útil és arribar a la superfície. La primera llum que rep és detectada per fotoreceptors —fitocroms per a la llum vermella i vermella lljana, criptocroms per a la blava— i commuta la planta cap a la fotomorfogènesi: el ganxo s'obre, l'allargament de la tija înc alenteix, els cotiledons i les fulles s'expandeixen i s'acumula clorofil·la. El test 1 mostra el programa de foscor, els tests 2 i 3 mostren el programa de llum, i la diferència entre els tests 2 i 3 mostra que el programa de llum encara respon a quanta llum hi ha.
Per què el llum guanya el taulell. Les tres posicions difereixen més del que hom podria suposar. La il·luminació interior indirecta sobre un taulell sol ser de l'ordre de 100 a 500 lux, un llum d'escriptori a poca distància proporciona diversos milers de lux, i la llum natural diürna a l'exterior va des d'uns 10.000 lux fins a més de 100.000 lux. Una fulla de mongeteria arriba al seu punt de compensació —on la fotosíntesi equilibra exactament la respiració— a unes poques desenes de µmol de fotons per m2 per segon, i només se satura molt per damunt d'això. El test 2 està, per tant, per damunt del llindar al qual pot sobreviure i reverdir, però molt per sota del nivell al qual creix tan ràpidament com podria, mentre que el test 3 està més a prop d'aquest nivell, raó per la qual acumula una superfície foliar més gran en els mateixos deu dies. La classificació dels tres testos és la classificació de la llum que reben.
Resum de tasques per rang de qualificació
De 9è a 10è grau
- Enfocament la diferència entre germinar i créixer, i el vocabulari d'una comparació controlada.
- Activitats: prepareu els tres pots i regueu-los seguint el mateix calendari; registreu el color, l'alçada i l'estat de les fulles de cada pot cada dia en una taula com la Taula 1; identifiqueu la variable que s'ha modificat i enumereu-ne tres que s'hagin mantingut constants; indiqueu quin pot ho ha fet millor i quin pitjor, i expliqueu en una frase per què el pot de dins de la caixa és pàl·lid.
11è curs
- Enfocament comparació quantitativa dels tres tractaments i la química que hi ha darrere del color.
- Activitats: llegiu les alçades a partir de les fotografies diàries i representeu gràficament l'alçada en funció del dia per als tres pots en un mateix conjunt d'eixos; expliqueu per què no es pot produir clorofil·la a la foscor i citeu el pas delpigment que la llum desbloqueja; expliqueu el ganxo i la seva obertura; expliqueu com pot mantenir-se viu el plàntula de la caixa, i predeieu què li passaria si es traslladés sota el llum el dia 10; ordeneu les tres posicions segons la il·luminació i relacioneu aquesta classificació amb el creixement observat.
12è curs / Nivell universitari
- Enfocament disseny experimental, i el que una sola plàntula per tractament pot establir i el que no.
- Activitats: Llista de totes les variables que aquest protocol deixa sense controlar i especificació de la replicació, la randomització de la posició dels testos i la valoració cega necessàries per convertir la demostració en un mesurament; argumentació a favor de la massa seca i l'àrea foliar per davant de l'alçada com a variable resposta, amb descripció de com es mesuraria cadascuna; explicació de l'etiolació com a estratègia adaptativa més que com a defecte, i distingint els rols del fitocrom i el criptocrom; disseny d'un experiment de seguiment que separi l'efecte de la quantitat de llum de la qualitat de llum, per exemple un tractament només blau i un altre només vermell a flux de fotons anivellat; i explicació de per què obrir la caixa cada dia per regar el test 1 afebleix el tractament de foscor i com s'evitaria.
Equipament de laboratori
Instruments
- Testos (3, numerats de l'1 al 3)
- Vasos de precipitats (50 mL, un per llavor)
- Proveta de rentat
- Caja de zapatos
- Llum
- Rellotge (avança el temps 24 h)
Productes
- Llavors de mongeta
- Sòl
- Aigua de l'aixeta