La germinación es el punto en el que una semilla seca y latente se convierte en una planta viva. El agua absorbida por imbibición reactiva el metabolismo de la semilla, las enzimas descomponen el almidón y las proteínas almacenadas en los cotiledones, la radícula emerge y fija la plántula, y el brote empuja hacia la superficie. Nada de eso requiere luz: una semilla germina perfectamente en la oscuridad, utilizando las reservas acumuladas en su interior. Lo que sí requiere luz es el siguiente paso. La clorofila no se puede ensamblar en la oscuridad, por lo que una plántula que llega al aire sin luz permanece pálida, mantiene su tallo doblado en forma de gancho protector y nunca abre sus hojas; vive de sus reservas hasta que se agotan. Con la presencia de luz, el gancho se endereza, los cotiledones y las primeras hojas se expanden y se vuelven verdes, y la planta pasa de consumir sus reservas a fabricar su propio azúcar mediante la fotosíntesis. Las empresas de semillas, los agricultores y los operadores de invernaderos dependen de saber exactamente cuánta luz necesita una plántula para realizar esa transición y con qué rapidez. En este laboratorio ablandarás tres semillas de frijol en agua, las plantarás en tres macetas numeradas idénticas y luego colocarás cada maceta en un entorno lumínico diferente: la maceta 1 dentro de una caja de zapatos cerrada, la maceta 2 en el mostrador junto al fregadero con luz ambiental ordinaria y la maceta 3 directamente bajo una lámpara encendida. Las tres reciben la misma tierra y el mismo riego. A continuación, adelantarás el reloj de 24 horas en 24 horas y regarás las plantas cada día durante el equivalente a diez días, fotografiando las tres macetas diariamente, de modo que la luz sea la única variable que las diferencie.
Objetivos Educativos
Familiarización con el entorno del laboratorio
- Localice e identifique las macetas, los vasos de precipitados de 50 mL, el frasco lavador, la lámpara, la caja de zapatos y el reloj, e indique el papel que desempeña cada uno en el experimento.
- Encuentra la tabla de imágenes en la tableta y comprende que contiene una fotografía de cada maceta por cada día del experimento.
Diseño de una comparación controlada
- Identificar la luz como la variable independiente y nombrar lo que se mantiene deliberadamente constante: el mismo tipo de semilla, la misma tierra, la misma maceta, el mismo volumen de agua en el mismo horario y la misma temperatura.
- Explique por qué las tres ollas deben ser tratadas de manera idéntica en todos los demás aspectos para que cualquier diferencia entre ellas signifique algo.
Preparación y siembra de semillas
- Remoja un frijol en cada uno de tres vasos de precipitados de 50 mL llenados hasta la mitad con agua del grifo, y explica por qué ablandar la cubierta de la semilla acelera la germinación.
- Planta las semillas remojadas en las macetas numeradas y lleva un registro de qué semilla está en qué maceta durante los diez días completos.
Mantenimiento diario y control del tiempo
- Riega las tres macetas con la piseta todos los días, dando a cada una la misma cantidad.
- Avanza el reloj 24 horas y repite el ciclo, de modo que la secuencia de diez días esté completa y sin interrupciones.
Observación y registro
- Registra, para cada maceta en cada día, si el brote ha emergido, su altura aproximada, su color, y si el gancho se ha abierto y las hojas se han expandido.
- Utilice las fotografías diarias para fijar el día en el que ocurrió cada etapa en lugar de confiar en la memoria al final.
Interpretación del resultado
- Distingue entre la germinación, que se produce en las tres macetas, y el crecimiento posterior y el desarrollo de las hojas, que no se producen en todas ellas.
- Relaciona el aspecto de cada plántula con la luz de la que dispone y explica qué puede y qué no puede demostrar el experimento con una sola planta por condición.
Protocolo
La preparación y la observación
- Coloque una semilla de frijol en cada uno de los tres vasos de precipitados de 50 mL.
- Llena cada vaso de precipitados de 50 ml hasta la mitad con agua del grifo para ablandar las semillas de frijol.
- Siembra las semillas de habas en las macetas del 1 al 3 (para recogerlas, coloca tu mano abierta con la palma hacia arriba en la base del vaso de precipitados).
- Usando la botella de lavado, riega las plantas de frijol numeradas del 1 al 3.
- Coloca la planta de frijol 1 en la caja de zapatos, la planta de frijol 2 en el mostrador junto al fregadero, y la planta de frijol 3 debe estar debajo de la lámpara de iluminación.
- Enciende la lámpara.
- Debes esperar unos días para observar la germinación de la planta de frijol dependiendo de las condiciones de riego y luz.
- Haz clic en el botón rojo del reloj para avanzar el tiempo 24 horas.
- Riega cada una de las tres plantas con la botella de lavado.
- Repite el paso de avanzar el tiempo 24 horas y regar las tres plantas (pasos 8 y 9) y observa la evolución de la planta de frijol hasta que haya transcurrido el equivalente a un período de 10 días.
- Observe la evolución de la germinación de plantas de frijol en relación con la exposición a la luz a lo largo de los días.
- Los resultados se encuentran en la tabla de la tableta.
Resultados esperados
Los resultados se encuentran en el siguiente enlace (PDF)
Las tres semillas germinan. Lo que las separa es todo lo que ocurre después de que el brote llega al aire. La tabla siguiente indica el estado de cada maceta al final de la secuencia de diez días, según se registró en las fotografías diarias de la simulación.
| Maceta | Posición | Luz recibida | Situación en el décimo día |
|---|---|---|---|
| 1 | Dentro de la caja de zapatos cerrada | Ninguno, salvo en los momentos en que se abre la caja para regar. | Ha germinado. El brote es de color crema a amarillo pálido, sin ningún matiz verde; el hipocotilo sigue curvado en forma de gancho y aún no se ha desarrollado ninguna hoja. |
| 2 | En el mostrador al lado del fregadero | Iluminación normal de la habitación, indirecta | Germinado y verde. El tallo está erguido, el gancho se ha abierto y las hojas verdes y estrechas se mantienen separadas del suelo; el cotiledón gastado es visible en la superficie |
| 3 | Justo debajo de la lámpara, con la lámpara encendida | Luz artificial intensa y continua a corta distancia | La que ha germinado, la que ha echado hojas y la más desarrollada de las tres: un tallo más grueso y erguido que sostiene la hoja más grande y con mayor superficie foliar |
Las fotografías diarias también permiten datar la propia secuencia de germinación. La alubia es una planta de germinación epígea, por lo que las etapas se suceden en un orden fijo, y ese mismo orden se repite en las tres macetas, aunque solo dos de ellas lleguen a desarrollar hojas.
| Etapa | Lo que se ve | ¿Qué está pasando ahí dentro? |
|---|---|---|
| Imbibición | La semilla remojada está visiblemente hinchada y su cubierta está arrugada o agrietada | El agua penetra en la semilla, los tejidos se rehidratan y se reanuda el metabolismo; las enzimas comienzan a descomponer el almidón almacenado en azúcares |
| Aparición de la radícula | Todavía no hay nada por encima del suelo | La raíz principal crece primero hacia abajo, lo que permite que la plántula se afiance y absorba agua antes de que el brote comience a desarrollarse. |
| El arco hipocotílico | Un tallo pálido y curvado sobresale de la superficie, con la punta apuntando hacia abajo | El tallo se alarga en forma de gancho, de modo que la punta en crecimiento y los cotiledones son arrastrados hacia arriba a través del suelo, en lugar de empujarse a través de él. |
| Cotiledones que sobresalen del suelo | Dos hojas cotiledonarias gruesas y de color pálido sobresalen del suelo | Las reservas se transportan ahora por vía aérea; la plántula sigue alimentándose exclusivamente de ellas. |
| Desetiolación | Solo en las macetas 2 y 3: el gancho se endereza y todo lo que está sobre el suelo se vuelve verde | La luz desencadena el último paso de la síntesis de clorofila y cambia la plántula de su programa de crecimiento en la oscuridad a su programa de crecimiento en la luz. |
| Primeras hojas verdaderas | Solo en las macetas 2 y 3: las hojas se expanden por encima de los cotiledones, los cuales se marchitan | La fotosíntesis toma el relevo de las reservas; la planta pasa a ser autosuficiente, y lo hace más rápidamente en la maceta más luminosa |
Por qué la luz no es necesaria para germinar, pero sí para sobrevivir. La germinación requiere agua, oxígeno y una temperatura adecuada, y la energía para ello proviene de la semilla, no del sol: los cotiledones de un frijol son una reserva de almidón, proteínas y lípidos, y las amilasas hidrolizan ese almidón en azúcares que el embrión en crecimiento respira. Es por esto que la maceta 1 germina en completa oscuridad en el mismo horario que las otras dos. Las reservas, sin embargo, son finitas. Una plántula solo se vuelve autosuficiente una vez que puede realizar la fotosíntesis, 6 CO2 + 6 H2O + energía lumínica → C6H12O6 + 6 O2, y eso requiere tejido verde. El paso final en la construcción de la clorofila, la conversión de protoclorofilida a clorofilida, es impulsado por la luz misma en las plantas con flores, por lo que una plántula en la oscuridad físicamente no puede fabricar el pigmento. Por lo tanto, la maceta 1 no se está muriendo de hambre en el día 10 —todavía tiene reservas—, pero no tiene una ruta para volverse autótrofa y, si se deja en la caja, agotaría sus cotiledones y moriría.
Dos programas de crecimiento, un brote. Una semilla en la oscuridad no simplemente no logra crecer; sigue un programa diferente y perfectamente sensato, llamado escotomorfogénesis. Se favorece la elongación del tallo por encima de la expansión de las hojas, no se produce clorofila y el ápice se protege dentro de un gancho, porque en la naturaleza la oscuridad significa que la plántula todavía está bajo tierra y su único movimiento útil es llegar a la superficie. La primera luz que recibe es detectada por fotorreceptores —fitocromos para la luz roja y lejana, criptocromos para la azul— y cambia la planta a fotomorfogénesis: el gancho se abre, la elongación del tallo se desacelera, los cotiledones y las hojas se expanden y la clorofila se acumula. La maceta 1 muestra el programa de oscuridad, las macetas 2 y 3 muestran el programa de luz, y la diferencia entre las macetas 2 y 3 muestra que el programa de luz aún responde a cuánta luz hay.
Por qué la lámpara supera al mostrador. Las tres posiciones difieren más de lo que cabría suponer. La iluminación interior indirecta en un mostrador es típicamente del orden de 100 a 500 lux, una lámpara de escritorio a corta distancia proporciona varios miles de lux, y la luz del día exterior a pleno sol oscila entre unos 10 000 lux y más de 100 000 lux. Una hoja de judía alcanza su punto de compensación —donde la fotosíntesis equilibra exactamente la respiración— a unas pocas decenas de µmol de fotones por m2 por segundo, y solo se satura muy por encima de eso. Por lo tanto, la maceta 2 está por encima del umbral en el que puede sobrevivir y verdecer, pero muy por debajo del nivel en el que crece tan rápido como podría, mientras que la maceta 3 está más cerca de ese nivel, razón por la cual acumula la mayor superficie foliar en los mismos diez días. La clasificación de las tres macetas es la clasificación de la luz que reciben.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 9–10
- Enfoque: la diferencia entre germinar y crecer, y el vocabulario de una comparación controlada.
- Actividades configura las tres macetas y riégalas con el mismo horario; registra el color, la altura y el estado de las hojas de cada maceta cada día en una tabla como la Tabla 1; identifica la única variable que se modificó y enumera tres que se mantuvieron constantes; indica a qué maceta le fue mejor y a cuál peor, y explica en una oración por qué la maceta en la caja está pálida.
Undécimo grado
- Enfoque: comparación cuantitativa de los tres tratamientos y la química detrás del color.
- Actividades leer las alturas de las fotografías diarias y graficar la altura en función del día para las tres macetas en un mismo conjunto de ejes; explicar por qué no se puede producir clorofila en la oscuridad y nombrar la etapa del pigmento que la luz desbloquea; explicar el gancho y su apertura; explicar cómo la plántula en la caja logra mantenerse viva y predecir qué le sucedería si se trasladara bajo la lámpara el día 10; clasificar las tres posiciones según la iluminancia y relacionar dicha clasificación con el crecimiento observado.
12.º curso / Nivel universitario
- Enfoque: diseño experimental y lo que una sola plántula por tratamiento puede y no puede establecer.
- Actividades enumere todas las variables que este protocolo deja sin controlar y especifique la replicación, la aleatorización de la posición de las macetas y la puntuación ciega necesarias para convertir la demostración en una medición; argumente a favor de la masa seca y el área foliar en lugar de la altura como variable de respuesta, y describa cómo se mediría cada una; explique la etiolación como una estrategia adaptativa en lugar de un defecto, y distinga los roles del fitocromo y el criptocromo; diseñe un experimento de seguimiento que separe el efecto de la cantidad de luz del de la calidad de la luz, por ejemplo, un tratamiento solo azul y solo rojo a un flujo de fotones igualado; y explique por qué abrir la caja todos los días para regar la maceta 1 debilita el tratamiento de oscuridad y cómo lo evitaría.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Macetas (3, numeradas del 1 al 3)
- Vasos de precipitados (50 mL, uno por semilla)
- Frasco lavador
- Caja de zapatos
- Lámpara
- Reloj (avanza el tiempo 24 h)
Productos
- Semillas de frijol (3)
- Suelo
- Agua del grifo