025 – Observación de células vegetales

Las células vegetales fueron las primeras células que alguien vio jamás. En 1665, Robert Hooke puso un fragmento de corcho bajo un microscopio, descubrió que estaba dividido en pequeños compartimentos y tomó prestada la palabra célula desde las pequeñas habitaciones de un monasterio. Lo que hizo que el corcho fuera legible donde el tejido animal no lo era es exactamente lo que hace que el material vegetal sea un mejor espécimen didáctico hoy en día: una rígida pared de celulosa alrededor de cada célula traza un límite visible, esté la célula teñida o no.

Elodea, la planta acuática, es la opción estándar. Su hoja tiene un grosor de solo dos capas de células, por lo que se puede montar una hoja entera de forma plana sin necesidad de hacer cortes y la luz la atraviesa directamente. Dentro de cada célula hay decenas de cloroplastos, densos en clorofila y, por tanto, lo suficientemente verdes como para verse sin necesidad de tinte alguno, mientras que una única y gran vacuola central ocupa la mayor parte del volumen y presiona el citoplasma y los cloroplastos en una capa delgada contra la pared. Casi todos los rasgos distintivos de una célula vegetal —pared, cloroplastos, vacuola, una geometría tisular ordenada— son visibles en una sola preparación.

El núcleo es la excepción. Está presente en todas las células, pero es casi transparente y se confunde fácilmente entre los cloroplastos, razón por la cual el laboratorio utiliza dos portaobjetos en lugar de uno. El primero es una preparación simple en agua, que muestra las células tal como son. El segundo recibe una gota de solución de Lugol —yodo en yoduro de potasio—, que se une a las proteínas y a los ácidos nucleicos y tiñe el núcleo de un color amarillo-marrón bien diferenciado. Encenderá el iluminador de campo claro, avanzará a través de 40×, 100× y 400× utilizando el enfoque macrométrico únicamente en el aumento más bajo, guardará una imagen en cada paso y comparará ambos portaobjetos directamente. Leídos junto con el laboratorio 024 sobre células animales, este par hace que la diferencia estructural entre ambos reinos sea visible en lugar de meramente teórica.

Objetivos Educativos

Familiarización con el entorno del laboratorio

• Localice el microscopio y su interruptor, los tres objetivos utilizables, los mandos de enfoque macroscópico y microscópico, la platina, el vaso de precipitados, las pinzas, los portaobjetos, los cubreobjetos y el papel absorbente antes de empezar.

Funcionamiento de un microscopio compuesto de luz

• Configure la iluminación transmitida (de campo claro) desde abajo y explique por qué una hoja de dos células de espesor es un espécimen casi ideal para ella.
• Cambie los objetivos en orden ascendente (4×, luego 10× y después 40×) y calcule la magnificación total que proporciona cada uno con un ocular de 10×.
• Utiliza el enfoque macroscópico solo con el aumento más bajo y el enfoque microscópico con los más altos, y explica por qué el objetivo de inmersión en aceite de 100× se excluye de este laboratorio.

Preparación de un montaje húmedo

• Transfiere una hoja pequeña con pinzas sin romperla ni doblarla, inúdala con líquido, baja un cubreobjetos sin atrapar aire y absorbe el exceso para que el cubreobjetos quede plano.
• Explique por qué la hoja debe mantenerse húmeda en todo momento y qué le sucede a las células si se permite que el portaobjetos se seque.

Identificación de las estructuras celulares vegetales

• Identifique la pared celular, los cloroplastos, la vacuola central y, en la placa portaobjetos teñida, el núcleo, y enuncie la función de cada uno.
• Describe la disposición de las células en el tejido y relaciona esa geometría en forma de ladrillo con la presencia de una pared rígida.

Uso de un colorante biológico

• Compare la preparación en agua y la preparación con Lugol directamente, y diga con precisión qué estructura revela la tinción y qué estructuras ya eran visibles sin ella.

Observación y registro

• Guarda una imagen de microscopio con cada aumento para ambas preparaciones, añade anotaciones a la imagen teñida a 400× y calcula las dimensiones de las células a partir del campo de visión conocido, en lugar de hacer conjeturas.

Protocolo

Preparación

1. Enciende el microscopio pulsando el interruptor en la parte frontal del dispositivo. Encenderás el iluminador, de modo que la luz transmitida pase a través de la muestra desde abajo, lo que es ideal para especímenes transparentes.
2. Llena el vaso de precipitados pequeño completamente con agua fría del grifo.
3. Coloque dos portaobjetos limpios sobre su área de trabajo.

Preparación de la primera diapositiva

1. Usando pinzas, coloque suavemente una pequeña hoja de Elodea en la primera portaobjetos.
2. Coloque una gota de agua en el primer portaobjetos.
3. Cubre la portaobjetos con un cubreobjetos.
4. Seque suavemente el exceso de agua con papel absorbente.

Preparación de la segunda diapositiva

1. Con pinzas, coloca suavemente una pequeña hoja de Elodea en el segundo portaobjetos.
2. Coloque una gota de Lugol en el segundo portaobjetos.
3. Cubre la diapositiva con el cubreobjetos.
4. Seque suavemente el exceso de agua con papel absorbente.

Observación de la primera diapositiva

1. Coloca la lámina en la platina del microscopio.
2. Haz clic en el botón «Microscopio» en la tableta para ver la imagen del microscopio.
3. Puede guardar una imagen de la vista observada del microscopio haciendo clic en el botón «Guardar imagen« ubicado en el área inferior izquierda de la sección «Microscopio«.

Ajuste del microscopio

1. Ajuste el aumento tocando los objetivos del microscopio. Comience la observación con un aumento de 40x (objetivo rojo - etiquetado Plan 4/0.10).
2. Ajuste el enfoque con los mandos de ajuste grueso situados a la izquierda y a la derecha del microscopio. Utilice los mandos de ajuste grueso únicamente con este aumento.
3. Aumente gradualmente el aumento de 40x a 100x (objetivo amarillo – etiquetado como Plan 10/0.25), luego a 400x (objetivo azul – etiquetado como Plan 40/0.65), reenfocando cada vez únicamente con el botón de enfoque fino. A estos aumentos, el botón macrométrico puede hacer que el objetivo golpee la placa portaobjetos.

Nota: Una magnificación de 1000x (objetivo de inmersión en aceite – etiquetado Plan 100/1.25) requiere el uso de aceite entre el objetivo y el cubreobjetos. Por lo tanto, no utilizamos este objetivo en este laboratorio.

Observación de la segunda diapositiva

1. Reemplace la primera diapositiva con la segunda diapositiva que contiene la hoja de Elodea y el Lugol.
2. Observa a 400x de aumento (objetivo azul – marcado como Plan 40/0.65) para identificar el núcleo de una célula, que debería aparecer teñido de amarillo por el Lugol.
3. Registrando observaciones: Documenta o registra las observaciones importantes.

Apagar el microscopio

1. Apague el microscopio presionando el interruptor en la parte frontal del dispositivo.

Resultados esperados

En [...], se puede consultar un conjunto de imágenes de referencia con las vistas esperadas al microscopio. este documento (PDF).

Cómo son las células y por qué

El único hecho que explica casi cada observación es la pared celular. Una capa de celulosa de 0,1 a 1 µm de espesor rodea cada célula, es lo suficientemente rígida como para resistir la deformación y está cementada a sus vecinas. Por lo tanto, las células no pueden redondearse, deslizarse unas sobre otras ni superponerse: mantienen una forma rectangular fija y cubren la hoja en filas ordenadas. Elodea Las células foliares miden aproximadamente entre 50 y 100 µm de largo y entre 20 y 30 µm de ancho, por lo que, con un aumento de 400×, solo unas pocas llenan el campo de visión; son lo suficientemente grandes como para que sea su disposición, y no solo cada célula individual, la que se convierta en objeto de estudio.

La pared también explica la función de la vacuola. Dado que la pared puede soportar la presión, la célula puede absorber agua por ósmosis hasta que su contenido ejerce una presión hacia fuera contra la pared, alcanzando una presión de turgencia de varios cientos de kilopascales. El agua se almacena en una gran vacuola central, que en una célula madura ocupa entre el 80 y el 90 % del volumen y comprime el citoplasma, los cloroplastos y el núcleo en una fina capa periférica. Por eso los cloroplastos parecen un borde en lugar de un disco lleno, y por eso el centro de cada célula parece vacío. Una célula animal colocada en la misma agua se hincharía y reventaría, al no tener pared que le haga resistencia —el vínculo directo con el laboratorio 004 sobre la ósmosis—.

Los cloroplastos son visibles sin necesidad de tinción alguna, ya que ya contienen uno. La clorofila absorbe intensamente en el rojo y el azul y deja pasar la luz verde, por lo que cada cloroplasto —un orgánulo con forma de lente de unos 5 µm de diámetro— elimina suficiente luz del haz como para aparecer como un cuerpo verde bien definido. Un típico Elodea La célula contiene varias docenas. Además, son móviles y se desplazan lentamente con el citoplasma, lo que constituye uno de los pocos procesos vitales observables con un microscopio óptico.

Aumento, resolución y campo de visión

El aumento total es el producto del aumento del objetivo y del ocular: con el ocular estándar de 10×, M = M_objeto × M_ojo da como resultado 4 × 10 = 40×, 10 × 10 = 100× y 40 × 10 = 400×. Lo que realmente se puede distinguir viene determinado por la apertura numérica indicada junto a la potencia de cada objetivo. Según el criterio de Abbe, d = λ / (2 × NA); para la luz verde con λ = 550 nm, el objetivo rojo da d = 550 nm ÷ (2 × 0,10) = 2,8 µm, el amarillo 1,1 µm, y el azul, 550 nm ÷ (2 × 0,65) = 0,42 µm. Por lo tanto, un cloroplasto de 5 µm es resoluble con los tres, lo que concuerda con la observación de que los gránulos verdes son visibles a partir de 100×; el objetivo de aceite de 100× excluido (NA 1,25) alcanzaría los 0,22 µm, pero solo con aceite de inmersión para transportar los rayos de ángulo elevado a través del espacio.

El campo de visión se reduce en proporción a la potencia del objetivo. Para un ocular con un número de campo de 18 mm, el diámetro visible es de 18 ÷ 4 = 4,5 mm con el objetivo rojo, de 1,8 mm con el amarillo y de 18 ÷ 40 = 0,45 mm, o 450 µm, con el azul. Esto permite calcular el tamaño de las celdas sin necesidad de una retícula: un campo de 450 µm de ancho a 400×, abarcado por unas seis celdas de extremo a extremo, sitúa la longitud de cada celda en unos 75 µm, dentro del rango esperado. La profundidad de campo disminuye aún más rápidamente, desde decenas de micrómetros a 40× hasta menos de un micrómetro a 400×, razón por la cual el mando de ajuste grueso está limitado al bajo aumento: a 400×, el objetivo se encuentra a una fracción de milímetro por encima del cubreobjetos y un movimiento brusco hace que el cristal choque contra el cristal.

Resumen de la asignación por rango de calificación

Grados 9–10

• Enfoque — Manejar el microscopio de forma segura e identificar las partes de una célula vegetal, utilizando la terminología correspondiente: objetivo, ocular, platina, enfoque grueso y fino, preparación húmeda, cubreobjetos, tinción, pared celular, cloroplasto, vacuola, núcleo.
• Actividades — Prepara ambos portaobjetos, obsérvalos a 40×, 100× y 400×, y guarda las seis imágenes. Dibuja la vista teñida a 400× e identifica la pared celular, un cloroplasto, la vacuola central y el núcleo. Responde a las preguntas guiadas: ¿de qué color son los cloroplastos y por qué se pueden ver sin necesidad de tinción? ¿Qué estructura concreta reveló la solución de Lugol? ¿Por qué las células están dispuestas en filas ordenadas en lugar de apiladas al azar?

Undécimo grado

• Enfoque — cuantificar la observación y relacionar cada estructura con su función.
• Actividades — calcule la ampliación total de cada objetivo con un ocular de 10×; utilice el campo de visión (18 mm ÷ potencia del objetivo) para estimar la longitud y el ancho de una célula y el diámetro de un cloroplasto, y compare con los valores aceptados de 50–100 µm, 20–30 µm y 5 µm; explique cómo la pared celular explica tanto la forma rectangular como la disposición en mosaico; explique por qué los cloroplastos forman un borde alrededor de un centro aparentemente vacío, nombrando la estructura responsable; y construya una tabla comparación lado a lado con las células bucales del laboratorio 024, enumerando cada estructura presente en una y ausente en la otra.

12.º curso / Nivel universitario

• Enfoque — la óptica que envuelve el instrumento, la fisicoquímica de la turgencia y la selectividad del colorante.
• Actividades — calcule el límite de Abbe d = λ / (2 × NA) para los cuatro objetivos, incluido el objetivo excluido de 100×/1,25, y explique qué hace el aceite de inmersión en la apertura numérica y por qué el objetivo es inutilizable sin él; distinga entre resolución y contraste y use esta distinción para explicar por qué los cloroplastos no necesitan tinción mientras que el núcleo sí; relacione la vacuola central con el potencial hídrico y la presión de turgencia, prediciendo qué se observaría tras montar la hoja en una solución salina concentrada en lugar de agua y nombrando el resultado; explique la química de la solución de Lugol (formación de triyoduro, afinidad por proteínas y ácidos nucleicos, y la reacción separada azul-negro con el almidón) y prediga en qué se diferenciaría la vista teñida de una hoja mantenida a la luz brillante de una mantenida en oscuridad durante 48 horas; y diseñe un control que permita distinguir una pared celular genuina del borde de una burbuja de aire atrapada.

Esenciales de laboratorio

Instrumentos

• Microscopio óptico compuesto con iluminador transmitido y objetivos Plan 4/0.10, Plan 10/0.25 y Plan 40/0.65 con un ocular de 10× — 40×, 100× y 400× en total (el objetivo de inmersión Plan 100/1.25 no se utiliza)
• 2 portaobjetos de microscopio
• 2 cubreobjetos
• Pinzas (para manipular las hojas y los cubreobjetos)
• Goteros
• Vaso de precipitados (50 mL), lleno de agua
• Papel absorbente

Productos

• Planta acuáticaElodea) hojas en suspensión — una hoja pequeña por portaobjetos
• Agua (1 gota, primera diapositiva)
• Solución de Lugol 2% (1 gota, segunda lámina)