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 la proteína almacenados 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, con 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 estas se agotan. Al recibir 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 cultivadores y los operadores de invernaderos dependen de saber exactamente cuánta luz necesita una plántula para hacer esa transición y qué tan rápido. En este laboratorio, ablandará tres semillas de frijol en agua, las plantará en tres macetas numeradas e idénticas, y luego colocará cada maceta en un entorno lumínico diferente: la maceta 1 dentro de una caja de zapatos cerrada, la maceta 2 en el mostrador al lado del fregadero con luz ambiental normal, y la maceta 3 directamente bajo una lámpara encendida. Las tres reciben la misma tierra y el mismo riego. A continuación, adelantará el reloj 24 horas a la vez y regará 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 separe.
Metas educativas
Familiarización con el entorno de laboratorio
- Localiza e identifica las macetas, los vasos de precipitados de 50 mL, el frasco lavador, la lámpara, la caja de zapatos y el reloj, e indica el papel que desempeña cada uno en el experimento.
- Busca 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
- Identifica la luz como la variable independiente y nombra 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 de semillas y siembra
- 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.
- Plante las semillas remojadas en las macetas numeradas y lleve un registro de qué semilla está en qué maceta durante los diez días completos.
Mantenimiento diario y control de tiempo
- Riega las tres macetas con la piseta todos los días, dándole 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.
- Use las fotografías diarias para determinar el día en que ocurrió cada etapa en lugar de depender de la memoria al final.
Interpretación del resultado
- Distinga la germinación, que ocurre en las tres macetas, del crecimiento y el reverdecimiento posteriores, que no ocurren en todas.
- Relacione la apariencia de cada plántula con la luz disponible para ella, y establezca lo que el experimento puede y no puede demostrar con una 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 de la llave para ablandar las semillas de frijol.
- Planta las semillas de frijol en las macetas numeradas del 1 al 3 (para recogerlas, coloca tu mano abierta con la palma hacia arriba en la base del vaso de precipitados).
- Usa el frasco lavador para regar 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 al lado del fregadero, y la planta de frijol 3 debe estar bajo la luz de la lámpara.
- Enciende la lámpara.
- Debe esperar unos días para observar la germinación de la planta de frijol según 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 usando la botella de lavado.
- Repite el paso de avanzar el tiempo 24 horas y regar las tres plantas (los pasos 8 y 9) y observa la evolución de la planta de frijol hasta que haya transcurrido el equivalente a un periodo de 10 días.
- Observa la evolución de la germinación de la planta 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 siguiendo este 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, tal como se registró en las fotografías diarias de la simulación.
| Olla | Posición | Luz recibida | Estado en el día 10 |
|---|---|---|---|
| 1 | Dentro de la caja de zapatos cerrada | Ninguno, aparte de los momentos en que se abre la caja para regar | Germinado. El brote es de color crema a amarillo pálido sin rastro de verde, el hipocótilo todavía está doblado en forma de gancho y no se han expandido hojas |
| 2 | En el mostrador al lado del lavabo | Iluminación ambiental normal, indirecta | Germinado y verde. El tallo está erguido, el gancho se ha abierto y las hojas angostas y verdes se mantienen separadas del suelo; el cotiledón gastado es visible en la superficie |
| 3 | Directamente debajo de la lámpara, con la lámpara encendida | Luz artificial fuerte y continua a corta distancia | Germinado, verde y el más desarrollado de los tres: un tallo vertical más grueso que sostiene la superficie foliar más grande y ancha |
Las fotografías diarias también permiten fechar la secuencia de la germinación en sí. Un frijol es un germinador epígeo, por lo que las etapas se suceden en un orden fijo, y el mismo orden aparece en las tres macetas, aunque solo dos de ellas lleguen a desarrollar hojas.
| Etapa | Qué es visible | Qué está pasando adentro |
|---|---|---|
| Imbibición | La semilla remojada está visiblemente hinchada y su cubierta está arrugada o agrietada. | El agua entra en la semilla, los tejidos se rehidratan y el metabolismo se reinicia; las enzimas comienzan a descomponer el almidón almacenado en azúcares. |
| Emergencia de la radícula | Todavía no hay nada sobre la tierra | La raíz principal crece hacia abajo primero, anclando a la plántula y absorbiendo agua antes de que el brote se comprometa |
| El hipocótilo arqueado | Un tallo pálido y curvado en forma de bucle rompe la superficie, con la punta apuntando hacia abajo | El tallo se alarga en forma de gancho de modo que el ápice en crecimiento y los cotiledones son arrastrados a través de la tierra en lugar de ser empujados a través de ella |
| cotiledones sobre el suelo | Dos cotiledones gruesos y pálidos se elevan por encima del suelo | Las reservas se transportan ahora por el aire; la plántula todavía vive enteramente de ellas |
| desetiolación | Solo en las macetas 2 y 3: el gancho se endereza y todo lo que está sobre la tierra se pone 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 a 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 rápido en la maceta más iluminada |
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 total oscuridad al mismo ritmo 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 producir el pigmento. Por lo tanto, la Maceta 1 no está muriendo de hambre en el día 10 —todavía tiene reservas—, pero no tiene forma de volverse autótrofa y, si se deja en la caja, agotará sus cotiledones y morirá.
Dos programas de crecimiento, un simiente. 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 sobre la expansión de las hojas, no se produce clorofila y la punta 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 roja lejana, criptocromos para la azul— y cambia la planta a la fotomorfogénesis: el gancho se abre, el alargamiento del tallo se desacelera, los cotiledones y las hojas se expanden y se acumula clorofila. 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 le gana al mostrador. Las tres posiciones difieren más de lo que se podría suponer. La iluminación indirecta en interiores sobre un mostrador suele ser del orden de 100 a 500 lux, una lámpara de escritorio a poca distancia proporciona varios miles de lux, y la luz del día al aire libre oscila entre unos 10 000 lux y más de 100 000 lux. Una hoja de frijol 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 se satura solo muy por encima de eso. Por lo tanto, la maceta 2 está por encima del umbral en el que puede sobrevivir y volverse verde, 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 tareas por rango de calificaciones
Grado 9-10
- Enfoque la diferencia entre germinar y crecer, y el vocabulario de una comparación controlada.
- Actividades: configure las tres macetas y riéguelas según el mismo programa; registre el color, la altura y el estado de las hojas de cada maceta todos los días en una tabla como la Tabla 1; identifique la única variable que se modificó y enumere tres que se mantuvieron constantes; indique a qué maceta le fue mejor y a cuál peor, y explique en una oración por qué la maceta que está 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 la clorofila no se puede producir 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 debajo de la lámpara el día 10; ordenar las tres posiciones según la iluminancia y relacionar dicho orden con el crecimiento observado.
12.º grado / 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 réplica, la aleatorización de la posición de las macetas y la calificación ciega que serían 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 la 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 de la calidad de la luz, por ejemplo, un tratamiento exclusivo de luz azul y otro exclusivo de luz roja con un flujo de fotones emparejado; y explique por qué abrir la caja todos los días para regar la maceta 1 debilita el tratamiento de oscuridad y cómo lo evitaría.
Elementos esenciales para el 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 de la llave