025 – Observación de células vegetales

Las células vegetales fueron las primeras células que alguien vio jamás. En 1665, Robert Hooke colocó una rodaja de corcho bajo un microscopio, descubrió que estaba dividida 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, ya sea que la célula esté teñida o no.

Elodea, la planta acuática, es la opción estándar. Su hoja tiene solo dos capas de células de grosor, por lo que una hoja entera se puede montar plana sin necesidad de hacer cortes y la luz la atraviesa directamente. Dentro de cada célula se encuentran docenas de cloroplastos, densos en clorofila y, por lo tanto, lo suficientemente verdes como para verse sin ningún tipo de tinte, mientras que una sola vacuola central grande 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 cada célula, 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 ácidos nucleicos y tiñe el núcleo de un color marrón amarillento claro. Encenderá el iluminador transmitido, avanzará a través de 40×, 100× y 400× usando el enfoque macrométrico solo en el aumento más bajo, guardará una imagen en cada paso y comparará los dos portaobjetos directamente. Leídas junto con el laboratorio 024 sobre células animales, ambas preparaciones hacen que la diferencia estructural entre los dos reinos sea visible en lugar de ser meramente teórica.

Metas educativas

Familiarización con el entorno de laboratorio

• Localice el microscopio y su interruptor, los tres objetivos utilizables, los tornillos macrométrico y micrométrico, 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 grosor es un espécimen casi ideal para esta técnica.
• 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×.
• Use el enfoque grueso únicamente con el aumento más bajo y el enfoque fino con los aumentos más altos, y explique por qué el objetivo de inmersión en aceite de 100× se excluye de este laboratorio.

Preparación de un montaje húmedo

• Transfiera una hoja pequeña con pinzas sin romperla ni doblarla, inúdela con líquido, baje un cubreobjetos sin atrapar aire y seque 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 la preparación se seque.

Identificación de las estructuras de las células vegetales

• Identifique la pared celular, los cloroplastos, la vacuola central y —en la preparación teñida— el núcleo, y establezca la función de cada uno.
• Describa la disposición de las células en el tejido y relacione esa geometría similar a un ladrillo con la presencia de una pared rígida.

Uso de un colorante biológico

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

Observación y registro

• Guarde una imagen de microscopio a cada aumento para ambas diapositivas, anote la vista teñida de 400× y estime las dimensiones celulares a partir del campo de visión conocido en lugar de adivinar.

Protocolo

Preparación

1. Encienda el microscopio presionando el interruptor en la parte frontal del dispositivo. Encenderá el iluminador para que la luz transmitida atraviese la muestra desde abajo, lo cual es ideal para especímenes transparentes.
2. Llene el vaso de precipitados pequeño por completo con agua fría de la llave.
3. Coloque dos portaobjetos limpios en su área de trabajo.

Preparación de la primera diapositiva

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

Preparación de la segunda diapositiva

1. Con unas pinzas, coloque con cuidado una hoja pequeña de Elodea en el segundo portaobjetos.
2. Coloque una gota de Lugol en el segundo portaobjetos.
3. Cubre la laminilla con un cubreobjetos.
4. Seque con cuidado el exceso de agua con papel absorbente.

Observación de la primera diapositiva

1. Coloca la laminilla en la platina del microscopio.
2. Haga clic en el botón «Microscopio» de 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 la esquina 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 como Plan 4/0.10).
2. Ajuste el enfoque con las perillas de enfoque macro ubicado a la izquierda y a la derecha del microscopio. Use las perillas macro únicamente a este aumento.
3. Aumente gradualmente el aumento de 40x a 100x (objetivo amarillo, marcado como Plan 10/0.25) y luego a 400x (objetivo azul, marcado como Plan 40/0.65), reenfocando cada vez únicamente con el tornillo micrométrico. A estos aumentos, el tornillo macrométrico puede hacer que el objetivo choque contra la laminilla.

Nota: Un aumento de 1000x (objetivo blanco – etiquetado como 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. Observe con un aumento de 400x (objetivo azul, etiquetado como Plan 40/0.65) para identificar el núcleo celular, el cual debe verse teñido de amarillo por el lugol.
3. Registro de observaciones: Documente o registre las observaciones importantes.

Apagando el microscopio

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

Resultados esperados

Un conjunto de imágenes de referencia de las vistas esperadas del microscopio está disponible en este documento (PDF).

Cómo se ven las células y por qué

El único hecho que explica casi todas las observaciones es la pared celular. Una capa de celulosa de 0.1 a 1 µm de espesor rodea cada célula, es lo suficientemente rígida para resistir la deformación y está unida 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 de las hojas miden aproximadamente entre 50 y 100 µm de largo y entre 20 y 30 µm de ancho, por lo que a 400× solo unas pocas llenan el campo visual; son lo suficientemente grandes como para que la disposición, y no solo la célula individual, se convierta en objeto de estudio.

La pared también explica la función de la vacuola. Debido a que la pared puede soportar la presión, la célula puede absorber agua por ósmosis hasta que su contenido ejerce una presión hacia afuera 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 delgada capa periférica. Es por eso que los cloroplastos se ven como un borde en lugar de un disco lleno, y por qué el centro de cada célula parece vacío. Una célula animal colocada en la misma agua se hincharía y estallaría, al no tener una pared que le haga resistencia —el vínculo directo con el laboratorio 004 sobre la ósmosis.

Los cloroplastos son visibles sin necesidad de tinción porque ya contienen una. La clorofila absorbe fuertemente en el rojo y el azul y transmite en el verde, por lo que cada cloroplasto —un orgánulo con forma de lente de unas 5 µm de diámetro— sustrae suficiente luz del haz como para registrarse como un cuerpo verde diferenciado. Un típico Elodea la célula contiene varias docenas. También son móviles, y flotan lentamente con el citoplasma, lo cual es uno de los pocos procesos vitales observables en un microscopio óptico.

Amplificación, resolución y campo de visión

La ampliación total es el producto del objetivo y el ocular: con el ocular estándar de 10×, M = M_objeto × M_ojo da 4 × 10 = 40×, 10 × 10 = 100× y 40 × 10 = 400×. Lo que se puede separar en absoluto se establece en su lugar por la apertura numérica impresa después de la potencia de cada objetivo. Según el criterio de Abbe d = λ / (2 × AN); para la luz verde a 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 puede ser resuelto por los tres, lo que coincide con la observación de que los gránulos verdes son visibles a partir de 100×; el objetivo de inmersión en aceite de 100× excluido (AN 1.25) alcanzaría 0.22 µm, pero solo con aceite de inmersión para llevar los rayos de ángulo alto 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, 1.8 mm con el amarillo y 18 ÷ 40 = 0.45 mm, o bien 450 µm, con el azul. Eso ofrece una manera de medir el tamaño de las células sin una retícula: un campo de 400× de 450 µm de ancho abarcado por unas seis células de extremo a extremo sitúa a cada célula cerca de los 75 µm de longitud, dentro del rango esperado. La profundidad de campo disminuye aún más rápido, desde decenas de micrómetros a 40× hasta menos de un micrómetro a 400×, razón por la cual el macrométrico está restringido a baja potencia; a 400× el objetivo se encuentra a una fracción de milímetro por encima del cubreobjetos y un movimiento macrométrico hace que el vidrio choque contra el vidrio.

Resumen de tareas por rango de calificaciones

Grado 9-10

• Enfoque — operar el microscopio de forma segura e identificar las partes de una célula vegetal, con su vocabulario correspondiente: objetivo, ocular, platina, enfoque macroétrico y micrométrico, preparación húmeda, cubreobjetos, colorante, pared celular, cloroplasto, vacuola, núcleo.
• Actividades — prepare ambas laminillas, observe cada una a 40×, 100× y 400×, y guarde las seis imágenes. Dibuje la vista teñida a 400× y señale la pared celular, un cloroplasto, la vacuola central y el núcleo. Responda las preguntas guiadas: ¿de qué color son los cloroplastos y por qué se pueden ver sin ningún tinte? ¿Qué estructura única reveló la solución de Lugol? ¿Por qué las células están dispuestas en filas ordenadas en lugar de estar amontonadas al azar?

Undécimo grado

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

12.º grado / Nivel universitario

• Enfoque —la óptica que limitaba el instrumento, la fisicoquímica de la turgencia y la selectividad del colorante.
• Actividades — calcula el límite de Abbe d = λ / (2 × NA) para los cuatro objetivos, incluido el excluido 100×/1.25, y explica qué le hace el aceite de inmersión a la apertura numérica y por qué el objetivo es inutilizable sin él; distingue la resolución del contraste y utiliza la distinción para explicar por qué los cloroplastos no necesitan tinción mientras que el núcleo sí; relaciona la vacuola central con el potencial hídrico y la presión de turgencia, prediciendo qué se vería tras montar la hoja en una solución salina concentrada en lugar de agua y nombrando el resultado; da cuenta de la química de la solución de Lugol (formación de triyoduro, afinidad por proteínas y ácidos nucleicos, y la reacción azul-negro separada con el almidón) y predice en qué se diferenciaría la vista teñida entre una hoja mantenida con luz brillante y una mantenida en la oscuridad durante 48 horas; y diseña un control que distinga una pared celular genuina del borde de una burbuja de aire atrapada.

Elementos esenciales para el 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×; aumento total de 40×, 100× y 400× (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

• ElodeaElodea) hojas en suspensión: una hoja pequeña por portaobjetos
• Agua (1 gota, primera diapositiva)
• Solución de Lugol 2% (1 gota, segunda diapositiva)