Retroalimentación escritos Grupales Terrario

SEMINARIO COMPRENSIÓN DE LO VIVO

EL TERRARIO Una perspectiva fenomenológica para la comprensión de lo vivo

Retroalimentación y valoración de Escritos Grupales- Julio 2021

CAMBIOS EN LA DINÁMICA DEL AGUA POR LA PLANTA A TRAVÉS DE DIFERENCIAS DE TEMPERATURA CHANGES IN THE DYNAMIC OF WATER BY THE PLANT THROUGH TEMPERATURE DIFFERENCES Joaquín Eduardo Bello Ballesteros, Ángel Danilo Florián Ardila, Juan Camilo Jiménez Jiménez

RESUMEN El proceso de transporte de agua en las plantas es ampliamente complejo, para llegar a adecuadas comprensiones es importante estudiar las propiedades de agua, las estructuras de la planta y los recorridos que el agua realiza en su interior. Del mismo modo, abordamos uno de los problemas principales de las plantas y es su pérdida de agua a través de la transpiración, lo cual nos llevó a diseñar un montaje experimental donde se utilizaron plantas de apio (Apium graveolens) expuestas al cambio de temperatura, debido a que es uno de los principales factores que aceleran la transpiración. El diseño permitió concluir que efectivamente a mayor aumento de temperatura más aumenta la velocidad de transpiración en la planta.

PALABRAS CLAVES Planta, transporte, transpiración, temperatura, agua, absorción.

ABSTRACT The process of transporting water in plants is widely complex, in order to reach a proper understanding it is important to study the properties of water, the structures of the plant and the paths that the water makes inside it. In the same way, we address one of the main problems of plants and it is their loss of water through transpiration, which led us to design an experimental setup where celery (Apium graveolens) plants exposed to temperature change were used. because it is one of the main factors that accelerate perspiration. The design concludes that effectively a further increase in temperature increases the transpiration rate in the plant.

KEY WORDS Plant, transport, perspiration, temperature, water, absorption

Comentado [IVO1]: Es un escrito que cuenta con una estructura que permite comprender con claridad las ideas expuestas por los autores, recoger manera efectiva los principales desarrollos tanto conceptuales como técnicos llevados a cabo por el equipo para dar cuenta de la dinámica del agua en el terrario y en la planta de apio debido a la variación en la temperatura, la caracterización que se realiza del agua es apropiada y habría sido interesante que se hubiera vinculado algunas relaciones que se establecieran en otros momentos del módulo como cuando se habló del papel de ésta en ciertos ambientes naturales, la descripción de montaje experimental permite reconocer los supuestos teóricos que se encuentran a la base del equipo para plantear dicho diseño y analizar los resultados a partir del seguimiento al mismo; estas descripciones se habrían enriquecido si se hubiera mencionado en algún lugar del documento algunos aspectos relacionados con la morfología de la planta de apio y el motivo por el cual fue seleccionada para la realización del montaje.

Es necesario algunos aspectos que tienen que ver con la fotosíntesis y cómo esta se vincula al funcionamiento de ciertas estructuras el desarrollo de procesos y sustancias.

En términos generales la forma del documento es la adecuada sin embargo se recomienda prestar un poco más de atención a la ortografía y redacción.

CALIFICACIÓN: 47

INTRODUCCIÓN En el siguiente escrito, tiene como objetivo plasmar los principales desarrollos conceptuales y metodológicos sobre la actividad de la construcción y estudio del terrario como un problema de estudio para la comprensión de lo vivo, centrándonos principalmente en las estructuras, que permiten o favorecen el flujo del agua al interior de la planta y sus recorridos; de igual manera se realiza una caracterización al agua. Lo anterior se hace para establecer una ruta de análisis utilizando un montaje experimental con una planta de apio donde se hacen variar condiciones como la temperatura del medio donde se encuentra la planta.

Sobre la siguiente pregunta: ¿Cómo asciende el agua a través de la planta?, se realizó una revisión conceptual; en relación con el ascenso del agua a través de la planta, de los elementos conductores del xilema (los vasos y las traqueidas) ocurre bajo tensión: Cuando la planta pierde agua por transpiración en el mesófilo foliar, se crea una tensión en el xilema y debido al mayor potencial hídrico del suelo y a la presión radicular, se genera un “empuje” del agua del suelo hacia las raíces y hacía arriba del xilema. La cohesión intermolecular del agua líquida y su adhesión a las paredes de los elementos conductores, permiten esta tensión.

La hipótesis planteada para esta investigación se basa en que uno de los factores que influyen en la transpiración es la temperatura: la velocidad de transpiración se duplica por cada 10°C de incremento de temperatura (Curtis, 2002). Por lo tanto, en el presente diseño experimental se variará la temperatura.

MARCO CONCEPTUAL

Terrario De acuerdo con Dauner (2002). El terrario, al igual que el acuario y los vivarios en general acaba siempre por convertirse para su cuidador en un cumulo de experiencias que se apartan cada vez mas de su mera definición física. De todos modos, podemos intentar definirlo como un recipiente en el que se reproducen fielmente las condiciones necesarias para distintos seres de vida total o parcialmente terrestre.

Estructura de las plantas •

Raíces: Es el órgano de la planta que crece normalmente en sentido inverso al del tallo, se entierra en el sustrato (raíz hipógea), aunque puede también vivir en el aire (raíz epígea) y normalmente posee geotropismo positivo. Se origina a partir de la radícula del embrión, fija la planta al sustrato y absorbe alimentos disueltos y agua;

Comentado [IVO2]: redacción

en ocasiones puede almacenar sustancias de reserva y sintetizar algunas sustancias orgánicas (alcaloides, citoquininas, etc.) o participar en el intercambio de gases.

Generalmente no tiene yemas ni apéndices foliares, aunque ocasionalmente las primeras pueden aparecer en algunas especies (lenguilla, acacia, diente de león, álamo). Las raíces se hallan en helechos y plantas con flores, con excepción de algunas especies acuáticas (Utricularia) y epífitas (Tillandsia usneoides)(Ramírez & Goyes, 2004).

•

Tallo: Es la porción del eje de la planta, comúnmente aérea, que por lo general posee yemas y hojas o escamas. La mayoría de veces tiene geotropismo negativo y crece en sentido vertical y opuesto al de la raíz. Se desarrolla a partir del caulículo de la planta, por la actividad del meristema de su ápice. Se encarga de la formación y soporte de nuevas hojas, ramas laterales e inflorescencias o flores, del transporte de sustancias entre las raíces y las hojas o entre hojas y otros órganos, del almacenamiento de productos de reserva y en ocasiones la de asimilación (Ramírez & Goyes, 2004).

•

Xilema: En las plantas el mecanismo de transporte de las sustancias se realiza por medio de dos clases de tejidos vasculares especializados que son Xilema y Floema, los cuales están en todas las plantas, ya que se pueden ver en la raíz, tallo y hojas.

Normalmente, el Xilema y el Floema for-man un cilindro alrededor de la médula central. Este cilindro está compuesto de células dispuestas verticalmente una a continuación de otra como un haz de popotes en un vaso. El Xilema o teji-do leñoso conduce el agua y las sales minerales (savia bruta) disueltas, de la raíz a las hojas.

La estructura del Xilema de células alargadas verticalmente es la más ade-cuada para el transporte y su tipo de células se llama Traqueida, que tiene paredes gruesas de células de unos 4 mm. de largo llenas de orificios, por donde se lleva a cabo el movimiento de líquidos. Estas traqueidas, en ge-neral, no son células vivas, tienen núcleo citoplasma al principio de su vida y como células muertas funcionan como tubos de conducción. El centro de un árbol viejo adquiere un color oscuro debido a la acumulación de ciertos compuestos orgánicos de la parte vieja del Xilema que se le llama Duramen y que sólo sirve de soporte al árbol, pero algunas veces se degenera.

El árbol crece debido a que su parte externa está activa y se le llama Albura (Cornejo & otros, 2006).

•

Hoja: Son los órganos fundamentales de la fotosíntesis, esto es, el proceso por el que el agua y el dióxido de carbono presente en el aire se combinan para formar compuestos químicos más complejos, llamados hidratos de carbono, que la planta utiliza como alimento y fundamento de su crecimiento estructural. Las hojas tienen

Comentado [IVO3]: revisar en este párrafo ya que aparecen palabras separadas por un guión lo cual pueden evidenciar que la información fue copiada de otro documento sin haber tenido la precaución de haber eliminado el formato con el que venía

también otras funciones, la más importante es suministrar el canal a través del cual el agua se evapora al entrar en contacto con el aire, lo que obliga a la planta a absorber más agua con las raíces y, junto con ella, también nutrientes minerales presentes en el suelo. Para que la fotosíntesis se más eficaz, la hoja debe exponer a la luz del sol una superficie lo más extensa posible. pero cuanta más luz, más calor recibe también, lo que acelera la evaporación. el peligro reside en que el agua se evapore con más rapidez que la de las raíces en extraerla del suelo, en cuyo caso la planta se marchitará y, posiblemente, morirá (Buczacki Stefan, 1994).

•

Estomas: Las estomas son poros ajustables que por lo general se abren durante el día, cuando se requiere CO2 para la fotosíntesis, y se cierran en la noche, cuando la fotosíntesis se detiene. La apertura y cierre de estomas están controlados por cambios en la forma de las dos células oclusivas que rodean cada poro. La forma de las células oclusivas está determinada por su rigidez. Cuando el agua se mueve hacia las células oclusivas desde células no oclusivas circundantes, las células oclusivas se vuelven turgentes (se hinchan) y doblan, lo que produce un poro. Cuando el agua sale de las células oclusivas, se vuelven flácidas (flojas) y colapsan una con otra, lo que cierra el poro. La mayor parte de la transpiración ocurre a través de estomas abiertas. Los numerosos poros de estoma que son tan efectivos en el intercambio de gases por fotosíntesis también ofrecen aperturas a través de las cuales escapa vapor de agua (Solomon, Berg & Martin, 2013).

Agua El agua posee propiedades únicas que la hacen esencial para la vida. Es un material flexible: un solvente extraordinario, un reactivo ideal en muchos procesos metabólicos; tiene una gran capacidad calorífica y tiene la propiedad de expandirse cuando se congela. Con su movimiento puede modelar el paisaje y afectar el clima. Existe en las tres fases, sólida, líquida y gaseosa, tiene una gran capacidad calorífica, puede absorber una cantidad de calor importante sin aumentar demasiado su temperatura. Alta tensión superficial. Esto significa que el agua es pegajosa y elástica y tiende a unirse en gotas en lugar de separarse en una capa delgada y fina. La tensión de la superficie es la responsable de la acción capilar, de que el agua pueda moverse (y disolver substancias) a través de las raíces de plantas y a través de los pequeños vasos sanguíneos en nuestro cuerpo. Los átomos de hidrógeno se "unen" a un lado del átomo de oxígeno, resultando en una molécula de agua, teniendo una carga eléctrica positiva en un lado y una carga negativa en el otro. Ya que las cargas eléctricas opuestas se atraen, las moléculas de agua tienden a atraerse unas a otras (Fernández Cirelli, Alicia 2012).

Comentado [IVO4]: esta idea acerca de los momentos en los cuales se lleva a cabo los procesos de fotosíntesis es un poco reduccionista, no sé si es por la forma como está expresada o sí está vinculada a una dificultad de orden conceptual

METODOLOGÍA Se estableció una ruta metodológica que permitiera proporcionar seguimiento al trabajo investigativo sobre la dinámica del agua en las plantas. Se construyeron 4 etapas: La primera corresponde a la construcción del terrario a partir de los materiales indicados por los docentes, donde se desarrollaría nuestra primera observación de la dinámica del agua en las plantas del , seguidamente tenemos la revisión bibliográfica sobre las Propiedades del agua, los recorridos que realiza en la planta y las estructuras, como consecuencia tenemos la tercera etapa, que plantea la Hipótesis de investigación sobre la dinámica del agua en la planta, por último, la elaboración del diseño experimental que permitió evaluar la hipótesis.

MATERIALES Y MÉTODOS El diseño del terrario de tipo cerrado nos permite evidenciar la formación y adaptación de las plantas en el interior de este, donde la humedad de la tierra producida por el agua se recicla constantemente a través de la dinámica que se establece en este sistema y no escapa al exterior debido a que se encuentra cerrado, por otra parte, el vidrio al ser un elemento transparente permite el paso de la luz y el aumento de la temperatura interna del terrario lo que provoca, que el agua que se encuentre presente tanto en las plantas, como en el suelo y aire, circule formando vapor y a su vez condensándose cuando este se enfría, seguidamente, precipitándose al suelo por las paredes del acuario o por la formación de gotas de agua y humedeciendo nuevamente esta tierra, y así ser absorbido de nuevo por las plantas y ser puesto en circulación, más aún, generando un microclima al interior del recipiente.

Observación y registro fotográfico del terrario JOAQUIN: Lagrima de bebé Centavitos y Suculenta

ANGEL: Musgo, Centavito y Picardía

JUAN: Caléndula y Suculentas

Comentado [IVO5]: …

La dinámica del agua en el terrario comenzó alrededor de 12 horas después de sellarse, se empezaron a observar gotas de agua en el cristal y en el papel vinipel, probablemente provenientes de la evotranspiración. Por otro lado, al estar expuesto a la luz solar por unos 45 minutos, el vinipel tomo una forma convexa hacia afuera, probablemente por el incremento de gases y vapor de agua que se estaba dando en el interior del terrario.

La presencia de vaho comienza a aumentar, así como la formación de las primeras gotas de agua que luego caerán a la superficie. Se puede evidenciar crecimiento de nuevas ramificaciones de musgo, así como nuevas hojas en la picardía y centavito. En las hojas de la picardía, aparecen gotas de agua de considerable tamaño, así mismo como en las hojas del centavito, se aprecia mucha humedad en el muso en especial en las horas de la noche.

Se logra observar en el terrario que dependiendo de la hora del día hay más o menos acumulación de gotas, así mismo hay momento en el día donde las sé evidencia cómo un tono nublado en el plástico. 7:00 am se observa mayor condensación o vapor de agua sobre la pared superficial del terrario. Se logro observar un estado débil en la calendula, como si no tuviera fuerza para levantar los pequeños sépalos 10:00 pm existe una menor cantidad de espacios nublados en la superficie plástica del terrario y se observan gotas de mayor concentración o tamaño.

Tabla N°1. Observación y registro fotográfico del terrario.

Seguidamente a partir de las observaciones realizadas en el terrario, nos permite cuestionarnos y plantear un diseño experimental de cómo es la dinámica del agua en la planta es por ello, que se realizó un diseño experimental de tipo cuantitativo donde se utilizaron 2 plantas similares de apio (Apium graveolens) obtenidas de un supermercado común para realizar el cambio de temperatura y el análisis de los datos obtenidos. Además, se reunieron los siguientes materiales: 2 termómetros de mercurio de laboratorio, 2 vasos de precipitado beaker de 250 ml, una caja de cartón negra con bombillo de 100 watts, agua y colorante para alimentos azul.

Se procedió a calcular la temperatura ambiente del lugar (20°) y el interior de la caja con el bombillo encendido (35°) con los termómetros sumergidos en un poco de agua, seguido de ello, se preparó una solución de agua con colorante de alimentos dentro de los dos beaker; exactamente en la medida de 150 ml. Después, fueron introducidos los tallos del apio (ambos de la misma altura: 20 cm) en cada uno de los beaker, uno se situó dentro de la caja cerrada y el otro al lado de la ventana.

Se construyó una tabla de recolección de datos donde se determinó realizar observación de los montajes, teniendo en cuenta 3 aspectos: tono del color en las estructuras de la planta (tallo, pecíolo y lamina foliar), ascenso del agua coloreada por el tallo y cantidad de hojas coloreadas. La observación se realizó cada 5 minutos durante media hora, es decir, 6 observaciones que permitieran determinar la velocidad de transpiración.

Por otro lado, luego del tiempo de observación, se realizaron dos tipos de corte que permitieran observar los haces del xilema y floema por donde se dirigió el agua. El primero fue un corte transversal a mitad del tallo y el segundo de tipo coronal que permitiera observar la distancia del agua coloreada recorrida a través del tallo.

Comentado [IVO6]: redacción

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

TIEMPO (min) 5

10

15

20 25

30

OBSERVACIONES A TEMPERATURA AMBIENTE 20°C (Planta 1) Tono: Ninguno Ascenso: Ninguno Cantidad de hojas: Ninguno Planta sin cambios Tono: Ninguno Ascenso: Ninguno Cantidad de hojas: Ninguno Planta sin cambios

OBSERVACIONES A 35º C (Planta 2)

Tono: Ninguno Ascenso: Ninguno Cantidad de hojas: Ninguno Planta sin cambios Tono: Azul claro Ascenso: Haces conductores de los extremos del tallo coloreados por debajo de la mitad (5cm) Cantidad de hojas: Ninguno Tono: Azul claro Ascenso: Haces conductores de los extremos del tallo coloreados hasta la bifurcación de las hojas.

Cantidad de hojas: 3 hojas compuestas (en racimo) cercanas a los extremos coloreadas.

Tono: Ninguno Ascenso: Ninguno Cantidad de hojas: Ninguno Planta sin cambios Tono: Ninguno Ascenso: Ninguno Cantidad de hojas: Ninguno Planta sin cambios Hojas más altas se arrugan por presencia de bombillo Tono: Azul claro Ascenso: Haces conductores de los extremos del tallo coloreados hasta la mitad (7 cm).

Cantidad de hojas: Ninguno Tono: Azul claro Ascenso: Haces conductores de los extremos del tallo coloreados hasta la bifurcación de las hojas.

Cantidad de hojas: 3 hojas compuestas (en racimo) cercanas a los extremos coloreadas.

Tono: Variación hacia azul oscuro en todos los recorridos.

Ascenso: Haces conductores de los extremos del tallo coloreados hasta la bifurcación de las hojas y todos los peciolos de las hojas compuestas.

Cantidad de hojas: Todas las hojas coloreadas (6 hojas compuestas en racimo).

Tono: Azul claro Ascenso: Haces conductores de los extremos del tallo coloreados hasta la bifurcación de las hojas.

Cantidad de hojas: Todas las hojas coloreadas (6 hojas compuestas en racimo).

Ápices con puntos azules.

Tono: Azul oscuro Ascenso: Haces conductores de los extremos del tallo coloreados hasta la bifurcación de las hojas y todos los peciolos de las hojas compuestas.

Cantidad de hojas: Todas las hojas coloreadas (6 hojas compuestas en racimo). Ápices con puntos azules.

Tabla 2. Resultados y observaciones del experimento.

Los datos obtenidos nos permiten analizar algunos elementos relacionados con la velocidad de transpiración teniendo en cuenta los cambios de temperatura que se realizaron en el diseño experimental. Inicialmente, se puede interpretar que el ascenso del agua por capilaridad en la planta 2 empezó entre los 5 y 10 minutos para finamente ser observado en una proporción por los haces externos del tallo alrededor de los 15 minutos (7 cm de altura), mientras que en la planta 1 se logró observar hasta los 20 minutos de tiempo transcurrido.

Alrededor de los 20 minutos, la planta 2 ya tenía un ascenso del agua hasta la bifurcación de las hojas mientras que la planta 1 había ascendido solamente 5 cm, igualmente ya se observaban algunas hojas coloreadas de menor tamaño cercanas al tallo. Entre los 25 y 30 minutos toda la planta 2 estaba coloreada, además, de iniciar a cambiar el tono de color azul

claro a oscuro; probablemente porque el agua estaba recorriendo y almacenándose en todos los tejidos celulares faltantes.

Por otro lado, después de terminar los momentos de observación, se realizaron los dos cortes para evidenciar los haces conductores por los que recorrió el agua:

Experimento apio a 35°

Montaje experimental

diseño

Vista panorámica del Corte transversal de las recorrido del agua con plantas azul de metileno Tabla 3. Resultados y observaciones del experimento con apio.

Corte coronal

En el corte transversal (Fotografía 1) se pueden observar los haces conductores dispuestos en forma de arco por el tallo; alrededor de 14, en los cuales se puede observar el recorrido del agua que tuvo a lo largo del experimento. Del mismo modo, en el corte coronal, se pueden observar los mismos haces conductores por los que el agua tuvo recorrido durante el experimento. Sin embargo, la velocidad de transpiración fue mayor en la planta 2 debido a que en la planta 1 en ambos cortes, los haces no se encuentran teñidos, sino solamente algunos.

Fotografía 1. Corte transversal por el tallo.

A la Izq. Planta 2. Der. Planta 1

Fotografía 2. Corte coronal A la Izq. Planta 2. Der. Planta 1

La mayor parte del agua absorbida y transportada a través de las plantas se mueve por la presión negativa generada por la evaporación del agua de las hojas - este proceso se conoce comúnmente como el mecanismo de Cohesión-Tensión (C-T). Este sistema puede funcionar porque el agua es "cohesiva", es decir, se adhiere a sí misma mediante fuerzas generadas por los enlaces de hidrógeno. Estos enlaces de hidrógeno permiten que las columnas de agua de la planta mantengan una tensión considerable, y ayuda a explicar cómo el agua puede ser transportada a las copas de los árboles a 100m por encima de la superficie del suelo. La evaporación en el interior de las hojas se produce predominantemente a partir de las superficies húmedas de las paredes celulares rodeadas por una red de espacios de aire. Los meniscos se forman en esta interfaz aire-agua, donde el agua contenida en los capilares de la pared celular queda expuesta al aire de la cavidad subestomática. Esta es impulsada por la energía del sol para romper los enlaces de hidrógeno entre las moléculas, el agua se evapora de los meniscos, y la tensión superficial en esta interfaz tira de las moléculas de agua para reemplazar las perdidas por la evaporación. Esta fuerza se transmite a lo largo de las columnas de agua continuas hasta las raíces, donde provoca una afluencia de agua desde el suelo.

CONCLUSIONES Se pudo corroborar que el ascenso del agua ocurrió en un menor tiempo en la planta que estaba expuesta a temperaturas superiores a la del ambiente (35ºC), lo que podemos contrastar en la literatura donde encontramos que: la velocidad de transpiración se duplica cada 10ºC de incremento de temperatura (Curtis, 2002).

La experiencia permitió identificar y detallar estructuras de la planta que intervienen en el transporte del agua para comprender la complejidad de este organismo.

El agua que es transportada en las estructuras capilares también es impulsada por la energía lumínica proveniente del sol o de fuentes artificiales como la de un bombillo como el utilizado en el experimento.

Las moléculas del agua presentan unas propiedades específicas que se refieren a las fuerzas de adhesión, cohesión y tensión las cuales intervienen para formar una tracción que hace que la columna de agua ascienda desde la raíz hasta las hojas más altas.

Se puede evidenciar como el transporte del agua se realiza de manera continua en el interior de la planta, y va desde el suelo hasta la planta y finalmente a la atmosfera debido al proceso de transpiración.

Comentado [IVO7]: referencia

BIBLIOGRAFÍA Buczacki Stefan (1994). Arbustos de jardín. Tursen Hermann Blume Ediciones S.A: Madrid, España.

Cornejo G.J., Rosales P.V., Gauna F P.O., Rubio C.E., Campos G.A. (2006). Biología 2.

Editorial Umbral S.A. Zapopan, Jalisco, México.

Curtis. B. (2002). Invitación a la Biología. Quinta edición.

Dauner Enrique (2002). El terrario fácil editorial hispano. Barcelona España. Europa S.A. Fernández Cirelli, Alicia (2012). El agua: un recurso esencial. Química Viva, 11(3),147-170.

Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=86325090002

McElrone, A. J., Choat, B., Gambetta, G. A. & Brodersen, C. R. (2013) Water Uptake and Transport in Vascular Plants. Nature Education Knowledge 4(5):6 Ramirez P. B.R., Goyes A. R.I., (2004). Botánica Generalidades, Morfología y Anatomía de Plantas Superiores. Editorial Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

Solomon E.P., Berg L.B., Martin D.W. (2013). Biología. Novena edición, Cengage Learning, Inc. México, D.F.

LA DINÁMICA DEL AGUA EN LA PLANTA: UNA PERSPECTIVA FENOMENOLÓGICA PARA LA COMPRENSIÓN DE LO VIVO

THE DYNAMICS OF WATER IN THE PLANT: A PHENOMENOLOGICAL PERSPECTIVE FOR UNDERSTANDING THE LIVING Karen Geraldine Rodríguez Dallos1, Sandra Patricia Verano Fuentes2

RESUMEN El terrario como perspectiva fenomenológica se considera un espacio – tiempo de condiciones que acontecen una serie de fenómenos y se construyen explicaciones a las dinámicas que suceden allí a partir del cuestionamiento de la experiencia básica, el planteamiento de preguntas e hipótesis, las relaciones e interacciones conceptuales y el diseño e implementación de modelos experimentales para la comprensión de la dinámica de lo viviente. Para dar cuenta de ello, se elaboró una ruta metodológica relacionada con la dinámica del agua en la planta: En primera instancia, se realizó una aproximación al mundo fenoménico a través de la construcción de un terrario, el cual permitió cuestionarnos y plantear la pregunta problema y la hipótesis en torno a la dinámica del agua en la planta. Posteriormente, se realizó la modelización de explicaciones conceptuales y experimentales y, por último, se diseñó e implementó un montaje experimental que dio cuenta de la pregunta formulada; de igual manera, se resaltaron los limitantes para el desarrollo del montaje propuesto y las reflexiones derivadas de este.

ABSTRACT The terrarium as a phenomenological perspective is considered a space - time of conditions that occur in a series of phenomena and explanations of the dynamics that occur there are built from the questioning of the basic experience, the posing of questions and hypotheses, the conceptual relationships and interactions and the design and implementation of experimental models for understanding the dynamics of the living. To account for this, a methodological route related to the dynamics of water in the plant was developed: In the first instance, an approach to the phenomenal world was made through the construction of a terrarium, which allowed us to question and pose the problem question and the hypothesis around the dynamics of the water in the plant. Subsequently, conceptual and experimental explanations were modeled and, finally, an experimental setup was designed and implemented that accounted for the question asked; in the same way, the limitations for the development of the proposed montage and the reflections derived from it were highlighted.

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Estudiante de maestría en Docencia de las Ciencias Naturales. Universidad Pedagógica Nacional. krodriguezd@upn.edu.co Estudiante de maestría en Docencia de las Ciencias Naturales. Universidad Pedagógica Nacional. spveranof@upn.edu.co

Comentado [IVO1]: el escrito posee una estructura adecuada que permite comprender con facilidad las ideas expuestas en él y que recogen de manera efectiva todo el proceso llevado a cabo por el equipo de trabajo a lo largo del módulo del terrario, es interesante ver la forma cómo se reconstruyen los diferentes momentos durante el desarrollo de las actividades propuestas y aquellos elementos que hacen parte del proceso del grupo de trabajo para el diseño, implementación y análisis de una ruta explicativa para dar cuenta de la dinámica del agua en el terrario. la revisión bibliográfica es coherente y permite establecer relaciones con el fenómeno observado, de igual forma brinda elementos de discusión al equipo para configurar elementos que hacen parte del montaje experimental y otros relacionados con la complejización de explicaciones.

Habría sido interesante como parte del ejercicio de documentación incluir bibliografía sugerida en el material del módulo que permitiera establecer relaciones con otras condiciones como la luz, para lo cual los aportes de Baker y Allen son muy importantes.

En términos generales las ideas expuestas son claras y hacen parte de un discurso articulado acerca de la dinámica del agua las plantas relacionando el papel de las estructuras los procesos y las condiciones, sin embargo algunas ideas quedaron solamente enunciadas y requieren de mayor detalle y precisión, esas fueron señaladas en el documento. la descripción del montaje experimental es clara y las tablas utilizadas son un ejemplo del seguimiento realizado al mismo que permite construir unas conclusiones que dan cuenta de los desarrollos alcanzados por el equipo.

En términos generales la forma del documento es adecuada y presenta una buena redacción sin embargo se recomienda prestar un poco más de atención a la conjugación de algunos verbos y el uso de las tildes CALIFICACIÓN: 47

PALABRAS CLAVES fenomenología, terrario, agua, cohesión, adhesión, tallo, xilema, traqueidas, vasos, teoría tensión cohesión KEY WORDS Phenomenology, terrarium, water, cohesion, adhesion, stem, xylem, tracheids, vessels, tensioncohesion theory

INTRODUCCIÓN Las plantas son seres vivos que carecen de simplicidad, puesto que al caracterizar sus estructuras y sus interacciones con factores como el agua se logra percibir en cierto sentido lo complejo que es como organismo. Tras la construcción de un terrario, como actividad desencadenante, se desarrolla un punto de partida donde fue inherente cuestionarse y generar un espacio de reflexión frente a las dinámicas que hacen posible la vida para las plantas. Lo anterior, dio inicio a una ruta metodológica que se crea a partir de un desarrollo conceptual y experimental para la comprensión de lo vivo, en torno a las estructuras de la planta, las propiedades y características del agua como uno de los componentes esenciales para la vida.

A partir de las observaciones en el terrario, surge una pregunta que se tiene en cuenta a lo largo de la ruta metodológica: ¿Cuál es la dinámica del agua en las plantas?, la cual permitió cuestionarnos y plantear una pregunta más específica para el análisis del objeto de estudio: ¿Cómo asciende el agua a través de la planta?, por lo que se formuló la siguiente hipótesis: “El ascenso del agua a través de los elementos conductores del xilema (los vasos y las traqueidas) ocurre bajo tensión: cuando la planta pierde agua por transpiración en el mesófilo foliar, se crea una tensión en el xilema y debido al mayor potencial hídrico del suelo y a la presión radicular, se genera un “empuje” del agua del suelo hacia las raíces y hacía arriba del xilema. La cohesión intermolecular del agua líquida y su adhesión a las paredes de los elementos conductores, permiten esta tensión. Uno de los factores que influyen en la transpiración es la temperatura: la velocidad de transpiración se duplica por cada 10°C de incremento de temperatura (Curtis, 2002)”.

Para dar respuesta a las preguntas anteriores y corroborar la hipótesis planteada, se propone un diseño experimental en donde se exponen las plantas de apio a distintas condiciones de temperatura para evidenciar el ascenso del agua, su desplazamiento por las estructuras y su relación con el tiempo en el que ocurre este fenómeno; por ende, las observaciones se realizaron en tiempos establecidos, permitiendo generar relaciones, espacios y ejercicios de pensamiento sobre los factores que influyen en la vida de estos seres vivos.

MARCO CONCEPTUAL A continuación, se presentan los referentes teóricos que fueron de gran utilidad para la construcción de explicaciones conceptuales y experimentales para la comprensión de la dinámica del agua en las plantas.

Propiedades del agua El agua es una sustancia que está formada por átomos de hidrogeno y oxígeno, los cuales se unen de forma covalente debido a la naturaleza de los elementos que la componen, ya que son no metales. Las moléculas del agua son polares, por sus electronegatividades que difieren en gran medida, lo que le da a esta molécula propiedades como: la tensión superficial, fuerzas de adhesión, cohesión y alto calor de vaporización. Estas propiedades a nivel molecular tienen una influencia en el comportamiento particular del agua en las plantas, puesto que le concede la capacidad de desplazarse hacia todas las estructuras (Universidad de Buenos Aires, 2018) A continuación, se describirá cada una de las propiedades de esta molécula y su relevancia en las

Comentado [IVO2]: es necesario detallar esta afirmación teniendo en cuenta dentro de la afirmación no se encuentra la base una idea de organización ni del agua como una condición dentro de los ecosistemas, en esta afirmación a la composición del agua vinculándola a la presencia de 2 clases de átomos diferentes

plantas: -

Tensión superficial: Esta fuerza se presenta específicamente por las interacciones intermoleculares del agua, que son de tipo puente de hidrogeno, entre átomos de hidrogeno y oxigeno de distintas moléculas, los cuales se relacionan debido a sus cargas parciales, tal fuerza se presenta distintos sentidos. En la superficie del agua, estas interacciones solo se dan hacia

Comentado [IVO3]: redacción

debajo de ella, por ende, se crea la tensión (Palacios Estremera, n.d.), que es usada por las plantas para circundar el agua desde la raíz hasta las hojas más altas, esta fuerza impide que se

Comentado [IVO4]: circundar o circular?

rompa la superficie del agua y actúa de manera perpendicular a la superficie. Es la responsable de la capilaridad, que es el ascenso de un líquido en un tubo. En el caso de la planta, la capilaridad hace referencia al ascenso del agua por estructuras como el xilema que se componen de tráqueas y traqueidas (Alba, 2005).

-

Fuerza de adhesión y cohesión: La adhesión del agua hace referencia a la capacidad de esta sustancia para adherirse a una superficie, por ejemplo, como la pared celular. Así mismo, la cohesión se presenta por las interacciones entre las moléculas, las cuales les permiten permanecer juntas. Un proceso donde se evidencian estas fuerzas del agua en relación con la planta es en la transpiración de las hojas, donde se crea tensión en las células del mesófilo.

Debido a la tensión, el agua resulta tirada desde las raíces hasta las hojas, ayudada por las fuerzas de adhesión y cohesión, que se da a partir del mecanismo de flujo de agua por diferencias de gradientes hídricos y se desplaza por medio de difusión.

Comentado [IVO5]: habría sido interesante que profundizarán en qué tipo de interacciones entre moléculas se presentan sí se hace referencia exclusivamente a la fuerza de cohesión, a los puentes de hidrógeno o a las fuerzas de Van der Walls que son de las interacciones más frecuentes entre moléculas

-

Alto calor de vaporización: El agua es una sustancia que tiene un alto calor especifico y calor latente de vaporización, es decir que requiere de energía considerable para evidenciar cambios en su estado físico. Esto les permite a las plantas mantener una temperatura óptima, sin tener un cambio significativo a causa de la energía solar. Es decir, al tener un alto calor de vaporización, el agua les permite a las plantas enfriarse al evaporar esta sustancia que se halla en la superficie de las hojas, lo que se conoce como transpiración. Este proceso es considerado como un componente fundamental en la regulación de la temperatura de estos seres vivos (Taiz y Zeiger, 2006)

Estructuras de la planta Las fuerzas de cohesión y adhesión del agua son importantes en la fisiología vegetal ya que permiten el ascenso del agua desde las raíces hasta las hojas. Para comprender esta dinámica, es fundamental reconocer y caracterizar las estructuras de las plantas que intervienen en el recorrido que hace el agua dentro de la misma.

La raíz está conformada por la epidermis, la cual absorbe agua y minerales por medio de extensiones tubulares de células epidérmicas denominados pelos radicales; la corteza, la cual ocupa el área más grande de las raíces y se encarga del almacenamiento de almidón y otras sustancias; y el cilindro vascular, conformado por tejidos vasculares (floema y xilema), los cuales están rodeados por una o más capas de células, el periciclo (Raven y otros, 1991).

Las principales funciones asociadas a la raíz son el almacenamiento de carbohidratos y otras sustancias elaboradas por la planta, la fijación del suelo y la absorción de agua y minerales. (Londoño, 2020). En relación con este último, el agua ingresa por osmosis formando presión radicular, la cual permite el desplazamiento del agua en distancias cortas por el tallo.

(a)

(b)

Imagen 1. Estructura de la raíz (a) sección transversal de la raíz de un botón de oro. Visión de conjunto de la raíz madura (Raven, 1991). (b) Pelos radicales de la Raíz. Imagen obtenida al microscopio scanner de pelos absorbentes de caña (Arundo Donax).

Comentado [IVO6]: atención con la escritura correcta de los nombres científicos que se encuentra compuesto de 2 partes el primero es el nombre del género el cual debe llevar la inicial mayúscula, mientras que el segundo corresponde al nombre de la especie que debe ser todo en minúscula

El tallo puede crecer tanto en longitud como en grosor (las plantas que tienen un crecimiento secundario del tallo se dan únicamente en grosor) y, debido al tejido meristemático, puede producir hojas y ramas.

Las dos funciones principales del tallo son el soporte de las partes aéreas (hojas, flores y frutos) y la conducción de agua y sustancias disueltas entre las raíces y las hojas.

La conducción se realiza a través de los tejidos especializados organizados en haces fibrovasculares.

Cada haz fibrovascular está conformado por tejidos del xilema y el floema, un tejido de soporte y una capa de células de cambium, los cuales generan nuevas células del floema hacía la parte externa y del xilema hacia la parte interna (Londoño, 2020).

Imagen 2. Aristolochia. A: Planta; B: Transcorte de tallo primario; C: Detalle del transcorte. Imagen tomada de: http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema17/17-3tallo.htm#EUSTELA

Los tejidos del xilema y el floema tienen una función de conducción de sustancias entre las raíces y los demás órganos de la planta. El floema es el principal tejido conductor de nutrientes y el xilema es el tejido adaptado para el transporte ascendente del agua a lo largo de la planta.

El xilema está conformado por dos células conductoras denominadas vasos y traqueidas. Estas son células alargadas con paredes celulares gruesas, duras y lignificadas lo que otorga rigidez al tallo (Megias et al., 2018 citado en Londoño, 2020).

Los vasos se fusionan en hileras para formar tubos largos y se caracterizan por presentar perforaciones, las cuales son orificios en la pared celular y se hallan, generalmente, en las paredes terminales. Estos vasos pueden oscilar entre 20 y 700µm de longitud dependiendo de la especie; y las traqueidas, se caracterizan por presentar paredes terminales adelgazadas que se recubren con las células contiguas, y punteaduras, a través de las cuales fluye el agua y se concentran en los extremos adosados de las células.

Las traqueidas, en comparación con los vasos, son más cortas y estrechas. (Azcón y Talón, s.f.).

Imagen 3. Elementos conductores del xilema por donde circula el agua Tomada de: http://fisiolvegetal.blogspot.com/2012/09/

La diferencia entre las traqueidas y los vasos es que éstos últimos tienen mayor diámetro, son más achatadas y sus paredes transversales están perforadas, lo que les da mayor capacidad para conducir el agua (Megias et al., 2018 citado en Londoño, 2020) en comparación con las traqueidas, donde sus punteaduras oponen mayor resistencia al agua que asciende. Estos elementos conductores recorren toda la planta, desde las raíces hasta las hojas.

Las hojas transforman los materiales que recibe del xilema en nutrientes para la planta a través de la fotosíntesis y ayudan a controlar el flujo hídrico a través de esta por medio de la transpiración (Londoño, 2020), proceso basado en la pérdida de agua en la planta en forma de vapor.

Las hojas están conformadas por el peciolo, estructura cilíndrica y alargada que conecta el limbo con el tallo y, a través de éste, se transportan las sustancias entre ellos; y el limbo, estructura donde se presenta el intercambio gaseoso entre la planta y la atmósfera y también donde se absorbe la luz. Las hojas también presentan nerviación con xilema y floema. El primero se organiza hacia la superficie adaxial, mientras que el segundo se ubica hacia la superficie inferior (Megias et al., 2019 citado en Londoño, 2020).

(a)

(b)

(c)

Imagen 4. Estructura de la hoja. (a) Hoja completa (García, 2010) (b) Sección transversal mostrando el nervio medial de la hoja lila (syringa vulgaris) (Raven, 1991) (c) Imagen 5. Imagen obtenida al microscopio electrónico de estoma de hoja de pepino (Cucumis sativus). Fuente: J. Troughton & L. A. Donaldson (1972). Probing Plant Structure. Edit. Chapman & Hall

Las hojas presentan estomas, las cuales están formadas por un ostiolo que está limitado por dos células oclusivas, que poseen cloroplastos y tienen una forma arriñonada. Estas cuando están turgentes, se arquean y el orificio se abre; cuando pierden agua, se vuelven flácidas y el estoma se cierra. Por otra parte, la luz es un factor que estimula la apertura de los estomas; y la falta de agua en la planta o las altas concentraciones de CO2 de las células oclusivas provocan el cierre de éstos (Alegría, 2016).

El cierre y apertura del ostiolo regula el intercambio gaseoso con la atmósfera al igual que la transpiración, la cual tiene un papel fundamental en la regulación del flujo hídrico desde las raíces hacia las hojas. (Megias et al., 2019 citado en Londoño, 2020).

Teoría de tensión – cohesión Así como se plasmó anteriormente, una de las características propias del agua es la interacción entre sus moléculas, las cuales generan fuerzas de tensión y cohesión. Hoy en día una de las teorías las cuales explican la dinámica del agua en las plantas es la teoría en la que se ven inmersas estas dos fuerzas, propuesta por John Joly y Horatio Henry Dixon (Martínez Vialta y Piñol, 2003) Esta teoría se relaciona con otra cuestión que permite comprender el movimiento del agua a través de la planta. Esta es la energía libre del agua en los distintos puntos del vegetal, lo que da la posibilidad de predecir en qué sentido se va a desplazar el fluido, si lo hará desde la célula hasta el medio, desde la raíz hasta las hojas o de manera inversa. La manera en la cual es posible interpretar esa energía, es a partir del potencial hídrico (Ψ), que hace referencia al movimiento del agua, según gradientes de energía. El potencial hídrico, se define a partir de un estado de referencia, que es el agua a 1 atm de presión, una temperatura de 25ºC y una elevación determinada, donde el potencial hídrico es igual a cero. El agua se desplaza de una parte donde la energía libre es mayor hacia donde la energía libre es menor, esto quiere decir que su movimiento será de un punto donde es mayor el potencial hídrico a uno donde sea menor. (Universidad de Buenos Aires, 2018) Esto tiene relación en los sistemas donde hay un desplazamiento hídrico y las plantas no son la excepción. El potencial hídrico en las raíces es cercano a cero, esto debido a sus condiciones de presión; en las hojas es negativo ya que hay una tensión (García, 2019), generada por las fuerzas que intervienen allí, lo que provoca una tracción en las moléculas del agua. En consecuencia, el agua ira desde las raíces hasta las hojas teniendo en cuenta este cambio en la energía libre del agua y sus propiedades.

En este punto se hace indispensable relacionar esta teoría con las estructuras de la planta anteriormente descritas, para la comprensión de la dinámica del agua en este ser vivo, por ende, se planteará esta relación a partir de las siguientes afirmaciones:

Al interior del tallo se encuentra el tejido vascular, unas de las estructuras que juega un papel fundamental en el transporte del agua desde las raíces hasta las hojas, es el xilema y consta de células tabulares, caracterizada por la presencia de pared celular, donde el agua hace notoria su cohesión. Las células tubulares son las tráquea y traqueidas, las primeras son descritas como una serie de vasos, cuyos elementos están unido por medio de perforaciones en las paredes; la segunda es descrita como tubos cuyas células son parecidas a las tráqueas, sin embargo, se superponen sin perforaciones en las paredes celulares.

Estas estructuras no son las que proporcionan la energía para que el agua se desplace hacia arriba, el movimiento del agua ocurre debido a la energía solar y a dos fenómenos físicos, que son la osmosis y la succión. La osmosis que desplaza el agua que se encuentra en las raíces hacia arriba, gracias a la diferencia de potencial en el tejido radicular y a la humedad del suelo. Sin embargo, esto no basta para que el agua que es absorbida por la raíz llegue directamente hasta las hojas. Tal proceso sucede gracias a la transpiración, donde las moléculas de agua, tras tener fuerzas de cohesión y adhesión, sumado a esto la tensión, generan un estiramiento en la columna de agua, es aquí donde se explica el segundo fenómeno, la succión (García, 2019) Los anteriores procesos se deben a que el agua que se encuentra en las paredes celulares de las hojas pasa de líquido a vapor, debido a la exposición de la energía lumínica, y por ende se pierde en la atmosfera, lo que genera una disminución en el potencial hídrico en estos tejidos con respecto a los demás, generando así un gradiente de potencial que permite el movimiento ascendente del agua. En concordancia a esto, es posible afirmar que la perdida de líquido en las estructuras de las plantas, producto de la transpiración, genera una fuerza de tensión en la columna de agua, por las fuerzas de cohesión y en relación con las otras fuerzas propias de la molécula. Esa tensión se transmite por toda la estructura del xilema generando diferencia en los potenciales hídricos en las hojas y en la raíz, lo que hace posible que el agua se mueva desde el suelo a la raíz de esta estructura hasta las hojas y de allí a la atmosfera (García, 2019).

METODOLOGÍA Se elaboró una ruta metodológica que nos orientó en la construcción de explicaciones conceptuales y experimentales en relación con la dinámica del agua en las plantas, teniendo en cuenta las observaciones realizadas en el terrario y la revisión bibliografía en torno al objeto de estudio. La investigación se desarrolló teniendo en cuenta los momentos establecidos para el módulo II del seminario La comprensión de lo vivo, las cuales se describen a continuación.

Momento del seminario

Descripción Se realizó un recorrido virtual al Parque Ecológico Distrital Humedal Tenjo con el objetivo de observar la diversidad de

Comentado [IVO7]: humedal el Tunjo

plantas e identificar los factores biológicos, fisicoquímicos

Momento 1.

y antrópicos que inciden en la dinámica de este ambiente

Experiencia artificializada: Acercamiento al mundo fenoménico a través de la experiencia sensorial

natural. Luego, como actividad desencadenante, se construyó un terrario cerrado como representación de un sistema que acontecen fenómenos y se conserva la vida.

Lo anterior, permitió cuestionarnos y plantear la pregunta y la hipótesis de trabajo.

Fue importante pasar de la experiencia artificializada a la modelización de explicaciones, por lo que se realizó una revisión bibliográfica que nos permitiera dar cuenta de la pregunta problema: 1. Propiedades y características del agua 2. Identificación y caracterización de las estructuras

Momento 2.

Modelización de explicaciones.

Momento 3. complejización de lo vivo.

de la planta que intervienen en la dinámica del agua 3. Explicación de la dinámica del agua en la planta: Teoría tensión – cohesión 4. Diseño experimental que corrobore la hipótesis planteada Lo anterior, permitió hacer una comprensión holística del terrario y entender su complejidad a partir de los recorridos, estructuras y sustancias que intervienen en la dinámica del agua en la planta.

Comentado [IVO8]: es importante tener en cuenta que el diseño y los montajes experimentales no tienen como único propósito la corroboración de hipótesis, la ruta llevada a cabo por ustedes es una muestra de ello teniendo en cuenta que a medida que se iba avanzando en su aplicación eran nuevas las preguntas que se proponían como parte del ámbito de indagacióny los desarrollos permitían buscar nuevas formas y fuentes de información

Tabla 1. Ruta metodológica

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Con el desarrollo conceptual, se procede a denotar algunas características y propiedades específicas del agua, estructuras de la planta y la teoría de cohesión- tensión, que permite explicar el comportamiento del agua en este ser vivo. Para dar cuenta de las preguntas formuladas y corroborar la hipótesis planteada, se diseñó e implementó un modelo experimental donde se emplearon dos plantas de apio.

Esta se seleccionó ya que se pueden teñir sus elementos conductores y reconocerlos fácilmente. Cada planta tenía una altura de 20 cm y fueron introducidas dentro de un vaso de precipitado con una solución

Comentado [IVO9]: en esta sección se debería haber incluido una descripción de la morfología de la planta de apio

de agua y colorante azul. Una de ellas se ubicó en una caja cerrada con un bombillo de 100 watts sometida a una temperatura de 35°C y la otra se dejó a la intemperie a una temperatura ambiente.

Imagen 5. Montaje experimental Las observaciones se realizaron en diferentes tiempos obteniendo los siguientes resultados Tiempo (min)

Temperatura 25°C

5

Planta sin cambios

10

Planta sin cambios

15

Planta sin cambios

Temperatura 35°C Planta sin cambios Hojas más altas se arrugan por presencia de bombillo Inicio de coloración por el tallo, aproximadamente hasta la mitad por conductos de los extremos

Inicio de coloración por el tallo 20

en los conductos de los extremos, debajo de la mitad

25

bifurcación de hojas. Primeras hojas con manchas azules en la lámina y puntos azules en los ápices.

Tallo coloreado hasta la

3 racimos de hojas coloreadas con

bifurcación y primeras hojas con

manchas oscuras, puntas de ápices con

manchas claras de azul.

puntos azules.

Tallo coloreado con azul claro y 30

Tallo coloreado hasta la parte de

hojas cercanas a la bifurcación coloreadas con azul claro.

Tallo coloreado con azul oscuro, todas las hojas coloreadas con azul oscuro.

Tabla 2. Resultados obtenidos a partir del diseño experimental De acuerdo con los resultados obtenidos, se puede observar que la planta que estaba dentro de la caja a una temperatura de 35°C inicio una coloración por el tallo aproximadamente hasta la mitad por los conductos de los extremos a los 15 minutos, mientras que la planta a 25°C presento cambios a los 20 minutos. También se puede observar que, a los 30 minutos, el tallo y todas las hojas de la planta a 35°C estaban completamente coloreadas y quemadas, en cambio las hojas cercanas a la bifurcación y el tallo de la planta a 25°C estaban presentando una coloración clara.

Imagen 6. Observaciones a 35°C. (a) Primeras hojas del tallo coloreadas a los 15 minutos. (b) Todas las hojas altamente coloreadas a los 30 minutos.

Con base a lo anterior, el líquido recorre una mayor distancia en un menor tiempo en la hoja que se encuentra a una temperatura de 35ºC. No fue posible medir una velocidad debido a que el proceso ocurrió muy rápido, pues en pocos minutos eran evidentes los cambios en las hojas que se coloreaban por el agua teñida para hacer visible lo que allí acontecía. En este sentido, se pudo evidenciar que las plantas transpiran más rápidamente a temperatura elevadas dado a que el agua se evapora más rápido a medida que esta aumenta, corroborando lo mencionado por Curtis (2002): la velocidad de transpiración se duplica por cada 10°C de incremento de temperatura.

También se realizaron varios cortes de tipo horizontal y sagital para evidenciar el transporte de agua

Comentado [IVO10]: el tipo de corte es transversal

coloreada por los elementos conductores del apio:

Comentado [IVO11]: estructuras conductoras del apio

Imagen 7. Cortes del tallo de apio. (a) Corte horizontal (b) Corte sagital del tallo del apio

El diseño experimental llevado a cabo permitió corroborar la hipótesis donde se planteó la dinámica del agua en las estructuras de las plantas y la relación del proceso de transpiración con la temperatura a la cual es expuesto el vegetal.

Fue evidente el ascenso por los elementos conductores del xilema desde la parte inferior del apio hasta la parte superior, donde se hallan sus hojas. Este proceso ocurre bajo tensión junto con las fuerzas intermoleculares del agua, las cuales crean una tracción que hace que este fluido ascienda por las estructuras de la planta. De igual forma, fue evidente que el proceso de transpiración se ve afectado por la temperatura a la cual está expuesta, ya que la transpiración se da más rápidamente a temperaturas superiores a la del ambiente, como fue el caso de la planta sometida a los 35ºC.

Asimismo, fue posible observar la quema de las hojas del apio que se encontraba a una temperatura de 35ºC.

De acuerdo con Alegría (2016), un exceso de radiación o energía solar incrementa la

transpiración, debido a que la luz estimula la apertura de los estomas, facilitando la liberación de agua a la atmosfera con poca regulación, provocando la desecación en las hojas.

Por otra parte, una de las limitantes del montaje experimental fue no poder contar con un higrómetro para medir la humedad del aire, ya que el bajo contenido de humedad hace que exista una diferencia entre el contenido acuoso de la hoja y el aire que circula, lo cual facilita la transpiración.

CONCLUSIONES Un componente fundamental para la comprensión de lo científico es la modelación, en esta experiencia es posible destacar el papel del terrario para empezar a cuestionar las dinámicas de la vida y ser visto como un sistema donde acontecen fenómenos y se construyen explicaciones a las dinámicas que suceden allí. De igual forma, es comprendido como un sistema cerrado que permite la circulación de la materia y energía que son esenciales para la existencia de las plantas.

El terrario como perspectiva fenomenológica para la comprensión de lo vivo permitió aproximarse a la dinámica de lo viviente a partir de los recorridos, estructuras y sustancias que intervienen allí; y de la elaboración de explicaciones al fenómeno de estudio a partir del cuestionamiento de la experiencia básica, establecimiento de relaciones e interacciones conceptuales, planteamiento de preguntas, formulación de hipótesis y diseño e implementación de modelos experimentales en colectivo, permitiendo comprender la complejidad del objeto de estudio y entender por qué se constituye como un problema de conocimiento.

La experiencia permitió corroborar el componente conceptual, el cual explica el ascenso del agua desde las raíces hasta las hojas por los elementos conductores del xilema, proceso que ocurre debido a las propiedades moleculares del agua, su capacidad de adhesión a las paredes de las estructuras de la planta y las fuerzas que allí intervienen, lo que genera el fenómeno de arrastre del agua por los vasos y las traqueidas del xilema. Este proceso de circulación se relaciona directamente con la transpiración, puesto que, para la recuperación del agua perdida en la atmosfera, la planta genera el mecanismo de tracción, con el fin de que todas las estructuras, incluyendo las más altas, se encuentren hidratadas.

La transpiración es afectada por la temperatura, tal como lo expresa Curtis (2002), a una mayor temperatura la velocidad de transpiración incrementa. Es decir que el ascenso de agua tendrá una mayor velocidad a temperaturas más altas, lo cual fue corroborado en el diseño experimental. Este proceso es impulsado por energía externa, no propia de las estructuras del xilema de la planta, puesto que debido a la energía solar es que se produce la traspiración y se genera la necesidad de que el agua ascienda hasta las hojas.

Comentado [IVO12]: es necesario precisar esta idea acerca de los sistemas cerrados

BIBLIOGRAFIA Alba, R. (2005, Noviembre 29). Tensión superficial. Retrieved Junio 16, 2021, from http://investigacion.izt.uam.mx/alva/fisicoquimica12.html Alegría, W (2016). Texto básico para profesional en ingeniería forestal en el área de fisiología vegetal.

FCF – UNAP., Iquitos – Perú.

Azcón, J y Talón, M (s,f) Fundamentos de fisiología vegetal. McGraw – Hill Interamericana. Edicions Universitat de Barcelona Curtis. B. (2002). Invitación a la Biología. Quinta edición.

García, E.G. (2019). LAS PLANTAS Y EL AGUA. Retrieved Junio 9, 2021, from http://biologia.ucr.ac.cr/profesores/Garcia%20Elmer/potencial%20hidrico%2019.pdf Londoño (2020). Estudio de la circulación del agua como fenómeno complejo con estudiantes de grado cuarto en el colegio la colina. Universidad Pedagógica Nacional.

Martínez Vialta, J., & Piñol, J. (2003, Enero). Limitaciones hidráulicas al aporte de agua a las hojas y resistencia a la sequía. Revista científica y técnica de ecología y medio ambiente, 12(1). https://core.ac.uk/download/pdf/16362251.pdf Palacios Estremera, C. (n.d.). Plantas. Capilaridad. Universidad de Navarra. Retrieved Junio 16, 2021, from https://www.unav.edu/documents/29007/8773000/f20-plantas-capilaridad.pdf Raven, P; Evert, R y Eichhorn, S (1991) Biología de las plantas. Editorial Reverté, S.A. Taiz, L., & Zeiger, E. (2006). Fisiología Vegetal (Tercera ed., Vol. 1). Castellón de la Plana.

Universidad

de

Buenos

Aires.

(2018).

LAS

https://www.agro.uba.ar/users/batista/EE/papers/agua.pdf

PLANTAS

Y

EL

AGUA.

LA DINÁMICA DEL AIRE EN EL TERRARIO, UN PROBLEMA DE CONOCIMIENTO Karen Gutiérrez, Dennix Reyes, Gina Robayo En esta biocronica se presentarán las construcciones sobre lo vivo desarrolladas a partir de un ejercicio de modelización propuestos en el módulo Terrario del seminario de comprensión de los vivo de la especialización y la maestría en docencia de las ciencias naturales del departamento de física de la Universidad Pedagógica Nacional, donde se abordó la pregunta sobre ¿Cuál es la dinámica del aire en el terrario? Las plantas y su interacción con el ambiente juegan un papel importante en el mantenimiento de la vida en el planeta, entender esta compleja dinámica no es tan simple como se ve, por ello en este trabajo presentaremos algunas aproximaciones conceptuales, históricas y experimentales para responder a esa pregunta.

DISEÑANDO UN CAMINO A LA INVESTIGACIÓN El grupo define una ruta que permitirá dar

Comentado [IVO1]: Es un documento interesante que recoge el proceso llevado a cabo por el equipo para dar cuenta de la dinámica del aire en el terrario, el detalle en la descripción de las diferentes experiencias llevadas a cabo permite al lector valorar las diferentes relaciones conceptuales y técnicas que estableció el grupo a lo largo del diseño y la implementación de la ruta explicativa.

Las tablas utilizadas y las imágenes constituyen herramientas muy útiles para complementar las ideas expuestas y para ilustrar el proceso.

El ejercicio de revisión documental es pertinente y coherente y con las discusiones abordadas a lo largo del seminario, sin embargo es necesario detallar y precisar algunas afirmaciones relacionadas con el papel que juegan las estructuras y algunas sustancias implicadas en los procesos.

Aunque el documento tiene una estructura adecuada se recomienda prestar un poco más de atención a la redacción, la ortografía, escritura correcta de nombres científicos y las fórmulas químicas ya que esto afectan la calidad del documento.

Es un escrito muy bueno, que de ser precisado conceptualmente y con las respectivas correcciones de estilo puede ser publicable CALIFICACIÓN: 46 Comentado [IVO2]: esta preposición sobra

cuenta de cómo puede construirse un camino a explicaciones más complejas, a partir de experiencias básicas y sensibles.

Para ello establece tres momentos (gráfica 1). “Aproximaciones”, donde se diseña individualmente un terrario como estrategia para fomentar las preguntas sobre dinámicas con el ambiente que allí acontecen. “Diseño”, un momento en el cual además de realizar las respectivas documentaciones acerca de las dinámicas del aire, se establecen unas experiencias que servirán como insumo para la explicación más a profundidad de este tema. Por último, la “Implementación” donde se desarrollan las experiencias prácticas, pero además se pone en juego las construcciones teóricas desarrolladas durante el módulo para dar cuenta de las relaciones que se establecen entre las plantas y el aire. Daremos inicio a las aproximaciones creando un terrario. .

Comentado [IVO3]: redacción

¿UN TERRARIO? El terrario1, fue una artificialización del mundo experiencial en el cual tenemos condiciones controladas y observaciones constantes, nuestro grupo realizó cinco, con diferentes plantas y por nuestro lugar de residencia diferentes condiciones climáticas por lo que no surgieron los mismos resultados.

Comentado [IVO4]: la redacción de esta idea es confusa

Algunos terrarios funcionaron en cierta medida pues sus plantas mantenían coloración, en cambio en tres casos perecieron, se opacó su color y no se veían cambios en los recipientes.

Existen dos clases de terrarios abiertos y cerrados, en nuestro caso estaba cerrado con vinipel y esto hace que sus características sean particulares, para hablar de ellas debemos partir de que las plantas transforman energía a partir de luz, tierra, agua y aire, teniendo en cuenta esto, en el terrario el vidrio absorbe luz lo que aumenta la temperatura en el interior y genera que se evapore la humedad de las hojas para condensarse en el papel vinipel como gotas, estas se comportan como nubes luego esa humedad se deshace y “empieza a llover” sobre la tierra para que el ciclo del agua continúe, esto genera un microclima estable. ¿DE QUÉ ESTÁ COMPUESTO ESO LLAMADO AIRE? 2.1. SOBRE EL AIRE La búsqueda por las explicaciones sobre el aire, se han dado desde los tiempos de los griegos

Comentado [IVO5]: esta afirmación aunque es correcta deja de lado aspectos que también están vinculados a la formación de condensación en la pared del recipiente y en el vinipel, como por ejemplo el vapor de agua que es expulsado durante los procesos de respiración de la biota que se encuentra dentro del terrario…

Y las explicaciones acerca de lo que los autores llaman el ciclo del agua requieren de un poco más de detalle y el uso de un lenguaje acorde con el carácter de tipo de documento

donde este se entendía como uno de los elementos que formaban el mundo. Responsable de los vientos y tormentas, se construye una noción de aire como una fuerza de la naturaleza indomable.

A estas concepciones, se les une el hecho que ya desde los alquimistas se obtenían “vapores”, pero al ser sustancias fáciles de ignorar no fueron claramente estudiadas (Asimov, 1999). Es hasta el siglo XVII con estudios de Van Hellmont que, aunque no estudió los efectos que el aire podía tener sobre las plantas o las plantas sobre el aire, si abre un camino para estas preguntas, en primer lugar, porque describe un fluido parecido al aire que denomino “Chaos” 1

Un terrario es un recipiente puede ser cerrado o abierto donde podemos artificializar procesos naturales de las plantas de manera controlada.

Comentado [IVO6]: referencia

que pronunciado en flamenco suena “gas” (Asimov,1999) y en segundo lugar porque sus experimentos con el crecimiento de las plantas pone en juego las relaciones que tienen estas con el ambiente que las rodea.

Sin embargo, es hasta que Stephen Hales desarrolla la cuba hidroneumática2 que se vence la dificultad de atrapar los gases para estudiarlos, a partir de este momento y gracias a los trabajos de Josphep Black, Jophep Priestley, Daniel Rutheford, Henry Cavendish entre otros que el aire deja de ser un compuesto y se entiende como una mezcla de gases.

Comentado [IVO7]: por favor revisar la escritura correcta de los nombres de estos autores ya que no coinciden con las afirmaciones que se les están asignando acerca del aire

Hoy se tiene claro, que el aire está compuesto en un 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y un 1% en trazas de otros gases como el neón, argón, dióxido de carbono y vapor de agua. Las concentraciones de estos gases en la atmósfera, se mantienen casi estables en la primera capa, sin embargo, en la medida en la que la altitud aumenta (recordando que la atmósfera tiene varias capas), la concentración de gases como el ozono3 lo hace también.

Aun cuando se entiende que el aire, es un conjunto de gases con características particulares, para este trabajo se privilegiará el oxígeno y el dióxido de carbono como dos de los gases fundamentales para los procesos metabólicos de los seres vivos.

2.2. TEJIDOS Y ESTRUCTURAS 4 El recorrido de algunos gases presentes en la mezcla de aire como el dióxido de carbono y el oxígeno a través de la planta involucra procesos como la fotosíntesis, algunas reacciones metabólicas oxidativas y la transpiración, que se llevan a cabo gracias a la acción de varios tejidos y estructuras; por ejemplo, los estomas son poros pequeños presentes en el tejido epidérmico (tejido superficial de protección) de las hojas que funcionan como compuertas conformados por dos células guarda (forma de riñón) que se encargan de regular la entrada y salida de vapor de agua y gases atmosféricos a través del agrandamiento o constricción de sus células. Los estomas se abren o cierran dependiendo de señales externas 2

Es un instrumento que permite la recolección de los gases por desplazamiento. Se coloca un recipiente boca abajo en una cubeta ambos llenos de agua por el cual se le hace burbujear el gas de interés, permite aislarlo para su estudio.

3 4

Este gas está en pequeñas trazas en todas las capas de la atmósfera, sin embargo, alcanza su mayor concentración en la estratósfera.

Imagen de estomas, tomado de : https://botanica.cnba.uba.ar/Pakete/6to/membr-casos/Fisiol-estomas.html

Comentado [IVO8]: habría sido interesante utilizar una nota a pie de página para justificar esta afirmación en términos de argumentar por qué se hace referencia a estas dos sustancias sí lo que determinó esta decisión fue una condición de orden teórico o sí estuvo relacionado con las posibilidades que existían para la realización del montaje experimental

del ambiente y de las necesidades de la planta, desencadenando cambios en la presión osmótica. 5

Comentado [IVO9]: referencia

Una vez el CO2 pasa el tejido epidérmico, este se difunde por el tejido parenquimático encargado de la producción fotosintética principal de la planta, que se divide en dos: el parénquima de empalizada, que contienen numerosos cloroplastos y el parénquima lagunar caracterizado por tener un mayor espacio intercelular, en este tejido se almacenarán gases producto de las reacciones metabólicas. Adicionalmente, la hoja presenta tejidos vasculares encargados del transporte llamados xilema (transporte de agua desde las raíces hacia las hojas) y el floema (transporte de savia elaborada).6 7

Comentado [IVO10]: referencia

Cuando el CO2 ingresa por los estomas se difunde hacia el

Comentado [IVO11]: atención con el uso adecuado de los subíndices

tejido parenquimàtico donde junto con el agua transportada por el tejido vascular, reaccionan para llevar a cabo la actividad fotosintética en los cloroplastos, orgànulo ovaladas rodeadas de una doble capa membranosa externa y una doble capa interna que tiene en su interior estructuras llamadas tilacoides, donde se llevará a cabo la fase dependiente de luz de la fotosíntesis y en el espacio sin tilacoides conocido como estroma donde tendrá lugar la fase oscura.

La energía lumínica será absorbida por la clorofila activando una serie de reacciones en la membrana tilacoidal durante la fase lumínica, donde se hidrolizan las moléculas de agua y se formarán moléculas energéticas como NADHP Y ATP liberando oxígeno al tejido parenquimàtico lagunar. El hidrógeno resultante será utilizado más tarde para fijar el carbono en la segunda fase independiente de luz conocida como el ciclo de Calvin-Benson que se

5

Cuando el sol golpea la superficie foliar, la luz causa que las células guarda empiezan a bombear iones de potasio en el citoplasma, el agua sigue los iones de potasio por osmosis rellenando las célula y aumentando la turgencia, así las células se hinchan de agua y la apertura (poro, ostiolo) aparece, permitiendo que ingrese CO2 atmosférico que será utilizado en la fotosíntesis, sin embargo, mantener estomas abiertos implica pérdida de agua por la evapotranspiración, los estomas se cierran cuando los niveles de iones potasio descienden ocasionando que el agua salga de las células y la turgencia disminuye, desinflando las células y cerrando el poro.

6 7

Foto de corte de hoja transversal. tomado de https://mmegias.webs.uvigo.es/2-organos-v/guiada_o_v_hoja.php Cloroplasto: tomado de: https://www.tanqueverdeschools.org/Downloads/chloroplastmicrostration.jpg

Comentado [IVO12]: esta afirmación es un poco imprecisa ya que el dióxido de carbono no reacciona con el agua directamente, el agua como ya lo sabemos atraviesa por un proceso denominado fotolisis, mientras que el dióxido de carbono interactúa con otras sustancias durante ciclo de Calvin

lleva a cabo en el estroma del cloroplasto, donde se fija el CO2, para formar una molécula orgánica llamada glucosa

Comentado [IVO13]: referencia

Una vez terminadas las reacciones en el cloroplasto, se habrá formado una molécula de azúcar y 6 moléculas de oxígeno, no obstante, la glucosa debe degradarse para poder energizar otros procesos en la planta, para ello, en las mitocondrias8 y en el citoplasma celular tendràn lugar una serie de reacciones oxidativas, empezando por

la glucólisis en el

citoplasma donde la glucosa se degradarà, seguido del ciclo de krebs donde se liberan moléculas de CO2 y se formará ATP y por último, la fosforilación oxidativa donde se producirán 32 moléculas de ATP y se formaran moléculas de agua.

2.3. SOBRE LA PLANTA La planta escogida para realizar nuestras experiencias es la comúnmente nombrada abre caminos, su nombre de género es Fittonia, llamado así por las autoras del libro conversaciones en botánica a mitad del siglo XIX Elisabeth y Sarah Fitton , pertenece al reino plantae9, con tres clados10 angiosperma11,eudicotiledóneas12 y asteridae13, su orden es lamial y pertenece a una de las familias más grandes de las acantáceas.

Originaria de las selvas pluviales de america del sur, se caracteriza por sus nervios marcados de coloracion crema,

Comentado [IVO14]: atención con el uso de las mayúsculas

con hojas muy pequeñas aproximadamente de 3 cm de forma ovalada, tiene un porte bajo y rastrero el cual se extiende, prefiere temperaturas altas entre 24 y 27 °C, existen dos grandes clases de fitonia, la fitonnia verschaffet la cual tiene hojas color verde oliva y nervios de color rojo, y la fitonnia argyroneura la cual tiene nervios de color blanco o crema, el tallo y los peciolos tienen una

8

un orgánulo celular similar a un gusano, que posee dos membranas, una interna muy plegada y otra externa lisa involucrada en el

suministro de energía para las actividades celulares.

9

Grupo de plantas terrestre

10 11 12 13

Un clado es una agrupación que contiene un antepasado común y todos los descendientes (vivos y extintos) de ese antepasado Plantas con flores Plantas dicotiledóneas Subgrupo de la eudicotiledóneas

Comentado [IVO15]: atención con la escritura de los nombres científicos. todo nombre científico tiene dos componentes el primero corresponde al género que debe ser escrito con su inicial en mayúscula y la segunda palabra corresponde al nombre de la especie que debe ser escrito completamente en letra minúscula

pequeña pelusa, raramente aparecen flores en el interior en forma de espiga en inflorescencia, debido a estos nervios en las hojas la disposición de los estomas es de manera dispersa. ¡A EXPERIMENTAR! Teniendo en cuenta las características mencionadas anteriormente, diseñamos una serie de experimentos que demostraran la dinámica del aire en la planta fittonia, donde las atmósferas estuvieran enriquecidas de un gas específico (CO2, O2 y aire común); en todas las experiencias tuvimos una planta control con aire común que sirviera de referencia.

3.1 MONTAJES A lo largo de la ruta conceptual y metodológica se desarrollan diferentes prácticas alrededor de dos preocupaciones, una en relación a las estructuras que permiten a las plantas la interacción con el entorno, particularmente para este caso el aire, y una segunda que atañe a las sustancias involucradas en dichos procesos. Para ello se establecieron tres tipos: la siguiente tabla permite sintetizarlas y organizarlas de acuerdo con sus intenciones: Caracterización

Estructuras de la planta

Intención

Experiencia

Reconocer los estomas. Estructuras que permiten la interacción de la planta con el medio, particularmente en relación al aire.

Se realiza un laboratorio de microscopía, en primera medida con azul de metileno, no se veía nada en el lente, documentandonos, notamos que para ver mejor los estomas es recomendable aplicar una gota de agua a la hoja y observar, así logramos notar los estomas los cuales se encontraron dispersos en el envés de la hoja.

Establecer que existe un comportamiento Gases presentes diferenciado entre los en la atmósfera distintos gases presentes en la

Reconocimiento del CO2 por medio de una prueba de pH (indicador de fenolftaleína), en la reacción con hidróxido de sodio para formar carbonato de sodio.

Evidencias

Comentado [IVO16]: si bien los estomas están relacionados con la dinámica del aire en las plantas también su funcionamientos se vincula a la dinámica del agua, por lo tanto esta afirmación no es del todo precisa Comentado [IVO17]: esta experiencia es muy interesante primero por los elementos de orden técnico a los que acudió el equipo y segundo por las formas como se articuló con las preguntas que tenían. Excelente

atmósfera que Reconocimiento del O2 a través permite reconocerlos. de una prueba de velocidad de reacción de la oxidación de una papa, en presencia de un aire enriquecido con el gas.

Interacciones del aire con las plantas

Describir cualitativamente las relaciones entre las plantas y la atmósfera en la que se encuentran.

Prueba para CO2 al reaccionar con hidróxido de calcio en solución. Se expone una planta durante 4 días a un aire enriquecido con CO2 , luego este se hace burbujear en la solución esperando el precipitado de la Poner en juego los sal. experimentos desarrollados por Prueba a la llama para el O2. En Priestley e una atmósfera enriquecida con Ingenhousz (Baker y O2, se pone una planta durante 2 Allen, 1970), que y 4 días, luego se expone una permitan dar cuenta llama a este aire cualitativamente de las transformaciones Prueba a la llama para el CO2. sufridas en el aire por En una atmósfera enriquecida las interacciones con CO2, se pone una planta dadas con la planta durante 2, 4 y 6 días, luego se Fittonia. expone una llama a este aire

Comentado [IVO18]: estas experiencias no sólo tienen en cuenta los referentes teóricos consultados por el equipo para hacer una caracterización cualitativa de la composición del agua, también revelan una capacidad creativa particular y cómo se da sentido a lo técnico dentro de la configuración de rutas explicativas

3.2. RESULTADOS Y ANÁLISIS Los resultados de la prueba de pH para la identificación de CO2 no se pudieron realizar, dado que las concentraciones de CO2 manejadas en la experimentación no eran suficientes para arrojar un resultado significativo que pudieran ser evidenciado cualitativamente.

Para ratificar que la atmósfera estaba enriquecida de oxígeno, quisimos ver los procesos de oxidación de una papa luego de 48 horas en un ambiente que fue enriquecido con O2, pero sometido a la presencia de una planta. Se presenta una velocidad de oxidación mayor comparada con una atmósfera de aire común, evidenciado en la coloración oscura que ella presenta.

En la prueba con Cal, se obtiene que tanto el aire común como el enriquecido con dióxido de carbono, precipita una cantidad mínima de carbonato de calcio, se identifica dado que esta sustancia es insoluble en agua por lo que aparece un polvo blanco dentro de la solución, esto

Comentado [IVO19]: redacción

nos indica que el proceso de fotosíntesis realizado por la planta, cambia la concentración de dióxido de carbono presente en la atmósfera para formar la molécula de glucosa y como subproducto liberar oxígeno, por ello las concentraciones de CO2 disminuyeron en el recipiente con la planta, evidenciado en la poca precipitación del carbonato de calcio. la experiencia de la llama se realizó con oxígeno y dióxido de carbono, debemos partir que la llama permanecerá encendida por la concentración de oxígeno en la atmósfera, tomamos el tiempo que se tarda en apagar la llama. Sometimos las plantas con dióxido y oxígeno durante 2, 4 y 6 días, para evidenciar el cambio en la atmósfera.

La llama en las atmósferas enriquecidas con CO2 durante los primeros días duraron encendidas 1 segundo y medio y a los seis días permaneció encendida 13 segundos, indicando que la presencia de oxígeno aumentó en el recipiente, esto se debe posiblemente a que mayores concentraciones de dióxido de carbono en los recipientes favorecieron una mayor tasa de fotosíntesis, fijando carbono para la formación de glucosa y liberación de O2, ahora bien, esto también quiere decir que posiblemente las reacciones oxidativas disminuyeron puesto que en concentraciones altas de CO2 estas pueden inhibirse hasta casi el 50 % a los pocos minutos de aumentar la concentración de CO2, sin embargo, este proceso de inhibición aún no es claro. ( Ribas at el ).

En la prueba de la combustión de una vela en las atmósferas enriquecidas con O2 notamos que entre más tiempo dejamos la planta en esta atmósfera la llama duraba menos, esto debido posiblemente a la fotorrespiración, que se da cuando la planta está en condiciones de alta concentración de oxígeno, donde se fija este gas, ya que, durante la fase independiente de luz (ciclo de Calvin) en lugar de fijar CO2 para formar la molécula de glucosa, se fija O2, puesto que la enzima Rubisco presente en el ciclo de Calvin tiene una mayor afinidad para enlazar con el oxígeno que con el dióxido de carbono, lo que al final produce CO2 y liberando agua que se ve reflejada en una alta humedad en la superficie del recipiente de las plantas.

En conclusión, después de las experiencias podemos evidenciar que a partir de las pruebas cualitativas realizadas es posible afirmar que, existe una variación en la concentración de los gases que compone la mezcla de aire en los que se expone la planta, debido a los procesos de

la misma. Parece que la planta se ajusta a las condiciones sometidas, modificando los procesos bioquímicos llevados a cabo.

Finalmente, la construcción del terrario y la preocupación por la dinámica del aire en él, nos llevó a una documentación, la cual retroalimentamos cada semana desde nuestras áreas de conocimiento para realizar una construcción colectiva, que permitió abordar un organismo, delimitar variables y diseñar experimentos que dieron cuenta de nuestra pregunta inicial..

Como lo menciona Valencia at el 2021 “El terrario es un ejercicio de construcción de conocimiento donde son relevantes la definición de criterios de observación, la delimitación de variables y los diseños experimentales en la medida en que orientan las formas de proceder, permiten profundizar en los referentes teórico-experimentales y aportan a la construcción de explicaciones sobre la dinámica viviente que allí se despliega”.

BIBLIOGRAFÍA Asimov, I. (1999). Capítulo 4: Los Gases. En Breve Historia de la Química (págs. 32 - 42). Alianza Editorial .

Azcon, J,. Talon,M. (2013)Fundamentos de fisiología vegetal segunda edición. Capítulo 3 transpiración y control estomático.

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Bogotá.

Megías M, Molist P, Pombal MA. (2019). Atlas de histología vegetal y animal. Órganos vegetales. Recuperado (17 de junio 2021) de : http://mmegias.webs.uvigo.es/2-organos-v/guiada_o_v_inicio.php Ribas at el; (2013) Fundamentos de fisiología vegetal, capítulo 14. McGRAW-HILL - INTERAMERICANA DE ESPAÑA, S. https://aulavirtual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/46663/mod_resource/content/1/Fundamentos%20de%20Fisiologia%2 0Vegetal-Azc%C3%B3n%20Bieto%202ed%20%281%29.pdf Valencia S,.Mendez O,. Jmenez, G. (2021), El terrario una perspectiva fenomenológica para la comprensión de los vivo.

Imagen de estoma. Tomada de : https://botanica.cnba.uba.ar/Pakete/6to/membr-casos/Fisiol-estomas.html imagen corte de hoja: tomada de: https://mmegias.webs.uvigo.es/2-organos-v/guiada_o_v_hoja.php Imagen de cloroplasto: https://www.tanqueverdeschools.org/Downloads/chloroplastmicrostration.jpg

LA DINÁMICA DEL AIRE EN UN TERRARIO: CARACTERÍZACIÓN CUALITATIVA DEL 𝑶𝟐 Y 𝑪𝑶𝟐 Air dynamics in a terrarium: Qualitative characterization of 𝑶𝟐 and 𝑪𝑶𝟐 Por: Paula Alejandra Cardona Torres y María Fernanda Moreno Baquero 1 “Al completar un descubrimiento, nunca dejamos de obtener un conocimiento imperfecto de otros de los que no habríamos podido tener idea antes, de manera que no podemos resolver una duda sin crear varias nuevas.”

Joseph Priestley

RESUMEN En el siguiente trabajo se exponen los resultados de la ruta metodológica y conceptual que se realizó a partir del módulo “El terrario una perspectiva fenomenológica para la comprensión de lo vivo” del seminario la comprensión de lo vivo de la maestría en docencia de las ciencias naturales del departamento de Física de la Universidad Pedagógica Nacional. Particularmente, se dan a conocer las interpretaciones, análisis, montajes experimentales y relaciones referentes al estudio de la dinámica del aire dentro de un terrario cerrado. Así mismo, se describe el paso de la contemplación que se hace mediante la experiencia sensible a la configuración de una problemática que se establece tras identificar las estructuras, interacciones y sustancias que se llevan a cabo para el intercambio gaseoso que se realiza en el proceso de fotosíntesis en una planta. Para ello, se hace una descripción de la composición de la atmósfera, centrando el estudio en la troposfera que es donde se concentra la mezcla de los gases del aire. De igual manera, se hace una caracterización a partir de la fisiología de la planta sobre la estructura de elección que fueron los estomas.

Finalmente, se realiza una descripción de los montajes experimentales que fueron llevados a cabo para poder dar cuenta de la hipótesis formulada y llegar así a las reflexiones finales.

Palabras clave: Dinámica, mezcla de aire, estomas, fotosíntesis, experimentación.

ABSTRACT The following work presents the results of the methodological and conceptual route that was carried out from the module "The terrarium, a phenomenological perspective for the understanding of the living" of the seminar "Understanding the living" of the master's degree in teaching of natural sciences of the Physics Department of the National Pedagogical University. Particularly, the interpretations, analysis, experimental

1

Estudiantes de maestría en docencia de las ciencias naturales del departamento de física de la Universidad pedagógica Nacional

Comentado [IVO1]: Excelente escrito, en términos de estructura es claro coherente y fluido permitiendo al lector comprender de manera sencilla las ideas expuestas y evidenciar los desarrollos alcanzados por el equipo a lo largo de la implementación de la ruta explicativa que da cuenta de la dinámica del aire en el terrario, los elementos de orden conceptual citados son coherentes y pertinentes para los propósitos del módulo y constituyen los sentidos orientadores que orientan tanto el montaje experimental como la lectura que se hace de los resultados obtenidos.

La organización de la información en tablas, el uso de imágenes y los diagramas empleados permiten ilustrar y resumir la información desarrollada en cada 1 de los párrafos. los desarrollos conceptuales son interesantes y se vinculan de manera directa con los referentes tanto teóricos como técnicos y tienen un nivel de profundidad adecuado.

Es importante tener en cuenta que en la sección de las conclusiones se evidencian algunas imprecisiones conceptuales que es importante corregir la que contradicen muchos de los desarrollos presentados en el cuerpo del escrito, el adecuado ajuste de estas y la corrección de algunas dificultades en términos de la digitación y la ortografía permitirían a futuro hacer de este documento un escrito que se puede publicar. Felicitaciones CALIFICACIÓN: 48

setups and relationships concerning the study of air dynamics inside a closed terrarium are presented.

Likewise, it describes the step from the contemplation that is made through sensitive experience to the configuration of a problem that is established after identifying the structures, interactions and substances that are carried out for the gaseous exchange that takes place in the process of photosynthesis in a plant. For this purpose, a description of the composition of the atmosphere is made, focusing the study on the troposphere, which is where the mixture of gases in the air is concentrated. Similarly, a characterization is made from the physiology of the plant on the structure of choice that were the stomata. Finally, a description of the experimental setups that were carried out in order to account for the hypothesis formulated and thus arrive at the final reflections.

Key words: Dynamics, air mixing, stomata, photosynthesis, experimentation.

INTRODUCCIÓN

Dentro de las interacciones que los seres humanos han realizado con su entorno, el reconocimiento de las plantas como seres vivos ha estado un poco limitado, posiblemente porque los procesos que lleva a cabo (como la fotosíntesis) no son perceptibles a simple vista. Sin embargo, a través de la experiencia como maestros y estudiantes de la maestría en docencia de las ciencias naturales, la concepción de las plantas ha tomado un giro significativo. Particularmente, a través de la realización de la actividad del módulo “El terrario una perspectiva fenomenológica para la comprensión de lo vivo2” se ha podido identificar que existen una serie de condiciones en las plantas, características propias en sus diferentes estructuras y organización que permiten dar cuenta de su importancia dentro de cualquier ecosistema3.

En primer lugar es importante mencionar que a partir de la salida sincrónica virtual al humedal la Libélula ubicado en el Tunal al sur de Bogotá, se realizó una caracterización general de las plantas que se encuentran en este ecosistema, como lo son el higuerillo, los pinos, el sauce, el pasto cocuyo, el arrayán, el jacinto, el papirus, la sangre de toro, el siete cueros, el buchón de agua, entre otras. Cada una de ellas se ubica dentro de un espacio determinado, puede ser en los senderos peatonales o en las

2 Seminario la comprensión de lo vivo de la maestría en docencia de las ciencias naturales. Departamento de Física. Universidad Pedagógica Nacional 3 Para el biólogo Bournerias, 1976, el ecosistema “es el conjunto de todos los organismos de un medio definido y de sus relaciones e interacciones con el medio” (Giordan y Canay, et al. 1988)

Comentado [IVO2]: atención con el uso de las mayúsculas

riberas (orilla de un río), que dependiendo de su ubicación varía su estrategia reproductiva; ya sea por que sus semillas son transportadas por las aguas lóticas o por las aves que comen sus frutos, entre otras.

Ilustración 1. Foto panorámica del humedal la Libélula. Fuente: Humedales Bogotá

Por otro lado, en el módulo se propuso construir unos terrarios. A partir de su elaboración, se pudieron identificar algunos procesos fenomenológicos que se dan en una planta con relación a su interacción con el medio. Al estar estos en un espacio totalmente cerrado, despertó la curiosidad respecto a la supervivencia de la planta allí sembrada. Con ello, se estableció una discusión grupal sobre cuáles elementos requería la planta para vivir en este espacio, ya que contaba con agua, había paso de luz solar, nutrientes del suelo y contaba con el aire dispuesto en el recipiente. Así pues, se comenzaron a evidenciar algunos cambios conforme el paso de los días, como la elevación del vinipel que lo cubrió, la humedad presente en el vidrio y los cambios físicos que la planta comenzó a presentar. Teniendo en cuenta lo anterior, para el caso específico del desarrollo de este escrito se hablará de la observación, caracterización e interacciones existentes entre el sistema planta-atmósfera. Para ello, se realiza una descripción detallada de la ruta metodología, teórica y práctica que permitió el reconocimiento de la dinámica del aire en el terrario.

RUTA CONCEPTUAL Y METODOLÓGICA: A partir de la construcción del terrario y trazar como objeto de estudio la dinámica del aire, se pudieron identificar todas aquellas características que fueron claves para la elaboración de la hipótesis.

Para ello, fue necesario partir de la construcción de la ruta metodológica y conceptual, la cual fue indispensable a la hora de centrar la mirada en el objeto de estudio y empezar a delimitar variables que debían estudiarse. Para iniciar con su

desarrollo, se establecieron algunos referentes que fueron: elegir la estructura en la que se iba a enfocar el estudio de la planta (los estomas), reconocer las características y composición de la atmósfera, específicamente sobre el aire como mezcla de gases. Así mismo, los factores que entran en juego en el proceso de la fotosíntesis, las relaciones en cuanto a la dinámica de la planta, especialmente al mecanismo de apertura y cierre de los estomas. Con ello, se realizó un primer diseño del montaje experimental que se propuso para la implementación de la ruta conceptual y metodológica. A continuación, se presentan los alcances del desarrollo de la ruta metodológica y conceptual que se propuso para poder dar cuenta de la dinámica del aire dentro del terrario.

Registros de las primeras observaciones del terrario: Tras reconocer la dinámica que se propuso a trabajar que fue el aire, una de las primeras aproximaciones que se hicieron de los terrarios elaborados fue partir de la observación conforme pasaban los días luego de su elaboración. Esta primera experiencia sensorial, permitió establecer los parámetros que serían clave a la hora de pasar de esta exploración inicial a la complejidad del fenómeno y más aún a la explicación del mismo. Para efectos del trabajo realizado, los parámetros que se establecieron en este primer ejercicio de observación fueron: la coloración de las hojas, el recipiente y el papel vinipel. Para ello, se propuso tomar fotografía de los terrarios en estos tres momentos del día a los siete días después de construirlos.

A partir de las observaciones realizadas, se pudo evidenciar que el común denominador en los terrarios era que existía una condensación del agua, ya que tanto en el papel vinipel como en el recipiente de vidrio se percibía humedad. Mediante estas inspecciones que se hicieron de cada uno de los terrarios, fue pertinente iniciar a reconocer el funcionamiento del terrario cerrado. Uno de los factores relevantes para que se cumplan sus procesos de manera adecuada tiene que ver con el agua disponible en su interior. Teniendo en cuenta que, “la vida está íntimamente asociada al agua, muy especialmente en su estado líquido, cuya importancia para los seres vivos es consecuencia de sus Ilustración 2. Terrarios después de 7 días. Fuente: Grupo de trabajo

propiedades físicas y químicas exclusivas4”, es indispensable reconocer que dentro de los recipientes en los que se encuentra la

4 “A diferencia de los hidruros de los no metales (por ejemplo, el sulfuro de hidrógeno 𝐻! 𝑆), que son gases a temperatura ambiente, el agua es líquida. La razón de ello, y de la mayor parte de las propiedades poco corrientes del agua, es que sus molóculas son polares y forman puentes de hidrógeno entre sí. Esto ocasiona un aumento en las temperaturas de fusión y ebullición. La tendencia de las moléculas del agua a permanecer unidas se llama cohesión y son producto de los puentes de hidrógeno.” (Bieto y Talón et al, 2013).

Comentado [IVO3]: la idea expuesta en esta frase es confusa

planta ocurre un ciclo del agua. Allí, la raíz la absorbe junto con los nutrientes del suelo, luego los transporta por el tallo, llega hasta las hojas y tras recibir la energía lumínica del sol lo transforma en ATP (Adenosín Trifosfato) y agua. La liberación de esta sustancia que se produce es la que se condensa en el cristal y en el papel vinipel, de manera que constantemente el suelo permanecerá húmedo y por ende las plantas pueden subsistir bajo estas condiciones (Bieto y Talón et al, 2013).

De igual forma, la coloración de las plantas no tuvo cambios significativos, fenómenos como la clorosis (amarillamiento de las hojas) y necrosis (manchas marrón o negras) no fueron identificados durante los primeros siete días en los terrarios. Siendo estas características importantes para el diagnístico nutricional de las plantas, puede decirse que si bien el agua es gran medida importante para los procesos tales como la fotosíntesis, existen otro tipo de elementos que están relacionados con la nutrición tal como lo afirmó Stephen Hales5. Por ende, en el caso de las plantas del terrario posiblemente no hubo una pérdida nutricional en las plantas, pues una deficiencia de alguno de estos nutrientes, como por ejemplo Hierro (Fe) podría ocasionar una pérdida de la coloración verde de las plantas, lo cual se conoce como clorosis férrica (Bieto y Talón et al, 2013).

La atmósfera y el aire como mezcla de gases: Para poder dar cuenta de la dinámica del aire y su interacción con las plantas, fue necesario realizar un estudio sobre las características de la atmósfera que es la capa gaseosa que envuelve la tierra. Esta, se divide en exósfera, termósfera, mesósfera, estratósfera y tropósfera, cada una de ellas tiene un papel relevante para la conservación de la vida en la tierra ya que además de protegerla de la radiación directa del sol, también lo hace de los meteoritos que se desintegran antes de impactar con la superficie terrestre (Tarbuck y Lutgens, 2005). En este caso, se concenta el estudio en la capa más cercana a la superficie terrestre que es la troposfera, ya que allí se encuentran alrededor del 75% de toda la masa gasesosa y el vapor de agua, que se produce por la evaporación de la masa de agua de los océanos. En esta sección, se desarrolla la vida ya que ocurren la mayoría de fenenómenos meteorológicos como las lluvias, vientos y variaciones en la temperatura (Curtis, 2008). Una de las particularidades de la troposfera, es que el peso6 de la masa del aire sobre la superficie terrestre ejerce una presión que varía con relación a la altitud. Por ende, la presión atmosférica será mayor con una altitud menor y menor con una altitud mayor. Una de las razones por 5 “El sacerdote inglés Stephen Hales (1677-1761), se interesó en todo el problema del flujo de materiales a través de las plantas.

Aparentemente él fue uno de los primeros en notar (aunque indirectamente) que tal vez el agua no es la única relacionada con la nutrición de las plantas” (Baker y Allen, 1970) 6 Se produce por la atracción gravitacional que la tierra ejerce sobre la masa de aire.

las que se produce este fenómeno se relaciona con la densidad del aire, que suele ser mayor cerca del nivel del mar y menor a una altitud mayor, como por ejemplo la cima del Everest. De hecho, tal como lo menciona Marrero (1974): En las capas superiores de la estratosfera disminuyen significativamente el oxígeno y nitrógeno, mientras aumenta considerablemente la proporción de hidrógeno y helio, entre otros gases ligeros que predominan también en la termósfera.

Por otro lado, una de las caracterísicas respecto a la troposfera es que allí se encuentra lo que comúmente se denomina el aire, que dentro del trabajo se consideró como mezcla de aire, ya que la conforman diferente tipo de gases. Esta, es indispensable para el desarrollo de la vida en el planeta, siendo este un recurso natural relevante por la relación con los diferentes seres vivos que la habitan (Curtis, 2008). Dentro de la cotidianidad, suele pensarse que el aire es únicamente oxígeno, ya que es el elemento que los seres humanos requerimos para realizar el proceso de respiración7. Sin embargo, la composición del aire es mucho más que oxígeno y dióxido de carbono, existen otros elementos que la conforman como por ejemplo el Nitrógeno (𝑁" ), Argón (𝐴𝑟), Vapor de agua (𝐻" 𝑂), partículas de polvo, esporas, etc (Chang, 2002). Así pues, se destacan el oxígeno y dióxido de carbono como “los componentes que participan directamente en el proceso vital de los animales y las plantas”.

Particularmente, es relevante mencionar la función del nitrógeno que “es diluir el oxígeno, haciéndolo respirable por el hombre y los animales”; mientras el dióxido de carbono es utilizado para el proceso de fotosíntesis de las plantas (Marrero, 1974).

Es importante mencionar que cada uno de los gases que componen la mezcla de aire, juegan un papel significativo en el planeta tierra. De esta manera, puede destacarse la importancia del oxígeno no sólo como elemento principal para la respiración de los animales, sino como elemento “que purifica el agua y aire; que al mezclarse con las rocas contribuye a fragmentaralas, formando el suelo que sostiene la vida vegetal” (Marrero, 1974). De igual forma, se encuentra el nitrógeno que es importante en la vegetación ya que al combinarse con otras sustancias forma nitratos que son fertilizantes y enriquecen los suelos. Así mismo, se identifica al dióxido de carbono como elemento fundamental porque contribuye a retener la radiación térmica proveniente del sol (efecto invernadero). Al igual que el CO2, el vapor de agua permite la absorción e emisión de la energía térmica solar, generando la existencia de las nubes, lluvia, nieve, etc. (Marrero, 1974)

7 Es importante mencionar que “el nitrógeno disuelve el oxígeno y lo hace respirable, ya que el oxígeno puro por si solo no lo es.”

(Marrero, 1974)

Por otro lado, es relevante mencionar que el descubrimiento de los gases y la investigación de sus propiedades llegó tras la demolición final de la teoría del flogisto8. A partir de este momento, la caracterización del aire ha sido un punto clave dentro del desarrollo de la química, ya que con los hallazgos de científicos como Joseph Black, Henry Cavendish, Daniel Rutherford, Joseph Priestley y Antoine Lavoisier, se revelaron algunas de las características físicas y químicas que tienen estos gases.

Para la realización de este trabajo, fue importante identificar los elementos propios del intercambio gaseoso dentro del proceso de fotosíntesis que son el Dióxido de Carbono (𝐶𝑂" ) y Oxígeno (𝑂" ), donde se estudiaron algunas de sus propiedades físicas y químicas. Así pues, se identificó que el 𝐶𝑂" (dióxido de carbono o anhídrico carbónico) es un gas que se compone de un átomo de carbono y dos de oxígeno, es ligeramente ácido y no inflamable. Por su parte, el 𝑂" (oxígeno) es un gas que se compone de dos átomos de oxígeno, es incoloro y ayuda a la combustión. Es el principal producto secundario del proceso de fotosíntesis (Chang, 2002).

La fisiología de la planta: Más allá de las raíces, tallos y hojas: Las plantas se reconocen por su gran variedad de tamaños, formas, colores y por la capacidad que tienen de producir oxígeno a través del dióxido de carbono que absorben. Dentro de las cualidades particulares, se suele mencionar que está compuesta por raíces, tallos, hojas y en algunas ocasiones frutos o flores. Sin embargo, tras intentar indagar los procesos que se llevan a cabo en especial la fotosíntesis y la dinámica que se relaciona con el aire, se pudo reconocer que existen relaciones dentro de sus estructuras, formas y comportamiento que determinan la organización funcional de este ser vivo en su totalidad (Jacob, 1999). Es así que para la realización de este trabajo, fue imperativo hacer una aproximación a la fisiología vegetal9, de manera tal que se reconocieran algunos de los procesos físicos, químicos y bioquímicos que tienen lugar en cada punto de la planta incluso en las estructuras que lo componen a nivel microscópico.

Teniendo en cuenta lo anterior, se eligieron los estomas como estructuras fundamentales

en

el

intercambio

gaseoso,

estas

se

encuentran

principalmente en las hojas o zonas verdes de las plantas en el haz (cara superior/Adaxial) y envés (cara inferior/Abaxial) lo cual puede variar, ya que puede estar en las dos caras o sólo una. Esto depende de sus ajustes al hábitat,

Ilustración 3. La foto inferior izquierda es el haz y la foto inferior derecha es el envés.

Fuente: Autoras

8 “En la última parte del siglo XVIII, independientemente del trabajo en fisiología de las plantas, se abandonó poco a poco la teoría del flogisto. Se aisló el elemento oxígeno y se describieron muchas de sus propiedades físicas y químicas” (Baker y Allen, 1970).

9 “La fisiología vegetal es la ciencia que estudia cómo funcionan las plantas, es decir qué es lo que las mantiene vivas. Explica mediante las leyes físicas y químicas, el modo en que las plantas utilizan la luz para sintetizar, a partir de sustancias inorgánicas, moléculas orgánicas con las que construyen complejas estructuras que las forman.” (Bieto y Talón et al, 2013).

las condiciones atmosféricas o su clasificación taxonómica, al igual se pueden encontrar en zonas verdes de la planta como los tallos y frutos. Los estomas, están formados por dos células guardas u oclusivas que permiten la abertura y el cierre del ostiolo (orificio entre las células). Este mecanismo depende de las concentraciones de iones de potasio y la turgencia la cual hace referencia al almacenamiento hídrico dentro de las células guardas. Por ello, una mayor concentración de agua en dichas células aumenta su tamaño generando la abertura del ostiolo, mientras que un déficit hídrico ya sea por evitar la pérdida de agua, condiciones ambientales o predadores, las células guardas disminuyen su tamaño cerrando el ostiolo. Los movimientos estomáticos dependen de cambios en la presión de turgencia, tanto de las células oclusivas como de las células epidérmicas. Esta apertura y cierre también se encuentra relacionado con las condiciones ambientales, no solo por la presencia de 𝐶𝑂" entre la mezcla de aire, también por el estrés hídrico y la temperatura, que se relaciona con la preservación de las condiciones óptimas para la planta (Valla, J.J, 2004). El estrés hídrico de la planta “implica la presencia de un factor externo a la planta, provocado por un medio ambiente cambiante, que ejerce una influencia negativa sobre su desarrollo óptimo” estos pueden ser bióticos y abióticos10 (Bieto y Talón et al, 2013); lo cual se evidenció en el comportamiento de las plantas tras el desarrollo de los experimentos realizados.

Esquema 2. Factores bióticos y abióticos que ocasionan el estrés en las plantas Fuente: Bieto y talón et al. 2013

La construcción y reconstrucción de la hipótesis: Para el trabajo realizado fue indispensable considerar las investigaciones realizadas por Lavoisier y Priestley en cuanto al interés de identificar “las sustancias que usaba la planta: agua, tierra y gases”. Particularmente, el de Priestley quien profundizó “en la investigación de los gases que se relacionaban con la vida de la planta” donde demostró que debe existir “un balance en la naturaleza en cuanto se relaciona con la atmósfera” (Baker y Allen, 1970). Por este motivo, la transformación de las atmósferas en las que se exponían las plantas iba a ser un parámetro clave para estudiar la dinámica del aire dentro del terrario. Teniendo en cuenta la primera documentación, se propuso la siguiente hipótesis: “Las plantas generan transformaciones a la atmósfera en la que se encuentran”. Sin embargo, tras la profundización en las consultas y realizar

10 Los factores (elementos) bióticos hacen referencia a los organismos vivos dentro del ecosistema, mientras los abióticos son producto de condiciones naturales como por ejemplo, el aire, la luz solar, etc.

los primeros diseños experimentales, fue imprescindible reconocer que era necesario trascender del análisis y la comparación de los hechos a replantear la manera en cómo se entienden las interacciones y condiciones internas en el sistema planta-atmósfera (Jacob, 1999). Por esta razón, se reconstruye la hipótesis a manera de pregunta orientadora: ¿Cómo se puede evidenciar cualitativamente que las plantas generan transformaciones en la atmósfera donde se encuentran?.

MONTAJES Y ANÁLISIS EXPERIMENTALES Tras replantear la hipótesis, fue importante delimitar algunas variables en los montajes experimentales y establecer que el reconocimiento del aire que se transforma dentro de los sistemas planta-atmósfera no podría ser de forma cuantitiva. Por ende, establecer condiciones en las que fuera posible realizar mediciones volumétricas sobre la cantidad de gas contenido o el vacío total de los recipientes, no sería un eje principal en este caso, dado que no se contaba con los instrumentos necesarios para llevarlo a cabo. En este caso, podían existir filtraciones en los recipientes, haciendo posible que el margen de error en la caracterización fuera un poco amplio. Sin embargo, se implementaron estrategias para poder disminuir este índice negativo en las pruebas, tratando de aislar lo mejor posible los recipientes en los que se encontraba la planta con las atmósferas enriquecidas. De ahí que, se definió realizar una caracterización cualitativa de la mezcla del aire presente en la atmósfera donde se encontraban las plantas (Fittonia).

Ilustración 4. Fotografía de los montajes experimentales. Fuente: Grupo de trabajo

Cada una de las integrantes tenía dos plantas, una planta control con aire común y otra con un enriquecimiento de

dióxido de carbono y oxígeno en sus atmósferas. Cabe resaltar que para la mezcla con dióxido de carbono se utilizó la reacción entre el vinagre (ácido acético) y el bicarbonato de sodio, mientras que para el oxígeno se utilizó un cilindro hospitalario. Dentro de las experiencias, se realizó un laboratorio de microscopía para identificar los estomas en la planta Fittonia.

Laboratorio de microscopía: Para los montajes experimentales se tomó la planta Fittonia, conocida comúnmente como abre caminos, que se caracteriza por ser rastrera y de rápido crecimiento, lo cual ofrecía algunas características que permitieran observar cambios de manera más fácil. Se realizó una serie de documentación respecto a los estomas que poseía este tipo de planta, lo cual mediante un laboratorio de microscopía se pudo constatar el tipo de

estomas.

Como

resultado

se

observó

que

la

distribución superficial por la hoja es dispersa, con una postura elevada sobresaliendo del tejido epidérmico y se encuentra en la cara de la hoja envés, abaxial o inferior. “Tanto la frecuencia como el tamaño pueden variar en función de la posición foliar y de las condiciones de crecimiento; incluso dentro de una misma especie puede existir un gran componente genético de variación

Ilustración 5. Fotografía de los estomas de la Fittonia parte superior de la imagen y envés de la hoja parte inferior de la imagen. Fuente: Grupo de trabajo

entre los diferentes ecotipos” (Bieto y Talón et al, 2013).

Prueba con cal: Existe un proceso o ciclo por el cual la cual la cal al reaccionar con agua forma un compuesto denominada cal hidratada o hidróxido de calcio (𝐶𝑎(𝑂𝐻)2), la cual en presencia de 𝐶𝑂" precipita una nueva sustancia llamada carbonato de calcio (𝐶𝑎𝐶𝑂# )11.

Prueba a la llama: Consiste en introducir una vela encendida en el recipiente, contabilizar el tiempo y el comportamiento de la llama para observar la durabilidad de encendida. como se reconoce que en presencia de oxígeno en el aire la llama permanecerá encendida favoreciendo el proceso de combustión.

Duración de la llama con atmósferas enriquecidas con 𝑪𝑶𝟐 Días de exposición

2

4

6

Tiempo de duración de la llama (segundos)

Menor a 1

1,4

13

Tabla 1: Resultados de la prueba a la llama con enriquecimiento de (CO2).

Fuente: Autoras

Duración de la llama con atmósferas enriquecidas con 𝑶𝟐 Días de exposición

Inmediato

2

4

Tiempo de duración de la llama (segundos)

42,58

7,76

6,78

11

Tomado de página web: https://geologiaweb.com/materiales/cal/

Tabla 2: Resultados de la prueba a la llama con enriquecimiento de (O2).

Fuente: Autoras

Planta enriquecida con atmósfera de dióxido de carbono 𝑪𝑶𝟐 Prueba con cal (Óxido de calcio CaO)

Prueba a la llama

Para la prueba realizada en el experimento se En el transcurso de 2, 4 y 6 días se realiza la tomaron algunas muestras de la atmósfera de las prueba a la llama. En el caso de los 2 y 4 días, se plantas enriquecidas con dióxido de carbono evidenció que en los recipientes con 4 días de luego de 5 días, para poder identificar la exposición la durabilidad de la llama fue mayor cantidad de carbonato de calcio producido. Sin (Véase: Tabla 1). Sin embargo, su diferencia no embargo, la precipitación de carbonato fue fue tan significativa, lo que indicaría que la mínima.

fittonia pudo entrar en condición de estrés causado por elementos abióticos lo que redujo su tasa

Esto, puede indicar que posiblemente este fotosintética. Para la prueba a los 6 días, la llama dióxido de carbono fue transformado en duró mucho más que en las dos anteriores, de oxígeno, dado que la cantidad de carbonato manera que para un cambio atmosférico se producida fue análoga al que se tenía en aire requiere de mayor tiempo para que la planta común. Así mismo, puede decirse que los altos interaccione

con

el

aire

cambiando

su

niveles de 𝐶𝑂" en la atmósfera se considera un composición. En las plantas expuestas en elemento abiótico que interviene en la variación atmósferas ricas en 𝐶𝑂" , la tasa respiratoria puede del

mecanismo

estomático,

especialmente llegar a reducirse considerablemente. Este efecto

porque una elevada concentración de 𝐶𝑂" rápido y directo del 𝐶𝑂" sobre la respiración se reduce la abertura estomática de las planta trata de un fenómeno reversible; ya que cuando la (Bieto y Talón et al, 2013).

concentración de este gas disminuye, la tasa respiratoria también recupera su valor inicial. Esta condición hace que el intercambio gaseoso se reduzca para la conservación en condiciones de estrés de la planta.

Ilustración 6. Fotografía de las pruebas con cal.

Fuente: Grupo de trabajo

Ilustración 7. Prueba a la prueba con enriquecimiento de dióxido de carbono (CO2). Exposición de 6 días Fuente: Grupo de trabajo

Planta enriquecida con atmósfera de oxígeno 𝑶𝟐 Prueba de oxidación

Prueba a la llama

Para esta prueba, se expuso una papa durante 48 La prueba a los 2 días indica que la atmósfera horas, una en el de aire común y otra en la mezcla enriquecida en oxígeno se ha transformado en de aire enriquecida con oxígeno. El proceso de menor medida puesto que la llama duró más oxidación se da producto de la liberación de una tiempo, que aquella que fue expuesta 4 días enzima denominada polifenoloxidasa (PFO) que (Véase: Tabla 2). Esto puede ser debido a un resulta luego de cortar la papa. La PFO tiene la proceso conocido como fotorrespiración, que se capacidad de oxidar a los polifenoles12 y da cuando la planta está en condiciones de alta desencadenar una serie de reacciones13.

concentración de oxígeno. En este caso, se fija este gas en la fase independiente de luz (ciclo de

Dentro de la experiencia, se pudo evidencia que Calvin) produciendo 𝐶𝑂" y liberando agua que la papa que estaba en presencia de una mayor se ve reflejada en una alta humedad en la cantidad de oxígeno en su atmósfera tuvo un superficie del recipiente. Esto, indicaría que la cambio más notable que la que se encontraba en mayor presencia de oxígeno activó las reacciones aire común. De esta manera, pudo establecerse oxidativas

que

transformaron

el

oxígeno

que una mayor concentración de oxígeno disponible en 𝐶𝑂" , liberando mayor cantidad de aumenta la velocidad de reacción oxidativa, lo 𝐻" 𝑂. El proceso de oxidación en la atmósfera que permitió hacer una caracterización del aire enriquecida con oxígeno fue posiblemente más que estaba expuesto en uno de los montajes tras acelerado. pasar 48 horas.

Ilustración 8. Prueba de oxidación de una papa.

Exposición de 48 horas. A la derecha se encuentra la papa enriquecida con O2 y a la izquierda con aire común. Fuente: Grupo de trabajo

Ilustración 9. Prueba a la llama con oxígeno.

Exposición inmediata. Fuente: Grupo de trabajo

12 “Los polifenoles pueden actuar como antioxidantes e inactivar el centro activo de numerosas enzimas” (Bieto y Talón et al, 2013).

13 Tomado de: https://infoagro.com.ar/por-que-se-oscurecen-las-papas-peladas-y-cortadas/

CONCLUSIONES •

En las atmósferas enriquecidas con 𝐶𝑂" y 𝑂" se hace más significativa la variación de la composición de la mezcla del aire debido a que se eleva la tasa fotosintética y el proceso de fotorrespiración. Esto se evidenció en la variación del tiempo de durabilidad de la llama, ya que las plantas que fueron expuestas mayor tiempo a estas condiciones presentaron un cambio en sus atmósferas.

•

A partir de las pruebas de caracterización de las atmósferas de forma cualitativa, se identificó que existe una variación en la concentración de los gases que componen la mezcla de aire en los que se expuso la planta fittonia, de manera que es posible decir que le hipótesis fue comprobada.

•

Las plantas se ajustan a las modificaciones en las condiciones sometidas, variando los procesos bioquímicos llevados a cabo. Puesto que los cambios en las hojas de las plantas sometidas en los recipientes enriquecidos se mantuvieron en su mayoría constantes.

•

Comentado [IVO4]: esta idea es un poco confusa

A partir del desarrollo de la actividad fue imporante reconocer que el proceso de la fotosíntesis de una planta dista mucho del imaginario común, puesto que existe todo un conjunto de estructuras, sustancias, transformaciones, recorridos y fases que se llevan a cabo en el interior para poder realizar el intercambio gaseoso.

•

Las relaciones dentro de los seres vivos no pueden estudiarse de manera separada o a través de una única estructura, es importante reconocer que su composición, particularidades e interacción forman una organización: “el ser vivo no es una estructura aislada en el vacío, sino que se inserta en la naturaleza y establece relaciones variadas con ella.”(Jacob, 1999)

•

Mediante la expriencia fue significativo trascender de la contemplación del entorno natural para llegar así a establecer relaciones y análisis que permitieron complejizar el fenómeno e identificar así lo vivo como un problema de conocimiento.

Comentado [IVO5]: es importante precisar esta idea ya que no sé si es por la redacción pareciera que es afirmara que la fotosíntesis es un proceso de intercambio gaseoso cuando esta es una mirada reduccionista y errónea del proceso

BIBLIOGRAFIA •

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Curtis, H. (2008). “Biología” Ed. Panamericana S.A

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François, J. (1999). “La lógica de lo viviente: Una historia de la herencia. Capítulo: La organización ”. Barcelona. Ed. Tusquets

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Marrero, L. (1974). “La tierra y sus recursos”.

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Talón, M, Bieto, J. et al. (2013) “Fundamentos de fisiología vegetal”. Ed. McGraw-Hill.

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Tarbuck, J y Lutgens, K. (2005) “Ciencias de la tierra: Una introducción a la geología física”.

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Artículo web “La teoría del flogisto y la revolución http://www.rlabato.com/isp/qui/historia-006-2011-flogisto_rev_qui.pdf

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Artículo web “La importancia de los estomas”: https://fisiologiavegetal.es/2018/05/laimportancia-de-los-estomas/

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Artículo web: “Estomas”: https://anatomiavegetal.weebly.com/uploads/8/0/2/3/8023705/6._tejido_de_protecci%C3%93 n_1rio,_estomas.pdf

•

Artículo web: “Texto básico para profesional en ingeniería forestal, en el área de fisiología vegetal”: https://www.unapiquitos.edu.pe/pregrado/facultades/forestales/descargas/publicaciones/FISIO -TEX.pdf

química”:

ANÁLISIS DE LA DINÁMICA DEL SUELO BASADO DE UN MODELO EXPERIMENTAL A PARTIR DE LOS SUSTRATOS DE CALCIO Y POTASIO Cangrejo Sabogal, C.D, Laguna Rivera,C.A Resumen:

El presente artículo tiene como objetivo evidenciar las dinámicas que tiene el suelo en las plantas. Para el presente artículo se desarrollarán cuatro momentos. En el primer momento, se mostrará una contextualización sobre los diferentes cuestionamientos que abarcó la construcción del terrario. Y cómo mediante esta construcción se generan cuestionamientos alrededor de su funcionamiento vital. En el segundo

Comentado [SEVV1]: Es un interesante ejercicio de control de unos observables en relación con las necesidades nutricionales de la planta. Si bien el ejercicio se centra en la observación de la variación de tamaño, número y color de hojas, no hay una apuesta para elaborar hipótesis del efecto en la variación de la concentración en la fisiología de la planta, ni la forma como estos nutrientes son absorbidos. No se hace mención a la estructura, ni a los recorridos, las sustancias y procesos que intervienen en la absorción de nutrientes. Se deja de lado el papel de la construcción del terrario, la salida “no presencial” al humedal La Libélula y la película como actividades desencadenantes que orientaron el diseño y desarrollo de la ruta conceptual y metodológica.

momento, se expone de manera detallada el papel que tiene el suelo, los nutrientes y

Calificación: 45/50

la raíz para la vida de las plantas, en este apartado se expondrá el papel de los

Comentado [SEVV2]: Eliminar espacio

nutrientes en el crecimiento de las estructuras de las plantas. En el tercer momento, se mostrará el trabajo experimental, donde se varían macronutrientes como calcio y potasio en lentejas. Y por último, se expondrán los resultados del trabajo experimental.

Abstract: The present article aims to show the dynamics that the soil has in plants. For

this article, four moments will be developed. In the first moment, a contextualization will be shown on the different questions that the construction of the terrarium covered.

And how through this construction questions are generated around its vital functioning.

In the second moment, the role of the soil, nutrients and roots for the life of plants is exposed in detail, in this section, the role of nutrients in the growth of plant structures will be exposed. In the third moment, the experimental work will be shown, where macronutrients such as calcium and potassium are varied in lentils. And finally, the results of the experimental work will be presented.

Palabras clave: Macronutriente, micronutriente, radicular, suelo, absorción.

Key Words: : Macronutrient, micronutrient, root, soil, absorption

A partir de un ejercicio de observación propuesto en el marco del seminario de la comprensión de lo vivo, donde se estableció como modelo para reflexionar sobre las dinámicas del suelo, el terrario, sin embargo, a pesar de que en este microambiente

Comentado [SEVV3]: Resta es una expresión de contrastación. ¿Qué se quiere contrastar con qué?

artificial se hace más evidente el ciclo del agua, donde el agua, la temperatura la tierra y la luz se superponen para construir las condiciones que sustentan las plantas dentro del mismo, al mismo tiempo nos permitió problematizar la experiencia de construcción y observación como objeto de estudio. Teniendo en cuenta las condiciones iniciales, se estudió la dinámica del suelo a partir de preguntas como ¿Cuál es la relación del

Comentado [SEVV4]: Muy confusa esta construcción gramatical.

sustrato en procesos bioquímicos de las plantas? ¿Cómo son introducidos los nutrientes y el agua por medio del sistema radicular? ¿Cuál es la relación del sustrato con las raíces de la planta? ¿Qué pasa con los nutrientes una vez son incorporados, regresan de alguna manera al sustrato?, estas preguntas nos permitieron delimitar las condiciones para establecer las variables experimentales que nos permitieran dar cuenta de la dinámica del suelo como un problema de conocimiento. Con base en estas discusiones se planteó ¿Cómo la variación de los nutrientes en el sustrato incide en el crecimiento y desarrollo de las plantas? ¿Cómo es la adaptabilidad de las plantas a un medio artificialmente condicionado como lo es el terrario?

La dinámica describe la evolución en el tiempo de un sistema relacionándolo con las causas que provocan cambios en este, de esta forma se profundizó en los factores que determinan por medio de una interacción directa en la supervivencia, crecimiento y reproducción de las plantas, tales como el suelo, los nutrientes, la raíz entre otros.

El problema de la nutrición en las plantas puede parecer sencillo. ¿Cómo crece una planta? ¿De dónde obtiene materiales para construir material vegetal adicional?

Parece fácil entender cómo pueden crecer los animales. Se observa que ellos devoran alimentos y se supone, que luego lo utilizan para construir más material animal. Las plantas, sin embargo, con raras excepciones no se alimentan de esta manera (Jeffrey J. W. Baker y Garland E. Allen, 1970) El suelo, surge lentamente como consecuencia de diferentes procesos químicos y físicos, este mismo es escenario de ecosistemas cuya presencia impacta directamente en su fertilidad, de tal forma podemos asegurar que existen distintos tipos de suelos debido a su variabilidad de procesos de formación como la meteorización, la deposición eólica, los residuos orgánicos y la sedimentación, la resultante de estos longevos procesos son sus disposiciones de capas bien diferenciadas son también llamadas horizontes.

Comentado [SEVV5]: Falta referencia bibliográfica.

Fig.1 Capas u horizontes que componen el suelo desarrollado Horizonte O: Materia orgánica sin descomponer Horizonte A: Capa de suelo mineral mezclado con materia orgánica parcial Horizonte B: Subsuelo, es una capa mineral enriquecido con material del horizonte A el cual llega por filtración Horizonte C: Roca madre Fuente: USDA Natural Resource Conservation Service

De la misma forma, cabe señalar la interacción directa del suelo con las plantas a través de sus raíces, ya que por medio de estas es que consiguen la mayoría de las sustancias que son necesarias para su crecimiento y evolución, iniciando con el recurso más esencial y básico que se puede encontrar en el suelo como lo es el agua, en la planta el crecimiento radicular está en gran parte en función de la disponibilidad de agua que puede encontrar en su entorno, en palabras de Acevedo (1979, p1) “La tasa de crecimiento radicular, las características de su sistema y las propiedades hidráulicas del suelo constituyen factores importantes que afectan el proceso de absorción”, pero exploremos un poco en la idea de raíz pasando desde su concepto hasta referirnos a las estructuras que la componen.

La raíz puede describirse como un eficiente sistema de transporte y de almacenamiento de agua, minerales y nutrientes, que en adición se encarga de mantener la planta ligada al suelo, y es que para cumplir con todas estas funciones dependerá de las estructuras que la constituyen, como el cuello, el cual está más próximo a la superficie y tiene una relación directa con el tallo, y en sentido opuesto a esta da inicio al área llamada zona de ramificación donde se modifican las raíces formando derivaciones de raíces secundarias y de esta forma aumentar distribuirse por una mayor extensión de área para encontrar los recursos necesarios, así mismo en esta zona se encuentra ubicada la llamada zona pilífera la cual toma su nombre con base en la formación similar de unos pelos encargados de la absorción directa, y finalmente la cofia la cual es la armadura de la raíz ubicada en su punta la cual su

función principal es de proteger el proceso donde la raíz se va adentrando cada vez más a profundidad, de acuerdo a lo anterior la relación entre las estructuras de la raíz, sus funciones y el suelo podría afectar y modificar el suelo mismo, en palabras de

Comentado [SEVV6]: Falta referencia bibliográfica

(Whalley et al., 2005) donde afirma que “Un aspecto fundamental en las relaciones suelo-raíz es que los sistemas radicales de las distintas especies vegetales afectan de manera diferente la agregación del suelo”.

Por otro lado esas sustancias que anteriormente llamamos nutrientes, son básicamente el alimento que las plantas necesitan para realizar un conjunto de procesos químicos que arrojan un producto específico como consecuencia, algunos de estos son usados por las plantas en menores o mayores cantidades, clasificándolos como micro y macronutrientes respectivamente, algunos ejemplos de sustancias con mayor necesidad son el nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre, sin embargo y a pesar de esto, los suelos no los poseen en cantidades suficientes por lo que hay que suplirlos mediante un proceso llamado fertilización.

Comentado [SEVV7]: Falta referencia bibliográfica

Teniendo en cuenta la experiencia planteada en el seminario, podemos profundizar un poco en 2 macronutrientes específicamente: el calcio y el potasio, ya que estos serán los protagonistas de nuestro montaje experimental.

El calcio entra fácilmente al apoplasto y se une de manera intercambiable a las paredes celulares y a la superficie exterior de la membrana plasmática, la movilidad de este de célula a célula y en el floema es muy baja, la mayoría de su actividad se relaciona con su capacidad de coordinación para lo cual forma enlaces intermoleculares estables en las paredes celulares y en la membrana. Estos enlaces responden a cambios locales en condiciones ambientales y son parte de los mecanismos de control para los procesos de crecimiento y desarrollo.

Comentado [SEVV8]: Falta referencia bibliográfica

Por su parte, el potasio, es más abundante en el citoplasma y sus sales contribuyen al potencial osmótico de células y tejidos, también se encuentran en cloroplastos y vacuolas facilitando alargamiento celular y procesos regulados por turgor, la absorción

Comentado [SEVV9]: ¿?????

del potasio es altamente selectiva y está muy acoplada a la actividad metabólica.

Comentado [SEVV10]: Falta referencia bibliográfica

En resumen, podemos afirmar que las plantas son organismos capaces de sintetizar todo tipo de sustancias necesarias para su desarrollo, y que cada sustancia identificada como nutriente cumple con una función específica en el metabolismo de

la planta, con base a esto, analizamos los resultados de las observaciones obtenidas a través de un proceso de germinación y cultivo de 20 diferentes semillas de lentejas (Lens Culinaris), las cuales fueron separadas en cuatro grupos de 5 observables, para nuestro montaje experimental que nos permitió dar cuenta de su comportamiento en consecuencia de la exposición a determinadas condiciones -

FASE I - CONSTRUCCIÓN TERRARIO

En el seminario de “comprensión de lo vivo”, la primera interacción que se tuvo hacia la idea de un ambiente controlado que nos permitiera hacer visible la dinámica del suelo y la importancia de los factores que intervienen en el metabolismo de las plantas, fue a través de la construcción de un terrario, los materiales utilizados en su edificación fueron los siguientes: una bombonera de vidrio como recipiente, tierra negra, arena de colores, vinipel, gravilla, elementos decorativos que no se afecten en contacto con agua y finalmente una planta rastrera ya que es aconsejable que la planta no vaya a crecer por encima del recipiente del terrario, para esta experiencia la planta elegida fue el dólar. Con los materiales listos se procedió a hacer un proceso de limpieza a la bombonera, para esto fue lavada con agua y jabón antibacterial repitiendo el proceso de enjuagada varias veces, con la finalidad de eliminar cualquier residuo de jabón o polvo que pudiese quedar adherido al recipiente, luego se colocó una capa de gravilla de aproximadamente 2 cm con respecto al fondo de la bombonera para que actuara como drenaje, despues se insertó una capa de tierra negra de 3 cm de altura como base del terrario, aplastándola suavemente formando una circunferencia interior para así generar una cuenca perimetral, esta depresión se rellenó con arena de color teniendo sumo cuidado de que no llegara a salirse de la cuenca, en la parte central se introdujo nuevamente tierra negra repitiendo el proceso de cuenca y arena de color 4 veces más, posteriormente se sacó la planta de su matera original para ser trasplantada en el hueco de 7 cm en el centro del terrario y se nivelo con el resto de tierra negra, de tal forma que sus hojas no alcanzaran a asomarse a la boquilla de la bombonera, asi mismo dejando una capa de 2 cm de tierra negra, finalmente se esparcio un vaso de agua dentro del terrario para luego sellar el sistema con vinipel para asi establecer el terrario como un sistema semi hermético.

-

FASE

II

:

DESCRIPCIÓN

DETALLADA

DE

LA

PROPUESTA

EXPERIMENTAL Con base en la información obtenida a través de la literatura se planteó una propuesta, que permitió experimentalmente dar cuenta de las dinámicas del suelo en la planta, para esto se escogió la semilla de la lenteja (lens culinaris) para observar qué condiciones o factores favorecen en su proceso de germinación transplantación y crecimiento, en su proceso de germinación establecido en un periodo de 12 días, se pudo observar que a partir de factores ambientales como la exposición a la luz y el nivel de humedad en el algodón que interactúan de forma directa en la semilla, está empezaba a transformarse en una planta, para esto el embrión de coloración verde se expande hasta lograr un rompimiento de la cáscara de la semilla de coloración café, al pasar de los días el embrión iba tomando una coloración blancuzca y al mismo tiempo se iba formando lo que al parecer es su raíz primaria y la formación del tallo de la planta.

Comentado [SEVV11]: redacción

Fig 2. Fotografía tomada día 10 de germinación de la semilla de lenteja (lens culinaris)

Pasados 12 días y basados en el tamaño de los tallos los cuales oscilan entre 3 cm y 12 cm, se dio inicio a la segunda parte del proceso, en la cual se trasplantó a los diferentes

montajes,

experimentales,

estableciendo

posteriormente

lotes

sembradas

los

cuales

bajo

unas

representan condiciones

unidades iniciales

establecidas para la observación de su evolución.

El ahora denominado día 1 del segundo proceso de observación se trasplantó una semilla de lenteja germinada por vaso y la cubrimos con aprox 1 cm de tierra negra,

estableciendo un total de 20 diferentes observables divididos en grupos de 5 vasos y catalogados en 4 grupos diferentes: i.

Grupo control: En este montaje, se regó 10 ml de agua la planta cada tercer día.

ii.

Grupo calcio: En este montaje se agregaron 10 gr de carbonato de calcio el primer día del segundo proceso.

iii.

Grupo Potasio: En este montaje se agregaron 10 gr de potasio, el primer día del segundo proceso.

iv.

Grupo Mezcla: Se agregaron 5 gr de carbonato de calcio y 5 gr de potasio, el primer día del segundo proceso.

Para el proceso de obtención de los macronutrientes a partir de elementos caseros, se inició con con el carbonato de calcio, para el cual se usaron cáscaras de huevo las cuales después de vaciar su contenido, se lavaron y dejaron secar por 1 día, para luego ser trituradas y pesadas para posteriormente ser agregada como nutriente principal en los grupos de observación.

Fig 3. En la imagen de la izquierda se encuentra la fotografía tomada del proceso de secado de las cáscaras de huevo usadas para la obtención de carbonato de calcio, a la derecha las cáscaras de huevo trituradas

En cuanto al potasio, se expusieron las cáscaras de plátano a un proceso de 10 días de secado, para posteriormente hacer una infusión de estas en una olla con agua, la cual fue hervida y finalmente agregando 10 gr del nutriente en las observables correspondientes al potasio y grupo mezcla.

Fig4. En la imagen de la izquierda se encuentra la fotografía tomada del proceso de secado de las cáscaras de plátano usadas para la obtención de potasio, a la derecha se ve la infusión del nutriente de potasio

Luego se estableció una rotulación numerada en los vasos para controlar los datos medibles, colocando en cada vaso la tierra hasta 4,5 cm de altura con respecto al fondo del vaso, luego colocamos los vasos en un lugar que permita el paso de la luz, y al mismo tiempo controle los cambios bruscos de temperatura el cual no se varió a lo largo de la observación, medición de las observables diariamente a las 7 pm.

FASE III: RESULTADOS EXPERIMENTALES Y CONCLUSIONES.

Bajos los datos obtenidos durante 9 días, se seleccionaron cuatro variables de análisis. Tres de estas variables son cuantitativas (Altura del tallo, Cantidad de hojas y Tamaño de las hojas) y una es cualitativa (Coloración de las hojas).

VARIABLES CUANTITATIVAS ALTURA DEL TALLO En esta variable lo que se realizó fue tomar la medida en milímetros (mm) de la altura del tallo de cada una de las plantas, desde el cimiento del suelo hasta donde termina la parte más alta de la planta de lentejas. A continuación se muestran los resultados en

gráficas.

Gráfica 1 Mediante los datos obtenidos y las gráficas podemos afirmar:

● El observable de prueba muestra un crecimiento lineal. ● En el observable de calcio se puede evidenciar un comportamiento constante entre los días 1 y 3. A partir del día 3, se muestra un crecimiento acelerado. ● El observable de calcio y potasio, podemos evidenciar un crecimiento desde el día 1. Esta variación no es un crecimiento acelerado.

Comentado [SEVV12]: en el día 1 ya tenían un crecimiento diferente. O sea que se sembraron plantas más grandes.

● El observable de potasio podemos observar un crecimiento a partir del día 4 y 5. Esta variación no es un crecimiento acelerado. ● De acuerdo a los observables, podemos afirmar que el calcio favorece al crecimiento de la planta a mayor proporción en comparación.

Comentado [SEVV13]: mmmmmmm viéndolo bien, no sé si se pueda concluir eso.

TAMAÑO DE HOJAS En esta variable lo que se realizó fue tomar la medida en milímetros (mm) de la longitud del tamaño de las hojas de las plantas, desde la parte de donde nace del tallo hasta donde termina la parte de la hoja. A continuación se muestran los resultados en gráficas.

Gráfica 2 Mediante los datos obtenidos y las gráficas podemos afirmar: ● El observable de prueba muestra un crecimiento en las hojas a partir del día 3.

Se nota, que la hoja presenta un periodo mayor para su crecimiento. ● En el observable de calcio se puede evidenciar un crecimiento acelerado a partir del día 2. ● El observable de calcio y potasio, podemos evidenciar una variación de crecimiento desde el día 2.

● El observable de potasio dos observables del tamaño de las hojas no crecen en comparación con los otros 3 restantes. Se puede observar crecimiento desde el día 1 y 3. ● De acuerdo a los observables, podemos afirmar que el calcio favorece la relación de crecimiento de las hojas de las plantas en comparación al potasio. ● De acuerdo a los observables el potasio se puede evidenciar crecimiento a partir del día 1 en las hojas de las plantas.

CANTIDAD DE HOJAS En esta variable lo que se realizó fue contar en el transcurso de los 9 días la cantidad de hojas que tenía cada plantas. A continuación se muestran los resultados en gráficas.

Gráfica 3 Mediante los datos obtenidos y las gráficas podemos afirmar como lo dice ●

El observable de prueba muestra un aumento entre los días 3 y 5. Se nota, que la hoja presenta un periodo mayor para su crecimiento.

●

En el observable de calcio se puede evidenciar un aumento de la cantidad de hojas a partir del día 5 y 7.

●

El observable de calcio y potasio, se puede evidenciar una cantidad de hojas a partir del día 1. Y se puede evidenciar una tasa de crecimiento mayor entre el día 2 y el día 7. (Cabe resaltar que esta planta era mayor en edad que las otras)

●

El observable de potasio se evidencia en el transcurso de los 9 días 2 hojas.

●

De acuerdo a los observables, podemos afirmar que el potasio no es un nutriente que favorece al crecimiento de las hojas.

VARIABLES CUALITATIVAS Durante los 9 días se realizó toma de datos del color que tiene la planta con cada uno de los sustratos. A continuación se muestran como cambian los colores durante el proceso.

CALCIO

POTASIO

CALCIO /

PRUEBA

POTASIO DÍA 1

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE

VERDE Y

OSCURO

TALLO CAFE

VERDE

VERDE Y

OSCURO

TALLO CAFE

CLARO/ TALLO CAFE DÍA 2

VERDE CLARO/ TALLO CAFE

DÍA 3

VERDE CLARO/ TALLO CAFE

DÍA 4

VERDE CLARO/ TALLO CAFE

DÍA 5

VERDE CLARO/ TALLO CAFE

VERDE

DÍA 6

VERDE

VERDE

CLARO/

VERDE

VERDE Y

OSCURO

TALLO CAFE

VERDE

VERDE Y

OSCURO

TALLO CAFE

VERDE

VERDE Y

OSCURO

TALLO CAFE

VERDE

VERDE Y

OSCURO

TALLO CAFE

TALLO CAFE DÍA 7

VERDE

VERDE

CLARO/ TALLO CAFE DÍA 8

VERDE

VERDE

CLARO/ TALLO CAFE DÍA 9

VERDE

VERDE

CLARO/ TALLO CAFE

TABLA 1 CONCLUSIONES GENERALES ● El potasio no es un elemento escaso en la planta, ya que es relevante para los procesos metabólicos a nivel celular y en los procesos de turgencia. ● Al exponer la planta a un máximo ecológico se produce un exceso en la concentración de macronutrientes. ● A partir de la revisión de la bibliografía el diseño experimental responde acorde a los planteamientos teóricos donde el calcio constituye uno de los principales macronutrientes en la formación de estructuras. ● Bajo las lecturas de Escudero donde afirma que el principal beneficio de una alta resorción estriba en el alargamiento del tiempo de uso de los nutrientes, parece que el incremento de la longevidad puede ser más eficaz a este respecto: para los rangos de eficiencia de resorción y de longevidad foliar observados, se ha demostrado que el alargamiento de la longevidad produce un mayor incremento del tiempo de residencia de los nutrientes en la biomasa foliar que el incremento de la resorción (Escudero et al., 1992). ●

La disminución del grosor del tallo permite ver el debilitamiento de la planta. Y si el grosor del tallo aumenta, me permite ver una sana vida de la planta.

Bibliografía

Acevedo, E. (1979). Interacciones suelo agua - raiz en el proceso de absorcion de agua por las plantas . BOL.TEC.44 FAC. AGRON. UNIV. CHILE, 17 - 25.

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ANÁLISIS DEL CRECIMIENTO Y DESARROLLO DE LAS LENTEJAS (LENS CULINARIS) A PARTIR DE LA VARIACIÓN DEL SUSTRATO.

Sánchez Serrato Wilton Esneider* Torres Vásquez Karol Viviana**

Resumen El presente artículo deriva de un diseño experimental desarrollado en el marco del Seminario de la Comprensión de lo Vivo de la Maestría en Docencia de las Ciencias Naturales de la Universidad Pedagógica Nacional. Dicho diseño fue comprendido desde un paradigma de investigación cualitativa - interpretativa en el que se analizó la incidencia del Carbonato de Calcio (CaCO3) y el Potasio (K) cómo macronutrientes en el crecimiento y desarrollo de Lens culinaris, comúnmente conocida como lenteja y a partir de ello explicar fenomenológicamente la dinámica del suelo. Para ello, se llevaron a cabo tres fases: conceptualización, sistematización y análisis. De manera general, los resultados en términos descriptivos permite inferir que las variación del Carbonato de calcio y el Potasio y su combinación en condiciones relativamente controladas incidieron ampliamente en el estado de la planta, lo que posibilitó realizar observaciones cuantitativas pero también cualitativas de su crecimiento y desarrollo cómo medidas de crecimiento, coloración y textura para las plántulas de lenteja en unas condiciones controladas de riego y cantidades del elemento añadido. Por último, las conclusiones permiten establecer algunas relaciones entre los resultados experimentales y la información teórica para así determinar también las potencialidades y las limitaciones del diseño experimental para explicar la dinámica del suelo.

Abstract: This article derives from an experimental design developed within the framework of the Seminar of the Understanding of the Living of the Master's Degree in Teaching of Natural Sciences of the National Pedagogical University. This design was understood from a qualitative-interpretive research paradigm in which the incidence of Calcium Carbonate (CaCO3) and Potassium (K) as macronutrients in the growth and development of Lens

Comentado [SEVV1]: Interesante escrito. Se deja de lado el papel de la construcción del terrario, la salida “no presencial” al humedal La Libélula y la película como actividades desencadenantes que orientaron el diseño y desarrollo de la ruta conceptual y metodológica. En relación con la metodología, creo que fue más por la propuesta por el seminario, que por la que describen.

Calificación: 48/50

culinaris, commonly known as lentil, was analyzed and from This explains phenomenologically the dynamics of the soil. For this, three phases were 1carried out: conceptualization, systematization and analysis. In general, the results in descriptive terms allow us to infer that the variation of Calcium Carbonate and Potassium and their combination under relatively controlled conditions greatly affected the state of the plant, which made it possible to make quantitative but also qualitative observations of its growth and I develop how to measure growth, color and texture for lentil seedlings under controlled conditions of irrigation and amounts of the added element. Finally, the conclusions allow establishing some relationships between the experimental results and the theoretical information in order to also determine the potentialities and limitations of the experimental design to explain the dynamics of the soil.

Palabras clave: Diseño experimental, dinámica del suelo, raíz, absorción, nutrientes.

Key Word: Experimental design, soil dynamics, root, absorption, nutrients.

Introducción El crecimiento y desarrollo de una planta se puede comprender a la luz de múltiples explicaciones fenomenológicas, para el caso particular de este diseño experimental, dicha comprensión y explicación radica en la apreciación de la dinámica del suelo y su relación con el crecimiento y desarrollo de una planta. Lens culinaris comúnmente conocida cómo lenteja. Con el fin de delimitar el objeto de estudio tanto del diseño experimental cómo de las consignas teóricas y metodológicas que se desarrollarán más adelante, se hará especial énfasis en los siguientes elementos los cuales se consideran necesarios y pertinentes para explicar dicha dinámica. Así, los elementos teóricos a desarrollar serían: formación y composición del suelo, caracterización de la estructura radicular, mecanismos de absorción de agua y nutrientes, una breve conceptualización sobre macro y micronutriente. Por su parte, en los elementos metodológicos se realizará

1

* Estudiante: Maestría en Docencia de las Ciencias Naturales, Departamento de Física de la Universidad Pedagógica Nacional, Correo electrónico: wesanchezs@upn.edu.co ** Estudiante: Maestría en Docencia de las Ciencias Naturales, Departamento de Física de la Universidad Pedagógica Nacional, Correo electrónico: kvtorresv@upn.edu.co

una descripción del planteamiento del diseño experimental que se desarrollará a profundidad en el apartado de materiales y métodos y que en conjunto parten de la siguiente pregunta que es tanto problema cómo punto de partida para trazar el diseño experimental y las posibles explicaciones sobre la dinámica del suelo que de éste derivan y es ¿Cómo la variación de los nutrientes de Calcio y Potasio incide en el crecimiento y desarrollo de la Lens culinaris?

Formación y composición del suelo De acuerdo con (Acevedo, 1979) El suelo es un componente de los sistemas terrestres que tiene un carácter multifuncional...existe una relación entre la estructura del suelo y el crecimiento de las plantas, en particular de sus raíces. Desde esta perspectiva, una comprensión que se tiene del suelo en términos de ese carácter multifuncional es que más allá de constituirse como un medio de soporte para la mayoría de las plantas su “funcionalidad” nutricional emerge a partir de complejos procesos físico-químicos y a lo largo de millones de años de actividad microbiana, magmática y la misma deriva continental, pues en el magma se encuentran fundidos los minerales que en el enfriamiento y la agregación van formando las rocas. Como se muestra en la siguiente imagen, existen tres tipos de rocas que se componen a partir de diversos minerales.

Tabla 1. Tipos de rocas por tipo de mineral agregado. Tomado de (Toledo, 2016)

Comentado [SEVV2]: Eliminar espacio.

Según (Toledo, 2016) los suelos se forman también por procesos de meteorización física y química, en el primero, la roca es resquebrajada por la acción mecánica de factores abióticos como el hielo y deshielo, el golpe abrasivo del viento cargado de partículas sólidas, el granizo, la lluvia, los cambios extremos de temperatura que dan lugar a la dilatación y la contracción de la roca. En el segundo, el agua se introduce al interior de la roca, dando lugar a reacciones de “descomposición” por hidrólisis. También cuando el CO2, que es arrastrado por la lluvia desde el aire hasta el interior de las rocas o por la actividad de los microorganismos, se mezcla con el agua dando lugar al ácido carbónico, molécula que reacciona con diversos minerales de la roca, alterándola y dando lugar a nuevos minerales.

Con respecto a la estructura del suelo, la (FAO,2021) la define como “la forma en que se agrupan las partículas individuales de arena, limo y arcilla. Cuando las partículas individuales se agrupan, toman el aspecto de partículas mayores y se denominan agregados.” pudiéndose distinguir cinco tipos de estructuras; muy finas, finas, medianas, gruesas y muy gruesas. De manera que el crecimiento y desarrollo de las plantas dependerá también del tipo de estructura del suelo pues el sistema radicular deberá penetrar en este “en búsqueda” de los nutrientes. Aquí, el agua y la edafofauna, incluyendo los microorganismos cómo hongos y bacterias juegan un papel fundamental porque su presencia determinará el grado mismo en el que se concentran los nutrientes y se incorporan a la planta mediante procesos de absorción e incluso simbiontes.

Así, desde la perspectiva de (Odum, 1971) se comprende el suelo cómo un subsistema que no sólo es un “factor” del medio de los organismos, sino que es producido también por ellos. Por lo general, se suele pensar en el suelo como en el resultado de la acción del clima y los organismos, especialmente de la vegetación, en esta forma, el suelo se compone de un material derivado del substrato geológico y de un aumento de materia orgánica, donde se entremezclan los organismos y sus productos con las partículas finamente divididas del material en cuestión.

Caracterización de la estructura radicular La zona radicular es una estructura especializada que cumple con la función de anclar la planta al suelo y permitir la absorción de agua y nutrientes para el mantenimiento homeostático del organismo. Para una mejor comprensión de su estructura, se

detallarán las agrupaciones celulares desde niveles macros a micros, iniciando desde el exterior con la prolongación de la epidermis, conocida como PELOS RADICULARES,

Microfotografía 1. Microfotografía electrónica de los pelos absorbentes del sistema radicular.

Tomada de: Universidad de Granma

que permiten el paso del agua, así como de los nutrientes disueltos en ella, facilitando el intercambio catiónico al interior del tejido vegetal, además amplía el área de contacto entre la raíz y el suelo, luego se encuentra la EPIDERMIS, siendo este el tejido que se extiende a lo largo de la planta y cuyas funciones se asocian a la protección de la desecación y barrera natural frente a agentes patógenos, la PARÉNQUIMA CORTICAL actúa como un tejido especializado con la capacidad de acumular sustancias de reserva (ver ilustración 1) y cuya forma permite establecer algunos tipos de clasificaciones.

Comentado [SEVV3]: No corresponde con el tejido en mención.

Comentado [SEVV4]: Falta referencia bibliográfica.

Ilustración 1. Tipos de raíces según su forma

Comentado [SEVV5]: No corresponde con el texto.

Continuamos con la ENDODERMIS que presenta una disposición celular compactada y comprende la formación de las bandas de CASPARY las cuales forman una barrera que impide a la solución del suelo pasar por el apoplasto, forzándola a través del citoplasma que es selectivamente permeable (simplasto) (Hipertextos de Biología, 2015)de lo cual se podría inferir que es un proceso de regulación iónica que determina el paso de nutrientes hacia el PERICICLO, agrupación celular que brinda apoyo y protección al tejido dando paso al tejido vascular compuesto por el xilema y el floema. El XILEMA

Comentado [SEVV6]: Falta referencia bibliográfica.

conduce grandes cantidades de agua y algunos compuestos inorgánicos y orgánicos desde la raíz a las hojas, allí las moléculas de agua se mantienen enlazadas por puentes de hidrógeno, lo cual es determinante en el proceso de evapotranspiración, ya que al emanar agua de la planta, deben ser reemplazadas desde la raíz, manteniendo un equilibrio dinámico, siempre y cuando se encuentre con disponibilidad de recurso en el suelo, ya que de otra forma, tendría un déficit hídrico y nutricional. Los conductos que transportan el agua y los nutrientes a la parte aérea de la planta son las TRAQUEIDAS, células vasculares, limitadas por membranas transversales primitivas.

Estos vasos son células muertas, alargadas y generalmente aguzadas en los extremos.(https://www.udg.co.cu/cmap/botanica/Tejidos_vasculares._Xilema.htm) por otra parte el floema conduce sustancias orgánicas producidas en los lugares de síntesis, fundamentalmente en las hojas, y en las estructuras de almacenamiento. (Uvigo, 2021)

Comentado [SEVV7]: Falta referencia bibliográfica.

Al volcar la mirada al extremo apical de la raíz, se encuentra la CALIPTRA que provee de protección mecánica a las células meristemáticas cuando la raíz crece a través del suelo. (ver microfotografía 2)

Microfotografía 2. Corte transversal de la caliptra con técnica de tinción de Lugol.

Comentado [SEVV8]: Tomado de?????

Estas células son destruidas por el crecimiento de la raíz y la fricción con el suelo, pero son rápidamente reemplazadas por células nuevas generadas por división celular en la cara externa del meristema de la raíz

Fotografía1. Estructuras radiculares desarrolladas en el proceso de germinación

Comentado [SEVV9]: Tomada por????

Mecanismos de absorción y nutrientes Según la mayoría de las especies vegetales obtienen el agua del suelo. El agua se mueve a través del suelo, penetra al interior de las raíces y pasa a la parte área desde

Comentado [SEVV10]: Jajajaj las especies vegetales dicen que y como obtienen agua…..!!!!!!!

donde casi la totalidad pasa a la atmósfera por el proceso de transpiración. En su conjunto, el agua del suelo, planta y atmósfera constituye un continuo en el que ésta se desplaza de acuerdo con gradientes de energía. El proceso es de naturaleza física en el sentido de que no utiliza en forma directa la energía metabólica de la planta.

Comentado [SEVV11]: Esta afirmación es difícil sostener.

La anterior afirmación permite entonces hablar de las propiedades físicas del agua, dado que fuerzas de cohesión y tensión dan lugar al flujo del agua que moviliza a su vez los minerales desde el nivel superficial hasta la parte aérea de las plantas. En (Toledo, 2016) se logran identificar tres mecanismos de absorción: flujo masal, intercepción

Comentado [SEVV12]: Estas tienen energía asociada, de lo contrario no se podrían mantener.

Comentado [SEVV13]: Falta referencia bibliográfica.

radicular y difusión. Con respecto al flujo masal los nutrientes, importantes para la fabricación de compuestos, el mantenimiento y conformación de las estructuras, son arrastrados por el flujo de agua transpirada por la planta que crea una especie de “arrastre” lo que confirma la idea de que el proceso es netamente físico y no implica un gasto de energía metabólica por lo tanto, cómo ya se ha mencionado, la disponibilidad del agua en el suelo es proporcional a la absorción y fijación de nutrientes.

Comentado [SEVV14]: El que no requiere ATP no significa que no requiera energía.

Comentado [SEVV15]: Esta conclusión no se corresponde con el enunciado.

Por su parte, el mecanismo de intercepción radicular hace referencia al contacto directo de la estructura radicular con los nutrientes en los que diferenciales iónicos condicionan el ingreso de algunos nutrientes y la salida también de secreciones de la misma planta.

Mientras que el mecanismo de difusión se realiza mediante gradientes de mayor a menor concentración, claramente en todos los procesos tanto la disponibilidad del agua cómo de la estructura del suelo son factores para considerar para explicar la dinámica del suelo y el crecimiento y desarrollo de las plantas. Es importante mencionar también que algunos elementos presentes en el suelo se pueden considerar cómo macro y micronutrientes y son utilizados por las plantas en mayores y menores cantidades, respectivamente en el mantenimiento, formación estructural y procesos homeostáticos cómo la formación de glucosa y otros compuestos. Además, los nutrientes por su naturaleza fisicoquímica tienen comportamiento iónico, cationes y aniones que interactúan con diferenciales iónicos del sistema radicular y cuya dinámica también incorpora nutrientes a la planta, dicho comportamiento, confiere al suelo caracteres ácidos, básicos o neutros que agregaron otra variable a la dinámica del suelo.

Comentado [SEVV16]: Falta referencia bibliográfica.

Tabla 2. Nutrientes esenciales para las plantas. Tomado de (Toledo, 2016)

Materiales y métodos: El diseño experimental se desarrolló bajo un enfoque de investigación cualitativa interpretativa porque para el tratamiento analítico de los datos y de las variables se debieron construir interpretaciones a partir del fenómeno observado, es decir del crecimiento y desarrollo de la lenteja y poder establecer relaciones no solo en las causas iniciales y los efectos secundarios de la manipulación de las variables sino también en sus intermedios a medida que se fue desarrollando el experimento El estudio inicia con la fase de conceptualización, donde por medio de la revisión bibliográfica

se construye la visión de suelo como “un componente natural de los

sistemas terrestres, que influye en la regulación y purificación del agua, interviene en el intercambio gaseoso (...), regula y neutraliza las toxinas y contribuye en los procesos de descomposición” (Etchevers B. et al., 2013) además de caracterizar los perfiles de suelo, pasando por diferentes clasificaciones, incluyendo aquellas que estaban basadas en aspectos culturales, llegando a la estratificación del subsistema y su conexión con la estructura radicular, siendo esta última un centro de interés fundamental para el presente trabajo, cabe aclarar que con ello no se pretende incurrir en un reduccionismo del organismo vegetal, sino escudriñar en las cuestiones propias de la raíz y su intrincada relación con el suelo.

Partiendo del ejercicio conceptual, se procede con la delimitación del diseño experimental en los siguientes pasos: 1 Selección del organismo vegetal que sería sometido a las variaciones del suelo. 2. selección de nutrientes para dicha variación y 3. valoración de criterios de observación para sistematización del diseño experimental.

Comentado [SEVV17]: Construcción del terrario.

Con respecto al Paso 1: La selección del organismo vegetal, La lenteja, considerada como uno de los cultivos más antiguos con unos 8.000 a 9.000 años de antigüedad, originaria de Irak donde se extendió a los países limítrofes como Grecia, Bulgaria etc y más tarde introducida en Europa donde se difundió al resto de los países y como cultivo reciente en América (https://infoagro.com/herbaceos/legumbres/lenteja.htm)

se

encuentra dentro de la familia de las Fabaceaes, genero Lens y especie Lens culinaris, se decide experimentar con esta planta dada su fácil germinación, adaptabilidad y adquisición, así como su rápido crecimiento, este último se contempló bajo criterios de longitud de tallo y número de hojas, no se relacionan descripciones referentes a frutos y flores.

En el paso 2, se determinan como variables susceptibles a modificación, la agregación de Carbonato de calcio y Potasio en el sustrato, estos dos elementos son escogidos debido a los aportes que realizan a la planta ya que al verificar los compuestos esenciales para ellas, se evidencia que el calcio (Ca) es uno de los tres nutrientes secundarios, junto con el magnesio (Mg) y el azufre (S), que requieren las plantas para crecer vigorosamente, dado su protagonismo al mantener las paredes de las células unidas, así como catalizar procesos enzimáticos que modulan reacciones celulares en las plantas, otro criterio de selección fue la facilidad de acceso al elemento, ya que el

Comentado [SEVV18]: Falta referencia bibliográfica.

calcio se obtendría de forma natural en carbonato de calcio de la cáscara del huevo, esto atendiendo a las condiciones de la pandemia y el trabajo desde casa (el proceso de extracción de carbonato de calcio será relacionado más adelante). Del mismo modo el potasio (K), es el principal soluto requerido en las vacuolas para la elongación de las células debido a que aumenta el potencial osmótico favoreciendo la entrada de agua.

Comentado [SEVV19]: Falta referencia bibliográfica.

Por lo tanto, el potasio es un nutriente fundamental para la elongación celular, principalmente para el crecimiento de las raíces. (INTAGRI, 2021) y al igual que el Calcio (carbonato de calcio), el potasio fue extraído de forma artesanal de la cascara de plátano.

La extracción de calcio de la cáscara de huevo se realiza mediante la pulverización de

Comentado [SEVV20]: Falta referencia bibliográfica.

la cáscara por maceración hasta lograr que la reducción tome aspecto de polvillo con un grano fino, cuando se logra este punto se seleccionan 10 gr de polvillo y se disuelven en 10 ml de agua, logrando la primera solución que se añadirá a cada una de las réplicas, cuya variación estará dada por el calcio. Por otra parte, la extracción del potasio presenta varios momentos, en primer lugar se deja secar la cáscara de plátano de 3 a 5 días, en una zona aireada, con una temperatura que permita su deshidratación y

Comentado [SEVV21]: Falta referencia bibliográfica.

oxidación, cuando se evidencie un aspecto de rigidez y una coloración café oscura, se procede a hidratar las cáscaras sumergiéndolas en agua, cuando el tejido de la cáscara haya recuperado la tonicidad, se debe poner a licuar entre 3 a 6 min, obteniendo como resultado una mezcla homogénea y viscosa, por último se debe filtrar ese producto, separando el sobrenadante del precipitado, obteniendo como resultado el extracto de potasio del cual se seleccionan 10 ml para añadirlo a cada una de las 5 réplicas que tendrán la variación del suelo a partir del potasio.

Fotografía 2. Extracción de Potasio

Comentado [SEVV22]: Tomada por?

Fotografía 3. Extracción de Calcio (CaCO3)

Comentado [SEVV23]: Tomada por?

Contando ya con los extractos del Calcio (Ca) y Potasio (K) se procedió con el paso tres, la delimitación de los criterios morfológicos que serían observados: Altura del tallo (mm), Tamaño de la hoja (mm), Textura de la hoja, Color de la planta y Cantidad de hojas (Número de hojas) los datos obtenidos en las observaciones diarias se registraron en una matriz de Excel durante 9 días, permitiendo la tabulación y conversión en tabla para análisis de resultados.

El montaje 1 constaba de 5 plántulas de lenteja, sembradas cada una en un vaso de plástico de 8 Onz , con 45 gr de tierra negra, con una frecuencia de riego de 10 ml de agua cada 3 días (montaje patrón).

Fotografía 5. Montaje 2

El montaje 2 constaba de 5 plántulas de lenteja, sembradas cada una en un vaso de plástico de 8 Onz , con 45 gr de tierra negra, con una adición de 10 gr de calcio disueltos en 10 ml de agua incorporados en el momento de siembra, con una frecuencia de riego de 10 ml de agua cada 3 días.

Fotografía 6. Montaje 2

El montaje 3 constaba de 5 plántulas de lenteja, sembradas cada una en un vaso de plástico de 8 Onz , con 45 gr de tierra negra, con una adición de 10 ml de extracto de potasio incorporados en el momento de siembra, con una frecuencia de riego de 10 ml de agua cada 3 días y por último, el montaje 4 constaba de 5 plántulas de lenteja,

sembradas cada una en un vaso de plástico de 8 Onz , con 45 gr de tierra negra, con una adición de 5 gr de calcio + 5 ml de extracto de potasio incorporados en el momento de siembra, con una frecuencia de riego de 10 ml de agua cada 3 días.

Fotografía 7. Montaje 3

Resultados y discusión: Al realizar la sistematización de los datos y representación gráfica se evidencia que:

Gráfica 1. Gráfica general de los montajes

INTERPRETACIÓN •

A partir de los datos analizados y presentados en las gráficas se interpreta que el grupo de plántulas que tuvo variación del sustrato con una adición de 10 gr de Calcio (extraído de la cáscara de huevo en forma de Carbonato de calcio) disueltos en 10 ml de agua reflejó un comportamiento ascendente, a partir del día 3 de observación, se evidencian picos más pronunciados posteriores al riego, lo cual afirmaba que “el agua tiene una participación fundamental al proporcionar la fuerza que produce la expansión” (Acevedo, E. pág;18), posiblemente al aumentar el recurso hídrico disponible, aumentó la capacidad de absorción catiónica del nutriente.

•

El montaje de 5 plántulas tomadas como patrón muestran un crecimiento lineal en el transcurso de los 9 días observados. Hubo un punto de convergencia en el crecimiento para 3 de las 5 plántulas en el día 4, sin embargo al noveno día es clara la distancia, que en términos de crecimiento del tallo muestran cada una de ellas.

•

En el montaje de calcio y potasio, se evidenció un crecimiento desde el día 1.

Esta variación no muestra un crecimiento acelerado, al observar el aspecto de las plántulas en el transcurso de los 9 días, se evidencia pérdida de la turgencia, el tallo decae, su textura es levemente mucilaginosa, lo que llevó a pensar que la concentración de Carbonato de calcio y potasio excedieron los límites de asimilación de dichos nutrientes por parte de la Lens culinaris, llevando a las plántulas a un punto de sobresaturación.

•

En el montaje de Potasio se refleja un crecimiento a partir del día 4 y 5 sin embargo la longitud alcanzada es mínima, en comparación a los montajes anteriormente descritos.

Gráfica 2. Tamaño de la hoja.

•

El montaje tomado como patrón, muestra un crecimiento en las hojas a partir del día 3. En comparación con el crecimiento del tallo, se concluye que el brote o emergencia de hojas toma más tiempo para desarrollarse.

•

En el montaje de variación de calcio se observó la aparición de brotes a partir del segundo día de la siembra, estos brotes presentaban un desarrollo rápido, ya que emergían a plenitud al 3 día de mostrarse inicialmente, alcanzando una longitud máxima de 14 mm.

•

En el montaje de Calcio y Potasio, podemos evidenciar una variación de crecimiento desde el segundo día alcanzando una longitud máxima de hoja de 12 mm.

•

El montaje de Potasio presenta un crecimiento aminorado, en comparación con el montaje de Calcio y el de Potasio-Calcio, una de las cinco plántulas no presentó crecimiento en las hojas. Se puede observar crecimiento desde el día 1 y 3, logrando una longitud máxima de hoja de 10 mm.

•

De acuerdo con los observables, podemos afirmar que el calcio favorece la relación de crecimiento de las hojas de las plantas en comparación al Potasio.

Gráfica 3. Cantidad de hojas

•

Este montaje patrón muestra un aumento entre los días 3 y 5 .en donde la hoja presenta un periodo mayor para su crecimiento mientras que en el observable de calcio se puede evidenciar un aumento de la cantidad de hojas a partir del día 5 y 7.

•

Por su parte, en este montaje de Calcio y Potasio, se puede evidenciar el crecimiento de las hojas a partir del día 1 y una tasa de crecimiento mayor entre el día 2 y el día 7 de observaciones.

•

De acuerdo con estas observaciones se podría inferir que el Potasio si bien está implicado en el crecimiento y formación de las áreas foliares dicho crecimiento no se hace muy evidente en el diseño experimental.

Conclusiones: ●

A partir de la revisión de la bibliografía el diseño experimental responde acorde a los planteamientos teóricos donde el calcio constituye uno de los principales macronutrientes en la formación de estructuras.

●

A partir de la visión de suelo como un subsistema, que comprende un metabolismo propio, que se presenta como lo conocemos debido a esa suma de interacciones, permite también, comprender los máximos y mínimos que son determinantes para la favorabilidad del desarrollo de la planta, ya que para el caso del montaje que tuvo la adición de Potasio y Calcio, el aspecto y vigorosidad de la planta se vio directamente afectado, el tallo perdió rigidez, lo cual sugiere un cambio en la turgencia de la planta, además de presentar una textura mucilaginosa y disminuir el diámetro del tallo.

●

El Calcio es uno de los macronutrientes que emplean la mayoría de las plantas para formar estructuralmente diferentes tipos de tejidos y su extracción y pureza para este diseño experimental sólo tuvo en cuenta un calcio en presentación de Carbonato de Calcio (CaCO3) que en la forma en que se encuentra naturalmente en las cáscaras de huevo además es probable que el sustrato utilizado para sembrar las lentejas previamente hubiera tenido una determinada concentración de calcio entre otros elementos que claramente intervinieron en el crecimiento y desarrollo de la lenteja.

●

Los diseños experimentales permiten realizar explicaciones a partir de la modelización y artificialización de fenómenos en los cuales se deben tener en cuenta las limitaciones en términos técnicos y operativos pues en esta medida las explicaciones serán mucho más acordes al fenómeno estudiado.

Referencia Bibliográfica Acevedo, E. (1979). Interacciones Suelo-Agua-Raiz en el proceso de absorcion de agua por las plantas. Boletin Técnico, 44(Facultad de Agronomía, Universidad de Chile), 17–25.

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UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA NACIONAL MAESTRÍA Y ESPECIALIZACIÓN EN DOCENCIA DE LAS CIENCIAS NATURALES SEMINARIO LA COMPRENSIÓN DE LO VIVO

La luz como factor determinante en el proceso de fotosíntesis Lorena Bejarano1, Esperanza Ortiz1, Armando Palacios1,

La vida es un proceso continuo de relaciones que presenta dinámicas complejas entre los

Comentado [SEVV1]: Un ejercicio interesante de escritura para mostrar la incidencia de la luz en el crecimiento de las plantas, a propósito de las actividades propuestas en el seminario. Creo que no se desarrolla suficientemente el papel que juegan las estructuras como el cloroplasto y sus distintas regiones. No se particulariza, ni ilustra su estructura ni la de las clorofilas.

factores bióticos y abióticos presentes en los distintos ambientes del planeta, la autonomía

Calificación: 48/50

The light as a determining factor in the photosynthesis process Resumen

con la que se desenvuelven los seres vivos para el desarrollo de las funciones vitales y la obtención de energía es motivo de asombro y de estudio para comprender las interacciones que se llevan a cabo a nivel macroscópico y microscópico. En esta oportunidad se utilizó el proceso de fotosíntesis para reconocer la interacción de la luz con los organismos vegetales, reconociendo la naturaleza de este fenómeno, las estructuras de las plantas que intervienen en el proceso de obtención y transformación de la energía lumínica y las condiciones que afectan el desarrollo y crecimiento de las plantas. Este trabajo se realizó bajo un enfoque de la investigación cualitativa exploratoria dentro de la cual se abordó una pregunta central ¿Cuáles son las longitudes de onda que favorecen el crecimiento de la planta?, sobre esta pregunta se planteó la siguiente hipótesis; Las plantas expuestas a longitudes de onda rojas, blancas y azules presentan un crecimiento favorable en comparación con longitudes de onda verdes y amarillas.

Dentro del diseño experimental y con ánimo de dar respuesta a la pregunta central, se germinaron una serie de semillas de lenteja y una vez presentaron un tamaño favorable se trasplantaron a tierra y se expusieron a diferentes longitudes de onda, las observaciones de las plantas se desarrollaron cada tercer día durante 11 días y los resultados fueron registrados en tablas y gráficas para la elaboración de una matriz que permitió comparar y evidenciar la longitud del tallo y la cantidad de pares de hojas bajo cada una de las longitudes emitidas por los leds seleccionados. De esta manera se comprobó la hipótesis planteada y a su vez se generaron más inquietudes que abren la puerta a nuevos estudios que complementen este ejercicio enriquecedor para la comprensión de la dinámica de la luz en los ambientes naturales.

Palabras Claves: luz, planta, cloroplasto, tilacoide, clorofila, pigmento, fotón, electrón, longitud de onda, espectro, fotosistema.

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UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA NACIONAL MAESTRÍA Y ESPECIALIZACIÓN EN DOCENCIA DE LAS CIENCIAS NATURALES SEMINARIO LA COMPRENSIÓN DE LO VIVO

Abstract Life is a continuous process of relationships that presents complex dynamics between biotic and abiotic factors present in the different environments of the planet. The autonomy with which living develop for the development of vital functions and the obtaining of energy is a source of wonder and study to understand the interactions that take place at the macroscopic and microscopic level. In this opportunity, the photosynthesis process was used to recognize the interaction of light with plant organisms, recognizing the nature of light, the plant structures involved in the process of obtaining and transforming light energy and the light conditions that affect the development and growth of plants. The development of the work was carried out under an exploratory qualitative research approach in which a central question was addressed: Which are the wavelengths that favor plant growth? On which the following hypothesis was proposed Plants exposed to red, white and blue wavelengths show a favorable growth compared to green and yellow wavelengths.

Within the experimental design and in order to answer the central question, a series of lentil seeds were germinated and once they presented a favorable size, they were transplanted to soil and exposed to different wavelengths. The observations of the plants were carried out every third day for 11 days and the results were recorded in tables and graphs for the elaboration of a matrix that allowed comparing and evidencing the length of the stem and the number of pairs of leaves under each of the wavelengths emitted by the LEDs. In this way, the hypothesis was proved and at the same time more concerns were generated that open the door to new studies that complement this enriching exercise for the understanding of the dynamics of light.

Keywords: light, plant, chloroplast, chloroplast, chlorophyll, pigment, photon, electron, wavelength, spectrum, photosystem.

Introducción El ejercicio se desarrolló en el marco del seminario “La comprensión de lo vivo” de la Maestría en Docencia de las Ciencias Naturales de la Universidad Pedagógica Nacional, a partir de una visita virtual al Parque Ecológico Distrital Humedal Tunjo (Humedal la Libélula) y la construcción de un terrario como un ecosistema cerrado y autónomo, estas

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actividades permitieron la reflexión sobre la dinámica que se establece entre los factores abióticos y bióticos.

A partir de la observación diaria del Terrario y los diferentes encuentros en el desarrollo del seminario, se generaron diversos cuestionamientos que indagaban sobre la dinámica del agua, el aire, el suelo y la luz, siendo este último el factor de interés para el desarrollo del presente trabajo.

En el proceso de modelización experimental para la comprensión de las dinámicas que los seres vivos establecen con el ambiente, surgieron los siguientes cuestionamientos ¿Cuáles son las estructuras y sustancias de la planta que favorecen la absorción y transformación de la luz?, ¿Cómo se transforma la energía lumínica en energía química? y ¿Cómo se ve afectada la planta cuando se modifican las condiciones de luz? Dichos interrogantes permitieron trazar una ruta metodológica y elaborar el diseño experimental para dar respuesta a la pregunta central ¿Cuáles son las longitudes de onda que favorecen el crecimiento de la planta? Sobre la cual se planteó la siguiente hipótesis Las plantas expuestas a longitudes de onda rojas, blancas y azules presentan un crecimiento favorable en comparación con longitudes de onda verdes y amarillas.

Para la comprobación de la hipótesis y continuando con el desarrollo de la ruta metodológica fue necesaria una revisión documental dentro de la cual se hizo énfasis en los siguientes aspectos.

Naturaleza de la luz Isaac Newton permitió comprobar que la luz blanca proveniente del Sol estaba compuesta por colores de distinta refracción (Migliavacca, 1981, pg. 33), esta aseveración fue posible, al hacer pasar un rayo de luz blanca a través de un prisma, lo que evidenció la composición de la luz visible, como se muestra en la siguiente ilustración.

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Comentado [SEVV2]: Mmm la ilustración no muestra eso.

O mejor muestra otra cosa.

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Espectro visible por el ojo humano (Luz) Ultravioleta

Infrarrojo 400 nm

Rayos cósmicos

450 nm

Rayos gamma

500 nm

Rayos X

550 nm

600 nm

Infrarrojo

UVC/B/A

Radar

Ultravioleta 1 fm Longitud de onda ( m) Frecuencia (Hz)

10

1 pm

–15

10

23

10

–14

10

10

22

–13

21

10

–12

10 10 (1 Zetta-Hz)

20

1Å

10

–11

10

19

10

18

10

–9

10 10 (1 Exa-Hz)

17

1 µm

10

–8

10

16

10

700 nm

UHF VHF

–7

15

10

–6

10 10 (1 Peta-Hz)

14

1 mm

10

–5

10

13

10

–4

12

10

–3

10 10 (1 Tera-Hz)

11

1m

–2

10

10

10

Frecuencia extremadamente baja

Radio

1 cm

10

750 nm

Onda media Onda corta Onda larga

Microondas

1 nm

–10

650 nm

–1

9

10

1 km

0

10 10 (1 Giga-Hz)

10 8

1

10

10 7

2

10 6

3

10 10 (1 Mega-Hz)

1 Mm

10 5

4

10

10 4

5

10 3

6

10 10 (1 Kilo-Hz)

10

7

2

Ilustración 1: Autor: Horst Frank, Jaibird 16/03/2007 recuperado el 17/06/2021. Tomado de: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Electromagnetic_spectrum_-de.svg

La luz del Sol presenta características similares a la que irradiaría un cuerpo negro correspondiente a una temperatura de 6000 K (Shortley & Williams, 1976), por lo que el Sol emite energía en un amplio rango de longitudes de onda, pero solo una pequeña porción del espectro de luz es visible (Finzi, 2008, pg 12 -13) (ver ilustración 1). Este segmento del espectro y la incidencia de la luz sobre las plantas es el foco de interés para el presente estudio. La energía de las ondas electromagnéticas está dada por la siguiente relación: 𝐸 = ℎ𝑓

o

!

𝐸 =ℎ∗"

Donde ℎ representa la constante de Planck, 𝑓 es la frecuencia de vibración del campo eléctrico y magnético, 𝜆 es la longitud de onda y 𝑐 es la velocidad de la luz. Por lo tanto, una frecuencia mayor (longitud de onda menor) tiene mayor energía que una frecuencia menor. Debido a que el espectro resulta ser continuo, no es posible establecer donde comienza o termina un color.

En procesos de artificialización y para la modelización experimental se utilizan Leds (diodos emisores de luz dado - Light Emitting Diode) que son semiconductores que emiten luz y presentan un estrecho ancho de banda entre 17 a 35nm para los colores azul, verde, amarillo y rojo. (Malacara, 2011. Pg.30) (ver ilustración 2).

La forma más común para producir la luz blanca por medio de Leds es combinando Led rojos, verdes y azules, si bien la luz parecerá blanca a los ojos, el espectro emitido no tiene la misma potencia de salida relativa en todos los colores, la ilustración 3 representa el espectro emitido por este método.

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Ilustración 2: Espectro de algunos Led con diferentes colores.

El ancho de banda es de unos 25 nm para los tres colores.

Tomado de Malacara (2011. Pg.30)

Ilustración 3: Espectro de la luz Leds tricromático.

Tomado de Malacara (2011. Pg.31)

En las plantas, la luz destinada a impulsar el proceso fotosintético es absorbida por dos tipos principales de pigmentos, las clorofilas y los carotenoides, el espectro de absorción de las clorofilas se muestra en la ilustración 41

Ilustración 4. Espectro solar y perfiles de absorción de pigmentos de clorofila y bacterioclorofila. El espectro de la luz solar se representa en negro, la energía fotónica en cada longitud de onda en amarrillo y en la parte inferior los espectros de absorción de la clorofila y bacterioclorofila. Tomado de Cardona, Shao & Nixon (2018)

Estructuras de la planta Las interacciones que surgen con la luz y la planta son numerosas y complejas, inicialmente es pertinente citar a Ingenhousz quien identificó que las plantas necesitan luz para procesos fotosintéticos, los cuales ocurren en tallos y hojas verdes de la planta (Jeffrey J. W. Baker y Garland E. Allen). La estructura en donde se lleva a cabo el proceso de fotosíntesis, son las

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La probabilidad de que un fotón sea o no absorbido varía dependiendo de la estructura electrónica de la molécula, es decir la estructura molecular determina la eficiencia con la que cada especie química absorbe los fotones de distintas energías. (Azcón &Talón, 2013).

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hojas que están constituidas por varios tipos de tejido, dentro de los cuales encontramos el Parénquima, en él se encuentra el clorénquima ubicada por debajo de la dermis de la hoja, formado por el empalizado y lagunar, el primero está más expuesto al Sol con mayor cantidad de cloroplastos y una mayor tasa fotosintética, el segundo está en la parte sombría con espacio intercelular lo que le permite hacer intercambio de gases y agua con la atmósfera. (Megías M, Molist P & Pombal) En la célula vegetal, están presentes los cloroplastos, organelos en donde ocurre la transformación de energía lumínica en química, estos se caracterizan por sus membranas: externa, interna, estromática y tilacoidal, siendo esta ultima la que asocia de modo dinámico las antenas encargadas de la absorción de fotones y de la recolección-canalización hacia los fotosistemas, estructura que presenta las membranas plegadas que forman laminas paralelas denominadas lamelas, conformadas por: lamela grana con forma de disco en donde es abundante el fotosistema II y lamela estromática, laminas simples en donde es abundante el fotosistema I. (Azcon. J, Talon M) El fotosistema II es un macrocomplejo que, por su actividad bioquímica, puede ser denominado agua-plastoquinona oxidorreductasa, ya que cataliza enzimáticamente la oxidación del agua y la reducción de la plastoquinona, de modo fotoinducido (ver ilustración 5). En él tienen lugar dos procesos de especial significación para el conjunto de la fotosíntesis: 1) la primera separación de carga, consecuencia de la transducción de energía luminosa en energía redox, es decir, la transformación del flujo fotónico en flujo electrónico (con esta primera separación de carga se inicia el transporte electrónico), y 2) la hidrólisis del agua, que da electrones, protones y también produce oxígeno molecular liberado a la atmósfera como producto residual de la reacción. Ambos procesos son esenciales para el desarrollo y el mantenimiento de la vida sobre el planeta porque, a través de ellos, se hace posible el aprovechamiento de la luz solar como fuente de energía, así como la existencia de una atmósfera rica en oxígeno molecular (O2). (Azcon, 2018. Pg 179) En otras palabras, en el fotosistema II, la luz es absorbida por la cabeza de las moléculas de clorofila a (anillo de porfirina, un grupo circular de átomos que rodea a un ion magnesio) conocida también como P680 (por la longitud de onda que absorbe), que están compactadas de un modo especial dado que, en su estructura química, su cola es hidrófoba, lo cual le

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permite conectarse en las membranas tilacoides que están constituidas por lípidos. Los electrones de las moléculas de clorofila a son excitados a niveles energéticos superiores por la interacción con el fotón2 y en una serie de reacciones, su energía adicional es usada para formar ATP a partir de ADP y para reducir una molécula transportadora de electrones conocida como NADP+. Éste muy semejante al NAD+ y también se reduce por la adición de dos electrones y de un protón, formando NADPH. Sin embargo, los papeles biológicos de estas moléculas son notablemente distintos. El NADH generalmente transfiere sus electrones a otros transportadores de electrones, que continúan transfiriéndolos en pasos discretos a niveles de energía sucesivamente más bajos. (Curtis, 2004) En el curso de esta transferencia de electrones se forman moléculas de ATP. En contraste, el NADPH proporciona energía directamente a los procesos biosintéticos de la célula que requieren grandes ingresos de energía. En esta primera etapa de la fotosíntesis, también se escinden moléculas de agua, suministrando electrones que reemplazan a los que han sido liberados desde las moléculas de clorofila a. La escisión de las moléculas de agua es la causa de que se forme oxígeno libre, que difunde hacia el exterior. (Curtis, 2004) El segundo fotosistema constituyente del sistema fotosintético vegetal, es el fotosistema I (ver ilustración 5), en el cual se utiliza una molécula de clorofila conocida como P700. Por la función enzimática de este fotosistema puede ser denominado plastocianina-ferredoxina oxidorreductasa, ya que interviene en la parte final de la transferencia electrónica fotosintética tomando los electrones de la proteína del lumen plastocianina y cediéndolos a la proteína del estroma ferredoxina. (Azcon, 2018) En la segunda etapa de la fotosíntesis, el ATP y el NADPH formados en la primera etapa se utilizan para reducir el carbono del dióxido de carbono a un azúcar simple. Así, la energía química almacenada temporalmente en las moléculas de ATP y de NADPH se transfiere a moléculas adecuadas para el transporte y el almacenamiento de energía en las células de las algas o en el cuerpo de las plantas. La resultante de este proceso es pues la formación de un

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En este artículo se describe la interacción entre los fotones y los electrones de la molécula de forma general, ya que estas interacciones que son supremamente complejas, aún más cuando la materia resulta ser una molécula, ya que existe interacción entre el fotón y otras partículas (el electrón, neutrón, protón), y a su vez hay que tener en cuenta el estado de la molécula (vibración, rotación, compresión).

El estudio de la interacción entre los fotones y la materia es parte del estudio de la mecánica cuántica, se puede profundizar en el caso de la fotosíntesis en The Biophysics of photosynthesis de Golbeck & Est (2014).

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esqueleto de carbono, a partir del cual pueden construirse luego otras moléculas orgánicas.

La incorporación inicial de CO2 en compuestos orgánicos, se conoce como fijación del carbono. Los pasos por los cuales se lleva a cabo, las reacciones de fijación del carbono ocurren en el estroma del cloroplasto. (Curtis, 2004)

Ilustración 5: Esquema del fotosistema I y II

Estas consideraciones permitieron el desarrollo de una modelización experimental que permitiera dar cuenta de la dinámica de la luz para el desarrollo y crecimiento de las plantas, mediante un trabajo experimental en el cual se expusieron una serie de plantas de lenteja a diferentes longitudes de onda y se realizó una observación periódica durante 11 días, para determinar los aspectos más relevantes.

2. Materiales y métodos Primera fase: •

Para dar cuenta de la interacción que la luz presentaba con los organismos vegetales en el proceso de fotosíntesis, se seleccionó la lenteja Lens culinaris dado el rápido proceso de germinación que presenta y el fácil acceso a la semilla. En el proceso de germinación se utilizaron 120 semillas distribuidas en 24 vasos plásticos de 7oz. Dentro de los cuales se ubicó un trozo de algodón humedecido con 20 ml de agua, esto con el fin de acelerar el

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Comentado [SEVV3]: Tomado de???

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proceso de germinación. Todas las semillas fueron expuestas a la radiación solar indirecta y roseadas con 5ml de agua cada 2 días.

•

A los 12 días de iniciar el proceso, se trasplantaron a tierra 75 semillas que germinaron, distribuidas en los mismos vasos y posteriormente fueron expuestas 70 plantas a una longitud de onda determinada, las 5 plantas restantes se dispusieron como respaldo.

Segunda Fase:

•

Para el diseño y montaje experimental se utilizaron 4 longitudes de onda (azul 475nm, verde 525nm, amarilla 595nm y roja 630nm3) que fueron emitidas por Leds, ya que estos generan un estrecho pico de radiación electromagnética. Otro grupo de plantas fue expuesto a la luz blanca, por medio de un led que simula una temperatura de un cuerpo negro a 5500 K y por último se destinaron 6 vasos con plantas con las mismas condiciones para el grupo control, expuesto a radiación solar indirecta.

•

Para emitir la radiación por colores se diseñaron 5 circuitos en una placa de prueba y una vez verificado su correcto funcionamiento, se construyeron en una tarjeta universal, con 9 leds por cada color seleccionado, alimentados por una fuente de voltaje de 12 vdc.

•

Se utilizaron 5 cajas de cartón con una abertura superior para la ubicación de los circuitos y una abertura frontal para la observación de las plantas. En cada caja se ubicaron 3 vasos con las plantas de lenteja, cada vaso tenía en promedio 4 plantas ya germinadas y transplantadas a tierra. (ver ilustración 6)

Ilustración 6: Montaje experimental de las plantas con los colores

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Pico de emisión de la longitud de onda. Datos tomados de https://ross.com.es/ross01/pdffullwat/diodos_led.pdf

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•

Dado el gran número de plantas sobre las cuales se realizó el seguimiento y las observaciones se utilizó el siguiente sistema de identificación: Cada caja iluminada con un determinado color se le asignó una letra (azul A, verde B, amarillo C, rojo D y blanco E), para el grupo control se asignó la letra F y G. Cada vaso tiene una numeración de 1 a 3 dentro de la caja, cabe resaltar que cada vaso contenía de 2 a 5 plantas que también fueron numeradas para reconocer la ubicación que presentaban dentro de la caja y el vaso, para así facilitar el seguimiento y medición. Por ejemplo la planta D1,3 donde D representa el color rojo, 1 representa el número del vaso y 3 la ubicación de la planta dentro del vaso. (ilustación 7) (Tabla 1) Vaso Día

D1 1

5

8

11

Largo del tallo [cm] ± 0,1 cm

Planta 1

3

6,4

6,4

8,2

14,1

18

2 3 4

2,1

2,5

8,1

17,8

22,5

5

10,5

14,4

14,4

15,6

16,3

# par de Hojas 1

2

2

5

5

6

4

2

2

2

5

5

5

4

4

4

6

6

2 3

Ilustración 7: Ejemplo del primer vaso con luz roja

Tabla 1: Ejemplo del seguimiento a la elongación del tallo y la cantidad de pares de hojas.

•

La observación de las plantas, medición del tallo y el conteo de cada par de hojas se desarrollo cada 3er día, para evidenciar cambios significativos y relevantes en las plantas que fueran motivo de registro. (tabla 1)

•

Revisión bibliográfica para complementar y delimitar la información pertinente frente a la modelización experimental y dar respuesta a la pregunta de estudio. Se consideraron los trabajos publicados por Baker y Allen (1970), Azcon. J y Talon. M (2013), que permitieron una mayor profundización y aportaron para la discusión frente a la dinámica de la luz en los organismos vegetales.

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3. Resultados y discusión Primera Fase El seleccionar una planta de rápida germinación permitió evidenciar la dinámica que esta presentaba con la luz y de igual manera superar limitantes como el corto periodo de observación (11 días), así mismo fue posible evidenciar diferentes procesos que se llevan a cabo en su crecimiento y desarrollo, por estas razones se seleccionó la longitud del tallo y cantidad de pares de hojas como variables principales para tener en cuenta durante la observación.

Durante el diseño experimental se tuvieron en cuenta otras posibles variables como el fototropismo y la intensidad de luz, sin embargo, dadas las condiciones actuales de virtualidad, no era posible el desarrollo de prácticas experimentales en las que se identificaran la presencia de auxinas hormonas indispensables en este proceso.

De las 120 semillas 45 no germinaron, lo que se puede explicar según la bibliografía consultada por diferentes factores como exceso o carencia de agua, dado que no era posible asegurar que la totalidad del algodón estuviera húmedo o el contacto del algodón humedecido con la semilla.

Segunda Fase Los resultados de las observaciones y mediciones realizadas cada 3er día se registraron en tablas individuales por color, en las que se evidenciaba la elongación del tallo y la cantidad de pares de hojas de cada planta.

Los datos obtenidos de cada una de las tablas, permitió la consolidación de dos matrices (longitud promedio del tallo por longitud de onda, cantidad promedio de par de hojas por longitud de onda ver tabla 2 y 3) en las que se sintetizó la información relacionada con: •

La obtención de los promedios de la suma total de las longitudes de los tallos y la cantidad de par de hojas por el número de plantas según el color, para cada día de medición.

•

Dado que todas las plantas no presentaban en promedio la misma longitud del tallo y la cantidad de par de hojas para el 1er día de medición, se comparó por razón geométrica entre el último y el primer día las plantas expuestas a cada longitud de onda, con el ánimo de identificar su crecimiento proporcional (ver tablas y gráficas 2 y 3).

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•

Una vez obtenidos los promedios de longitud del tallo y la cantidad de par de hojas, fueron comparados con el crecimiento de las plantas control, dado que estas presentaron mayor longitud del tallo y mayor cantidad de par de hojas, se encontraban expuestas a condiciones naturales, en las que se supone que alcanzan su máximo crecimiento y se asumió como el 100%.

Azul Verde Amarillo Rojo Blanco Solar

Longitud promedio del tallo [cm] por λ Día 1 Día 3 Día 5 Día 8 Día 11 Día11/Día1 % Luz solar 4,48 5,16 6,12 8,61 10,03 2,24 61% 6,78 8,82 9,80 12,20 13,38 1,97 54% 5,13 6,82 9,82 14,65 16,79 3,28 90% 7,05 9,53 11,55 16,43 18,13 2,57 70% 4,35 6,27 7,66 10,18 11,94 2,75 75% 3,71 5,39 8,13 11,95 13,52 3,65 100%

Tabla y gráfica 2: Longitud promedio del tallo por colores

•

Según la información de la tabla y gráfica 2 en la que se registra la elongación del tallo, se puede afirmar que: La longitud de onda amarilla se acerca a un 90% con respecto a la elongación del tallo de las plantas control, mientras que la longitud de onda verde se acerca a solamente un 54%.

Del día 5 al 8, se observa una mayor elongación del tallo, en promedio de 5 cm, para las plantas expuestas a las longitudes de onda amarillo y rojo, comparado con las longitudes verde, azul y blanca que solamente presentaron una elongación de 2 a 3cm.

Tabla y gráfica 3: Promedio de cantidad de hojas por colores

•

Según la información de la tabla y gráfica 3 en la que se registra la cantidad de pares de hojas, se puede afirmar que:

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La longitud de onda azul se acerca a un 88% con respecto a la cantidad de pares de hojas de las plantas control, mientras que la longitud de onda verde y amarilla presentaron un menor porcentaje 54% y 65% respectivamente.

Dentro de las observaciones a destacar se presentaron: •

Día 3 los tallos de las plantas verdes se curvan hacia la entrada de la caja de manera más pronunciada hacia la caja que presenta la longitud de onda amarilla (ver ilustración 6), por lo cual se aisló de la caja en la parte frontal con una tapa de cartón.

Las plantas expuestas a las longitudes de onda azul y blanca presentan tallos más rectos similares al grupo de las plantas control. (ver anexo plantas por longitud de onda)

•

Día 11 dentro de las plantas expuestas a la longitud de onda verde una de las plantas se marchito (B3,1) (ver anexo observación día 11) Las raíces de los vasos (E3 y E2) expuestos a la luz led blanca se salieron del vaso a través de los orificios que permitían el drenaje.

El desarrollo de la modelización experimental y el seguimiento de la ruta metodológica despertó en el equipo de trabajo una serie de cuestionamientos, que permitieron reconocer la necesidad de incursionar en este tipo de ejercicios y dar continuidad a trabajos posteriores que contribuyan a reflexionar sobre la dinámica de la luz y los organismos vivientes, dentro de los cuestionamientos a destacar se encuentran: ¿Cuáles son los pigmentos que se presentan en mayor proporción para cada una de las plantas expuestas a las diferentes longitudes de onda?, ¿En cuáles condiciones naturales las plantas se enfrentarían a una cierta longitud de onda?, ¿Cuál es la tasa fotosintética que se presenta en los tallos? y ¿Cómo se comporta la molécula de clorofila respecto a las longitudes de onda de menor energía como infrarrojo?

Conclusiones La mayor tasa fotosintética se presentó bajo la longitud de onda azul, en la que se evidenciaron mayor cantidad de pares de hojas (un promedio del 88% en comparación con las plantas control), esto se explica dado que en las hojas se encuentran mayor cantidad de cloroplastos y concentración de clorofilas que favorecen la fotosíntesis.

Bajo la longitud de onda verde se evidencia una menor cantidad de pares de hojas (un promedio del 54% en comparación con las plantas control), lo que indica una menor tasa 13

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fotosintética al presentar un bajo número de estructuras que participan en el proceso de fotosíntesis.

La longitud de onda verde es la que menos favorece el crecimiento de las plantas evidenciado por una menor longitud del tallo y una menor cantidad de pares de hojas, fue la única bajo la cual una planta no sobrevivió. Adicionalmente se evidenció el fototropismo de las plantas porque sus tallos se curvaron hacia la luz amarilla, un comportamiento similar al que las plantas presenta en ausencia de luz.

Cualitativamente se puede evidenciar una menor tasa fotosintética en la longitud de onda verde, puesto que la clorofila a presente en las hojas recibe una longitud de onda que no alcanza a excitar y liberar los electrones, como se evidencia en la ilustración 4.

Asumiendo que la cantidad de pares de hojas es una de las variables seleccionadas para identificar un crecimiento favorable en la planta, se confirma la hipótesis propuesta al evidenciar que las plantas expuestas a la longitud de onda amarilla y verde con las que presentaron menor cantidad promedio de pares de hojas, respecto a las plantas control, durante los días de observación.

Las plantas expuestas a una longitud de onda amarilla presentaron una mayor longitud en su tallo (un promedio del 90% comparado con las plantas control), sin embargo, la variable de elongación del tallo no se asume como una variable que refleje un crecimiento favorable en la planta, dado que responde a otros procesos como el fototropismo, el cual está relacionado con la presencia de ciertas hormonas (auxinas) que permiten una rápida elongación del tallo en busca de una longitud de onda adecuada para el proceso de fotosíntesis.

Las plantas expuestas a la luz blanca presentaron una menor cantidad promedio de pares de hojas en comparación con la azul, esto se explica a la menor potencia de salida relativa de la luz azul en la conformación tricromática (formada por tres colores, rojo, verde y azul) del led blanco. (ver ilustración 3) Referencias Azcón. J &Talón. M (2013) Fundamentos de fisiología vegetal. McGRAW-HILL – INTERAMERICANA. España Baker, J. W. y Allen, G.E. (1970). Biología e investigación científica. Fotosíntesis. México: Fondo Educativo Interamericano.

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Valencia, S. Vera, I. Toledo, A. 2021 EL TERRARIO UNA PERSPECTIVA FENOMENOLÓGICA PARA LA COMPRENSIÓN DE LO VIVO. UPN. Anexos Proceso germinación

Ilustración 8: Proceso de germinación de las plantas

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Plantas por longitud de onda

Ilustración 9: Fotografías de las plantas expuestas a la luz por colores en los días 3, 5, 8 y 11

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Plantas control

Ilustración 10: Fotografías de las plantas control expuestas a la luz solar indirecta en los días 3, 5, 8 y 11

Observaciones Día 11

Ilustración 11: Fotografía de la planta marchitada en el vaso B3,1.

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Ilustración 12: Raíces de los vasos E3 y E2 expuestos a la luz blanca del Led

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ANÁLISIS QUE TIENE LAS DIFERENTES LONGITUDES DE ONDA DEL ESPECTRO DE LUZ VISIBLE EN EL PROCESO DE FOTOSÍNTESIS EN LA PLANTA LENS CULINARIS

ANALYSIS OF THE DIFFERENT WAVELENGTHS OF THE VISIBLE LIGHT SPECTRUM IN THE PHOTOSYNTHESIS PROCESS IN THE LENS CULINARIS PLANT.

Rosalba Martínez1, Ribká Soracipa Muñoz2 Resumen El objetivo de este estudio es desarrollar una investigación que permita dar explicaciones sobre la dinámica de la luz en el terrario a partir del estudio de la relación que existe entre el espectro de luz visible con el proceso fotosintético. La ruta metodológica se fundamenta en una investigación exploratoria alrededor de la formulación de una hipótesis, en la cual se planteó el estudio de las implicaciones que tiene la incidencia de seis longitudes de onda sobre las hojas de la planta Lens culinaris en el proceso de fotosíntesis. Para ello se hizo una revisión documental y bibliográfica de investigaciones sobre el espectro de luz visible y su relación con los procesos fotosintéticos. Posteriormente, se procedió con el diseño de un montaje experimental que permitió observar y registrar durante 11 días los efectos que tiene la incidencia de cinco longitudes de onda en esta planta, incluyendo el espectro de luz visible como longitud de onda incidente en las plantas control. Las observaciones tanto cualitativas como cuantitativas muestran que la longitud de onda azul favorece los procesos fotosintéticos en la planta Lens culinaris, al comparar los resultados con el grupo de plantas control, resultado que concuerda con las investigaciones previas a este estudio. El montaje experimental estableció ciertas condiciones que permitieron realizar un estudio metódico y detallado para comprender la dinámica de la luz como factor abiótico presente en todos los ecosistemas incluyendo el terrario.

Palabras Claves: longitud de onda electromagnética, fotosistema II, pigmentos fotosintéticos, tejidos vegetales, cloroplasto.

Abstract The objective of this study is to develop an investigation that allows explanations about the dynamics of light in the terrarium from the study of the relationship that exists between the spectrum of visible light and the photosynthetic process. The methodological route is based on an exploratory research around the formulation of a hypothesis, in which the study of the implications of the incidence of six wavelengths on the leaves of the Lens culinaris plant in the photosynthesis process was proposed. For this, a documentary and bibliographic review of research on the visible light spectrum and its relationship with photosynthetic processes 1 Estudiante de la Maestría en Enseñanza de las Ciencias, rmartinezd@upn.edu.co, Universidad Pedagógica Nacional.

Bogotá D.C. 2 Licenciada en física. Estudiante de la especialización en enseñanza de las ciencias para un nivel básico. rsoracipam@upn.edu.co, Universidad Pedagógica Nacional. Bogotá D.C.

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Comentado [SEVV1]: Interesante escrito, se centra en los procesos pero no hace suficiente énfasis en el papel de las estructuras; por ejemplo no se ilustra el cloroplasto. No se hace referencia a la salida al humedal y al papel de la construcción del terrario como actividades desencadenantes para aproximarse a la comprensión de la dinámica de la luz en el terrario.

Calificación: 46/50

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was carried out. Subsequently, we proceeded with the design of an experimental setup that allows the effects of the incidence of five wavelengths in this plant to be observed and recorded for 11 days, including the visible light spectrum as the incident wavelength in the control plants. Both qualitative and quantitative observations show that the blue wavelength favors photosynthetic processes in the Lens culinaris plant, when comparing the results with the group of control plants, a result that agrees with the investigations prior to this study.

The experimental setup established certain conditions that allowed a detailed and methodical study to be carried out to understand the dynamics of light as an abiotic factor present in all ecosystems including the terrarium.

Keywords: photosynthesis, electromagnetic wavelength, photosystem II, chlorophyll, plant tissues, chloroplast.

1. Introducción El desarrollo del módulo propuesto en el seminario la comprensión de lo vivo3 inicia a partir de la comprensión y reconocimiento de la dinámica de un ecosistema con la construcción de un terrario a partir del cual se desencadenan cuestionamientos de investigación que lleva a la explicación de procesos naturales que inciden en la dinámica viviente que allí acontece.

Para realizar una caracterización de las estructuras que constituyen a la hoja e intervienen en los procesos fotosintéticos resulta pertinente considerar lo mencionado por Jacob (1999) “Es la

Comentado [SEVV2]: Entre este párrafo y el anterior hay como un salto al vacío.

interacción de las partes lo que da su significación al todo. Los seres vivos se convierten entonces en conjuntos de tres dimensiones en los que las estructuras se superponen en profundidad, según un orden dictado por el funcionamiento del organismo considerado en su totalidad”. Lo anterior invita a plantear estudios que reconozcan las relaciones existentes entre las partes y los niveles de organización que constituyen lo viviente.

Para estudiar la luz y sus fenómenos luminosos, es necesario considerar que la radiación solar

Comentado [SEVV3]: Cómo se llega a esta consideración?

viaja en línea recta y es una fuente de energía que varía a medida que pasa por la atmósfera (IDEAM). Si la radiación solar viaja en línea recta, las leyes de reflexión y refracción de la luz establecidas en la física son aplicables en el lado adaxial de la hoja. El efecto fotoeléctrico descubierto por Hertz es considerado uno de los fenómenos más interesantes de la física clásica.

Los experimentos de Hertz abrieron el camino para el estudio del carácter corpuscular de la radiación electromagnética que se presenta cuando hay interacción entre la radiación y la materia 3 Valencia S, Vera I, Toledo A. El terrario una perspectiva fenomenológica para la comprensión de lo vivo.

Departamento de Física. Universidad Pedagógica Nacional.

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Comentado [SEVV4]: Aquí hay como otro corte ¿????

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(Castañeda & Ewert, 2003). La definición moderna del efecto fotoeléctrico dada por Einstein es: una radiación electromagnética de frecuencia 𝜗 está constituida por pequeños paquetes de energía cada uno de los cuales porta un cuanto de energía (fotón) cuyo valor es proporcional a la frecuencia de radiación (Castañeda & Ewert, 2003).

Partiendo de la relación establecida entre el espectro de luz visible y la interacción con la hoja resulta interesante hacer una descripción de las estructuras que intervienen en la interacción con la luz que hace posible el proceso fotosintético en las plantas. Al realizar un corte transversal sobre la lámina foliar en la hoja se observa como el conjunto de células forman tejidos epidérmicos, dentro de los cuales se destaca el tejido parenquimatico fotosintetizador (Clorénquima) que se caracteriza porque sus células tienen gran cantidad de cloroplastos, adicionalmente el parénquima se ubica entre dos capas epidérmicas denominadas mesófilo empalizado y esponjoso dentro de los cuales están distribuidos los cloroplastos (Oguchi et al. 2018). Los cloroplastos presentes en el mesófilo empalizado tienen una activa participación en el proceso de fotosíntesis. Cuando se da el proceso de colimación de la luz, una cierta cantidad de la luz penetra de forma más profunda en la hoja por medio de las células empalizadas en columna y verticalmente alineadas (ver figura 1f). La disposición de los cloroplastos cambia con el nivel de luz incidente y la posición que más favorece es cuando están distribuidos a lo largo de las paredes celulares anticlinales (verticales) de la hoja (Gordon et al, 1999; Rudall, 2020). En cuanto a la intensidad de la luz, esta se pierde a medida que aumenta la profundidad de la hoja. Adicionalmente, las formas irregulares del mesófilo esponjoso se alternan con los espacios de aire, aumentando la reflexión y refracción de la luz como consecuencia aumenta la absorción de luz. La reflexión y la refracción son causadas por la diferencia en los índices de refracción de los componentes de la hoja, por lo tanto, el efecto de desvío está influenciado por la forma de la célula (Rudall, 2020).

Dentro de los cloroplastos se encuentra todo el aparato biomolecular fotosintético que está constituido por una doble membrana. La membrana externa es bastante permeable (debido a la presencia de la proteína porina) y rodea a la membrana interna, cuya permeabilidad es más selectiva. Esta última, a su vez, está en conexión con un complejo sistema membranoso que constituye una parte esencial del interior del cloroplasto, dentro de los cuales se destacan los estromas, matriz acuosa que realiza la segunda fase de la fotosíntesis (reducción de NADPH+), además es la vía que interviene en la fijación del dióxido de carbono por el ciclo de Calvin. Así mismo se encuentra un espacio separado de este medio acuoso y es el Lumen, donde ocurre una 3

Comentado [SEVV5]: Mmm hasta el momento no se ha hablado de tal espectro.

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reacción significativa y es la Fotolisis de agua, que genera un subproducto de oxigeno que se difunde fuera del cloroplasto y es liberado a la atmosfera a través de las estomas (Cortés, 1986).

Posteriormente se encuentra un complejo sistema membranoso (tilacoides) que como membranas plegadas forman laminas denominadas lamelas donde se destacan dos tipos; la grana que presenta forma de disco y es más abundante para el fotosistema II y la segunda es la lamela estomática que como lamina simple es más abundante en el fotosistema I, estructuralmente estas se caracterizan por ser bicapas, donde en su interior se localizan los complejos proteicos fotosintéticos. Son precisamente el conjunto de estas estructuras que permite que se lleve a cabo el proceso de fotosíntesis que tiene inicio en el fotosistema, este entendido como complejos biomoleculares que permiten las reacciones de transferencia de energía, a su vez están constituidos por moléculas de clorofila que funcionan como antenas para recibir fotones. Cuando una molécula absorbe un fotón se da un proceso en el cual pasa de un estado de mínima energía a uno de mayor energía denominado estado excitado. Esta molécula se conoce como P680 por ser la longitud de onda que puede absorber (Azcón & Talón, 2013).

En su estado excitado se liberan dos electrones y estos son remplazados por dos electrones extraídos de la molécula de agua, que al estar con una molécula de magnesio es capaz de transferir estos electrones recibidos por un aceptor primario, llegando a una cadena transportadora de electrones, allí ocurre un proceso de liberación de protones por parte de la molécula de agua, que junto con el ADP forman las moléculas de ATP, que es la energía química que utiliza la planta y esta entra al ciclo del Calvin. Vale la pena resaltar que este proceso es cíclico y es lo que permite la constitución de las moléculas orgánicas, que son las responsables de aportar energía a la planta para llevar a cabo todos sus procesos. Finalmente los electrones que se generaron en la cadena transportadora pasan al fotosistema I, donde nuevamente los fotones son recibidos por una molécula de clorofila P700, estos son elevados a otro aceptor primario donde pasa por la cadena transportadora de electrones y esta energía pasa a la molécula de NADP+H+ y nuevamente llega al ciclo del Calvin convertida en una molécula de NADPH y es allí donde se constituye toda la energía y se transforma para cumplir y suplir todas las funciones vitales y metabólicas de la planta (Azcón & Talón, 2013).

Después de lo anterior expuesto el objetivo de este estudio es analizar las implicaciones que tienen la longitud de onda azul, amarilla, verde, roja, blanca y el espectro de luz visible en el proceso de fotosíntesis, cuyas observaciones y resultados permitan responder a la pregunta ¿Cuál 4

Comentado [SEVV6]: Falta referencia bibliográfica.

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es la dinámica de la luz en el terrario? Para ello se diseñó un montaje experimental a partir del cual se establecieron unos criterios medibles y analizables, para entender cuáles longitudes de onda favorecen los procesos fotosintéticos en la planta Lens culinaris. Finalmente, con base en los resultados de este montaje experimental se comenzaron a formular explicaciones sobre la dinámica de la luz en el terrario.

2. Materiales y métodos La ruta metodológica propuesta por el grupo 2 se llevó a cabo en tres fases. La primera fase fue de indagación y aclaración de los procesos que intervienen en la fotosíntesis y su relación con las longitudes de onda del espectro de luz visible, para ello fueron consultados libros, el módulo propuesto por el seminario y artículos científicos. En la segunda fase se formuló la siguiente hipótesis: “Las plantas expuestas a longitudes de onda rojas, blancas y azules presentan un crecimiento favorable en comparación con longitudes de onda verdes y amarillas”.

La respuesta de esta hipótesis se dio en la tercera fase, la cual se dividió en tres subfases que se desarrollaron de manera simultánea. En la primera subfase se inició con la germinación de la planta Lens culinaris mientras que se diseñaba un montaje experimental para exponer grupos de plantas (A, B, C, D, E, F y G) con las siguientes longitudes de ondas: azul (grupo A), amarilla (grupo B),

verde (grupo C), roja (grupo D), blanca (grupo E) y el espectro de luz visible (grupo F y G) (ver anexo). Los dos grupos de plantas expuestas a la luz visible se denominaron grupo control. En la segunda subfase se diseñó una tabla de registro en la cual se consideró como variables de análisis el número de hojas y la longitud del tallo las cuales fueron observadas durante 11 días. En la tercera subfase se realizaron los respectivos análisis matemático de los resultados para evaluar si la hipótesis formulada es correcta.

Figura 1. Características anatómicas y morfológicas de la hoja. a) y b) lados, ejes y planos de la hoja; c) superficie adaxial de la hoja a una escala de 20 μm; d) Superficie adaxial de la hoja que muestra estrías cuticulares que se irradian alrededor de las estomas a una escala de 30 μm; e) corte transversal de la hoja a una escala de 50 μm4.

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Imagen tomada de Rudall, P. (2020) para contextualizar los conceptos expuestos en este artículo.

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3. Resultados y discusión En el montaje experimental se sembraron 5 semillas de Lens culinaris por cada vaso, en total germinaron 70 plantas, estas fueron observadas durante 11 días en los siete grupos de tres vasos. Durante estos días de observación se contaron el número de hojas y se midió la longitud del tallo (estos registros completos no se mustran). Durante el tiempo de observación el número de hojas varío entre 1 y 10. Para el día 1 el mayor número de hojas fue de 2 y el menor de 1; para el día 3 y 5 el mayor número de hojas fue de 2 y el menor de 7; el día 8 el mayor número hojas fue de 4 y el menor de 10; el día 11 el mayor número de hojas fue de 5 y el monor de 9 (ver figura 2).

Figura 2. Frecuencia de aparición del número de hojas y el número de hojas contadas durante los días de observación.

En la figura 3 a) y 3b) se puede observar los resultados del promedio del número de hojas y la longitud del tallo durante los días de observación. Para calcular el promedio del número de hojas se procedió de la siguiente manera: para el grupo de tres vasos expuestos a una longitud de onda azul (grupo A), el total de 6

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platas observadas fueron 10 durante 11 días, para el día 1 el total de hojas contadas fue de 19 y este resultado al ser dividido por el número de plantas observadas da como resultado 1,90. De igual manera se procedió con los demas grupos de plantas expuestas a otras diferentes longitud de onda. Para calcular el promedio de la longitud del tallo se procedió de igual manera a como se hizo con el número de hojas.

Adicionalmente, las grafícas generadas a partir de los anteriores resultados permite observar un comportamiento general de las plantas expuestas a diferentes longitudes. El grupo de plantas control al ser considerado patron de comparación centra el analisis de este estudio en el conteo del número de hojas. De esta manera la comparación entre el promedio del número de hojas de los cinco grupos (A, B, C, D y E) expuestos a diferentes longitud de onda y los dos grupos control (F y G), evidencia que la mayor tasa fotosintética se presentó en la longitud de onda azul, donde se hizo el mayor conteo de número de hojas con un promedio del 88% en comparación con las plantas control.

Este resultado muestra que la longitud de onda azul es la que más favorece los procesos fotosintéticos.

Adicionalmente, concuerda con la literatura consultada en la cual muestra que esta longitud de onda corresponde a uno de los puntos críticos que hacen más eficiente la fotosíntesis. En cambio, la comparación del grupo C (longitud de onda verde) con los dos grupos control, muestra que no favorece en los procesos de fotosíntesis al encontrar en este grupo la menor cantidad de hojas, grupo que representa un promedio del 54% en comparación con los grupos de plantas control. Este efecto también se debe a que la longitud de onda verde no es absorbida si no reflejada por la planta.

En cuanto a la medidas de la longitud del tallo de los grupo de plantas expuestas a diferentes longitudes de onda se observó que el grupo B (longitud de onda amarilla) presentó una mayor longitud en su tallo con un valor promedio del 90% comparado con la longitud del tallo del grupo control. El grupo C presentó la menor longitud en su tallo con valor promedio del 54% comparado con el grupo control (ver figura 3b)).

Finalmente, estos resultados muestran que la longitud de onda verde del grupo C es la que menos favorece en el crecimiento de las plantas, adicionalmente fue el unico grupo en el cual no sobrevivió una planta. También, surgió en este grupo una curvatura significativa en la forma del tallo. Esta observación se puede entender como un proceso de fototropismo y fototaxis, considerada esta última como el movimiento de un organismo en respuesta a un estímulo lumínico que en este caso le resulta más favorable para los procesos de fotosíntesis del grupo C. Figura 3. Resultados y comportamiento del a) promedio del número de hojas y b) el promedio de la longitud del tallo durante los días de observación.

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De acuerdo a la hipótesis planteada y a partir de los resultados de la figura 3a) se concluye que las longitudes de onda rojas (con un 76%), blancas (con un 78%) y azules (con un 88%) favorecen los procesos fotosintéticos observados en el crecimiento de las hojas durante los días de observación. En cambio, para las longitudes de onda verde (con un 54%) y amarillas (con un 65%) no se evidenció un crecimiento significativo en las hojas.

En el montaje experimental se observó que cada longitud de onda influyó tanto en el crecimiento de las hojas como en la elongación del tallo. Por ejemplo, en los tallos de las plantas de todos los grupos se observó una decoloración, cuando se hizo una comparación con los tallos del grupo control. Adicionalmente, se observó en uno dos vasos del grupo E que la raíz sobre salía por el orificio de drenaje.

A partir de los resultados analizados de este estudio se pude concluir que la dinámica de luz juega un papel importante en el terrario, aun cuando esta luz sea artificial, por ejemplo, la longitud de onda blanca que favorece los procesos fotosintéticos y permite la continuidad en el proceso de crecimiento de la hoja.

La construcción del terrario permite artificializar un ecosistema que aproxima a la comprensión de las diferentes dinámicas que se dan en su interior, estableciendo relaciones entre los niveles de organización de un organismo junto con los factores abióticos, los cuales permiten llevar a cabo procesos biológicos que garantizan la supervivencia de la especie que se encuentra en este sistema cerrado. Por lo tanto, esta actividad sirve para familiarizarse con fenómenos relativamente desconocidos, poco estudiados o novedosos, permitiendo identificar conceptos o variables 8

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promisorias, e incluso identificar relaciones potenciales entre ellas, que como estrategia metodológica resulta llamativa y novedosa para la enseñanza de las ciencias.

Referencias Azcón, J & Talón, M (2013). Fundamentos de fisiología vegetal. Mc Graw Hill.

Castañeda, M & Ewert, J. (2003). Introducción a la física moderna. Universidad Nacional de Colombia.

Cazau, P. (2006). Introducción a la Investigación en Ciencias Sociales. Tercera Edición. Buenos Aires, marzo 2006. Módulo 404 Red de Psicología online – www.galeon.com/pcazau Coe, J., Kupitz, C., Basu, S., Conrad, C. E., Roy-Chowdhury, S., Fromme, R., & Fromme, P (2015).

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IDEAM. La radiación solar y su paso por la atmósfera. Recuperado http://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/la-radiacion-solar-y-su-paso-por-laatmosfera

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Rudall, P. (2020). Leaf. Anatomy of Flowering Plants, Royal Botanic Gardens, Kew, vol 4.

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ANEXO Descripción montaje experimental Imagen 1. Se puede observar la placa y el circuito eléctrico para cada uno de los bombillos led de color a) azul, b) amarillo, c) verde, d) rojo, e) blanco y f) luz visible corresponde a la luz natural.

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Imagen 2. Aquí se puede observar a) el proceso de germinación en algodón y b) cuando las semillas echaron raíces fueron llevadas a tierra para comenzar con el proceso de exposición de luz con diferentes longitudes de onda.

Imagen 3. Aquí se puede observar a) el proceso de exposición luz de las plantas con diferentes longitudes de onda de día y noche.

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Imagen 4. Esquema que representa la posición de las plantas en los vasos según al grupo de longitud de onda al que fueron expuestas.

Imagen 5. Ejemplo del registro fotográfico para el seguimiento de los diferentes grupos tomados en diferentes días.

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