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FACULTAD DE AGRONOMÍA. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL I

PRÁCTICA 4. MEDICIÓN DE ALGUNAS PROPIEDADES DE TEJIDOS Y ÓRGANOS VEGETALES

1.1 FUNDAMENTO TEÓRICO

1.1.1 PropiedadesEn Química, se identifican las sustancias por sus propiedades y composición. Sus propiedades son las características físicas y químicas de cada sustancia.

En prácticas anteriores se ha estudiado las propiedades Físicas y Químicas de la materia cuya clasificación es de las propiedades de la materia Especificas. Ahora se hará un estudio a las propiedades de la materia Generales.

Propiedades de la Materia Generales: Masa: Es la cantidad de materia contenida en un volumen cualquiera, la masa de un

cuerpo es la misma en cualquier parte de la Tierra o en otro planeta. Volumen: Un cuerpo ocupa un lugar en el espacio Peso: Es la acción de la gravedad de la Tierra sobre los cuerpos. En los lugares donde la

fuerza de gravedad es menor, por ejemplo, en una montaña o en la Luna, el peso de los cuerpos disminuye.

1.1.2 Biomasa vegetalLa biomasa es un indicador de los procesos bioquímicos y fisiológicos que se dan en el interior de cada planta, como respuesta a las condiciones de producción prevalecientes en el ciclo de vida de la misma. El término biomasa hace referencia a la cantidad de materia orgánica que se produce en las plantas verdes a través del proceso de fotosíntesis, así como aquella materia originada en los procesos de transformación de esta materia, considerando tanto lo producido de forma natural, como de forma artificial.

En la fotosíntesis, las plantas verdes transforman productos minerales, el dióxido de carbono y el agua, en sustancias orgánicas y oxígeno por acción de la radiación solar. La materia orgánica obtenida posee un alto valor energético asociado a su estructura interna y se denomina biomasa vegetal. En dicho proceso, la energía contenida en la radiación solar se transforma en energía química, siendo el esquema básico y general de la

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Propiedades de la materia

Generales

Especificas

MasaVolumenPeso

Propiedades FísicasPropiedades Químicas


reacción el que se indica a continuación:

CO2 + H2O O2 + (CH2O)n

La mayor parte de la biomasa vegetal es utilizada como alimento o como materia prima en la fabricación y obtención de diversas sustancias industriales con un amplio campo de aplicaciones. De todas las actividades asociadas a dichos usos, no es posible aprovechar el 100% de la biomasa vegetal, generándose una gran cantidad de productos orgánicos considerados como sustancias desechables o residuos. A estas sustancias orgánicas, procedentes del uso, transformación y consumo de la biomasa vegetal o primaria, que tienen un contenido energético importante, se las denomina biomasa residual, siendo ésta precisamente la que se contempla desde el punto de vista energético. Del conjunto total de la biomasa residual se puede diferenciar aquella que se origina en el proceso de alimentación del hombre y de los animales, la cual recibe el nombre de biomasa animal o secundaria. El aprovechamiento de la biomasa residual puede ser directo, por medio de un proceso de combustión, o bien indirecto, sometiéndola a algún tratamiento o proceso de transformación que permita obtener sustancias más aptas como combustibles. Actualmente se ha recurrido al cultivo de plantas con un alto contenido energético con el único objetivo de ser empleadas como fuente de energía. A la biomasa vegetal obtenida de este modo se denomina cultivo energético, siendo un tema en el que se está profundizando en los últimos años y al que se ha denominado Agroenergética. Aunque, en la actualidad, la biomasa obtenida de este modo no resulta competitiva como fuente de energía primaria, las expectativas que ofrecen son muy interesantes, sobre todo por el gran potencial que supone.

1.1.3 Área foliar

En la evaluación del crecimiento y desarrollo de plantas, el área foliar es uno de los parámetros más importantes ya que se encuentra muy relacionado con la eficiencia fotosintética de los cultivos, ha sido objeto de interés en los estudios de fisiología vegetal, genética, ecología, fitomejoramiento, fitopatología, entre otras, es por esto que se requiere de procedimientos sencillos y rápidos para realizar su estimación estableciendo modelos estadísticos o matemáticos que faciliten este tipos de estudios.

El área foliar puede definirse como la superficie de tejidos fotosintéticos activos de una hoja y su estimación es un índice que se utiliza para establecer la capacidad de las plantas para interceptar la luz, realizar fotosíntesis y producir biomasa. En general, una alta productividad requiere una interceptación adecuada que aproveche al máximo la radiación solar incidente.La determinación del área foliar es necesaria para calificar un buen crecimiento y es usada ampliamente en modelos fotosintéticos. Para ello se hace necesario disponer de métodos prácticos no destructivos para estimarla en el campo. Se ha encontrado, por ejemplo, que para algunas plantas el producto del largo por el ancho de la hoja proporciona una buena estimación del área foliar. En otros casos únicamente es

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necesario determinar la longitud foliar para conocer el área.El número de hojas que se necesitan para estimar área foliar es variable, por ejemplo, para el caso de la vid (Vitis sp.) es necesario utilizar 11 hojas si se encuentra en el período de crecimiento de frutos y 13 para el período de madurez.

1.1.4 AguaEl agua es una sustancia muy importante, Consiste en partículas minúsculas, los átomos. Uno de estos átomos se llama hidrógeno y el otro se llama oxígeno (H2O). Sus propiedades y en especial, su carácter polar y pH, facilitan la disolución y el transporte de sólidos, líquidos y gases, por lo que colabora con agentes bióticos y meteorológicos.Las propiedades físicas del agua se atribuyen principalmente a los enlaces por puente de hidrógeno, los cuales se presentan en mayor número en el agua sólida, en la red cristalina cada átomo de la molécula de agua está rodeado tetraédricamente por cuatro átomos de hidrógeno de otras tantas moléculas de agua y así sucesivamente es como se conforma su estructura. Una de las propiedades químicas del agua es que se une en las sales formando combinaciones complejas denominadas hidratos.

Figura 1. Estructura de la molécula de Agua.

1.1.5 Solubilidad de sales en agua

Se le denomina Solubilidad de una sustancia a la máxima cantidad de la misma que puede disolverse en un determinado volumen (o masa) de disolvente o disolución a una temperatura determinada, y corresponde a la concentración de la disolución saturada.Al disolver una sustancia, los iones se separan y se reparten por la disolución, ya que una sal está compuesta por un Catión (carga positiva) y un Anión (carga negativa). Sin embargo, llega un momento en que ya no se disuelve más sólido, la disolución se satura y los cristales sin disolver precipitan al fondo del recipiente, este fenómeno se observa en la siguiente figura.

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Figura 2. Solubilidad de una sal en agua (Cationes y Aniones)

De acuerdo a la relación entre las cantidades de soluto y solvente presentes, las soluciones pueden ser:

· Saturadas· Insaturadas (o no saturadas)· Sobresaturadas

En una solución insaturada o no saturada, la proporción entre la masa de soluto y el volumen de solvente es menor que el valor de la solubilidad en las condiciones de trabajo.En una solución saturada la proporción entre la masa de soluto y el volumen de solvente coincide con el valor de la solubilidad en las condiciones de trabajo.Una solución sobresaturada contiene más soluto del que puede disolverse a una temperatura y presión dadas. Si se calienta una solución saturada se le puede agregar más soluto; si esta solución es enfriada lentamente y no se le perturba, puede retener un exceso de soluto pasando a ser una solución sobresaturada.Sin embargo, son sistemas inestables, con cualquier perturbación el soluto en exceso precipita y la solución queda saturada.

Figura 3. Solubilidad de sales en agua (Saturado, Insaturado, Sobresaturado)

1.1.6 El movimiento neto de agua en los tejidos vegetales

El potencial hídrico (Ψ) es una medida de la tendencia del agua a moverse hacia o dentro de un sistema, como son los tejidos vegetales, el suelo o la atmósfera. Cuando un

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tejido vegetal se coloca en una solución acuosa de sacarosa (o alguna sal), experimenta un movimiento neto de agua hacia el tejido o saliendo del mismo (dependiendo de los potenciales hídricos relativos: el agua se moverá del potencial hídrico menos negativo al más negativo), a menos que la solución y el tejido esté en equilibrio.El movimiento de agua se puede determinar registrando el peso antes y después de un periodo de incubación en la solución de interés. Si una serie de soluciones de diferentes concentraciones se usan, la concentración de azúcar o sales, en la que no se produciría cambio en el peso, se puede determinar al graficar el cambio en peso contra concentración de la solución acuosa correspondiente. El potencial hídrico del tejido, se corresponderá a aquel de la solución que no provoque cambio en el peso.El fenómeno de plasmólisis se produce cuando un grupo de células ha sido colocado en el interior de una disolución hipertónica (mayor concentración de solutos que el jugo celular), el jugo celular pierde agua pasando ésta a la disolución que la rodea (exósmosis).Al reducirse el volumen vacuolar por la pérdida de agua, disminuye al mismo tiempo, la presión de turgencia hasta valores insignificantes por lo tanto las células pierden turgencia y el contenido protoplasmático (citoplasma y núcleo) se contrae y comienza a separarse de la pared celular. Este proceso se denomina plasmólisis.A mayor concentración de solutos, mayor presión osmótica. Entonces cuanto mayor sea la concentración o presión osmótica, que tenga la solución que rodea la célula, mayor será el grado de plasmólisis que experimenten dichas células. Por el contrario si colocamos la célula en agua pura o en una solución muy diluida (de menor concentración que el jugo celular), habrá difusión neta de agua del medio, que en este caso es hipotónico, hacia la región de mayor concentración de soluto, es decir el interior de la célula (endósmosis). De este modo la célula sufrirá un aumento de volumen, debido a que el agua pasa en mayor proporción desde el medio (hipotónico) hacia el interior de la célula. El proceso continúa hasta que la pared celular (poco elástica) no cede más, alcanzando la presión de turgencia un valor máximo. La célula se encuentra saturada de agua, completamente turgente. Este fenómeno se denomina turgencia.Si separados por una membrana semipermeable, se coloca un disolvente puro (por ejemplo H2O), y una solución (en el mismo disolvente) de una sustancia que no pase a través de la membrana, se observaría el movimiento del disolvente puro hacia la solución, con el objeto de contrarrestar el desequilibrio generado en ambos medios. Este proceso se denomina ósmosis, y la fuerza que lo produzca, presión osmótica.

1.1.7 Uso de modelos para estimación de propiedades en plantas

Un modelo estadístico o matemático es una simplificación del sistema real y consiste en una ecuación o conjunto de ecuaciones las cuales representan cuantitativamente las hipótesis acerca del sistema real; por medio de estos modelos se han hecho simulaciones y elaborado ecuaciones para facilitar las mediciones en el crecimiento de las plantas cultivadas. Se han utilizado varios métodos para determinación de área foliar, los cuales

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pueden clasificarse en destructivos, de estimación y no destructivos, según el tratamiento que se le dé a la muestra. En el caso de los métodos destructivos se requiere remover las hojas de las plantas, es decir se hace necesaria la destrucción de la muestra objeto de estudio. La mayoría de estos métodos se desarrollan en laboratorio y entre los más comunes se pueden citar el método de planímetro, dibujo de hojas sobre papel y método gravimétrico.Los modelos de estimación se basan en la demostración de una relación matemática entre algunas características biométricas de la hoja (longitud, ancho, diámetro) o de biomasa (masa húmeda o fresca, masa seca) y el área foliar. Los métodos no destructivos son aquellos que pueden ser usados en campo sin necesidad de destruir la muestra (remover o quitar las hojas de la planta).

1.1.8 Métodos para la determinación de masa

Para determinar la masa de un cuerpo cualquiera, se utilizan los siguientes métodos:

Pesada directa: es un método que se utiliza satisfactoriamente en el trabajo analítico usual. En este método la masa se obtiene por diferencia.

Pesada por sustitución: el objeto a pesar se coloca en uno de los platillos y se nivela la balanza, colocando una masa tara adecuada (puede utilizarse arena) en el otro platillo, se retira luego el objeto y se colocan en su lugar pesas, hasta contrarrestar exactamente la masa de la tara.

Pesada por transposición la cual se utiliza cuando los brazos de la balanza son desiguales, el peso exacto de un cuerpo u objeto puede hallarse pesándolo primero en un plato y luego, en el otro. Este último método conocido como doble pesada, permite alcanzar doble precisión y es el más adecuado para calibrar pesas.

1.2 OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

Medir las propiedades de masa, longitud y área de órganos foliares.

Observar y determinar cómo ocurre el movimiento de agua de un tejido por medio de cambios de masa.

Interpretar los valores de las estadísticas de media aritmética, obtenidos a partir de las mediciones de masa y longitud

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Establecer la relación entre masa y área mediante la elaboración de un gráfico de dispersión.

1.3 MATERIALES Y EQUIPO

Cristalería Equipo Reactivos 1 Beacker de 600 ó 1000

mL 5 beacker de 100 mL 1 probeta de 50 mL

1 Balanza monoplato Soluciones de sal (NaCl)

MATERIALES PROPORCIONADOS POR EL ESTUDIANTE

Por grupo de trabajo 15 hojas de cualquiera de los siguientes especímenes vegetales: aguacate (Persea

americana), níspero (Eriobotrya sp.) o naranja (Citrus sinensis). Seleccione un espécimen (15 hojas solo de aguacate, o 15 hojas de níspero o 15 hojas de naranja). Para la toma de la muestra leer el inciso 2.1 de esta práctica.

5 papas (Solanum tuberosum) de tamaño pequeño ó 2 papas grandes de aproximadamente 200 gramos cada una.

15 hojas de papel de 120 gramos. 1 regla de 30 cm plástica transparente 1 tijera 1 marcador permanente de color negro 1 navaja

1.4 METODOLOGÍA

1.4.1 Movimiento neto de agua en tejidos vegetales

a. Corte 5 trozos (cubos) de papa (Solanum tuberosum) de 3.5 cm de largo, por 3.5 cm de ancho y 1.5 cm de alto, no utilizar zonas con cáscara. Use la navaja para remover toda la cáscara de la papa. Anote las dimensiones correspondientes.

b. Seque ligeramente los trozos con papel absorbente y tome la masa de cada uno de ellos. Anote los datos en el cuadro 2.

c. Coloque cada trozo de papa en un beacker diferente de 100 mL, (un trozo en cada

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beacker). Identifique cada beacker con una letra ( De la A – a la F ). Guíese por el cuadro 1.

d. Agregue a cada beacker una solución de diferente concentración guiándose por el siguiente cuadro:

Cuadro 1. Tratamientos a utilizar en el experimento de movimiento neto de agua en tejidos vegetales.

Beacker Volumen a utilizar (ml)

Tipo de solución o solvente

Concentración de la solución(g de soluto/ml de solución)

A 50 Agua 0B 50 Solución de cloruro de sodio 1C 50 Solución de cloruro de sodio 3D 50 Solución de cloruro de sodio 5E 50 Solución de cloruro de sodio 7F 50 Solución de cloruro de sodio 9

e. Deje transcurrir una hora, y vuelva a determinar la masa de cada trozo. Antes de tomar la masa séquelos ligeramente con una toalla de papel. Para manipular las tiras, puede utilizar directamente los dedos. Anote la información en el cuadro 2.

1.4.2 Toma de muestras foliares para esta práctica

a. El día de la práctica cada grupo de trabajo deberá llevar una muestra conformada de 15 hojas. Para la colecta del material debe considerar lo siguiente:

b. Las hojas pueden tomarse de una planta o bien de varias. Si se toman de varias plantas, éstas deben encontrarse en la misma etapa fenológica, haber recibido el mismo manejo y que en general presenten condiciones lo más homogéneas posible. Anotar aspectos importantes o diferenciales referentes al cultivo de donde se extrajo la muestra (género o especie, ubicación, edad del cultivo o plantación, manejo, entre otras).

c. Al cortar las hojas, éstas deben incluir el peciolo y la lámina foliar.d. Si el material vegetal que se colectó es susceptible a deteriorarse y si el tiempo que ha

transcurrir entre la colecta y la presentación de la muestra es prolongado, se sugiere emplear metodologías para conservación de material para análisis de laboratorio.

1.4.3 Determinación de masa húmeda o masa fresca

a. Tarar un beacker de 600 ml ó 1000 ml.b. Seleccionar 10 de las 15 hojas e identifíquelas con un número (1 – 10). Utilice un

marcador permanente para la identificación.c. Luego, coloque dentro del beacker las 10 hojas. Determine la masa total y anótela en el

cuadro 4. No olvide que en el cuadro se anotan la masa de las hojas sin la tara.d. Retirar con cuidado una hoja y anote la masa, luego retire la siguiente y anote la nueva

masa, continúe así hasta llegar a la última hoja.e. Anote todos los datos en el cuadro 4.

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1.4.4 Determinación de longitud foliar

a. Tomar una hoja de la muestra y medir con una regla graduada la longitud desde la base del peciolo al ápice de la hoja.

b. La longitud se anotará en centímetros en el cuadro 5. No olvide que debe existir correspondencia con las mediciones. A la hoja 1 le corresponde la masa 1, la longitud 1 y como se verá más adelante, el área 1.

c. Repetir la misma operación con las hojas restantes.

1.4.5 Determinación del área foliar

a. Recortar en la hoja de papel de 120 gramos un cuadro de 10 cm X 10 cm. Determine el área de este cuadro en cm2 .

b. Luego determine la masa de este cuadrado y anótela. La relación entre el área del cuadrado y la masa de éste será el factor unitario que utilizará para determinar el área de las 10 hojas.

c. Dibuje una de las diez hojas de la muestra sobre una hoja de papel de 120 gramos. Si tiene alguna duda de cómo hacerlo consúltelo con el instructor de laboratorio.

d. Recorte el esquema dibujado sobre la hoja de 120 gramos.e. Mida la masa de este esquema y anote la masa.f. Con esta masa y utilizando el factor unitario determinado en el inciso b. Determine el área

del dibujo realizado.g. Esta superficie corresponde al área foliar. Anote esta información en el cuadro 5, con la

precaución de asignar cada longitud con su área correspondiente.

1.5 CUESTIONAMIENTOS Y OBSERVACIONES PARA INCLUIR EN EL INFORME

a. Cuadro 3. Mediciones del movimiento neto de agua en tejidos vegetales para la solución de cloruro de sodio.

Trozode

papa

Vpapa

(cm3) Soluto [mg/ml]

Mi de papa(g)

Mf de papa(g)

Δm(g) = Mf – Mi

Δmrelativo(g) = Δm/Mi

A H2O 0.00B NaCl 0.005C NaCl 0.010D NaCl 0.020E NaCl 0.030

Nota: (Vpapa) volumen del trozo de papa; (cm3) centímetros cúbicos; (Mi) masa inicial; (Mf) masa final

b. Realizar una gráfica de pérdida o ganancia en masa (eje Y) contra concentración de

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cloruro de sodio (eje X).c. Haga una gráfica de cambio de masa relativo (eje Y) contra concentración de sacarosa

(eje X) y de cambio de masa relativo (eje Y) contra concentración de cloruro de sodio (eje X).

d. Interpretar las gráficas obtenidas.

e. Cuadro 4. Determinación por diferencia de la masa fresca de una hoja.Datos Estadística

Variable 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 X

Masa total (g)Masa de una hoja (g)

Δm = Mi – Mf

NOTA:(Mi) masa inicial; (Mf) masa final

f. Cuadro 5. Longitud y área foliar de 10 hojas.Datos Estadística

Variable 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X

Longitud hoja (cm)Área foliar (cm2)

g. Determinar la media aritmética, para las variables: masa húmeda, longitud y área.h. Realice un gráfico de dispersión con los datos del cuadro 5, colocando en el eje de las

ordenadas (eje Y) el área foliar y en las abscisas (eje X) la longitud. Puede utilizar papel milimetrado o el programa Excel.

i. Interprete los datos obtenidos y la gráfica realizada.

1.6 BIBLIOGRAFÍA

Fernández, C. 2001. Prácticas de Laboratorio de Fisiología Vegetal. Facultad de Agronomía. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala. 50 p.

Müler, L. 1964. Manual de laboratorio de Fisiología Vegetal. Instituto Interamericano de Ciencias Agrícolas de la O.E.A. Turrialba, Costa Rica. 165 p.

Pelayo Benavides, HR; Lizárraga Escobar, M & Vargas Requena, C. (Compiladores). 2009. Manual de prácticas Fisiología Vegetal. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. México. 164 p.

Pérez Morales, RA. 2011. Manual de laboratorio de Introducción a la Química. Facultad de Agronomía. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala. 50 p.

Richter, G. 1972. Fisiología del Metabolismo de las plantas. Editorial CECSA. México. 417 p.

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