La luz y la fotosíntesis en las plantas

LABORATORIO DE BIOLOGIA - UNIVERSIDAD DEL VALLE

1

EFECTO DE LA LUZ SOBRE EL DESARROLLO DE PLÁNTULAS (PHASEOLUS VULGARIS)

Galeano Sánchez, Nicolás Esteban - Sánchez Varela, Juan Camilo

Vera Pino Lesly Valeria - Zuleta Ortiz Michael Steven

9 de Junio de 2014. Departamento de Biología – Ingeniería agrícola Universidad del Valle - Colombia

RESUMEN

Para determinar el impacto de la luz en las plantas, tanto cambios morfológicos como nutricionales se trabajó en la

observación y caracterización de plantas de frijol (Phaseolus Vulgaris) expuestas a diferentes longitudes de ondas de

luz y de esta forma ver la influencia de la fotosíntesis en estos organismos. Se hizo con una cantidad de muestra de

semillas de 25 semillas por matera tres tratamientos con papel celofán rojo, tranparente y cartulina negra

respectivamente en macetas independientes estableciendo de esta forma las diferentes longitudes de onda, donde se

pudo observar a lo largo de tres semanas la presencia de fenómenos como etiolación y fotomorfogénesis, asociadas a

hormonas de crecimiento como las auxinas y células como los fitocromos al igual que se detalló la eficacia de

tratamientos donde se desarrollaron las plantas de una forma superior respecto a follaje, color, crecimiento del tallo y

raíz.

Palabras clave: fotomorfogénesis, etiolación, longitudes de ondas, eficiencia en crecimiento, fitocromos, auxinas.

ABSTRACT

To determine the light impact in the plants, both morphological changes as nutritionals, worked on the observation and

characterization of bean plants(Phaseolus Vulgaris) exposed to differents wavelengths of light and this way see the

influence of the photosynthesis in these organisms. It was made with a quantity of 25 seeds for each matera, three

treatments with red celophane paper, transparent and black cardboard respectively in separates flower pots, thereby

establishing the differents wavelengths, where it was observed during three weeks the presence of phenomena as

photomorphogenesis and etiolation, associated with growth hormones such as auxin and cells like phytochrome, well

as detailed treatments efficacy where plants developed in a superior way compared the foliage, color ,growth of the

stalk and root.

Keywords: photomorphogenesis, etiolation, wavelengths, growth efficiency, phytochrome, auxin.

OBJETIVOS

Comprender la importancia de la luz como fuente

de energía en las plantas y factor del desarrollo

integral de estas como un organismo autótrofo.

Identificar los cambios en las plántulas como

tropismo, crecimiento, morfología, etiolación y sus

causas.

INTRODUCCION

Aunque la luz es un factor primordial para la planta

respecto a la obtención y conversión de energía para su

metabolismo, esta también tiene un papel importante en la

cual actúa como una señal para inducir cambios en el

crecimiento y la forma de las plantas. Las diferentes

respuestas al crecimiento de estos organismos autótrofos

donde la luz es el principal responsable de ello es lo


2

conocido como fotomorfogénesis. Durante esta

investigación se describen algunas diferencias de

los tipos de longitudes de onda del espectro visible

específicamente las formas cualitativas en que estas

influyen en las plantas observándose características a

causa de los tratamientos especiales (ausencia de luz, luz

roja) respecto con tratamientos en condiciones normales.

MARCO TEÓRICO

Hasta hace aproximadamente 400 años, los observadores

del mundo biológico, al notar que los procesos vitales de

los animales dependían del alimento que ingerían,

pensaban que las plantas tomaban su alimento del suelo.

Este concepto fue aceptado hasta que el médico Belga

Jan Baptist van Helmont (1577-1644) ofreció la primera

evidencia en contra.

Van Helmont hizo crecer un pequeño sauce en una

maceta durante cinco años, a la que solo le añadía agua.

Al final de los cinco años, el sauce había incrementado de

peso en 74 Kg, mientras que la tierra de la maceta había

disminuido se peso solamente 57 g.

Los organismos fotosintéticos son organismos autótrofos,

es decir que no necesitan incorporar sustancias orgánicas

previamente sintetizadas. Se sabe desde hace varios

siglos que una fuente de energía (la luz), una fuente de

carbono (CO2) y agua son suficientes para producir la

materia orgánica necesaria para la alimentación de estos

organismos.

La luz por ende cumple un papel, importante en el

desarrollo de las plantas. Hace aproximadamente 300

años, Isaac Newton (1642-1727) dispersó la luz en un

espectro de colores haciendo pasar un haz de luz a través

de un prisma obteniendo haces luminosos de varios

colores diferentes que van desde rojo hasta violeta.

El físico ingles James Clerk Maxwell (1831-1879), en el

siglo XIX demostró que la luz visible en realidad era un

parte muy pequeña del amplio espectro continuo de

radiación del espectro electromagnético. Según Maxwell

todas las radiaciones de este espectro actúan en forma de

ondas.

Sin embargo en 1905, Albert Einstein postula que la luz se

comporta en forma de paquetes de energía, denominados

cuantos de luz o fotones El modelo ondulatorio les permite

a algunos físicos describir matemáticamente ciertos

aspectos de la luz y el modelo fotónico permite describir

otro tipo de cálculos. Estos dos modelos se consideran

complementarios para la descripción de la luz como un

fenómeno.

Para que las plantas puedan utilizar la energía lumínica, y

realizar su fotosíntesis, esta energía debe de ser

absorbida. Este papel lo cumplen los pigmentos

representados en la planta por la clorofila, la cual está

ubicada en los tilacoides de los cloroplastos. Este proceso

de absorción se conoce como la fase luminosa de la

fotosíntesis y es donde se transforma la energía lumínica a

química necesaria para el metabolismo de la planta.

MÉTODOS Y MATERIALES

Tierra para maceta: Se utilizó un sustrato para

el desarrollo de las plantas el cual estuviera

libre de enfermedades o tuviera menor

cantidad de estas y presencia de hongos y

bacterias que afectaran las plantas

3 Recipientes de plástico de al menos 30cm

de largo X 20 cm de ancho X 10 cm de

profundidad: Para contener el sustrato se

utilizaron recipientes plásticos y de esta forma

manejar mejor las plantas. Estos recipientes

deben de ser perforados para el drenaje del

exceso de agua y evitar sobresaturación del

sustrato

Semillas de fríjol u otra dicotiledónea.

75 palos de madera de 30 cm de largo: Para la

separación de cada plántula y tomar las

medidas individuales llevando un seguimiento


3

se marcan palillos para caracterizar cada

planta.

2 Pliegos de cartulina cartoncillo negro: Se usa

como inhibidor de los rayos solares, brindando

un ambiente en ausencia de luz para las

plantas de este tratamiento.

2 Pliegos de celofán transparente: este

tratamiento tiene un ambiente normal como en

el exterior para observar las diferencias de los

otros tratamientos

2 Pliegos de celofán rojo, azul o verde (un

color por equipo): dependiendo de la longitud

de onda estos papeles generaran cambios en

la planta y es por ello su inclusión en el

experimento.

Regla: Para llevar a cabo el control de las

longitudes las plantas durante el periodo del

experimento.

DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

Grafica 1. Longitudes promedio de cada tratamiento.

Tabla tratamiento en oscuridad

n 22 22 0

Media 17,2 19,3 0,0

Des. Std. 1,75 0,85 0,00 Intervalo de confianza 0,05

(16,85 -17,5) (18,91 - 19,7) 0

Tabla tratamiento en celofán color rojo

n 23 20 20

Media 11,1 20,0 31,9


(10,52 - 1,74) (18,47-21,48)

(31,22 - 32,57)

Tabla tratamiento luz blanca

n 16 15 15

Media 7,7 12,9 17,5


(7,04 - 8,38) (11,06-14,74) (15,65-19,39)

Figura 1. Formación de los diferentes plastos dependiendo de la presencia o ausencia de luz

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

7 días 14 días 21 días

17.2 19.3

0.0

11.1

20.0

31.9

7.7

12.9 17.5

Lo

ng

itu

d e

n c

m

Tiempo en días

Tratamientos plantas durante 21 días

Oscuridad Papel rojo Normalidad


4

Fotos plantas tratamiento oscuridad

Figura 2. Fototropismo a causa de entrada de luz por un pequeño espacio. 1ra semana

Figura 3 Plantas de tallo muy largo respecto a los demás tratamientos. 2da semana

Figura 4 Plantas mueren por ausencia de luz y consumo de reservas de energía. 3ra semana

Fotos plantas tratamiento luz blanca

Figura 5. Crecimiento uniforme de las plantas. 2da semana

Figura 6.Plantas de crecimiento no uniforme. Hojas de color normal. 3ra semana

Fotos plantas tratamiento luz roja

Figura 7.Tratamiento de mayor germinación. 1ra semana


5

Figura 8. Plantas de frijol de mayor crecimiento comparación con demás tratamientos. 3ra semana

DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

Para observar los cambios causados por la luz que ocurre

en las plantas y la forma en que esto influye positiva y

negativamente se realizó el sembrado de semillas de

frijoles en tres diferentes tipos de tratamientos clasificados

por cubrirlos con papel celofán rojo, tranparente y cartulina

negra lo cual cambia los aspectos lumínicos y la forma en

que se desarrollan las plantas en cada uno.

En ausencia de la luz, las plantas utilizan la energía que

tienen almacenadas en las semillas para su crecimiento

etiolado; pero estas reservas son limitadas. Además estas

plantas requieren de la fotosíntesis para generar energía y

realizar su metabolismo en lo cual es necesario que estas

cuenten con los órganos con sus pigmentos

especializados en la recepción de energía lumínica. Es por

ello que estas plantas mueren en la tercera semana

(Véase Figura 4) ya que no poseen cloroplastos sino

etioplastos y no están realizando fotosíntesis.

Estas plantas sufrieron en la primer semana fototropismo

positivo, al haberse dejado un pequeño orificio en la

cubierta de cartulina negra, lo que generó la curvatura de

las plantas hacia la luz. (Véase Figura 2). [3]

Las plantas son estimuladas por hormonas responsables

de la regulación del crecimiento las cuales provocan

curvaturas en su tallo. La auxina es la hormona

responsable de estos cambios fisiológicos, los cuales se

observaron a grandes rasgos en el tratamiento de

oscuridad. Esta sustancia migra de la zona de mayor

iluminación a las zonas de menor iluminación en la planta.

La auxina es una hormona que produce cambios en genes

específicos los cuales por ejemplo alteran la actividad de la

ATPasa respecto al bombeo de protones al apoplasto,

generando un descenso en el pH. Este descenso activa

otras enzimas llamadas expansinas las cuales degradan

los puentes de hidrogeno que se establecen entre las

microfibrillas de celulosa y la hemicelulosa de la pared

celular ablandando el tejido de la pared lo cual permite el

alargamiento de esta células y el crecimiento de los tallos,

lo cual es característico de las plantas en etiolación (Véase

Figura 3). [3]

Otro factor que influye igualmente en la fotomorfogénesis

es la respuesta de las células fotoreceptoras de las plantas

dependiendo de la longitud de onda. Los fitocromos son

una de esas células receptores. Estas proteínas existen en

dos formas: Pr que es la forma inactiva especializada en

las ondas de color rojo y Prf que es la forma inhibidora del

crecimiento que absorbe las ondas de rojo lejano. Estas

dos formas son fotointerconvertibles; cuando Pfr absorbe

luz roja lejana se convierte en Pr y cuando Pr absorbe luz

roja se convierte en Pfr. En el caso de las plantas cuando

no están expuestas a la luz, el fitocromo Pfr se degrada

una parte y el resto se convierte en forma Pr. Al no haber

inhibidor de crecimiento (Pfr) las plántulas en la oscuridad

tienen un acelerado desarrollo de su tallo (Véase Figura

3). [4] Esto mismo ocurre en las plantas en la sombra, las

cuales durante el proceso de des-tiolación absorben el rojo

lejano que reflejan las demás plantas y como este es

tomado por Pfr, se convierte en Pr haciendo que las

plantas crezcan rápidamente en busca de la luz de nuevo

por ausencia de Pfr que es inhibidor de crecimiento.

Cuando las plantas salen a la luz se forma de nuevo Pfr, el

cual hace más lento el alargamiento, evitando que la


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plántula se vuelva excesivamente larga y delgada

en presencia de luz.

El tratamiento con papel celofán rojo fue el que estimulo

más el crecimiento de las plantas (Véase Figura 8), ya

que este papel cambia la mayoría de las longitudes de

onda de la luz solar a ondas de color rojo lo cual permite

que las plantas a través de sus cloroplastos, órganos

donde ocurre la fotosíntesis, utilicen esta energía lumínica

la cual absorben en mayor cantidad.

La clorofila es el pigmento encargado de la absorción de

energía lumínica en las plantas. La mayor parte de estas

poseen clorofila a, la cual constituye el 75% de toda la

clorofila de las plantas verdes. Esta clase de clorofila tiene

un espectro de absorción de ondas de color violeta, azul y

roja. Las ondas de color verde se reflejan y es por ello que

este color es característico de las hojas y otras partes de

las plantas. [2]

Al disponer un aumento en la energía química, la planta

metaboliza y realiza la síntesis de sus nutrientes en mayor

cantidad. Esto se refleja en un crecimiento saludable y

uniforme de las plantas de este tratamiento respecto a los

otros, con un color verde intenso en sus hojas, hechos que

se pudieron apreciar desde la primera semana. (Véase

Figura 7).

Las raíces de las plantas del tratamiento en ausencia de

luz, presentaron desarrollo superficial a causa de le

privación de la luz en la matera. Esto generó que el

geotropismo de la raíz el cual es causado igualmente por

las auxinas no empujara las raíces hacia la profundidad del

sustrato. Estas auxinas no se desplazaran solamente a las

partes inferiores de las raíces, lo cual ocurre en

condiciones de luz normal, sino que se distribuyeran a lo

largo de estas, provocando salida superficial de algunas

raíces del sustrato quedando visibles por la oscuridad que

ofrecía el tratamiento. [3]

Las plantas del tratamiento en normalidad lumínica

tuvieron una germinación menor en comparación con los

otros 2 tratamientos. Su desarrollo se vio afectado por

factores desconocidos y su crecimiento no fue uniforme

(Ver gráfica 1).

PREGUNTAS

1. ¿Hubo diferencia significativa entre los

tratamientos? Explique.

Las plantas de cada tratamiento reaccionaron de forma

diferente respecto a los cambios de las ondas de luz y a la

ausencia de esta. Sin presencia de luz solar estas plantas

se diferenciaron de los otros tratamientos drásticamente

mostrando cómo influye la energía lumínica no solo en el

proceso de las fotosíntesis sino igualmente en la forma de

la planta. El crecimiento de las plantas seguido por su

normal desarrollo se apreció significativamente en el

tratamiento del papel celofán rojo

2. ¿Qué tratamiento estimuló más el crecimiento de

las plantas? Explique.

El tratamiento que estimulo más el crecimiento de las

plantas fue el tratamiento cubierto con la cartulina negra,

ya que al tener las plantas en ausencia de luz, las auxinas

hormonas responsables del crecimiento de las plantas

realizan un proceso en el cual alteran ciertos genes que

modifican y promueven el crecimiento del tallo de estos

organismo autótrofos. Al igual los fotoreceptores de ondas

de luz rojo y rojo lejano, los fitocromos se convierten en su

forma Pr en ausencia de luz, quedando sin inhibición de

crecimiento por falta de su forma Pfr. Este cambio de las

formas de fitocromo genera un crecimiento acelerado en el

tallo en busca de la luz y es por ello que las plantas al no

encontrar fuente de luz crecieron en mayor aceleración

respecto a los otros tratamientos [3]

3. ¿Cuál fue el aspecto general de las plantas en

cada tratamiento?

Tratamiento oscuridad: Las plantas del tratamiento sin

presencia de luz solar se diferenciaron de los otros

tratamientos con unos cambios drásticos como el color de


7

la planta en general de tono pálido, con entrenudos

más largos, sus hojas no abrieron y el color de

estas fue verde-amarillo, sus tallos se desarrollaron mucho

más y no brotaron hojas diferentes a los dicotiledóneos

como se aprecia en la figura 3.

.

Tratamiento luz blanca: Velocidad de crecimiento baja,

tamaño de hojas más pequeñas, presentó desarrollo lento

y no uniforme en comparación con las plantas de los otros

tratamientos de luz roja y ausencia de luz.

Tratamiento luz roja: Sus semillas germinaron casi en su

totalidad y con mayor éxito durante el proceso, así mismo

el color de sus hojas se puedo apreciar un verde intenso,

estas plantas alcanzaron alturas en un promedio de 32

centímetros lo cual se observa en la Gráfica 1.

4. Explique el papel que juega la luz en la

diferenciación de los proplastidios a cloroplastos.

Los proplastidios son unidad donde se desarrollan los

demás plastos como los cloroplastos dependiendo las

condiciones en que se encuentren. Crecen junto con las

células peristemáticas; cuando un proplastidio se

desarrolla en la oscuridad da lugar a un etioplasto. Si los

proplastidios se desarrollan en la luz dan lugar a los

cloroplastos. El proceso de formación del etioplasto dura

unos 15 días en el que se produce un aumento progresivo

del tamaño del plasto. Los etioplastos miden entre 3 y 5

μm y pueden convertirse de nuevo en cloroplastos si son

expuestos a la luz. [1]

5. Explique brevemente que es una planta etiolada.

Una planta etiolada es aquella en la cual se ha realizado

una modificación de los tejidos vegetales verdes (con

cloroplastos) en tejidos sin cloroplastos, blancos y muy

semejantes a las raíces. Esto se consigue privando de la

luz a una parte o a toda la planta lo que no permite la

maduración de lo protoplastos en cloroplastos sino la

transformación en etioplastos. La etiolación es sumamente

eficaz para incrementar la formación de raíces en tejidos

de tallos. Los métodos de acodo, acodo aéreo y aporque

usados en la multiplicación de muchas plantas se basan

en este principio. Estas plantas presentan por ello color

amarillo pálido, se generan cambios en sus hormonas de

crecimiento influyendo en tallos muy largos y entrenudos

más separados de lo común.

6. Discuta de donde obtiene la planta los nutrientes

necesarios para su desarrollo como plántula.

La semilla de la plántula es la que contiene en su interior

principalmente en la endosperma los nutrientes en forma

de reserva no accesibles directamente por la plántula. En

un suelo húmedo la semilla absorbe agua por imbibición y

se hincha, el agua reblandece el tegumento y lo hace

permeable al aire. El tegumento acaba rompiéndose y las

sustancias de reserva se ablandan para transformarse en

sustancias más simples, mejor asimilables, y se

desencadena la acción de las hormonas de crecimiento.

Estas sustancias están conformadas principalmente por

lípidos, carbohidratos, en los frijoles principalmente

proteínas en cantidad pero no pueden nutrir al embrión, tal

y como se encuentran, pues están formadas por moléculas

grandes y no asimilables. Durante la germinación el agua,

el calor y las enzimas las modifican y las hacen

asimilables. Las sustancias solubles pasan a los diferentes

órganos del embrión que las utilizará para su desarrollo. La

radícula sale al exterior, y se implanta en el suelo, para

posteriormente convertirse en la raíz. El tallo acompañado

de las hojas y la yema terminal o gémula, empieza a

crecer y perfora la tierra saliendo al exterior, y tomando

color verde por efecto de la luz.

Las sustancias de reserva se van agotando, la semilla

disminuye de volumen, se arruga y deja nutrir a la plántula.

Es el momento en el que las raíces, tallo y hojas cogen el

relevo para asegurar la nutrición. La planta ya puede

fabricar su propio alimento. [5]

7. ¿Qué es la fotomorfogénesis?


8

La fotomorfogénesis son los cambios en el

crecimiento y desarrollo de las plantas directamente

dependientes de la luz pero no relacionados con la

fotosíntesis. Los fenómenos fotomorfogenéticos

son respuestas de alta intensidad (HIR), y muestran

dependencia de la irradiancia. Los cambios de tipo HIR

responden tanto a las variaciones de la longitud de onda

como a la irradiancia total generando cambios en la forma

de planta, a causa de una direccion, cantidad y calidad de

fuente lumínica.

CONCLUSIONES:

Las plantas son organismos que requieren de una

intensidad lumínica para poder realizar sus

funciones vitales. La ausencia de este factor afecta

no solamente la producción de sus nutrientes sino

que también influye en la morfología de las

plantas.

La longitud de las ondas lumínicas tienen cierta

clasificación dada para la absorción en mayor

cantidad por los pigmentos de las plantas

(clorofila), esta energía influye en un mejor

aprovechamiento para su desarrollo en general.

REFERENCIAS:

[1] Naab; Ofelia, Fotosensibilidad; Plastidios [Citado 1 de

Junio, 2014]. Disponible en: http://www.agro.unlpam.edu.

ar/cátedras-pdf/PLASTIDIOS%20apunte.pdf

[2] CURTIS, Helena. Fotosíntesis, luz y vida. En: Biología. (2000) 6.a Edición. Editorial Medica Panamericana. Pág. 246 – Pág. 251

[3] CURTIS, Helena. El crecimiento y desarrollo de las plantas. En: Biología. (2000) 6.a Edición. Editorial Medica Panamericana. Pág. 886 – Pág. 901

[4] TAIZ, Lincoln; Zeiger, Eduardo. El fitocromo y el control por la luz del desarrollo vegetal. En: Fisiología vegetal. (2006) Universitat Jaurne. Pág. 708 – pág. 719

Disponible en: http://books.google.com.co/books?id=1PRucJTuVrQC&pg=PA795&lpg=PA795&dq=fototropina&source=bl&ots=CRb1BVw3cm&sig=TymHd7FCuDhyEXwdBvWgyj4ZO4s&hl=es&sa=X&ei=ZCGTU83lFbe2sASMjYC4Dg&ved=0CCkQ6AEwAQ#v=onepage&q=fototropina&f=false

[5] Germinación de semillas; Universidad politécnica de Valencia. [Citado 7 de Junio, 2014] Disponible en: http://www.euita.upv.es/varios/ biologia/Temas/ tema_17.htm#Proceso

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