Fotosíntesis vegetal
Fotosíntesis vegetal
Poner en evidencia la fotosíntesis y la respiración celular en los vegetales midiendo los intercambios de CO₂ y O₂ a la luz y en la oscuridad.
La fotosíntesis es un proceso químico fundamental de la vida: las plantas verdes utilizan la energía luminosa para combinar el agua (H₂O) y el dióxido de carbono (CO₂), produciendo glúcidos como la glucosa y liberando dioxígeno (O₂). Esta reacción se desarrolla en los cloroplastos. Pero los vegetales también respiran, consumiendo O₂ y produciendo CO₂ en sus mitocondrias, exactamente como los animales. En esta actividad, vas a medir en directo los intercambios gaseosos de vegetales colocados en un recinto hermético, primero a la luz y luego en la oscuridad, para poner en evidencia estos dos procesos metabólicos.
Descripción de la actividad:
El alumno coloca vegetales recién cortados en un recinto hermético equipado con un módulo FizziQ Connect y sensores O₂ y SCD40. Registra las concentraciones de CO₂ y O₂ durante 10 minutos a la luz del día, luego cubre el recinto con un tejido opaco durante 10 minutos adicionales. Observa el cambio de pendiente del CO₂ y lo interpreta en términos de fotosíntesis y respiración celular.
FizziQ
Autor:
Duración:
30
Lo que harán los estudiantes:
'- Poner en evidencia los intercambios gaseosos ligados a la fotosíntesis y a la respiración celular
- Medir la evolución de la concentración de CO₂ en un recinto cerrado que contiene vegetales
- Identificar el papel de la luz en el equilibrio fotosíntesis/respiración
- Interpretar un cambio de pendiente en un gráfico de concentración en función del tiempo
Conceptos científicos:
'- Fotosíntesis
- Respiración celular
- Intercambios gaseosos CO₂/O₂
- Cloroplastos y mitocondrias
- Metabolismo vegetal
- Ecuación-balance de la fotosíntesis: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
- Ecuación-balance de la respiración: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energía
Sensores:
'- Sensor SCD40 (concentración de CO₂ en ppm, temperatura, humedad)
- Sensor O₂ (concentración de dioxígeno en %)
Material necesario:
'- Smartphone o tableta con FizziQ Connect
- Sensor SCD40 (CO₂, temperatura, humedad)
- Sensor O₂
- Recinto hermético transparente (tarro de cristal)
- Tejido opaco para oscurecer el recinto
- Vegetales recién cortados (hojas de lechuga, de espinaca o planta verde)
Procedimiento experimental:
Conecta los sensores O₂ y SCD40 al puerto I2C del módulo M5 Stack a través del Hub multipuertos.
Abre la aplicación FizziQ Connect en tu smartphone o tableta y conéctate al módulo M5 Stack por Bluetooth.
Verifica que los dos sensores están bien detectados: debes ver la concentración de CO₂ (en ppm) y la concentración de O₂ (en %).
Coloca vegetales recién cortados (hojas de lechuga, espinacas) en el recinto hermético transparente, con los sensores posicionados de manera que no toquen directamente las hojas.
Cierra herméticamente el recinto y colócalo a la luz del día (cerca de una ventana soleada).
Lanza el registro en FizziQ Connect y deja registrar durante al menos 10 minutos a la luz.
Continúa el registro durante 10 minutos adicionales en la oscuridad.
Sin detener el registro, cubre el recinto con el tejido opaco para bloquear completamente la luz.
Continúa el registro durante 10 minutos adicionales en la oscuridad.
Detén el registro y analiza los gráficos de CO₂ y O₂ en función del tiempo.
Resultados esperados:
Se observa un cambio de pendiente muy neto de la concentración de CO₂ y casi instantáneo cuando el recinto hermético se coloca en la oscuridad. A la luz, la concentración de CO₂ disminuye porque la fotosíntesis consume el CO₂ más rápido de lo que la respiración lo produce. En la oscuridad, la concentración de CO₂ aumenta ya que solo la respiración celular está activa. El sensor O₂ muestra variaciones más difíciles de interpretar debido a su menor precisión.
Preguntas científicas:
'- ¿Por qué el cambio de pendiente de la concentración de CO₂ es casi instantáneo al pasar a la oscuridad?
- Si la respiración tiene lugar día y noche, ¿por qué no se observa en el gráfico durante la fase iluminada?
- ¿Cómo explicar que el sensor O₂ sea menos preciso que el sensor CO₂ para esta experiencia?
- ¿Qué factores podrían aumentar la velocidad de fotosíntesis?
Explicaciones científicas:
La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas verdes convierten la energía luminosa en energía química. La ecuación-balance simplificada se escribe: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Esta reacción se produce en los cloroplastos, orgánulos presentes únicamente en las células vegetales.
La respiración celular es el proceso inverso: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energía (ATP). Tiene lugar en las mitocondrias y funciona continuamente, día y noche.
A la luz, la fotosíntesis y la respiración funcionan simultáneamente, pero la fotosíntesis domina: el consumo neto de CO₂ es positivo.consommation de CO₂ et une production d'O₂. C'est pourquoi la concentration en CO₂ diminue dans l'enceinte éclairée.
En la oscuridad, solo la respiración está activa: la concentración de CO₂ aumenta y la de O₂ disminuye.production de CO₂ et une consommation d'O₂El cambio de pendiente casi instantáneo al pasar a la oscuridad se explica porque la fotosíntesis depende directamente de la luz y se detiene cuando esta desaparece.
Le capteur SCD40 mesure la concentration en CO₂ par un principe de mesure photoacoustique, avec une plage de 0 à 40 000 ppm et une précision de ± 50 ppm. Cette sensibilité est largement suffisante pour détecter les variations dues à la photosynthèse et à la respiration.
Le capteur O₂ fonctionne par principe électrochimique. Sa précision (de l'ordre de ± 1 %) est souvent insuffisante pour mettre en évidence les faibles variations d'O₂ à l'échelle de cette expérience, contrairement au capteur de CO₂ qui est beaucoup plus sensible aux variations.
L'intensité de la photosynthèse dépend de plusieurs facteurs : l'intensité lumineuse, la longueur d'onde de la lumière, la température, la concentration en CO₂ et la disponibilité en eau. Ces paramètres constituent autant de pistes d'approfondissement expérimental.
Actividades de ampliación:
'- Variar la intensidad luminosa (luz natural fuerte, débil, luz artificial) y comparar las pendientes de consumo de CO₂
- Utilizar luz monocromática (filtros de color rojo, azul, verde) para estudiar la influencia de la longitud de onda sobre la fotosíntesis
- Modificar la temperatura del recinto para estudiar el efecto sobre la actividad enzimática
- Comparar diferentes tipos de vegetales
Preguntas frecuentes:
Q: ¿El sensor O₂ no muestra una variación neta, es normal?
R: Sí. El sensor O₂ tiene una precisión del orden de ± 1 %, lo que lo hace insuficiente para detectar las débiles variaciones de O₂ en 10 minutos. Las oscilaciones observadas entre 20 y 23 % son esencialmente ruido de medición. El sensor SCD40 de CO₂ es mucho más sensible.
Q: ¿Qué tipo de vegetales funcionan mejor?
R: Las hojas frescas de espinaca o lechuga dan buenos resultados. Las plantas de interior también funcionan, pero las hojas cortadas ofrecen una mayor superficie de intercambio.
Q: ¿Cuánto tiempo hay que esperar para observar resultados?
R: Los cambios en la concentración de CO₂ son visibles en pocos minutos. Se recomienda un registro de al menos 10 minutos en cada condición (luz y oscuridad).