Download Relación entre la cantidad de luz recibida y la de clorofila producida

Biología- Nivel Medio
Evaluación Interna
Relación entre la cantidad de luz recibida y la de clorofila
producida en la planta Hibiscus sp.
Número de Convocatoria: 004660-0017
Sesión: Mayo 2016
1
Tabla de contenidos
Introducción ............................................................................................................. 3
Objetivo ................................................................................................................... 3
Pregunta de Investigación ....................................................................................... 4
Hipótesis.................................................................................................................. 4
Variables independientes, dependientes y controladas .......................................... 4
Materiales ................................................................................................................ 5
Riesgos y Precauciones .......................................................................................... 5
Protección ambiental ............................................................................................... 5
Método .................................................................................................................... 5
Preparación de solución para usar en el colorímetro .................................... 5
Cálculo de transmitancia y absorbancia de la solución final ......................... 6
Resultados de transmitancias, absorbancias y relaciones de concentración .......... 7
Observaciones ........................................................................................................ 8
Procesamiento de datos brutos ............................................................................... 8
Promedios de Absorbancia y Transmitancia graficados ............................... 9
Análisis de resultados ........................................................................................... 10
Significancia de los resultados obtenidos ................................................... 11
Significancia de longitudes de ondas para la clorofila ................................ 11
Conclusiones ......................................................................................................... 12
Limitantes y sugerencias de mejoras .................................................................... 13
Bibliografía ............................................................................................................ 14
Anexos .................................................................................................................. 15
2
Relación entre la cantidad de luz recibida y la de clorofila
producida en la planta Hibiscus sp.
Introducción
Diariamente tengo que pasar en mi colegio por un camino que está rodeado de
claveles, unos expuestos al sol y otros en la sombra. Por ello, me pregunté ¿será
que ambas plantas producen la misma cantidad de alimento para vivir? ¿Acaso la
cantidad de exposición al sol influencia su crecimiento y/o su producción de
nutrientes?
Hibiscus Sp1, conocida en El Salvador como “clavel”, es una planta con hojas
dentadas de color verde oscuro y flores blancas o rojas. Esta especie es muy
común y suele habitar ambientes templados o tropicales donde frecuentemente
está expuesta al sol. Sin embargo, esta planta, al igual que otras que viven bajo el
sol, crece también en zonas sombrías.
La clorofila es un componente básico de las plantas dado que es el pigmento
principal que interviene en la fotosíntesis, proceso mediante el cual las plantas
producen alimentos a partir de energía solar. La fórmula química de la clorofila es
C55H72O5N4Mg.2El papel fundamental de la clorofila en la fotosíntesis es absorber
fotones de luz con la consiguiente excitación de un electrón, que luego cederá su
energía a algún pigmento auxiliar. Al final, la fracción de energía luminosa
absorbida, es convertida en energía química para que la planta produzca sus
alimentos. 3 Para los humanos, la clorofila es un gran antioxidante y se ha
destacado como un posible anticancerígeno, entre otras aplicaciones
medicinales4.
La mayoría de las plantas presentan un color verdoso puesto que la clorofila
absorbe las longitudes de ondas de luz de los colores violeta, azul y rojo pero no
las longitudes de onda verde, ya que éste color es reflejado, y por ende visible
para nuestros ojos.
Este tema es de importancia para las personas que acostumbran a sembrar,
cuidar o comercializar plantas y sus alimentos, ya que, al saber de qué manera
cierta planta se desarrolla mejor podrían ponerlo en práctica para incrementar la
calidad de esta o sus nutrientes, entre ellos, la clorofila.
Objetivo: Esta práctica tiene como objetivo determinar una relación entre la
cantidad de clorofila existente en las hojas de Hibiscus sp¸ y la exposición de esta
1
Ver anexo 1.0
Clorofila, [página web] http://www.botanical-online.com/clorofila.htm (Visitada 19 de Enero 2016)
3
Clorofila, [página web] http://www.ecured.cu/Clorofila (Visitada 21 de Enero)
4
Clorofila, [página web] http://www.botanical-online.com/clorofila.htm
2
3
a la luz solar durante un periodo determinado. Esto se hará calculando los niveles
de absorbancia de ondas lumínicas de cada muestra de hojas seleccionadas, y
posteriormente evaluar la concentración de clorofila en las muestras tomadas de
las diferentes parcelas (una oculta y otra expuesta al sol). Se verá si realmente
existe alguna diferencia en la producción de clorofila en aquellas plantas
expuestas a la sombra y en las que reciben el sol directamente.
Pregunta de investigación: ¿La exposición directa a la luz solar influencia los
niveles de concentración de clorofila en las hojas de Hibiscus sp?
Hipótesis: Hibiscus sp habitualmente está expuesta al sol, sin embargo esta se ve
en ocasiones en lugares sombríos donde el sol no le llega directamente .Las
plantas expuestas al sol captan más energía solar que aquellas que permanecen
en la sombra. Si Hibiscus sp al estar en la sombra absorben bajos niveles de luz
solar, entonces estas tendrán mayores concentraciones de clorofila que aquellas
expuestas directamente al sol. Esto es porque al no recibir energía solar
directamente la Hibiscus sp de sombra necesita mayor capacidad para absorberla
para luego producir sus nutrientes.
Variable independiente: las cantidades de luz solar recibida por Hibiscus sp
dependiendo de su posición.
Variable dependiente: la cantidad de clorofila producida.
Variable Controlada
Método detallado de control de cada
variable
La especie de planta escogida
Selección de la planta más común en el
colegio
La región escogida para las plantas en la Selección. Una zona donde pegue el sol
sombra o donde pegue luz solar.
todo el día, y otra donde no reciba luz solar
La cantidad de sustancia (hojas de la planta) Número de hojas o fragmentos de hojas
usada para extraer la clorofila.
utilizadas para medir clorofila. Pesadas en
una báscula en gramos.
La cantidad de alcohol en la que se trituraran Alcohol en ml (250ml)
las plantas
La cantidad de agua en la que se diluirá la Agua en ml (±850ml)
solución de alcohol con hojas ya trituradas
Las horas del día en que se someterán las Selección, de 7:00am a 2:00pm
plantas.
Selección de muestras en cada parcela
Se tomaron aleatoriamente las hojas de la
zona superior de Hibiscus sp.
4
Materiales
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
2.5 L de alcohol etílico 90%
8 L aproximadamente de agua pura.
2 parcelas de muestreo de 0.6m2 de Hibiscus sp
100g de hojas de Hibiscus sp
Báscula digital (±0.2g)
Licuadora Osterizer con 10 velocidades
Cronometro
Colorímetro Vernier Software and Technology con 4 longitudes de onda
(Violeta en 430nm, azul en 470nm, verde en 565nm y roja en 635nm)
3 recipientes para poner las soluciones en el colorímetro
Computadora
Programa Logger Lite 1.8.1para obtener resultados del colorímetro. (±0.5%
de transmitancia)
2 Beakers milimetrados de 250ml (±5ml)
2 matraces de Erlenmeyer graduado de 1L (±10ml)
10 hojas de filtro
2 goteros
2 embudos
Riesgos y Precauciones
La realización del experimento no representaba mayor riesgo para la salud mía
y/o de las personas a tu alrededor. Por lo tanto, solo se tomaron precauciones
básicas como el uso de bata, anteojos protectores y guantes protectores.
Protección medioambiental
Se procuró tomar la cantidad exacta de hojas posibles para dañar lo menos
posible a la planta estudiada.
Método
Preparación de solución para usar en el colorímetro.
1. Seleccionar 2 parcelas de 0.6m2 (0.6m x 1m) de Hibiscus sp
2. Posicionar una parcela donde pegue el sol las 7 horas en que las plantas
estarían en investigación. Posicionar la otra parcela donde no pegue luz
solar, es decir, estén en sombra durante 7 horas.
3. Luego de las 7 horas, tomar muestras de las hojas, sin el tallo, de Hibiscus
sp cada parcela. Se seleccionaron las hojas que estuvieran en la zona
superior de Hibiscus sp.
4. Calcular 10 g de Hibiscus sp. por parcela en la báscula digital.
5. Rotular los beakers. Uno “sombra” para las hojas de Hibiscus sp
posicionadas en la sombra y otro “sol” para aquellas donde reflejo todo el
tiempo luz solar.
5
6. Medir 250 ml de alcohol etílico en cada beaker.
7. Con la licuadora, licuar, durante 5 seg en velocidad 5, y 25seg en velocidad
10, los 250ml de alcohol con los 10g de Hibiscus sp respectivos a su
beaker.
8. Poner de vuelta cada mezcla en su beaker.
9. Rotular los matraces de Erlenmeyer de la misma manera que los beaker.
10. Poner una hoja de filtro dentro de un embudo y poner este en el matraz de
Erlenmeyer. Esto, para los dos matraces.
11. Filtrar la mezcla anterior en su respectivo. Tardó 12 minutos
aproximadamente cada beaker para filtrar la solución.
12. Aforar5 con agua la mezcla filtrada a 1L. Esto, para cada matraz.
13. Con los goteros, tomar una muestra de cada solución final de cada matraz.
La muestra fue tomada del centro de esta luego de agitarla suavemente 5
seg.
14. Introducir estas muestras en sus respectivos recipientes para ver sus
transmitancias.
15. Usando Logger Lite 1.8.1 en la computadora, se calibraba el colorímetro
cada vez que se cambiara de longitud de onda, y registrar las
transmitancias de las muestras obtenidas.
Se realizó este proceso 5 veces de manera que los resultados no fueran mera
coincidencia, sino que tuvieran un alto grado de significancia.
Cálculo de Transmitancia y Absorbancia de la solución final.
La transmitancia (T) de una solución es la relación entre la cantidad de luz
transmitida que llega al detector del colorímetro una vez que ha atravesado el
recipiente con la muestra y la cantidad de luz que incidió sobre esta muestra. Este
dato lo aportaba el colorímetro. Los resultados variaban dependiendo de las
longitudes de onda usadas.6
La absorbancia (A) nos indica la cantidad de luz absorbida por la solución y se
define como una relación logarítmica inversa a la transmitancia7. La fórmula8
empleada para obtenerla fue la siguiente:
Que es lo mismo a tener
5
Aforar: hacer llegar la solución a 1L usando agua como añadidura.
N. A. Díaz, et al., Espectrofotometría: Espectros de absorción y cuantificación colorimétrica de biomoléculas,
Campo Universitario de Rabanales, Córdoba, p.3.
7
N.A. Díaz, et al., Espectrofotometría: Espectros de absorción y cuantificación colorimétrica de biomoléculas,
p.3.
8
Fórmulas tomadas de N.A. Díaz, et al., p.3.
6
6
Resultados
de
Concentración.
Transmitancias,
Absorbancias
y
Relaciones
Experimento 1
Al sol
En sombra
Color
Long. Onda
Transmitancia Absorbancia Transmitancia Absorbancia
nm
% (±0.5%)
(±0.005)
%(±0.5%)
(±0.005)
Violeta
430
24.56
0.610
12.96
0.887
Azul
470
38.13
0.419
16.37
0.786
Verde
565
84.73
0.072
84.33
0.074
Rojo
635
71.95
0.143
59.43
0.226
Tabla 1.0
Experimento 2
Al sol
En sombra
Color
Long. Onda
Transmitancia Absorbancia Transmitancia Absorbancia
nm
% (±0.5%)
(±0.005)
%(±0.5%)
(±0.005)
Violeta
430
23.68
0.626
14.67
0.834
Azul
470
21.97
0.658
15.31
0.815
Verde
565
77.43
0.111
75.21
0.124
Rojo
635
53.12
0.275
40.31
0.395
Tabla 1.1
Experimento 3
Al sol
En sombra
Color
Long. Onda
Transmitancia Absorbancia Transmitancia Absorbancia
nm
% (±0.5%)
(±0.005)
%(±0.5%)
(±0.005)
Violeta
430
26.55
0.576
15.12
0.820
Azul
470
18.22
0.739
12.25
0.912
Verde
565
78.93
0.103
76.13
0.118
Rojo
635
44.64
0.350
38.7
0.412
Tabla 1.2
Experimento 4
Al sol
En sombra
Color
Long. Onda
Transmitancia Absorbancia Transmitancia Absorbancia
nm
% (±0.5%)
(±0.005)
%(±0.5%)
(±0.005)
Violeta
430
24.56
0.610
17.31
0.762
Azul
470
19.23
0.716
16.37
0.786
Verde
565
87.21
0.059
86.11
0.065
Rojo
635
65.34
0.185
55.41
0.256
Tabla 1.3
Experimento 5
Al sol
En sombra
Color
Long. Onda
Transmitancia Absorbancia Transmitancia Absorbancia
nm
% (±0.5%)
(±0.005)
%(±0.5%)
(±0.005)
Violeta
430
16.51
0.782
11.09
0.955
Azul
470
21.84
0.661
15.24
0.817
Verde
565
80.86
0.092
78.83
0.103
Rojo
635
78.45
0.105
68.65
0.163
Tabla 1.4
7
de
Observaciones





Al realizar el experimento y obtener el extracto de las hojas diluido en 250ml
de alcohol etílico, el color verde de las hojas Hibiscus sp en sombra era
más oscuro que las que estaban al sol. Esta oscuridad concuerda en que la
absorbancia de las hojas en sombra fue mayor que las que estaban al sol.
Como era de esperar, la de longitud verde (565nm) obtuvo los resultados
de transmitancia más altos, puesto que el verde es el color reflejado en las
hojas de Hibiscus sp.
La onda de longitud roja (635nm) obtuvo resultados más altos de
transmitancia en comparación con las ondas de longitudes violeta y azul.
La absorbancia de las ondas lumínicas violetas y azules variaban. En 2
experimentos9 el violeta absorbió más luz que el azul, y en 3
experimentos10 el azul absorbió más que el violeta.
En ninguno de los experimentos realizados resultó que las hojas de
Hibiscus sp al sol tuvieran más absorbancia, y por tanto concentración de
clorofila, que las hojas puestas en sombra.
Procesamiento de datos brutos
Se obtuvieron el promedio de los 5 experimentos relacionados, uno para la
transmitancia y otro para la absorbancia, los resultados fueron los siguientes:
PROMEDIOS
Color onda
Violeta
Azul
Verde
Rojo
Longitud onda
430nm
470nm
565nm
635nm
Al sol
En sombra
Transmitancia Absorbancia
Transmitancia
Absorbancia
(±0.5%)
(±0.5%)
(±0.005)
(±0.005)
23.2
23.9
81.8
62.7
0.641
0.639
0.088
0.212
14.2
15.1
80.1
52.5
0.852
0.823
0.097
0.291
Tabla 1.5
Posteriormente, se graficaron los promedios y estos quedaron de la siguiente
manera.
9
Ver Tablas 1.0 y 1.4
Ver Tablas 1.1, 1.2, y 1.3
10
8
%Transmitancia
Promedios de Transmitancia en
Hibiscus sp
90.0
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
Al sol
En sombra
Violeta
(430nm)
Azul
(470nm)
Verde
(565nm)
Rojo
(635nm)
Longitud de onda
Gráfica 1.0
Absorbancia
Promedios de Absorbancia en
Hibiscus sp.
0.900
0.800
0.700
0.600
0.500
0.400
0.300
0.200
0.100
0.000
Al sol
En sombra
Violeta
(430nm)
Azul
(470nm)
Verde
(565nm)
Longitud de onda
Grafica 1.1
9
Rojo
(635nm)
Análisis de resultados
Para encontrar un dato preciso de la concentración de la solución con extracto de
clorofila de Hibiscus sp se utiliza la ley de Lambert-Beer. Esta expresa la relación
entre absorbancia de luz y concentración de una solución. Su fórmula es
11
Buscando la concentración, la formula despejada queda
,
donde A es la
absorbancia de la muestra, L es la longitud del paso óptico de la muestra y
el índice de absortividad molar de la solución.
es
Una limitante importante de esta investigación es que la concentración exacta de
la solución, y por ende de la clorofila, se necesitaba conocer la absortividad molar
de la mezcla creada. Esta es una medida de la radiación absorbida y es un valor
constante para cada sustancia12, lo que fue difícil de obtener puesto que la
muestra fue una mezcla de sustancias.
No obstante, sabiendo que la absorbancia es proporcionalmente directa a la
concentración de la especie absorbente13, se calculó una relación de
concentración de clorofila. Suponiendo que las hojas de Hibiscus sp expuestas al
sol tienen 100% de clorofila concentrada, se dedujo la siguiente relación.
Que se lee: “El porcentaje de concentración de Hibiscus sp en sombra es tal
siendo el porcentaje de concentración de Hibiscus sp en sol 100%”
Las relaciones de concentración de clorofila quedaron de la siguiente manera
para cada experimento:
Color
Violeta
Azul
Verde
Rojo
Longitud Onda
nm
430
470
565
635
Concentración de clorofila de las plantas en sombra, siendo
100% la concentración de aquellas expuestas al sol.
1
2
3
4
5
146%
188%
103%
158%
133%
124%
111%
144%
142%
123%
115%
118%
125%
110%
109%
139%
122%
124%
112%
155%
Tabla 2.0
11
Fórmulas tomadas de N.A. Díaz, et al., p.4.
‘Ley de Lambert-Beer’ en Práctica de espectrofotometría UV-Visible (Cumplimiento de la Ley de LambertBeer y análisis de mezclas), Universidad de Salamanca, p.2.
13
C. Brunatti y A. M. Martín, ‘Absortividad y Absortividad Molar’ en Introducción a la Espectroscopía de
Absorción Molecular Ultravioleta, Visible e Infrarrojo Cercana, p.4.
12
10
Significancia de los resultados obtenidos
Los datos revelan que las Hibiscus sp que estuvieron en la sombra durante las 7
horas tenían más clorofila que aquellas que estuvieron expuestas al sol. Entre los
5 experimentos las relaciones varían por 10, 20 o incluso 30% en concentraciones
de clorofila. Para obtener datos significativos con Microsoft Excel se obtuvieron las
medias aritméticas y posteriormente la desviación estándar de las relaciones de
concentración de clorofila.
Onda
Violeta
Azul
Verde
Rojo
Tabla 2.1
Relación
Concentración
Clorofila en Hibiscus
sp. en la sombra
134%
134%
110%
143%
Puesto que la desviación estándar de la relación de concentración de clorofila es
muy cercana al cero, los resultados se pueden probar significativos.
Significancia de longitudes de onda para la clorofila
A partir de las medias obtenidas se puede ver que, si bien pudo haber existido
alguna coincidencia en que la relación resultará igual para las ondas de luz color
azul y violeta, estas son las que mejor representan la concentración de clorofila en
Hibiscus sp .
Si vemos los datos de absorbancia14, la solución con extracto de la planta Hibiscus
sp dio resultados altos de absorbancia en las ondas color violeta y azul, que, de
acuerdo a la bibliografía es cuando más clorofila hay.
15
14
Tablas 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, y 1.4
Gráfico extraído de Clorofila, [página web] http://www.botanical-online.com/clorofila.htm (Visitada 20 de
Enero 2016)
15
11
Sin embargo, la clorofila no es el único pigmento que absorbe ondas lumínicas en
las plantas. Además de la clorofila A, que es el pigmento predominante en la
mayoría de las plantas, están la clorofila B, el β-caroteno, la ficoeritrina y la
ficocianina. A diferencia de la clorofila A, estos otros pigmentos suelen absorber
las ondas lumínicas de en medio del espectro de luz, es decir, las ondas de color
verde.
En base a esta ilustración se puede interpretar que si bien las Hibiscus sp en
sombra presentaron mayores niveles de absorbancia que las que estaban
expuestas al sol, ambas parcelas presentaron un nivel muy similar de Ficoeritrina,
siendo este el pigmento que absorbe las ondas lumínicas verdes.
Conclusiones
Dado que las plantas de la parcela en sombra reciben poca luz solar, estas
retienen mayores niveles de clorofila para poder absorber la energía solar
necesaria para la fotosíntesis. Esto se vio reflejado en los niveles de absorbancia
usando ondas violeta (430nm) y las ondas azules (470nm), ya que estas
longitudes de onda son las que mejor indican la presencia de clorofila A en la
planta Hibiscus sp. Aunque las otras longitudes de luz medidas también tuvieron
su resultado de absorbancia, estas solo reflejaban pigmentos complementarios de
la clorofila A, así como la clorofila B y la ficoeritrina.
Puesto que la relación entre la absorbancia de la solución y la concentración de
esta es directamente proporcional, se logró deducir una relación que demostrará la
diferencia de concentración entre aquellas plantas que recibían luz solar y
aquellas que no. En fin, el estudio demostró que la hipótesis planteada es
correcta. Las plantas Hibiscus sp que fueron posicionadas en la sombra si tienen
una diferencia en la concentración de clorofila que aquellas plantas Hibiscus sp
que estuvieron expuestas al sol por 7 horas. Esto fue demostrado por los
promedios de relación de concentración y su desviación estándar. Los promedios
más altos se dieron al usar las longitudes de onda correspondientes a los colores
violeta y azul. De acuerdo con los resultados aquellas plantas Hibiscus sp que
estuvieron en la sombra tuvieron 34% más concentración de clorofila que aquellas
que estuvieron las 7 expuestas directamente a la luz solar.
En fin, esta afirmación puede ser de gran ayuda al público interesado en plantas
con altos niveles de concentración de clorofila, ya sea para comercialización o
para uso medicinal. Conociendo los resultados que tuvo Hibiscus sp estas
audiencias sabrán que es probable que ciertas plantas comunes puedan tener
más contenido de clorofila estando en la sombra en lugar de estar expuestas al
sol todo o casi todo el día.
12
Limitantes y sugerencias de mejora
El colorímetro empleado podía registrar la transmitancia solamente en 4 longitudes
de ondas, limitando la investigación a solo un tipo de rojo, uno de verde, uno de
violeta y uno de azul. Para mejorarla, se usaría un colorímetro en el que se
pueda escoger que longitud de ondas se desea usar para poder obtener datos
más precisos del color de la solución de muestra y por ende, poderla comparar
con gráficas de colorímetros como la enseñada anteriormente.
Para obtener resultados más amplios y confiables, se hubieran utilizado más de
una especie de planta. De esta manera se hubieran podido encontrar resultados
que se apliquen a plantas de diversos tipos, ya sean estas para ambientes cálidos
o fríos, sean con fruto o sin fruto, entre otras opciones.
Otra limitante, ya previamente mencionada, fue que no se logró obtener un dato
correspondiente a la absorptividad molar de la solución final que estábamos
usando como muestra. Esto impidió a la investigación proveer datos exactos de la
concentración de clorofila en cada muestra analizada.
13
Bibliografía
C. Brunatti y A. M. Martín, ‘Absortividad y Absortividad Molar’ en Introducción a la
Espectroscopía de Absorción Molecular Ultravioleta, Visible e Infrarrojo Cercana,
p.4. [pdf] http://materias.fi.uba.ar/6305/download/Espectrofotometria.pdf
Clorofila, [página web] http://www.botanical-online.com/clorofila.htm (Visitada 19
de Enero 2016)
Clorofila, [página web] http://www.ecured.cu/Clorofila (Visitada 21 de Enero)
Díaz, A., Bárcena, J. A., Fernández, E., Galván, A., Jorrín, J., Peinado, J.,
Meléndez-Valdés F., Túnez, I., Espectrofotometría: Espectros de absorción y
cuantificación colorimétrica de biomoléculas, Campo Universitario de Ravanales.
Córdoba.
Hibiscus
sp
flowers/page/22
[imagen]
http://www.floristtaxonomy.com/category/edible-
‘Ley de Lambert-Beer’ en Práctica de espectrofotometría UV-Visible (Cumplimiento
de la Ley de Lambert-Beer y análisis de mezclas), Universidad de Salamanca, p.2.
[pdf]
http://campus.usal.es/~quimfis/apoyo/Carmen/Practicas/Espectrofotometria.PDF
14
Anexos
Anexo 1.0
Hibiscus sp
16
16
Hibiscus sp [imagen] http://www.floristtaxonomy.com/category/edible-flowers/page/22
15