Cuantificación de potencial hídrico por método de equilibrio osmótico en “Solanum tuberosum” J. Castro1, R. Gomez1, I. Masferrer1, S. Yañez1. Departamento 17/05/2019 Biomédico (1), Universidad de Antofagasta Resumen El movimiento del agua en las plantas ocurre de manera espontánea a lo largo de gradientes de energía libre, desde zonas donde hay alta energía libre por unidad de volumen (agua es abundante), hacia regiones de menor energía libre. Esta energía libre está asociada a la presencia de solutos, por el efecto de la altura y por presiones o tensiones que se presentan. Este conjunto de factores influyen en dicha energía libre, por lo que el presente artículo recoge aspectos sobre la respuesta de células vegetales provenientes de “Solanum tuberosum” expuestas a un medio con diferentes concentraciones, evaluando la influencia de solutos en la energía libre. Demostrando la estrecha relación que existe entre el movimiento osmótico y la variación del potencial hídrico. Abstract Watermovement in plants is dependent of free energy gradients. Water gradient are related to differences of the water potential of two solutions separated by a membrane. This free energy is affected with the presence of solutes, by the effect of height and by pressures or stresses that arise. This set of factors influences this free energy, so that this article collects aspects on the response of plant cells from "Solanum tuberosum" exposed to a medium with different concentrations, evaluating the influence of solutes on free energy.We demostrate the close relationship that exists between the osmotic movement and the variation of water potential. Introducción Las plantas en general necesitan un consumo habitual de agua para sobrevivir. Este simple hecho abarca temas con bastante profundidad fisicoquímica que se puede estudiar a partir de un simple experimento con un vegetal y diferentes concentraciones de azúcar. El potencial hídrico varia en las diferentes concentraciones, esto puede mostrarnos lo que sucede al interior y explicar los cambios que suceden en su morfología; este potencial expresa la energía libre del agua, la cual le permite realizar un trabajo. En donde en la gran mayoría de los casos, el movimiento del agua en las plantas se produce desde potenciales hídricos más altos hacia los más bajos. (Taiz y Zeiger, 2006) El objetivo de este experimento es justamente analizar los efectos de los distintos medios de sacarosa en un tejido vegetal tan simple como la de papa, produciendo una difusión de agua por su membrana semipermeable, este movimiento de agua se le denomina osmosis. La regulación final de la osmolaridad, la tensión de lamembrana y la presión hidrostática es crítica para el funcionamiento celular. El agua viaja desde las zonas donde el potencial hídrico es mayor (menos negativo) hacia las zonas donde este es menor (más negativo). El potencial hídrico se define según la ecuación: ᴪ w = ᴪs + ᴪp + ᴪg Donde “Ψw” es el potencial hídrico; “Ψp” es la presión de turgor o la fuerza hidrostática ejercida en la célula vegetal contra la pared celular y es de signo (+), “Ψs” es la presión osmótica, que es una medida de la concentración de los solutos y Ψg es el potencial gravitatorio que depende de la altura de la planta (Taiz y Zeiger, 2006). Por medio de las masas de los tejidos antes y después de cierto tiempo en solución de azúcar, se hará la diferencia con el fin de poder estudiar cuantitativamente el potencial de agua del tejido de este, que esta formulado por: ᴪw = ᴪs Dónde: ᴪs= ᴪw= + ᴪp + ᴪg Potencial Hídrico; Potencial de soluto; ᴪp= Potencial de presión o turgencia; ᴪg= Potencial gravitacional Materiales y métodos ● Material vegetal Las muestras de tejido vegetal Solanum tuberosum se obtuvieron de manera comercial para esta investigación, en donde fue elegido el que presentara mejor estado en respecto al color y con ausencias de tejido dañado. Solanum tuberosum, las soluciones y los instrumentos, fueron proporcionado por el Dr. Wulff. ● Preparación del Solanum tuberosum El vegetal fue lavado previamente con agua potable. Se quitó la capa superficial de la papa para acceder al tejido interior de interés, con la utilización de un cuchillo; se utilizó un instrumento casero, “un sacabocados” para obtener muestras cilíndricas de similar tamaño, se masó con balanza analítica y se depositó en placa Petri para evitar su oxidación por ambiente. Se obtuvo 45 muestras de papa para el tratamiento, siendo distribuidas 5 por cada placa Petri, con un total de 9 concentraciones diferentes por cada placa Petri. ● Tratamiento con sacarosa al tejido vegetal Cada placa Petri se le designó una concentración distinta de sacarosa: agua destilada, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 y 0.8 M. Estas se sellaron con cinta plástica para evitar escape de la solución. incubar en estufa por 30 minutos, remover el exceso de agua y volver a masar en balanza analítica. Resultados Cuantificación del potencial osmótico de Solanum tuberosum Existe una diferencia en el peso de cada papa en los distintos medios, mostrando una notable ganancia de peso en los medios hipotónicos y una pérdida de éste en los medios hipertónicos, como se muestra en el gráfico 1. Gráfico 1: Relación entre el peso de las muestras de Solanum tuberosum con las distintas concentraciones de sacarosa [moles/L solución], de [0] a [0.4] es una concentración hipotónica, [0.5] concentración isotónica y [0.6] a [0.8] hipertónica . El potencial hídrico es calculado mediante la molalidad de las distintas concentraciones gráfico 2. Gráfico 2: Relación entre el peso de las muestras Solanum tuberosum con la molalidad [moles/kg solución] de las soluciones de sacarosa, de [0] a [0.4] es un medio hipotónico, [0.5] un medio isotónico, [0.6] a [0.8] un medio hipertónico. Se observa que a medida que el potencial hídrico incrementa el peso de la papa también denotando el intercambio que está ocurriendo entre la papa con el medio a través de la concentraciones gráfico 3. Gráfico 3: Relación entre el peso de Solanum tuberosum y el potencial hídrico de el solucion, el punto de ósmosis ocurre cuando el potencial de la solución se encuentra en -1.25 [MPa]. CONCLUSIÓN Y DISCUSIÓN El movimiento osmótico provocado por el aumento de concentración de una solución está relacionado directamente con el potencial hídrico de una célula vegetal, a medida que se genera un gradiente osmótico la célula sufre diferentes fenómenos como la variación de su potencial hídrico. Esto se comprobó con nuestro experimento descrito anteriormente, donde se obtuvo una gran cantidad de datos, de los cuales se construyó los gráficos que permiten observar los resultados. Inferimos que a medida que aumentamos la concentración de la solución de sacarosa, el tejido evidenció un cambio en su masa final (fig 1), esto comprueba la formación de un gradiente osmótico por medio de una solución concentrada. En un principio la célula se encontraba en un medio hipotónico (Agua destilada, [0.1 M] Sacarosa, [0.2M] sacarosa, [0.3M] Sacarosa) luego en un medio isotónico ([0.4M] Sacarosa) y finalmente en un medio hipertónico ([0.5M] sacarosa, [0.6M] sacarosa, [0.7M] sacarosa y [0.8M] sacarosa) en donde el peso final fue disminuyendo proporcionalmente en cada medio. Existe la posibilidad de que el gradiente osmótico aumente a medida que se va aumentando la molaridad de la solución. Los resultados de la figura 1, estableció qué sucede con el potencial del agua a medida que aumentaba el gradiente de concentración, por lo cual tuvimos que analizar la variación de la masa frente a la concentración molal (fig2), ya que de esta forma podemos calcular en base a la ecuación de VANT HOFF, el potencial soluto, el cual está en este caso directamente relacionado con el potencial de hídrico, ya que, se desprecia el potencial de gravedad debido a que estamos a nivel del mar y además tomamos la consideración de trabajar en condiciones de agua pura, por lo tanto el potencial de presión se considera 0. La ecuación de VANT HOFF es similar a ecuación de los gases ideales, es decir, la sustancia de glucosa la estamos “tratando como si correspondiera a un gas”, el sustento de esto, está en el estudio de las relaciones presión-volumen que Boyle investigó con el enunciado de que el volumen de una cierta cantidad varía en relación inversa a la presión del gas (Arriaga, De la cruz y Ortíz, 1998) A medida que aumenta la molalidad de nuestra célula vegetal, el potencial de soluto se hace más negativo (fig3), por lo que comprobaría nuestra hipótesis sobre que el potencial hídrico está directamente relacionado con el proceso de osmosis. Si analizamos nuestros datos obtenidos con los datos disponibles (Material complementario, Tabla 1) podemos comprobar que nuestra muestra de Solanum tuberosum presentó mayor cantidad de sacarosa que otros experimentos realizados casi bajo mismas condiciones (excepto por la temperatura de incubación) por lo que creemos que esta variación se debe a la diferencia de la temperatura de incubación, su procedencia y/o al tiempo desde la cosecha de la muestra. Material Complementario Período Sacarosa (mol Kg solución) 2017 2018 2018 2019 0,046 0,179 0,129 0,414 Tabla 1 Bibliografía Taiz, L. y E. Zeiger. 2006. Plant Physiology. 4th ed. Sinauer Associates, Sunderland, MA. Arriaga, A., De la cruz, G. y Ortiz, G. (1998). Relaciones hídricas en las plantas, 1st ed. México, Plaza y Valdés.
