PRODUCCIÒN Y CONSUMO DE O2 Y CO2 EN EL LIRIO

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÒNOMA DE MÈXICO
COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES
PLANTEL SUR
Área de Ciencias Experimentales
Proyecto de Investigación:
PRODUCCIÒN Y CONSUMO DE O2 Y CO2 EN EL LIRIO
ACUÀTICO
 AUTORES: Cas t illo A r gu me do Aa rón , He rnán de z Or t iz Pao la ,
M adrigal Gon zá le z A lma V aness a Y V icto rio Gue rr ero
Br en da Den iss e


Asesora Didáctica: Biol. Isabel Hernández Hernández

Asesor Científico: Biol. Narciso José Ruiz Cárdenas - SILADIN

Asesor Tecnológico: Q. Agustín Arreguín Rojas – SILADIN -
2013
1
PRODUCCIÓN Y CONSUMO DE O2 y CO2 EN EL LIRIO ACUÁTICO
RESUMEN:
Nuestro trabajo trata de identificar en un acuario
controlado la producción de O2 y CO2 del
lirio
acuático (Eichornia crassipes) durante un ciclo
lumínico de 24 horas, haciendo uso de sensores
para la determinación de estos gases.
INTRODUCCIÓN
MARCO TEÓRICO.
FOTOSINTESIS
La
fotosíntesis
es
uno
de
los
procesos metabólicos de los que se
valen
las
células
para
obtener
energía. Las plantas verdes, las
algas y algunas bacterias, capturan
La energía en forma de luz y la
transforman en energía química. La
energía captada en la fotosíntesis y
el poder reductor adquirido en el
proceso, hacen posible la reducción
y la asimilación de los bioelementos
http://angelicacienciaatualcancez.blogspot.mx201203foto
necesarios, como nitrógeno y azufre, sintesis.html
además de carbono, para formar
materia viva.
2
En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones:
La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad
luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa,
llamada reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de
ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.
FASE LUMÍNOSA
La fase lumínica de la fotosíntesis es una etapa en la que se producen reacciones
químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila. La clorofila es un compuesto
http://linux.ajusco.upn.mxfotosintesisfase_luminosa.html
orgánico, formado por moléculas que contienen átomos de carbono, de hidrógeno,
oxígeno, nitrógeno y magnesio.
La clorofila capta la luz solar, y durante la fase luminosa, genera el rompimiento de la
molécula de agua (H2 O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir, el
enlace químico que mantiene unidos al hidrógeno y al oxígeno de la molécula de agua,
la cual se rompe por efecto de la luz.
El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente, y la energía no utilizada
es almacenada en moléculas especiales llamadas ATP.
FASE OSCURA
Esta fase es así llamada por no necesitar de la luz para efectuarse. Se lleva a cabo
dentro de los cloroplastos tanto en el día como en la noche. En esta fase se utilizan los
hidrógenos liberados y la energía química formada en la fase luminosa junto con el
3
dióxido de carbono absorbido del medio ambiente para formar moléculas grandes de
http://linux.ajusco.upn.mxfotosintesisfase_oscura.html
azúcar como la glucosa a y el almidón. Esta fase consiste es de construcción,en la que
gracias a la energía obtenida y el carbono obtenido del dióxido de carbono y el
hidrógeno se forman grandes moléculas, y quedando en libertad el oxígeno (O 2).
El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin., en
honor del descubridor M. Calvin.
1
La fijación del CO2 se produce en tres fases:

Fase 1 Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 di
fosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos
moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA

Fase 2 Reductiva: El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato,
también conocido como PGAL,utilizándose ATP Y NADPH.

Fase 3 Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato
formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para
regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de Calvin pueda seguir, y
una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las
hexosas), ácidos grasos, aminoácidos, etc.; y en general todas las moléculas que
necesita la célula.
1
http://www.youtube.com/watch?v=WfEvqV-hIqU
4
Si la concentración de CO2 es baja, funciona
como oxidasa, y en lugar de ayudar a la
fijación de CO2 mediante el ciclo de Calvin,
se produce la oxidación de glúcidos hasta
CO2 y H2O, y al proceso se le conoce como
foto respiración. La foto respiración no debe
confundirse con la respiración mitocondrial, la
energía se pierde y no se produce ni ATP ni
NADPH.Sólo se produce una molécula de
http://normaverobiologia.webs.comappsblogs
PGA que pasará al ciclo de Calvin; en cambio
how3552262
cuando
funciona
como
carboxilasa,
se
obtienen dos moléculas de PGA.
HUMEDAL PREHISPANICO
En Xochimilco es uno de los últimos
humedales que aún quedan en la
entidad; este es conocido por las
chinampas que lo conforman, otros
ambientes también tienen gran
importancia para la flora y fauna, como
son Ciénegas, charcos, zonas de cultivo,
parcelas abandonadas y pastizales, lo
que da origen a un complejo mosaico de
condiciones ambientales que
http://fandelagua.com/noticias.php?c=3
comúnmente se encuentran
entremezcladas.
5
Xochimilco se ubica hacia el sur de la Ciudad de México y es sin lugar a duda la parte
más diversa en flora y faunasilvestre del Distrito Federal. Aunque de manera más
específica, el Área Natural Protegida “Ejidos de Xochimilco y San Gregorio Atlapulco”,
que comprendeuna superficie de 2,657 hectáreas, es la que le confiere a sus
chinampas.
Él Distrito Federal llamó a la Secretaría de Medio Ambiente y a la Procuraduría
Ambiental y de Ordenamiento Territorial locales, a emprender las acciones necesarias
para proteger los humedales de las delegaciones de Tláhuac y Xochimilco, cuya
superficie de dos mil 757 hectáreas se ve afectada por las invasiones de asentamientos
humanos irregulares.
Los humedales juegan u papel importante en
el ciclo hidrológico del Valle de México, ya
que captan, almacenan y filtran el agua de
lluvia a los mantos freáticos de los que se
abastece
la
ciudad
para
satisfacer
el
consumo humano.
Gracias a que poseen plantas de carácter
hidrofito, como él Lirio acuático (Eichhornia
http://www.madrimasd.org/blogs/u
niverso/2010/04/22/135942
crassipes) pueden
limpiar el agua
de
microorganismos y bacterias patógenas; las
plantas logran limpiar el agua hasta un 99.6 %.
Él Lirio acuático (E.crassipes) que se considera como plaga en Xochimilco, no es lo que
dicen, ya que la Ciencia lo ubica como productor importante de Oxigeno, en sus raíces
alberga huevecillos de peces, con esto ayuda a la preservación de las especies, que
como ejemplo se han extinguido 3 nativas especies de peces, y solo queda el “charal
amarillo” que también se extinguirá esta especie la cual solo existe en México, el
“ajolote neoténico”.
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Para
revertir
la
pérdida
de
estos
ecosistemas es necesario impulsar políticas
de conservación sustentadas en inventarios
actualizados, que apoyen el establecimiento
de programas destinados a manejarlos y
conservarlos sobre bases reales.
Existe la Ley de Desarrollo Urbano y
http://www.revistatravesias.com/numeroVivienda
del
DF
que
prohíbe
el 89/articulos-principales/ecoturismoxochimilco-mexico.html
establecimiento de asentamientos humanos
en las áreas de conservación, dentro de las cuales están catalogados los humedales.
Esto claro, no se respeta en él humedal de Xochimilco, ya que muchas familias viven
alrededor del canal y ellos son los que lo contaminan.
Los humedales permiten la recarga de los
acuíferos, propiciando la permanencia de
fuentes de agua en tiempos de sequía.
Estos ecosistemas enfrentan amenazas
continuas debido a las prácticas humanas
no sostenibles que se llevan a cabo
ignorando el papel que desempeñan los
humedales en la mitigación del cambio
http://www.revistatravesias.com/num
ero-89/articulosprincipales/ecoturismo-xochimilcomexico.html
climático y la adaptación a él.
LIRIO ACUATICO (Eichhornia crassipes)
E.crassipes es
un género de
camalotes, jacintos
de
siete
especies
agua, Bora, lirio
comúnmente
acuático o taruyas,
llamadas aguapés,
son plantas perennes
flotantes oriundas de las regiones tropicales de Sudamérica.
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Flotan sostenidas por esponjosos rizomas, con
las raíces flotando libremente. El cuerpo principal
de la planta está formado por un rizoma
estolonífero y ramificado, que alcanza los 30 cm
de largo, del que nacen brotes auxiliares en
ángulos variables. Los estolones son purpúreos,
alcanzando los 50 cm de longitud. Las hojas
están dispuestas semejando una roseta; son
gruesas, redondeadas o cordiformes, glaucas,
http://descubrircorrientes.com.ar/2012/i
ndex.php/geografia/6-fitogeografia/1514pecíolo estipulado de consistencia esponjosa, 2-vegetacion-y-flora/eichhornia/1088eichhornia
que puede alcanzar los 50 cm de largo.
con el margen a veces ondulado, al cabo de un
Clasificación científica
El pecíolo forma un flotador de apariencia Reino: Plantae
bulbosa, conteniendo aire en su interior.
División: Magnoliophyta
La planta es muy tolerante, y de alta capacidad
de captación de metales pesados, tales como Cd,
Cr, Co, Ni, Pb, Hg etc., que podría ser utilizado
para
la
biolimpieza
industriales.
No
de
aguas
residuales
en
metales
solo
Clase: Liliopsida
Orden: Commelinales
Familia: Pontederiaceae
Género: Eichhornia
Especies: E. azurea y E. crassipes
Nombre binomial: Eichhorniaazurea
(Kunth) Solms
pesados, Eichhornia crassipes puede también remover toxinas, tales como cianidas, un
proceso que es de beneficio ambiental en las zonas que han sufrido las operaciones de
minería de oro. 2
E.crassipes
o El lirio acuático tiene propiedades que le permiten absorber metales
contaminantes del agua.
o La raíz de la planta contiene la mayor cantidad de metales, como cobre, níquel y
zinc.
o La planta contiene:

2
biomasa
Estudios químicos realizados por Jorge Ascencio Gutiérrez, del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM
8

metales
La biomasa se hace interaccionar en un proceso fisicoquímico selectivo con los
metales.
La reacción, controlada átomo por átomo, permite obtener nano partículas del tamaño
deseado y con nuevas propiedades.
La nano partícula metálica que se han encontrado son de magnesio, cobre, cromo y
selenio, entre otros, y pueden utilizarse para distintos fines en la medicina o en la
producción de biocombustibles, entre otros.
Las nano partículas obtenidas de los experimentos son de aproximadamente 4
nanómetros.
Propiedades medicinales: 3

En la fitoterapia (curación con plantas medicinales) se cree que las flores son
eficaces para controlar el inmoderado apetito sexual.

Es por tal motivo se recomienda para disminuir los sueños eróticos, la
ninfomanía y para poder abstenerse sexualmente.
3

Es un excelente astringente.

Útil en el tratamiento contra la inflamación de la vejiga, el intestino y los riñones.

Es un eficaz sedante, antibiótico, tónico para el corazón y antiespasmódico.

Es empleado tanto para uso interno como externo.

En el mercado se pueden hallar algunos productos elaborados con esta planta.

Las partes empleadas del lirio de agua son las flores y la raíz.
http://www.cuidadodelasalud.com/medicina -natural/beneficios-y-propiedades-medicinales-del-lirio-de-agua/
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REDOX
Potencial de reducción-oxidación o simplemente potencial REDOX que puede definirse como
una medida de la energía de la energía de oxidación (o de la fugacidad con tendencia a
escapar de los electrones) en un sistema de oxidación y reducción reversible.
Esta propiedad en sedimentos marinos con
sistemas
biológicos,
además
recibe
las
designaciones del potencial oxidación reducción,
potencial de reducción potencial de oxidación o
potencial de electrodo.
El grado de oxidación y reducción es la expresión
http://lahoradelsapo.blogspot.mx/2011/08/
esa-descubren-moleculas-de-oxigenoen.html
del poder reductor u oxidante del sistema con
referencia a un patrón determinado.
OXÍGENO
El oxígeno es el elemento químico de número
atómico 8 que constituye cerca de la quinta parte
del aire atmosférico terrestre en su forma molecular
O2. En esta forma molecular que está compuesta
por dos átomos de este elemento, el oxígeno es un
gas.
http://lahoradelsapo.blogspot.mx/2011/
08/esa-descubren-moleculas-deoxigeno-en.html
El oxígeno es un elemento clave de la química orgánica, al formar parte del agua (H2 O),
de los óxidos, de los seres vivos y de casi todos los ácidos y sustancias orgánicas. Se
trata de un gas incoloro, inodoro e insípido, que es muy reactivo y que resulta esencial
para la respiración.
El O2 se genera a partir del proceso de fotosíntesis de las plantas y es utilizado por los
animales y los seres humanos en la respiración. El oxígeno puede encontrarse en
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forma líquida en los laboratorios y en forma sólida a partir de temperaturas menores a
los -219º.
La disminución anormal de la presión parcial de oxígeno en la sangre se conoce como
hipoxemia. La hipoxia, por su parte, es la disminución de la difusión de oxígeno en los
tejidos. En cuanto a la anoxia, se trata de la falta casi total o absoluta de oxígeno. La
anoxia puede llevar a la muerte del organismo.
El oxigeno del agua es liberado a la atmósfera bajo forma molecular (O2 ) como
secuencia de la fotosíntesis llevada a cabo por los vegetales, que en presencia de la luz
fijan el CO2 y liberan el O2 , y por oposición, este Oxigeno se gastan a través de la
respiración de los consumidores (heterótrofos). Esto ocurre en los ecosistemas
acuáticos como en los terrestres.
El transporte de oxigeno en los ecosistemas se efectúa por la intersección de los ciclos
del CO2 y del agua. El oxigeno juega un papel determinante en los procesos de
oxidación de otros ciclos. El oxigeno molecular es consumido mediante la oxidación de
las moléculas orgánicas, sobre todo durante el proceso de la respiración, para
producción de energía en forma de ATP en la mitocondrias. Para nuestro estudio
recurrimos al uso de sensores que el Plantel nos proporcionó tanto en su conocimiento
y aprendizajes de su funcionamiento como de su uso.
Sensor de CO2
Con el sensor de CO2 pudimos monitorear los niveles de dióxido de carbono que
produce el lirio acuático. Este sensor es de mucha ayuda ya que nos da los niveles
exactos de dióxido de carbono que produce el lirio acuático y los resultados que
obtenemos gracias a los sensores pudimos simplificar procedimientos lentos, largos y
tediosos, que nos permiten utilizar el ahorro en tiempos para dedicarlos a la defensa
del lirio acuático como un buen productor de dióxido de carbono.
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El sensor mide los niveles de dióxido de
carbono
monitoreando
la
cantidad
de
http://www.schoolsavers.com/Vernier-Probesand-Sensors-C98.aspx
radiación infrarroja
absorbida
por las
moléculas de dióxido de carbono.
El sensor puede ser usado para medir el cambio en los niveles de dióxido de carbono
para una variedad de sistemas como:
La reacción química entre el acido clorhídrico y el bicarbonato de sodio.
La respiración humana en varias condiciones como en descanso contra después
de realizar ejercicio.
En un salón de clases.
El sensor mide los niveles de dióxido de carbono en el rango de 0 a 10,000 ppm (ajuste
gama baja) o 0 a 100,000 ppm (ajuste gama alta) para monitorear la cantidad de
radiación infrarroja absorbida por moléculas de dióxido de carbono.
El promedio de concentración de dióxido de carbono de la atmosfera en la tierra se ha
incrementado. Y esto ahora lo podemos comprobar rápidamente por medio del sensor
de dióxido de carbono.
Sensor de O2
Con el sensor de (O2) monitoreamos los niveles de oxigeno que produce el lirio acuático
y así nos
damos cuenta que el lirio
acuático es un muy buen productor de
http://www.schoolsavers.com/Vernier-O2BTA-O2-Gas-Sensor-P526C98.aspx
oxigeno. Gracias al sensor de oxígeno
sabemos la cantidad de moléculas de
oxigeno y el tiempo en que las produce el
lirio acuático.
El sensor de oxigeno
es
usado para
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monitorear los niveles de o xigeno en una variedad de experimentos biológicos y
químicos.
El sensor mide la cantidad de concentración de oxigeno en el rango de 0 a 27% usando
una celda electroquímica. La celda contiene un ánodo y un cátodo de oro sumergido en
un electrolito. Las moléculas de oxigeno entran a la celda electroquímicamente y
reducen el cátodo de oro. Estas reacciones electroquímicas generan una corriente que
es proporcional a la concentración de oxigeno entre los electrodos.
OBJETIVO:
 La aplicación de sensores en registro de O2 y CO2 como experimento biológico.
 Dar a conocer un humedal cada vez mas natural como es el prehispánico de
Xochimilco, D.F.
 Considerar que el lirio acuático sea controlado mas no erradicado.
PROBLEMA:
¿Qué le sucederá al Lirio Acuático en condiciones in
vitro durante un ciclo lumínico de 24 horas?
HIPOTESIS:
Si el lirio acuático como sistema vivo vegetal realiza fotosíntesis y respiración luego
entonces, en un ciclo de 24 horas la producción de O2 será durante la etapa luminosa,
mientras que sin luz solo se producirá CO2 por la respiración.
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DESARROLLO:
1. Adaptar el material (acuario y tapa para el
experimento), hacerle 2 agujeros a la
tapa, asegurándonos
que
no
tuviera
ninguna fuga de aire y/o agua.
2. Escoger tres lirios acuáticos que estén en
buenas condiciones.
3. Colocar agua del humedal prehispánico
(Xochimilco) en el acuario.
4. Introducir los lirios acuáticos en el acuario.
5. Colocar la tapa del acuario para poder sellarla de manera que no salga el (O2) y
(CO2) que el lirio acuático está produciendo.
6. Calibrar los sensores de aire de Oxigeno (O2 ) y dióxido de carbono (CO2).
7. Colocar el sensor de (O2) en uno de los agujeros que tiene la tapa.
8. Colocar el sensor de (CO2) en uno de los agujeros que tiene la tapa .
9. Comenzar a tomar los datos de la producción en aire de Oxigeno (O2) y dióxido
de carbono (CO2) en un ciclo de 24 horas (ciclo lumínico).
10. Al cabo del ciclo de 24 horas (ciclo lumínico), recopilar los datos obtenidos del
proyecto.
11. Al tener los datos recopilados comenzar el análisis de
datos.
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RESULTADOS:
Se logró el registro del tratamiento experimental por un ciclo de 24 horas
(1700min.)
ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS:
TRANSCURSO
Minutos
Oxigeno O2
Dióxido de
Carbono CO2
CICLO
610 (7:00 PM)
16.07%
3356 ppm
1030 (7:00 AM)
15.79%
2908 ppm
NOCTURNO
CICLO DIURNO
15
producción
minuto
Cantidad
Oxigeno O2
1130
16.89%
dióxido de
700
3511 ppm
máxima
carbono CO2
CONCLUSIONES:
Con estos resultados podemos concluir que en un ciclo de 24 horas de acuerdo a
nuestra grafica observamos que durante las horas de iluminación solar se observa
consumo de CO2 y alta producción de O2 mientras que en las horas de oscuridad se
invierte el resultado.
Por esto podemos concluir que nuestro sistema esto es nuestros lirios respiraron
como cualquier sistema vivo, durante el ciclo de 24 horas y solo en las horas de
iluminación nuestra curva nos indico un pico de producción de O2 mientras el CO2
decayó.
Lo que confirma que nuestra hipótesis ha sido comprobada.
FUENTES DE INFORMACION:
 Peña Antonio. (2009)¿Cómo funciona una célula? Fisiología celular Tercera
edición, México.
 http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Fotosintesis.htm
 http://linux.ajusco.upn.mx/fotosintesis/fase_luminosa.html
 htt://plinux.ajusco.upn.mxfotosintesisfase_oscura.html
 http://www.eluniversal.com.mx/articulos/47305.html
 http://ciudadanosenred.com.mx/articulos/tenochtitlan-y-xochimilco
16
 http://cimacnoticias.com.mx/node/47813
 http://dgapa.unam.mx/html/noticias/NHumedalesArtificia.pdf
 http://ramsar.conanp.gob.mx/docs/sitios/FIR_RAMSAR/Distrito_Federal/Xochimil
co/Sistema%20Lacustre%20Ejidos%20de%20Xochimilco%20y%20San%20Greg
orio%20Atlapulco.pdf
 http://www.elocal.gob.mx/work/templates/enciclo/EMM09DF/delegaciones/09013a.html
 http://www.dumac.org/dumac/habitat/esp/notas/notas_marzo/HUMEDALES_MEX
ICO.pdf
 Arreguín R., Manual de Análisis de Calidad del agua para Bachillerato. (sistema
de sensores). INFOCAB PB 201312. UNAM, 2013.
 Peralta Araceli. Rojas Jorge. (1992). Xochimilco y sus monumentos históricos.
Primera edición, México: Praxis
 Estudios químicos realizados por Jorge Ascencio Gutiérrez, del Instituto de
Ciencias Físicas de la UNAM
 De la Lanza, Guadalupe. Cáceres Carlos, et al. Diccionario de Hidrología y
ciencias afines.Edit. UNAM
17