Laboratorio virtual de respirómetro: guisantes germinados

Este laboratorio virtual de respirómetro sigue la investigación de AP Biology sobre la respiración celular. Hay tres tubos en un baño de agua: guisantes germinados, guisantes secos con perlas de vidrio, y solo perlas de vidrio. Los estudiantes leen la gota de color de cada capilar cada 5 minutos y corrigen las lecturas con el tubo de perlas. Representan el O₂ consumido frente al tiempo y obtienen la velocidad a partir de la pendiente. Después repiten el ensayo a otras temperaturas y calculan el Q₁₀. Los ensayos que en el laboratorio ocupan una clase entera aquí duran segundos, y nadie manipula KOH. Todos los números de esta guía se leyeron en la simulación.

Relación con el currículo

• AP Biology: Unit 3 (Cellular Energetics), tema 3.6 sobre la respiración celular (ENE-1), y la investigación de AP sobre la respiración celular, que compara guisantes germinados y no germinados a dos temperaturas.
• NGSS (estándar de EE. UU.): HS-LS1-7, la respiración celular como un proceso químico que rompe los enlaces de las moléculas de los alimentos y forma compuestos nuevos, liberando energía.
• Simulic no está afiliado al College Board ni a AQA, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pregunta: "La temperatura del baño de agua sube de 15 °C a 25 °C. ¿Cómo cambiará la velocidad de consumo de O₂ de los guisantes germinados?" Los estudiantes eligen: aproximadamente el doble, más o menos igual, aproximadamente la mitad, o unas diez veces más rápida. Escriben una razón. En un enlace de clase es la pregunta 1; la simulación se desbloquea cuando responden.

Método en la simulación

La simulación mide la velocidad en mL de O₂ por minuto y en µL por gramo y minuto. Usa la velocidad por gramo para comparar ensayos con distinto número de semillas.

1. Deja los valores iniciales: Guisantes, 25 semillas por tubo, 25 °C, 30 min, KOH, Equilibrar 10 min. Pon Velocidad: 5 min por segundo y pulsa Iniciar.
2. Durante el ensayo, toca un tubo para ampliar su escala. Cada 5 minutos, copia de la tabla las lecturas, los Δ y los valores corregidos.
3. Al final, anota las velocidades del tubo 1 y del tubo 2 en la tabla Ensayos.
4. Cambia solo la temperatura y pulsa Repetir, a 20, 15 y 10 °C. Para 30 °C y 35 °C, pon Semillas por tubo en 10. Con 25 semillas, la gota entra en el tubo antes de los 30 minutos.
5. Lee la línea del Q₁₀ bajo la tabla Ensayos. Compara el último ensayo con uno anterior a 5 °C o más de diferencia.
6. A 25 °C, haz un ensayo con Sin KOH y luego otro con Cerrar y medir ya.

Temperatura (°C)	Semillas	Velocidad tubo 1 (mL/min)	Velocidad tubo 1 (µL/g/min)	Velocidad tubo 2 (mL/min)
10	25
15	25
20	25
25	25
30	10
35	10

Resultados esperados

La velocidad varía unos pocos por ciento entre ensayos, así que los valores de abajo son intervalos. Los intervalos salen de 20 000 ensayos del modelo de la simulación y se comprobaron en el navegador.

• 25 °C, 25 guisantes: el tubo 1 consume 0,019–0,021 mL/min, es decir, 1,49–1,70 µL/g/min. El consumo corregido después de 30 minutos es de unos 0,56–0,64 mL. Un ensayo en el navegador dio 0,0204 mL/min (1,63 µL/g/min).
• Velocidades a otras temperaturas: unos 0,59 µL/g/min a 10 °C, 0,81 a 15 °C, 1,14 a 20 °C, 2,2 a 30 °C y 3,1 a 35 °C (30 y 35 °C con 10 semillas).
• Q₁₀: con ensayos a 15 y 25 °C, entre 1,73 y 2,21. El ensayo en el navegador a 15 °C dio 0,83 µL/g/min, así que Q₁₀ = 1,63 ÷ 0,83 = 1,97.
• Guisantes secos (tubo 2): entre −0,0003 y 0,0005 mL/min, casi cero.
• Sin KOH: el tubo 1 baja a entre −0,0004 y 0,0003 mL/min. Las semillas siguen respirando, pero desprenden tanto CO₂ como el O₂ que consumen.
• Sin equilibrar a 25 °C: el gas se calienta y se expande. En la mayoría de los ensayos las gotas de los tubos 2 y 3 salen del capilar en los primeros 5 minutos. A 15 °C, en cambio, el gas se enfría y las gotas entran en los tubos.

Preguntas para los estudiantes

1. Predicción: de 15 °C a 25 °C, ¿cómo cambiará la velocidad de consumo de O₂ de los guisantes germinados?
2. El tubo 3 solo contiene perlas de vidrio. ¿Para qué sirve?
3. Haz un ensayo con 25 guisantes a 25 °C durante 30 min con KOH. ¿Cuál es la velocidad del tubo 1 en µL/g/min?
4. Repite a 15 °C. Calcula el Q₁₀ con las dos velocidades.
5. Quita el KOH y haz un ensayo a 25 °C. Explica por qué la gota apenas se mueve aunque las semillas estén respirando.

Respuestas para el docente:

1. Aproximadamente se duplica.
2. Registra los cambios de volumen del gas causados solo por la temperatura y la presión del aire. Se restan de los tubos 1 y 2.
3. Se acepta 1,45–1,75 µL/g/min.
4. Se acepta 1,65–2,30; la mayoría de los ensayos dan alrededor de 1,9–2,0.
5. El KOH absorbe el CO₂. Sin él, el CO₂ desprendido sustituye al O₂ consumido: el CR es alrededor de 1 para el almidón. El volumen de gas no cambia.

Ideas erróneas frecuentes

• "Las semillas secas están muertas." Están vivas pero en latencia. Su velocidad es alrededor del 1,5 % de la de las semillas germinadas, que la simulación muestra como casi cero.
• "La gota se mueve porque las semillas desprenden gas." Con KOH la gota se mueve hacia el tubo porque se consume O₂ y el CO₂ queda absorbido.
• "En un baño de agua no hace falta el tubo de perlas." Pequeñas variaciones de temperatura y presión siguen moviendo todas las gotas. El tubo 3 las mide.
• "Un Q₁₀ de 2 significa que la velocidad se duplica con cada grado." Se duplica con cada 10 °C de aumento.

Ampliación

• CR. Haz un ensayo a 25 °C con KOH y luego otro sin KOH. La simulación calcula el cociente respiratorio a partir de los dos ensayos.
• Guisantes o maíz. Compara los µL/g/min de los guisantes y del maíz a 25 °C. Pregunta por qué hacen falta velocidades por gramo cuando las semillas tienen tamaños distintos.

Preguntas frecuentes

¿Por qué usar µL/g/min y no mL/min?

Los mL/min dependen de cuántas semillas hay en el tubo. Dividir entre la masa de las semillas da la misma velocidad con 10 o con 25 semillas, así que se pueden comparar ensayos con números distintos.

¿Por qué mi velocidad es distinta de la de mi compañero?

La simulación añade unos pocos por ciento de variación natural entre lotes de semillas, además de pequeñas variaciones de temperatura y presión. Por eso las preguntas aceptan un intervalo.

¿Puedo fijar los ajustes para mi clase?

Sí. En la página Compartir, crea un enlace y fija en los valores iniciales las semillas, el número, la temperatura, la duración, el KOH y el equilibrado.

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