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Planeta Cambiante: Plantas Debilitadas - Sufriendo la Pérdida de Agua

Resumen:
Los estudiantes aprenden como las plantas intercambian gases y material con el ambiente, y como responden al estrés. Después aplicarán su comprensión al papel de las estomatas en la regulación de la temperatura de la hoja a través de la expulsión de agua por sus aberturas, para plantear hipótesis sobre la cantidad y variabilidad de las estomatas en diferentes condiciones ambientales. Los estudiantes entonces extraerán estomatas de hojas y las examinarán bajo el microscopio para describirlas y cuantificarlas en respuesta a sus hipótesis. Discutirán finalmente sus resultados con otros equipos para llegar a un consenso sobre el papel de las estomatas en la regulación de la pérdida de agua en una planta. Materials:
  • Hoja de Trabajo del estudiante
  • Imágenes de estomatas de plantas
  • Placas de microscopio
  • Cinta adhesiva transparente (la cinta de empacar es la que mejor funciona)
  • Barniz de uñas transparente
  • Tijeras
  • Marcadores
  • Microscopios (40X)
  • Hojas de plantas frescas y marchitas de la misma especie (se pueden utilizar plantas interiores)
Fuente:
Adaptado por los miembros del equipo de NESTA/Ventanas al Universo Missy Holzer, Jennifer Bergman, y Roberta Johnson a partir de recursos de Ventanas al Universo
Grade level:
7-9, aunque puede ser adaptado a grados superiores utilizando las extensiones.
Duración:
  • Tiempo total de la lección: 105 minutos, o 2 períodos de clases
  • Resultados en el aprendizaje de los alumnos:
    • Los estudiantes usan prácticas experimentales para desarrollar un estudio de las estomatas de las hojas
    • Los estudiantes usan materiales de laboratorio para preparar y observar placas de microscopio
    • Los estudiantes colectan, grafican, analizan y comparan resultados
    • Los estudiantes usan resultados experimental para concluir sobre el papel de la estomatas en la regulación del agua de las plantas
    Formato de la Lección:
    Investigación manual.

    Pautas Nacionales Observadas:

    • Estándares de los Contenidos de Ciencia 5-12: Habilidades necesarias para la investigación científica
    • Estándares de los Contenidos de Ciencia 5-12: Entendiendo la investigación científica
    • Estándares de los Contenidos de Ciencia 5-8: Estructura y función en los sistemas vivos
    • Estándares de los Contenidos de Ciencia 5-8: Diversidad y adaptaciones de los organismos
    • Estándares de los Contenidos de Ciencia 9-12: Energía, materia y organización en los sistemas vivos

    INSTRUCCIONES:

    1. Vea el episodio, Cosechas Debilitadas de Planeta Cambiante para obtener información general sobre como el cambio climático afecta las cosechas. También explore estos tópicos en el sitio web de Ventanas al Universo.
    2. Reúna suficiente material de laboratorio para equipos de 3 ó 4 estudiantes. Imprima la hoja de trabajo del estudiante si la está usando en lugar de los diarios de los estudiantes. Si está restringido con el tiempo, prepare las placas Ud. mismo, o adquiéralas ya preparadas de alguna tienda de suministros científicos. Los estudiantes deben tener algo de experiencia en el uso de un microscopio. Si no la tienen, tendrá que dedicar un tiempo a demostrarles el uso y manejo propio del instrumento.
    3. Para introducir la lección muestre a los estudiantes dos plantas, una fresca y otra marchita. Discuta con los estudiantes qué condiciones llevaron al estado de cada planta. Los estudiantes deberán responder con una lista de componentes necesarios para el crecimiento de las plantas - luz solar, agua y dióxido de carbono. Discuta las vías en que cada uno alcanza la planta, llevando los estudiantes a discutir el papel de las hojas en la regulación del intercambio de gases y la pérdida de agua. Muestre a los estudiantes imágenes de varios tipos de estomatas de plantas y discuta su papel e la regulación del flujo de agua y gases en la hoja bajo diferentes condiciones ambientales. Una mayor densidad de estomatas es común durante la están de crecimiento, cuando se necesita mayor control sobre la pérdida de agua y la adquisición de dióxido de carbono. La fotosíntesis es optimizada bajo temperaturas moderadas, y si las temperaturas se elevan, la planta eliminará agua a través de la estomatas para refrescarse.
    4. Distribuya la hoja de trabajo del estudiante o puede pedir a los estudiantes que abran sus diarios. Inicie preguntando: Hay cambio en las estomatas encontradas en plantas frescas y marchitas? Pida a los estudiantes que planteen hipótesis sobre esta pregunta utilizando conocimiento del paso anterior y el video.
    5. Preparación de las Placas - Los materiales deben estar en cada puesto listo para los estudiantes al inicio del laboratorio. Modele el proceso de preparación de las placas para los estudiantes. Recuerde a los estudiantes tener paciencia mientras se seca el barniz de uñas. Una vez que se ha secado, se utiliza la cinta adhesiva transparente (cortada a un tamaño que ajuste a las placas) para extraer el barniz de uñas con los moldes de las estomatas. A continuación deben fijar la cinta a las placas de microscopio, recortar cualquier exceso de cinta de las placas e identifícarlas. Ahora están listos para hacer observaciones y recolectar datos. Los estudiantes podrían necesitar algo de práctica en la preparación de las placas, Por eso este paso puede tomar más tiempo que lo anticipado, y en este caso, la preparación de las placas puede ocurrir un día y la recolección de datos el siguiente.
    6. Ayude a los estudiantes con las observaciones en los microscopios, y asegúrese de que saben qué están buscando. Van a contar el número de estomatas abiertas, y el número de estomatas cerradas en cada placa. Una vez que hayan terminado con la recolección de datos, pueden crear una gráfica de barras representando los datos. Si el tiempo alcanza, pueden usar un programa para crear los gráficos y después presentar los datos a sus compañeros de clase utilizando cualquier método electrónico.
    7. Pida a los estudiantes que compartan sus datos con sus compañeros de clase. Dirija una discusión alrededor de los métodos del laboratorio, la recolección de datos, errores, e ideas para futuras investigaciones.

    EVALUACIONES:

    Los estudiantes deben ser evaluados por sus habilidades de análisis y en el laboratorio. Considere usar las extensiones anteriores para evaluar la comprensión de los estudiantes sobre los conceptos de la lección y las habilidades de laboratorio.

    LAB SAFETY:

    El barniz de uña es volátil. Prepare las placas en una habitación bien ventilada. Manténgase siempre al tanto de los estudiantes cuando usan objetos filosos o de cristal. Los objetos de cristal se pueden romper dejando pedazos extremadamente filosos. Tenga a la mano instrumentos de limpieza adecuados por si ocurre una rotura.

    CLEAN-UP:

    Puede guardar las placas para otra ocasión si han sido propiamente identificadas , o bótelas en la basura. Bote las hojas en la basura. Regrese el resto de los materiales a su lugar de almacenaje para su uso futuro.

    ACTIVIDADES DE EXTENSIÓN:

    • Permita a los estudiantes que desarrollen sus propios estudios sobre estomatas., haciendo que hagan sus propias preguntas e hipótesis basados en su investigación personal. Se le debe dar tiempo a los estudiantes para reunir la información, y entonces presentar a Ud. sus preguntas e hipótesis para ser aprobadas, antes de iniciar su trabajo. Salgan afuera en la temporada de crecimiento para seleccionar plantas que están creciendo activamente.
    • Además de las temperaturas extremas, la disponibilidad de agua en el suelo es otra razón por la que las plantas se estresan al punto de la deshidratación y muerte. Dependiendo de la proporción de los constituyente del suelo (materia orgánica, arena, arcilla, cieno), algunos suelos pueden retener el agua más tiempo que otros. Los estudiantes pueden explorar la retención de agua en diferentes tipos de suelos a través de un experimento controlado. Pueden medir la masa de dos muestras de suelos, agregar un volumen conocido de agua a las muestras y determinar la razón de evaporación a partir del tiempo que demoran en secarse. Agregar arcilla y materia orgánica a los suelos tiende a incrementar la retención de agua.

    INFORMACIÓN DE FONDO:

    "Aunque tomamos las plantas y árboles a nuestro alrededor como un hecho establecido, casi todos los aspectos de nuestra vida dependen de ellos. Nos alimentan, visten, absorben dióxido de carbono, nos suministran oxígeno, y nos proporcionan materiales de construcción y medicamentos. Cuando ocurren cambios drásticos en la vegetación que nos rodea, nuestra salud, economía y ambiente son todos afectados" (tomado de un artículo del Observatorio Terrestre de NASA )

    La temperatura global de nuestra Tierra está cambiando drásticamente; se está elevando debido a la adición de gases de invernaderoque atrapan el calor. Los gases de invernadero están aumentando dramáticamente en la atmósfera como resultado de las actividades humanas. El calentamiento global afecta lacantidad de precipitación en diferentes regiones del mundo, y también incrementa la intensidad y frecuencia de eventos climáticos extremos como sequías y olas de calor . Estos drásticos cambios ya están afectando la vegetación y más cambios ocurrirán en el futuro.

    ¿Hay algún lado positivo de esta historia? La Tierra es un lugar prolífico - sus cosechas y plantas alimentan más de 6.8 mil millones de humanos en todo el mundo, y también forma la base alimenticia para más de 1.25 millones de especies de animales. Uno de los principales gases de invernadero, la causa del incremento del calentamiento global, que los humanos liberan a la atmósfera es el CO2, dióxido de carbono . Más CO2 puede ser beneficial para el crecimiento de las plantas. Es un ingrediente necesario para la fotosíntesis, junto al agua del suelo y la energía del sol. El incremento de CO2 podría conllevar a un incremento de la fotosíntesis, aunque los científicos están de acuerdo en que en el caso de situaciones reales, otros factores que acompañan a concentraciones más altas de CO2 se combinan para que ocurra una reducción de la fotosíntesis.

    Otra consideración a tener presente cuando se piensa sobre la productividad de las cosechas y el calentamiento global es la población mundial. Los investigadores proyectan que la población dela Tierra podría pasar los 9 mil millones en el 2050. Esto significa 2 mil millones más que necesitan ser alimentados cada día. Combine este incremento de la población mundial con el hecho de que las plantas son susceptibles al incremento de temperatura y la escases de agua provocados por los cambio climáticos, y resulta evidente que vamos en camino a problemas serios.

    ¿Cómo reaccionan las plantas a incrementos de temperatura? Durante el proceso de transpiración, las plantas pierden agua través de minúsculas perforaciones en sus hojas llamadas estomatas. Debido a que el agua se evapora de la superficie de la hoja, la transpiración ayuda a la planta a mantenerse fresca, de la misma manera que la transpiración ayuda a los humanos y animales a mantenerse frescos. Así, el proceso de pérdida de agua a través de sus estomatas ayuda a prevenir sobrecalentamiento de la planta. Se proyecta que el calentamiento global signifique menos precipitación o sequía en muchas partes del mundo. ¿Cómo reaccionan las plantas frente a la escases de agua? Cuando hay menos agua disponible en el suelo, las plantas cierran las estomatas para que el agua no escape por ellas. Desafortunadamente, las estomatas cerradas no dejan que entre el CO2 necesario para la fotosíntesis, y el crecimiento de la planta se ve reducido - la planta debe ahora escoger entre manteniendo su agua (estomatas cerradas) o ganando alimentos (estomatas abiertas). Cuando ya la planta ya no puede vivir más sin alimentos, se ve forzada a abrir sus estomatas, dejando escapar el agua. La planta, que está luchando por sobrevivir, languidece o seca.

    Temperaturas más altas y suelos más secos conducen a cosechas debilitadas, con graves implicaciones sociales. Las noticias de las últimas décadas ya apuntan a estas consecuencias, sequías producen cosechas inferiores, y cosechas inferiores significan escases de alimentos, como se pudo ver en Etiopía en 2000, Nigeria en 2005, o Somalia y Haití a finales del 2008. Y antes de eso, a muchos impresionaron las fotos y noticias de la región del Sahel en África, donde sufrieron hambruna miles de personas cuando la vegetación del área se secó durante una extensa sequía. Por supuesto, en situaciones complejas, sequía y sobrecalentamiento, cosechas y masa ganadera arruinadas, pueden llevar a hambrunas, conflictos políticos y en casos extremos a conflictos militares como son las guerras civiles. Para que no piense que esto sólo puede ocurrir en continentes o islas lejanas, elIPCC ha proyectado que África, Asia, Australia y New Zelandia, Europa, Latino América, y pequeñas islas de todo el mundo serán afectados por el calentamiento global, y la producción agrícola disminuirá en cierta medida en esas áreas. En áreas no afectadas tan directamente (como Norte América y el Ártico), la población sufrirá temperaturas más altas, y el calor y sequías eventualmente provocarán que los precios de los alimentos se incrementen a medida que las cosechas disminuyen y colapsan en todo el mundo. Y, por supuesto, como la comunidad global que somos, todos seremos afectados cuando los problemas ambientales causen el sufrimiento de pueblos de todo el mundo, no importa si están en la raíz del problema, como hambruna, o sólo parte del problema, como el conflicto de Danfur. Estos eventos causan victimas, migraciones masivas lejos de los lugares de origen, y el sufrimiento de los que no se pueden defender por sí mismo, porque crisis humanitarias nos afectan a todos.

    Afortunadamente, los pueblos de todo el mundo y los científicos están ayudando con estos problemas agrícolas que podrían provocar crisis globales. Una manera en que los científicos están ayudando es a través de la Red de Sistemas de Aviso Temprano de Hambruna. (FEWS NET, por sus siglas en Inglés). FEWS NET es un sistema de apoyo a toma de decisiones que ayuda a dirigir más de dos mil millones de dólares en ayuda en alimentos a más de 40 países cada año. A través de este sistema, los científicos están ayudando a la identificación temprana de sequías que puedan conllevar a inseguridad alimenticia. Similarmente, la investigación agrícola internacional está trabajando en cómo incrementar la productividad de las cosechas sin consumir más recursos como agua o fertilizantes. Las investigaciones de estos complejos tópicos llevarán, sin dudas, a grandes descubrimientos que contribuirán a la alimentación de la creciente población mundial.

    Aunque el calentamiento global es provocado por el incremento de CO2, y el incremento de CO2 puede incrementar la fotosíntesis, los investigadores han mostrado que la fotosíntesis disminuye con el calentamiento de la temperatura del aire. Muchas plantas, especialmente cosechas de granos que alimentan a la humanidad, son susceptibles a temperaturas más cálidas y condiciones más secas o sequías debidas al cambio climático. Nuestra esperanza es que la ciencia, investigación y tecnología puedan llevar a festines, y no hambrunas, cuando imaginamos nuevas e innovadoras soluciones a los retos que enfrentamos.

    SECCIONES RELACIONADAS DEL PORTAL DE WINDOWS TO THE UNIVERSE:

    OTRAS FUENTES:

    Última modificación el 15 de octubre de 2011 por Jennifer Bergman.

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