Conceptos Esenciales y Técnicas de Laboratorio en Biología

Iones en Disolución: Fundamentos y Aplicaciones Biológicas

Los iones en disolución son partículas cargadas eléctricamente, esenciales para la vida y de gran importancia en la biología celular. Su presencia y concentración influyen directamente en diversos procesos biológicos y ambientales.

Impacto de los Cloruros

Los fertilizantes, al agregar iones al sustrato, pueden producir pérdidas en la cosecha debido a la formación de precipitados. Un aumento de cloruro puede ocurrir por:

• Infiltraciones marinas en zonas costeras.
• Lavado de suelos en zonas áridas.
• Contaminación por aguas residuales.

Las aguas naturales suelen contener menos cloruros (aproximadamente 50-60 mg/L) que las aguas residuales. Altas concentraciones de cloruro pueden dañar el crecimiento vegetal. En la ganadería, el agua salada con cloruro y sodio (Cl + Na), o cloruro, calcio y magnesio (Cl + Ca, Mg), puede amargar el agua. Los animales que consumen agua con un alto contenido de cloruro pueden experimentar deshidratación, intoxicación, anorexia e hipotermia.

Conductividad Eléctrica (CE)

La conductividad eléctrica (CE) es la capacidad de una solución acuosa para transmitir una corriente eléctrica. La resistencia del agua depende de la presencia de iones, su concentración, movilidad, valencia y temperatura. Los compuestos inorgánicos son generalmente buenos conductores, mientras que los orgánicos son malos.

Unidades y Relación con la Pureza del Agua

La unidad de medida de la CE es el Siemens por centímetro (S/cm), comúnmente expresada en microsiemens/cm (µS/cm) o milisiemens/cm (mS/cm). La CE se relaciona inversamente con la pureza del agua: a mayor pureza, menor CE.

CE y Sólidos Disueltos

La CE también indica la cantidad de sólidos disueltos en el agua (concentración de sal). En ganadería, una concentración de 2-4 g/L es adecuada, mientras que 1.5 g/L puede ser «poco engordadora» (requiere suplementación) y más de 7 g/L no es recomendable para el consumo animal.

CE y Temperatura

La CE se mide a una temperatura de referencia, generalmente 20-25°C. La dureza del agua a menudo se determina a partir de la CE y la concentración de CaCO₃.

Potencial de Hidrógeno (pH)

El pH es una medida de la actividad del potencial de los iones hidrógeno (H⁺) en una solución, indicando su acidez o alcalinidad.

Rangos de pH

• Agua Subterránea: 6.5-8.5
• Agua Pura: pH 7 a 25°C (puede variar con la exposición al CO₂)
• Ganadería: 7.0-7.5 (pH superior a 9.0 indica mala calidad bacteriológica)
• Agricultura: Depende del cultivo.
  • Disoluciones nutritivas óptimas: 5.5-6.5
  • Subóptimas: 6.5-7.5
  • Inadecuadas: >7.5

Mecanismos de Acidificación y Alcalinización del Sustrato

• Acidificación (pH < 5): Las raíces absorben nutrientes y liberan iones H⁺ para mantener el balance eléctrico, lo que aumenta la concentración de H⁺ y disminuye el pH del sustrato.
• Alcalinización (pH > 7): Las raíces absorben iones negativos, lo que aumenta el pH del sustrato.

Métodos de Determinación y Equipos de Laboratorio

Determinación de Cloruros: Método Argentométrico

Este método se basa en la titulación con nitrato de plata (AgNO₃), utilizando cromato de potasio (K₂CrO₄) como indicador. La reacción del nitrato de plata con el cromato de potasio forma un precipitado de color ladrillo, indicando el punto final.

Procedimiento:

1. Colocar 5 mL de la muestra en un recipiente.
2. Agregar 3 gotas de cromato de potasio.
3. Titular con una bureta llena de nitrato de plata hasta observar un color ladrillo persistente.

Medición de Conductividad Eléctrica (CE)

Procedimiento:

1. Encender el conductímetro y retirar el capuchón protector del electrodo.
2. Lavar el electrodo con agua destilada y secar suavemente con papel sin pelusa.
3. Homogeneizar la muestra.
4. Introducir el electrodo en la muestra y tomar la lectura.
5. Retirar el electrodo, lavar, secar y guardar con su capuchón.

Dependiendo de la CE, se puede estimar la dureza del agua.

Medición de pH

Procedimiento:

1. Encender el pH-metro y retirar el capuchón protector del electrodo.
2. Lavar el electrodo con agua destilada y secar suavemente con papel sin pelusa.
3. Homogeneizar la muestra.
4. Introducir el electrodo en la muestra.
5. Tomar la medición cuando el indicador de estabilidad se muestre fijo.
6. Lavar, secar y guardar el electrodo con su capuchón y solución de almacenamiento.

Instrumentos Ópticos

Lupa Estereoscópica (Estereomicroscopio)

• Aumenta el tamaño hasta 40 veces.
• Permite la observación en 3D y la manipulación de la muestra simultáneamente.
• Sistema Óptico: Generalmente consta de 2 lentes oculares y lentes objetivos de 10x o 4x.

Microscopio Compuesto

• Permite la observación de dimensiones menores al límite de resolución del ojo humano.
• Sistema Óptico: Lentes oculares de 10x y lentes objetivos de 4x, 10x, 40x, 100x.
• Puede usarse en seco o con inmersión en aceite (para el objetivo de 100x).

Esterilización y Desinfección

La esterilización es el proceso de eliminar o destruir completamente todas las formas de vida microbiana, incluyendo esporas.

Métodos de Esterilización:

• Calor Elevado:
  • Calor Seco: Estufa, flameado, incineración.
  • Calor Húmedo: Autoclave (vapor a presión).
• Radiación: Rayos gamma y ultravioleta (UV).
• Filtración: Para líquidos sensibles al calor.

La desinfección es un proceso que elimina o inactiva la mayoría de los microorganismos patógenos, pero no necesariamente todas las esporas.

Pasteurización

Tratamiento térmico aplicado a líquidos (ej. leche) para eliminar agentes patógenos, sin destruir la totalidad de las esporas.

Técnica Aséptica

Conjunto de prácticas para prevenir la contaminación microbiana durante procedimientos de laboratorio:

• Higienizar manos y la zona de trabajo.
• Trabajar en un radio de 20 cm alrededor del mechero (zona estéril).
• Evitar hablar o toser sobre las muestras.
• Mantener los materiales ordenados.
• Abrir frascos y flamear sus bocas antes y después de usarlos.
• Utilizar materiales previamente esterilizados.

Cámara de Flujo Laminar

Equipo que proporciona un ambiente de trabajo estéril mediante un flujo constante de aire filtrado.

• Encender 30 minutos antes de usar.
• Limpiar las paredes internas con alcohol.
• Encender la luz UV (por un tiempo determinado, luego apagar antes de trabajar).
• Apagar la luz blanca al finalizar.

Biología de Semillas: Morfología, Germinación y Ensayos

La Semilla: Definición y Estructura

La semilla es el óvulo fecundado y maduro, en cuyo interior se encuentra el embrión en estado de vida latente.

• Morfología: La forma de las semillas es variable, influenciada por:
  1. La familia botánica de la especie.
  2. El tipo de cubierta exterior.
  3. La forma y tamaño de la semilla.
• Anatomía: Las semillas están protegidas dentro del fruto. Cuando las condiciones ambientales son favorables, comienza la germinación y se desarrolla una nueva planta.
• Estructura: Incluye la testa (tejido externo) y el tegmen (tejido interno).

Muestreo de Semillas

Para un muestreo adecuado, se deben registrar los siguientes datos:

• Nombre y dirección del solicitante.
• Fecha y lugar de muestreo.
• Tipo de envase, precinto y/o etiqueta.
• Especie a muestrear y si está o no tratada químicamente.
• Número de referencia del lote.
• Nombre del muestreador.

Cantidades de Muestra Primaria por Lote:

• Maíz: 1 kg
• Trigo: 0.5 kg
• Alfalfa: 200 g

Frecuencia de Muestreo (Muestras Primarias):

• Hasta 500 kg: 5 muestras primarias.
• 501-3000 kg: 1 muestra primaria cada 300 kg (no menos de 5).
• 3001-20000 kg: 1 muestra primaria cada 500 kg (no menos de 10).
• Más de 20000 kg: 1 muestra primaria cada 700 kg (no menos de 40).

Pureza y Certificación de Semillas

La pureza de una muestra de semillas se determina pesando la semilla pura, la materia extraña y la materia inerte, sumando un 100%.

El certificado de pureza debe incluir:

• Nombre de la muestra.
• Nombre latino y vulgar de la semilla pura.
• Clases de materia extraña detectada.
• Porcentajes de cada fracción.

Germinación de Semillas

La germinación es el proceso por el cual el embrión reinicia las actividades de crecimiento suspendidas o disminuidas al momento de alcanzar la semilla su madurez fisiológica.

Factores que Influyen en la Germinación:

• Factores Externos:
  • Disponibilidad de agua.
  • Aireación.
  • Temperatura.
• Factores Internos:
  • Permeabilidad de los tegumentos.
  • Dormición de la semilla.

Parámetros y Sustratos para Germinación:

• Parámetros: Sustrato húmedo, agua pura, aireación, luz (según especie).
• Sustratos Comunes:
  • Arena: Para maíz, soja.
  • Papel: Para trigo.

Cámara de Germinación:

Un ambiente controlado que proporciona luz, aire, temperatura regulada (con termómetros) y soportes para las muestras.

Ensayos de Viabilidad y Vigor de Semillas

Test del Hipoclorito de Sodio

Este test se utiliza para determinar el porcentaje de semillas dañadas internamente.

Procedimiento:

1. Mezclar 50 mL de lavandina (hipoclorito de sodio) con 950 mL de agua.
2. Realizar 4 repeticiones de 100 semillas cada una.
3. Esperar 10 minutos.
4. Evaluar las semillas en un papel absorbente.

Si el porcentaje de semillas dañadas es superior al 10%, se recomienda ajustar la cosechadora.

Ensayo de Vigor de Semillas

El ensayo de vigor evalúa la capacidad de las semillas para germinar y producir plántulas normales bajo condiciones subóptimas o estresantes, dando una indicación de su potencial de rendimiento en campo.

Procedimiento para Trigo:

1. Acondicionar los granos en rollos de papel humedecidos y envolverlos en bolsitas de polietileno.
2. Mantener a 5°C durante 7 días en oscuridad.
3. Luego, llevar a germinación a 20°C durante 4 días con 8 horas de luz diarias.

Procedimiento para Maíz:

1. Colocar 50 semillas sobre una hoja doble de papel toalla humedecido.
2. Cubrir con otra hoja de papel húmeda.
3. Envolver cada rollo con una bolsa de polietileno transparente.
4. Mantener todos los rollos (4 x 50 semillas por muestra) en oscuridad en heladera a 8°C durante 7 días.
5. Luego, llevar a cámara de germinación a 25°C durante 6 días con luz.

Niveles de Vigor (Poder Germinativo – PG):

• Vigor Alto: PG > 80%
• Vigor Mediano: PG 70-80%
• Vigor Bajo: PG < 70%

Test de Viabilidad con Tetrazolio

Este test permite determinar rápidamente la viabilidad de las semillas y ofrece una referencia de su poder germinativo, basándose en la actividad respiratoria del embrión.

Criterios de Viabilidad:

• Semillas Viables:
  • Embrión completamente teñido de rojo.
  • Toda la radícula teñida.
  • Parte del cotiledón teñido.
• Semillas No Viables:
  • Todo el embrión rosa.
  • Sin teñir.
  • Eje embrionario teñido en menos de 2/3 partes.
  • Manchas rojas oscuras (indicando daño).

Ensayo de Germinación Estándar

Se utilizan 400 semillas, distribuidas en repeticiones de 100, 50 o 25 semillas. Se evalúan y clasifican las plántulas en:

• Plántulas normales.
• Plántulas anormales.
• Semillas duras (no germinadas pero viables).
• Semillas frescas (no germinadas, pero con potencial).
• Semillas muertas.

Acondicionamiento de Sustratos para Germinación

• Arena: Se esteriliza en autoclave a 150°C, estufa a 170°C o en horno a 200°C. Puede reutilizarse hasta 3 veces, esterilizando nuevamente cada vez. El pH óptimo de la arena es 6.0-7.5.
• Papel: No debe contener sustancias tóxicas que puedan inhibir el desarrollo de las plantas.

Clasificación de Residuos y Preparación de Soluciones

Clasificación de Incendios (Clases de Fuego)

Aunque no directamente biológico, es relevante para la seguridad en laboratorio:

• Clase A: Materiales sólidos combustibles (madera, papel, tela).
• Clase B: Líquidos inflamables (gasolina, aceites, alcoholes).
• Clase C: Materiales eléctricos energizados.
• Clase D: Metales combustibles (magnesio, titanio, sodio).
• Clase K: Aceites y grasas vegetales o animales en aparatos de cocina.

Gestión de Residuos de Laboratorio

Los residuos de laboratorio se clasifican para un manejo seguro:

• Comunes: Residuos domésticos.
• Biopatogénicos: Materiales contaminados con agentes biológicos.
• Especiales: Residuos con características de reactividad, toxicidad, inflamabilidad, corrosividad.
• Cortopunzantes: Agujas, bisturís, vidrios rotos.

Descarte de Líquidos Específicos:

• Los ácidos y bases fuertes deben diluirse o neutralizarse antes de su descarte.
• Los cultivos bacterianos concentrados deben descontaminarse con cloro u otro desinfectante adecuado.
• Los colorantes tóxicos deben descartarse en envases rotulados y almacenados para su tratamiento especializado.

Preparación de Soluciones

Las soluciones son mezclas homogéneas estables, compuestas por dos o más componentes (soluto y solvente). Existen de muchísimos tipos y son de gran utilidad en diversas aplicaciones científicas e industriales.