Anales de Química de la RSEQ
An. Quím. RSEQ, 2026, 122 (1) https://doi.org/10.62534/rseq.aq.2034
La revista de la Real Sociedad Española de Química
CC BY-NC-SA 4.0
Real Sociedad Española de Química

Experimento de fluorescencia en plantas Fluorescence experiment on plants

, , ,

PALABRAS CLAVE:

Método científico
Fotoluminiscencia
Fluorescencia
Fluoresceína
Rodamina B

RESUMEN:

En un artículo anterior de esta misma publicación se comentan los avances conseguidos en la producción de plantas bioluminiscentes mediante técnicas de ingeniería genética. El objetivo del estudio preliminar sobre la bioluminiscencia pretendía que un grupo de alumnos voluntarios examinara el fenómeno, recopilara información, formulara hipótesis y las comprobara en el laboratorio. Posteriormente debían extraer conclusiones siguiendo el método científico. Dado que la ingeniería genética requiere de numerosos conocimientos y recursos experimentales y económicos, se llevó a cabo un experimento más sencillo y accesible: ¿se volverán fluorescentes las plantas si se riegan con disoluciones fluorescentes? El proceso se plasmó en un informe y un vídeo que se presentó en un concurso denominado SAPIENCIA. Este artículo describe una parte del proyecto.

KEYWORDS:

Scientific Method
Photoluminescence
Fluorescence
Fluorescein
Rhodamine B

ABSTRACT:

A previous article in this publication discussed the progress made in producing bioluminescent plants using genetic engineering techniques. The preliminary study on bioluminescence aimed to enable a group of volunteer students to examine the phenomenon, collect information, formulate hypotheses and test them in the laboratory. They were then to draw conclusions using the scientific method. However, since genetic engineering requires considerable experimental and financial knowledge and resources, a simpler, more accessible experiment was conducted: would plants fluoresce if watered with fluorescent solutions? This process was documented in a report and video submitted to the SAPIENCIA competition. This article describes part of the project.

Introducción

La emisión de luz, también denominada luminiscencia, está vinculada a dos procesos distintos: la fotoluminiscencia y la quimioluminiscencia.[1,2]12 La fotoluminiscencia es un fenómeno físico en el que un material absorbe energía en forma de fotones (luz) y posteriormente emite radiación de la misma longitud de onda o de una longitud de onda mayor.[3] Puede ser provocada por la excitación de electrones en un material al ser expuesto a radiación luminosa. Hay dos tipos principales de fotoluminiscencia:

A diferencia de la quimioluminiscencia, en la fotolumiscencia para poder observar el fenómeno es necesario iluminar con luz.[1]

En este trabajo se pretendía conocer estos fenómenos.

Fluorescencia

La fluorescencia fue descrita por George Gabriel Stokes en 1852, que observó que la fluorita empieza a brillar después de ser iluminada con luz ultravioleta. Este comportamiento caracteriza a las sustancias que son capaces de absorber energía en forma de radiaciones electromagnéticas y luego emitir parte de esa energía en forma de radiación electromagnética de longitud de onda diferente.

Los materiales fluorescentes contienen estructuras con configuraciones moleculares particulares conocidas como fluorocromos. Se trata de moléculas capaces de absorber y emitir fotones de menor energía, es decir, con mayor longitud de onda. La parte del fluorocromo responsable de la fluorescencia es el fluoróforo.[4]

La clorofila, el pigmento verde presente en plantas y algas que capta la luz del sol, emite una luz roja tenue durante la fotosíntesis. Esta fluorescencia clorofílica no se ve en condiciones normales debido al reflejo de otros colores de la luz incidente, especialmente el verde, pero transmite información sobre la tasa instantánea de fotosíntesis, lo que permite comprobar el estado de salud de la planta.[5]

Científicos de han elaborado innovadores mapas de en los que se refleja la fluorescencia que emiten las plantas terrestres durante la fotosíntesis, a partir de información obtenida por satélite. Esta información podrá ayudar a los agricultores a responder a tiempo a situaciones climáticas extremas o a detectar hambrunas inminentes con antelación. Anteriormente, la salud de la vegetación terrestre se basaba en indicadores de «verdor» de la luz reflejada por las plantas.[6]

Fosforescencia

La fosforescencia es el fenómeno por el cual ciertas sustancias absorben energía y la almacenan para posteriormente emitirla en forma de radiación.

Esto se debe a que, cuando ciertas sustancias se irradian, la energía absorbida excita los electrones de las capas externas de los átomos que componen la estructura molecular, haciendo que pasen a orbitales de mayor energía. Pero esta situación no es estable, y los electrones excitados regresan a los orbitales de menor energía liberando parte de la energía absorbida en forma de luz visible o infrarroja; de ahí, que podamos verlos brillar.

La diferencia entre ambos fenómenos radica en la manera de almacenar energía. La fluorescencia absorbe la energía de la luz ultravioleta e, inmediatamente, emite la radiación luminosa. La fosforescencia almacena la energía y la emite poco a poco durante minutos u horas, aunque la fuente de radiación excitadora inicial haya sido apagada.

Objetivo

Se quiere investigar si el apio, una planta vascular con elevada capacidad de absorción, de color claro y disponible en fruterías, puede captar sustancias fluorescentes y, por lo tanto, manifestar un comportamiento fluorescente. (Sería más interesante, sembrar y cultivar el apio regándolo con disoluciones fluorescentes desde el principio, pero debido a la duración del proceso, se emplearon ramas de apio directamente).

Experimentación

Materiales:

El apio (Apium graveolens) pertenece a la familia de Apiaceae (apiácea) y es una planta con propiedades medicinales.[7] Se ha usado como diurético, para calmar la inflamación y ayudar en problemas digestivos. Tiene un tallo hueco, flores blancas y frutos con forma de riñón, estriados, oscuros y aromáticos.

La fluoresceína sódica (Figura 1) es una de las sustancias que tienen la propiedad de ser fluorescentes dentro de los productos químicos. La emisión en la fluoresceína sódica es máxima en torno a un pH 8 y con una longitud de onda cercana a los 550 nm.

La rodamina B (Figura 2) es uno de los colorantes más importantes de la familia de los xantenos. Son sales, por lo que son polares y solubles en agua, y se caracterizan por tener elevados rendimientos cuánticos de fluorescencia.[8]

Estudio del apio con la rodamina B

En un primer estudio se introdujeron las ramas de apio en las tres disoluciones de rodamina B. (Figura 4a). Dos días después, se puede observar en 4b que cada rama de apio ha absorbido parte de la disolución en distinta medida, de manera que hay una mayor presencia de la rodamina B en las hojas superiores de los tallos de apio introducidos en las dos disoluciones más concentradas. En cambio, en las hojas de apio de la disolución más diluida, el efecto de la rodamina es mucho menor.

Cinco días después de introducirlas en las disoluciones (Figura 4c) se pueden destacar varios aspectos:

De estas observaciones se pudo concluir que las ramas de apio absorben la disolución fluorescente y emiten fluorescencia. La fluorescencia, absorción y deterioro fueron directamente proporcionales a la concentración de la disolución.

Puesto que el proceso de absorción resultó ser rápido, se repitió el experimento realizando un seguimiento en intervalos de tiempo más pequeños y tomando más fotos, como se muestra en la Figura 5 y Figura 6.

Como en el primer estudio, la fluorescencia apareció rápidamente siendo apreciable a las 6 horas en el apio introducido en las disoluciones de rodamina B del 0,5 % y del 0,05 %, y después de 36 horas para el tallo introducido en la disolución más diluida. Una vez más, se observó que la fluorescencia, la absorción y el deterioro eran directamente proporcionales a la concentración, lo que confirmaba el experimento inicial. Al no observarse más cambios significativos, se finalizó el experimento tras 48 horas. A continuación, se sacaron las ramas de apio de las disoluciones, se limpiaron los tallos y se realizó un corte transversal de cada rama.

En la Figura 7 se aprecian claramente los vasos conductores por los cuales han ascendido las disoluciones de rodamina B hasta las hojas mediante capilaridad.

Estudio del apio con la fluoresceína sódica

Se realizó este experimento también con disoluciones de fluoresceína sódica de concentraciones del 0,5 %, 0,05 % y 0,005 % en masa. En este caso las primeras fotografías se tomaron cada tres horas (Figura 8).

En la Figura 9 se muestra con más detalle el aspecto de las hojas de apio a las 24 horas de estar sumergidas en las disoluciones de fluoresceína sódica.

Análisis de los resultados

La disolución de la fluoresceína sódica se absorbe rápidamente. Para paliar el estrés hídrico del apio, es decir, la falta de agua debería haberse introducido previamente en agua. Como se observa en las fotografías, la disolución fluorescente asciende por el sistema vascular de la planta.

Las ramas de apio introducidas en disoluciones 0,05 % y 0,5 % en masa de fluoresceína presentan fluorescencia en los tallos tras tres horas.

Tras nueve horas, la fluorescencia en esos tallos no cambia, pero la planta se deteriora. El tallo introducido en la disolución 0,005 % en masa presenta poca fluorescencia.

A diferencia del fuerte efecto fluorescente observado en las hojas con la disolución de rodamina B, el de la fluoresceína sódica es poco apreciable.

Tras 48 horas sin observarse cambios significativos, también se procede al corte transversal de los tallos. El efecto fluorescente también se aprecia en el sistema vascular de las hojas (Figura 10).

Conclusiones

El estudio de la bioluminiscencia llevó a los científicos a proponer modificaciones genéticas en plantas para usarlas como fuentes de luz.[1] Aunque no consiguieron que generaran la luminosidad adecuada, el conocimiento de las proteínas responsables de la bioluminiscencia,[9-12]9101112 permitió en el año 2007 el desarrollo de la tecnología Brainbow, que hace posible observar células vivas al microscopio gracias a dichas proteínas.[13]

La realización de este proyecto ha permitido investigar y aprender un concepto que abre un interesante camino en todas las ramas de la biotecnología: la luminiscencia. El experimento se ha centrado en la fluorescencia, un tipo de fotoluminiscencia, ya que los compuestos utilizados (rodamina B y fluoresceína sódica) son fluorescentes.

En este estudio, se ha observado que los tallos de apio pueden absorber sustancias fluorescentes, como la rodamina B y la fluoresceína sódica, y presentar fluorescencia. Esta es directamente proporcional a la concentración de la disolución y se puede observar al irradiar las plantas con luz ultravioleta, pero también provoca un mayor deterioro debido al fenómeno osmótico.

Continuando con la aplicación del método científico, se pueden plantear nuevas preguntas: ¿se obtendrían plantas fluorescentes si se plantaran semillas de apio y se regasen con disoluciones de rodamina B y fluoresceína sódica? ¿Podría el estudio de la absorción de sustancias fluorescentes ser utilizado para la determinación de la procedencia del agua en plantas con sospecha de contaminación? ¿Es posible emplear la absorción de sustancias fluorescentes en plantas con fines decorativos?

No se ha podido realizar la investigación porque no se han encontrado semillas de apio y porque el trasplante debe realizarse entre uno y dos meses después, necesitándose tierra en abundancia. El ciclo en verano puede ser de 60-75 días, pero en invierno se puede alargar.

Por ello, aunque finalmente no se comprobó si se po- drían obtener plantas fluorescentes regando las semillas de apio con sustancias fluorescentes, este proyecto demostró la capacidad que tienen las plantas vasculares de absorber y producir una luminiscencia considerable, y permitió que las alumnas que lo realizaron utilizaran el método científico en una investigación, llevando a cabo todos los pasos: recogida de información, formulación de hipótesis, realización del experimento, elaboración de un informe, planteamiento de nuevas preguntas, incluyendo la exposición de los resultados ante un auditorio.

Reconocimientos

Este artículo forma parte del proyecto realizado por las alumnas Paula Sanchis Boluda y María Badenes Tomás, que cursaban 4º de ESO. El vídeofue realizado por el alumno Rubén Nieto Val que cursaba 1º de bachillerato.[14] Con el trabajo titulado ¿Pueden las plantas generar luminiscencia? consiguieron el segundo premio en la categoría de Física, Química y Matemáticas en los Premios Sapiencia 2022,[15] que tiene por objetivo despertar vocaciones científicas entre los jóvenes estudiantes de la Comunitat Valenciana a través de la convocatoria de premios a proyectos de investigación llevados a cabo por estudiantes.[16]

Figura 1. Fluoresceína sódica.

Figura 1: Fluoresceína sódica.

Figura 2. Rodamina B.

Figura 2: Rodamina B.

Figura 3. Linternas de luz ultravioleta.

Figura 3: Linternas de luz ultravioleta.

Figura 4 a, b y c. Hojas de apio introducidas en disoluciones de rodamina B al 0,5 %, 0,05 % y 0,005 % en masa respectivamente. En el momento inicial, a los dos y a los cinco días respectivamente.

Figura 4 a, b y c: Hojas de apio introducidas en disoluciones de rodamina B al 0,5 %, 0,05 % y 0,005 % en masa respectivamente. En el momento inicial, a los dos y a los cinco días respectivamente.

Figura 5. Fotografías de las ramas de apio, introducidas en agua y en las disoluciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa de rodamina B durante distintos tiempos, sin iluminar e iluminadas con luz ultravioleta respectivamente.

Figura 5: Fotografías de las ramas de apio, introducidas en agua y en las disoluciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa de rodamina B durante distintos tiempos, sin iluminar e iluminadas con luz ultravioleta respectivamente.

Figura 6. Fotografías detalladas de las hojas de apio, iluminadas con luz ultravioleta, introducidas durante distintos tiempos en agua y en las disoluciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa de rodamina B respectivamente.

Figura 6: Fotografías detalladas de las hojas de apio, iluminadas con luz ultravioleta, introducidas durante distintos tiempos en agua y en las disoluciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa de rodamina B respectivamente.

Figura 7. Fotografías del corte transversal del tallo de cada rama de apio utilizada. Arriba sin iluminar, abajo iluminadas con luz ultravioleta, tras extraerlas de sus recipientes, a las 48 horas de introducirlas en agua y disoluciones de rodamina B de concentraciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa respectivamente.

Figura 7: Fotografías del corte transversal del tallo de cada rama de apio utilizada. Arriba sin iluminar, abajo iluminadas con luz ultravioleta, tras extraerlas de sus recipientes, a las 48 horas de introducirlas en agua y disoluciones de rodamina B de concentraciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa respectivamente.

Figura 8. Fotografías de los tallos y las hojas de apio tomadas entre las 0 y hasta las 48 horas después de introducirlas en disoluciones de agua y fluoresceína sódica de concentraciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa, iluminadas con luz normal y ultravioleta, respectivamente.

Figura 8: Fotografías de los tallos y las hojas de apio tomadas entre las 0 y hasta las 48 horas después de introducirlas en disoluciones de agua y fluoresceína sódica de concentraciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa, iluminadas con luz normal y ultravioleta, respectivamente.

Figura 9. Detalle de las hojas de apio tomadas a las 24 horas de introducirlas en las disoluciones de agua y fluoresceína sódica de concentraciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa respectivamente, iluminadas con luz normal y ultravioleta respectivamente.

Figura 9: Detalle de las hojas de apio tomadas a las 24 horas de introducirlas en las disoluciones de agua y fluoresceína sódica de concentraciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa respectivamente, iluminadas con luz normal y ultravioleta respectivamente.

Figura 10. Fotografía de los cortes transversales de los tallos de cada rama de apio utilizada. Arriba sin iluminar, abajo iluminadas con luz ultravioleta, después de extraerlas de sus recipientes a las 48 horas de haber sido introducidas en agua y disoluciones de fluoresceína sódica de concentraciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa respectivamente.

Figura 10: Fotografía de los cortes transversales de los tallos de cada rama de apio utilizada. Arriba sin iluminar, abajo iluminadas con luz ultravioleta, después de extraerlas de sus recipientes a las 48 horas de haber sido introducidas en agua y disoluciones de fluoresceína sódica de concentraciones 0,005 %, 0,05 % y 0,5 % en masa respectivamente.