ENSEÑANZA DE LA BIOLOGÍA DE LOS CULTIVOS ALIMENTARIOS
A pesar de la importancia de las plantas para nuestra vida cotidiana, a veces es difícil captar la atención de los estudiantes de biología, a menudo abrumados por las complejidades de la sistemática de las plantas y la composición de innumerables fitoquímicos.
Como se informó anteriormente en la publicación “ Enseñando botánica: el método Taylor Swift aplicado a las plantas “Los estudiantes generalmente encuentran la ciencia vegetal menos atractiva que otras ciencias biológicas como la biología animal y la biomedicina. Además, los profesionales dedicados a la educación en biología vegetal también enfrentan desafíos relacionados con disparidad de conciencia de planta – término que describe nuestra incapacidad para observar las plantas en el entorno y reconocer su relevancia para los ecosistemas y las sociedades.
Para que las clases de botánica sean más interesantes, un enfoque interesante podría ser observar las plantas desde otra perspectiva. En este artículo, exploramos estrategias llamativas para estudiar los pigmentos ocultos en las células de las plantas alimenticias comunes.
DESCUBRIENDO LA MAGIA DE LOS CULTIVOS ALIMENTICIOS (detrás de su valor nutricional)
De acuerdo con Estimaciones de las Naciones UnidasLas especies botánicas representan más del 80% de la dieta humana. De hecho, los cultivos alimentarios son esenciales para nuestra nutrición, ya que representan las fuentes fundamentales de metabolitos primarios (hidratos de carbono de los cereales, proteínas de las legumbres y grasas de un grupo de cultivos oleaginosos), así como una amplia gama de micronutrientes que apoyan el correcto funcionamiento del cuerpo humano.
Aunque la producción mundial de cultivos ha aumentado en las últimas décadas, casi el 60% de la población mundial todavía sufre desnutrición relacionados con microelementos como vitaminas y otros metabolitos secundarios, que los humanos no podemos producir pero que son vitales para prevenir patologías crónicas, reforzar el sistema inmunológico y reducir el riesgo de enfermedades cardiovasculares. Por ejemplo, diversas especies hortícolas enriquecen nuestra dieta con poderosos antioxidantes, moléculas biológicamente activas que luchan contra el estrés oxidativo neutralizando y eliminando las especies reactivas de oxígeno (ROS) tóxicas.
PROFUNDIZANDO EN LOS PIGMENTOS DE LOS CULTIVOS ALIMENTARIOS: un arco iris de colores
Entre los siete colores del espectro (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta), los humanos percibimos principalmente el verde de las plantas. Esto se debe a que clorofilas, los pigmentos fotosintéticos responsables de los tonos verdes, dominan como los más abundantes en el reino vegetal. Las clorofilas se acumulan en los cloroplastos, los orgánulos intracelulares que se encuentran en órganos fotosintéticos activos como las hojas. A medida que las hojas envejecen, la degradación de las clorofilas desenmascara la presencia de carotenoides, pigmentos accesorios que crean una coloración viva de amarillo a rojo.
Además de las hojas senescentes, también los frutos maduros de varias especies botánicas cambian de color de verde a amarillo-naranja-rojo debido a la acumulación de carotenoides (es decir, xantofilas y carotenos, los precursores de la vitamina A) en orgánulos específicos llamados cromoplastos. En cambio, las células de otros frutos en maduración que adquieren colores rojos a azules acumulan otros pigmentos llamados flavonoides en la vacuola, un orgánulo que no solo sirve como depósito de reservas y desechos, sino que también es esencial para mantener la presión osmótica entre la célula y el entorno externo.
Para descubrir el asombroso mundo oculto de importantes pigmentos vegetales (clorofilas, carotenoides y flavonoides) en la experiencia práctica (Figura 1 y XNUMX), solo hay que utilizar un microscopio óptico sencillo para observar rodajas recién preparadas de cultivos alimentarios comunes como la albahaca (Ocimum basilicum, Lamiaceae familia), pimienta (Capsicum annuum, solanáceas familia), cebolla (Allium cepa, Amaryllidaceae familia) y achicoria (Cichorium intybus, Asteraceae familia).
Figura 1. Descubriendo los colores de los cultivos alimentarios, de primera mano. Material vegetal: hojas tiernas de albahaca (u otras plantas aromáticas), frutos de pimiento verdes y maduros, bulbo de cebolla roja y cabeza de achicoria roja (rábano rojo). Material de laboratorio: Placas de Petri, cuchillas y pinzas, portaobjetos de vidrio y cubreobjetos, frasco con agua. Lab Equipo: microscopio óptico.
VER CLOROFILAS: hojas de plantas aromáticas
Las plantas producen su propio alimento mediante la fotosíntesis (un proceso complejo que se produce a través de reacciones interconectadas) utilizando la luz solar. Todo comienza dentro de las membranas del cloroplasto, donde los grupos de clorofilas y pigmentos accesorios trabajan juntos para captar la energía solar.
Un examen más detallado de las hojas, los principales órganos fotosintéticos, también revela la presencia de tipos específicos de células que constituyen las capas protectoras (epidermis superior e inferior) y los poros (estomas) que modulan la interacción entre la planta y el medio ambiente. Para obtener más información, consulte la píldora botánica “La hoja: nacimiento, vida y muerte de un órgano fotosintético.
CONSEJO 1: Dado que las clorofilas son soluble en alcohol, se pueden extraer de tejidos verdes utilizando etanol. Experimento: coloca una hoja de menta (o perejil) en un primer tubo de ensayo con agua y otra en un segundo tubo de ensayo con etanol al 95%. ¡Comprueba la diferencia después de un rato!
VER CAROTENOIDES: cultivos de frutas y raíces
En el pimiento, los frutos verdes son la versión inmadura de los frutos maduros: los cloroplastos aún no se han diferenciado en cromoplastos y aún contienen clorofilas. Al madurar, los frutos acumulan xantofilas rojas (p. ej., capsantina) o amarillas (p. ej., violaxantina), dependiendo de las variaciones en la vía biosintética de los carotenoides. En estos órganos, los pigmentos se acumulan en el mesocarpio, el tejido resultante de la transformación de la pared del ovario tras la doble fecundación.
CONSEJO 2: Dado que los carotenoides son pigmentos liposolubles, se pueden extraer de los tejidos de la naranja mediante lípidos. Experimento: coloca algunas rodajas de zanahoria en un primer tubo de ensayo con agua y otras en un segundo tubo de ensayo con aceite vegetal. ¡Comprueba la diferencia después de un rato!
VER FLAVONOIDES: especies hortícolas
Hasta la fecha, los científicos especializados en plantas han identificado casi 6000 flavonoides, divididos en diferentes grupos. Algunos de ellos (por ejemplo, las flavonas) son incoloros, mientras que otros (por ejemplo, las antocianinas) dan pigmentación roja o azul a diferentes órganos. Estas moléculas desempeñan funciones clave en los mecanismos de fotoprotección de las plantas y son apreciadas por sus propiedades antioxidantes y antiinflamatorias en la nutrición humana.
Entre otros, Las antocianinas Por lo general, se acumulan en flores y frutos de color rojo a azul (p. ej., bayas), donde facilitan la atracción de animales que median la polinización y la dispersión de semillas. Pero estos pigmentos también se pueden encontrar en otros órganos de variedades de especies comestibles ricas en antocianinas, como los bulbos de cebolla roja o las hojas de radicchio de Trevisan.
CONSEJO 3: Las antocianinas son pigmentos solubles en agua que cambian de color según el pH. Experimento: coloca extractos acuosos de bayas de color rojo a azul en dos tubos de ensayo y cambia el pH agregando unas gotas de HCl o unas gotas de KOH. ¡Comprueba la diferencia después de un rato!
CRÉDITOS
Las fotografías fueron tomadas en la Universidad de Urbino durante las prácticas con 2nd estudiantes de año de la carrera “Biología de Cultivos”, Licenciatura en Ciencias de la nutrición humana.
