Biology SL's Sample Internal Assessment

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Evaluación del efecto del uso de agua con diferentes tipos de pH en el crecimiento de las plántulas de Lens culinarius y su longitud de tallo

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Introducción

Los procesos de absorción de nutrientes en las plantas se dan principalmente en las raíces, esto mediante una capa pilífera (está constituida por microfilamentos), los cuales son los que absorben los minerales y agua que se encuentran en su entorno, los microfilamentos están compuestos de una sola célula y normalmente duran 3 semanas. La capa pilífera absorbe los nutrientes de la tierra mediante transporte activo y pasivo. Las condiciones para que un organismo vegetal pueda crecer en la tierra tienen que ser muy específicas. Para que la germinación pueda producirse son necesarios algunos factores externos, como un sustrato húmedo, suficiente disponibilidad de oxígeno que permita la respiración aerobia, una temperatura adecuada para los distintos procesos metabólicos (Casado, 2015).

 

La tierra posee un pH especifico, este puede variar dependiendo de la condición en las que se encuentra y los elementos que posee. Según el pH que posea la tierra, la disponibilidad de los nutrientes varia, ya que los suelos con un pH acido tienden a tener más minerales que los suelos con un pH alcalino. El pH de la tierra es vital para poder crear un ambiente óptimo para el crecimiento de las plantas. Todas las especies vegetales presentan unos rasgos característicos de pH en los que su absorción es idónea. Fuera de este rango la absorción radicular se ve dificultada y si la desviación en los valores de pH es extrema, puede verse deteriorado el sistema radical o presentarse toxicidades debidas a la excesiva absorción de elementos fitotóxicos (Hells, 2018).

 

En el presente experimento se analizará cómo influye el uso de agua con diferentes tipos de pH en el crecimiento de los especímenes de Lens culinarius frente a su longitud de tallo. Las plantas de la variable de control se rociarán con agua con pH neutro, de acuerdo con Food-Info(2021) su pH óptimo se encuentra entre 6,3 - 6,8, se compara su desarrollo con un segundo grupo de plántulas rociadas con agua con pH acido (5.5) y finalmente el tercer grupo con agua alcalina (8.5), esto con el fin de poder determinar la relación entre el pH y la longitud de tallo de las plántulas.

 

En cuanto a la importancia de esta investigación, se basa en comprender como la medición de pH del suelo ya sea acido, neutro o alcalino nos muestra de cierta manera aspectos fundamentales en un ecosistema en este caso en el experimento la disponibilidad de nutrientes, la permeabilidad del mismo suelo y el comportamiento del desarrollo y crecimiento de las plántulas. La selección del tema surgió a partir de hechos ocurridos en la casa, ya que pude evidenciar como rociaban las plantas con el agua que se utilizaba para lavar los platos, lo cual me genero la duda de cómo afecta el pH de la tierra en el crecimiento de los organismos vegetales. Para la presente investigación, se elaborará una comparación entre 3 especímenes de la Lens culinarius, las cuales van a ser sometidas a sustratos con diferentes pH (acido de 5.5, neutro de 6.5 y alcalino 8.5). Para ser lo más precisos posibles, se tratará de suministrar de manera igual los recursos (en cuanto a cantidad de agua rociada y cantidad de luz) agregando que se garantizará un sustrato inicial igual con el fin de poder reducir el margen de error.  En una fase siguiente, al haber  finalizado el periodo de germinación de las plántulas de Lens culinarius se realiza la recolección de datos haciendo uso del pie de rey para asi medir la longitud final del tallo de las plántulas de los 3 grupos. Al final se compararán los datos de los experimentos (especímenes con un suelo con pH alcalinos y ácidos) con la de control (suelo con pH neutro) y se analizara cuál de las opciones es la óptima para el crecimiento y desarrollo para la planta Lens culinarius.

Objetivo

Determinar la incidencia que tiene el pH del sustrato con respecto al crecimiento de las plántulas del espécimen Lens Culinarius y su longitud de tallo

Problema De Investigación

¿De qué manera los diferentes tipos de pH presentes en el sustrato tienen un efecto en el crecimiento de las plántulas del espécimen Lens culinarius y su longitud de tallo?

Variable¿Cuál?¿Por qué?Cómo la va a manipular o medir en la investigación?
IndependientepH del sustratoDado los diferentes tipos de pH del sustrato es la que se va a manipular en el crecimiento de la plántula medido en su longitud de tallo.Se rociará las plantas con aguas de diferentes pH, y para comprobar el pH de la tierra, se usará un pH metro el cual mida el nivel de pH de la tierra
DependienteLongitud del talloYa que la longitud de tallo varía positiva o negativamente dependiendo del pH que presente el sustrato.Se realiza la medición de la longitud de tallo haciendo uso de un pie de rey en cm y la recolección de datos de la longitud del tallo al final del experimento.

Figura 1 - Mesa encendida Determinación De Variables Independiente Y Dependiente

Nombre variable¿Por qué es necesario controlarla?¿Cómo la va a manipular o medir en la investigación?

Sustrato

Ya que, para reducir el margen de error del experimento, es necesario comprar el mismo sustrato, ya que la composición de estos puede variar, lo que afecta el crecimiento de la planta.La tierra utilizada para la siembra y germinación de lase semillas será del mismo lote, con el fin que su composición sea lo más similar posible.

Cantidad de líquido suministrado

Se requiere que la dosis de líquido suministrado sea la misma, ya que con esto se asegurara que la cantidad de humedad que la planta reciba sea la adecua, agregando que esto garantiza que los nutrientes obtenidos por las plantas sea el mismo teniendo en cuenta su PHSe usará un recipiente el cual logre medir y proporcionar las cantidades de líquido equivalente a 50ml a los 3 grupos de manera simultánea cada 2 días teniendo en cuenta el suelo debe permanecer húmedo.

Espécimen empleado

Poder comparar el efecto de los diferentes tipos de pH de las plántulas, es necesario que sean de la misma especie.Se germinarán semillas únicamente de Lens culinarius al mismo tiempo durante el experimento.

Temperatura (T°)

Es importante tener en cuenta la temperatura en el momento en que se siembran las semillas frente al efecto pH del sustrato particularmente en el suelo de cada grupoLas plántulas de lentejas necesitan estar expuestas a las mismas temperaturas durante el transcurso del experimento, la temperatura ambiente de Bogotá es de 18°c.

Cantidad de luz

Se requiere la misma cantidad de luz, ya que la misma cantidad de luz nos garantizara que el desarrollo de las plantas no se vea afectado por la cantidad de luz.Se posicionará las plantas de una manera que la cantidad de luz recibidas por esta sea la misma.

Tiempo de crecimiento

Se establece un periodo de germinación y crecimiento de las plántulas igual para el experimento y asi poder obtener resultados y poder hacer las comparaciones respectivas.Los tres grupos de las plántulas Lens Culinarius con suelo de diferente tipo de pH (ácido, neutro y alcalino) serán dejados por 30 días (4 semanas) de acuerdo con su tiempo que lo toma germinar.

Figura 2 - Mesa Encendida Determinación De Variables Controladas

Hipótesis

H- Existe una relación entre el tipo de pH del sustrato y el crecimiento de las plántulas Lens culinarius a partir de su longitud de tallo.

 

H0 -  No existe una relación entre el tipo de pH del sustrato y el crecimiento de las plántulas Lens culinarius a partir de su longitud de tallo.

Metodología

CantidadMaterialDescripciónTolerancia
1Bandeja de semilleroEstructura donde se ubican los 3 grupos. Con 54 cavidades en total.N/A
54

Especímenes de Lens culinarius

Se sembrarán 18 semillas en cada grupo de la misma especie.85% germinación
1Alcalinizador de aguaSe usará para elevar el pH y alcalinidad del agua. Marca: Seachem Referencia: Alkaline BufferN/A
1Acidificador de aguaSe usará para disminuir el pH y acidez del agua Marca: Seachem Referencia: Acid BufferN/A
1kgTierra fértilSe mantiene húmeda y abonada para motivos del experimento.N/A
1Aguaua procedente del grifoN/A
1JarraRecipiente para la mezcla del agua y las pepitas de los tampones de pH,N/A
1ProbetaRecipiente cilíndrico que permite medir el volumen del líquido,±0.5 ml
1Pie de Rey digitalInstrumento para medir la longitud de las plántulas. Marca: Digital Caliper±0.5 mm

Figura 3 - Mesa Encendida Materiales

Parámetros Eticos, Ambientales Y Biológicos.

En el transcurso del experimento se les brindaran a las plantas los cuidados básicos para su sustento. Es importante mencionar que los valores de pH usados en el experimento no son perjudiciales para las plantas. En el experimento se van a cumplir algunas normas de bioseguridad tales como el uso de guantes de nitrilo (para la manipulación de reactivos). Es importante mencionar que el manejo que se le da a los reactivos va a ser cuidadoso, esto con el fin de evitar su digestión. En cuanto a los parámetros ambientales, se asegurará un uso correcto de los reactivos y estos solo serán utilizados en los especímenes de la investigación. Ya que la especie Lens culinarius no es originaria de Bogotá, se asegurará que el espécimen no logre propagarse, esto mediante el aislamiento del ex perímetro (5 metros aislada de las demás plantas). El aislamiento también garantizara que plantas ajenas al experimento afecten los resultados.

Método

Fase 1 - Siembra

En esta investigación se trabajará con una única bandeja de semillero con el espécimen Lens culinarius divididos en tres grupos nombrados de la siguiente forma: Grupo Control. Sustrato con pH neutro, Grupo 2. Sustrato con pH ácido y Grupo 3. Sustrato con pH alcalino. Estos grupos se ubican en una bandeja de semillero que incluye un total de 54 cavidades teniendo en cuenta los 3 grupos mencionados, se trabaja con 18 cavidades para cada uno.

 

Para el montaje de los grupos, es fundamental utilizar una jarra con la cual se preparará los líquidos y se mezclará de acuerdo con su correspondiente tipo de pH. En primera instancia, para trabajar con el Grupo 1 se sirve agua del grifo(H2O) sin ningún tipo de tampón de pH, manteniendo las condiciones comunes del pH neutro. Para el Grupo 2 y 3, haciendo uso de la jarra se agrega agua que en este caso se utilizar un Acidificador de agua ( Seachem Acid Buffer) para disminuir el pH por lo tanto aumentar la acidez del agua y asimismo ocurre con el Alcalinizador de agua (Seachem Alkaline Buffer) en el que se eleva el pH y la alcalinidad del agua respectivamente.

 

En segundo lugar, se prepara los tres grupos cada uno de 18 cavidades de igual tamaño en la bandeja de semillero y con igual cantidad de tierra fértil de mismo origen, asignándose numerales 1-3 a cada uno de los grupos de observación. Se siembran 18 semillas del espécimen de Lens Culinarius en cada grupo haciendo uso de la probeta para medir con exactitud los mililitros de agua o de la mezcla dependiendo el tipo de pH que se le suministrará al sustrato. Se establecen una serie de variables controladas: tierra, espécimen empleado, luz natural y temperatura ambiente, esta última en el caso de Bogotá, D.C. Por lo tanto, se procede a ubicar la bandeja de semillero en un lugar con garantía de acceso a luz solar.

Figura 4 - Disponibilidad De Materiales Del Experimento.

Figura 5 - Montaje Experimental Grupo Control, 2 y 3.

Fase 2 - Germinación

Al transcurso de 2 semanas, los tres grupos de experimento permanecieron en sus respectivas condiciones teniendo en cuenta Aquae Fundación (2022) las semillas de lentejas entre 6 y 10 días en germinar en función de la temperatura. Se suministraron 50 ml de agua alcalinizada, acidificada o del grifo dependiendo el grupo cada 2 días a fin de garantizar el proceso de fotosíntesis de las diferentes plántulas y la absorción de nutrientes.

Figura 6 - Condiciones De Germinación Grupos: Control 1, 2 y 3

Figura 7 - Manipulación De Los Diferentes Tipos De pH en El Experimento.

Fase 3 - Recolección de datos No.1

En el día 30 se hizo la recolección de datos a partir de los tres grupos de observación: Grupo Control 1 pH Neutro, Grupo 2 pH Ácido y Grupo 3 pH Alcalino mediante el uso del Pie de Rey el cual es  un instrumento indicado para medir dimensiones pequeñas con precisión. Consta de dos partes, la regla y la pieza deslizante que permite medir dimensiones externas e internas de un objeto, así como la profundidad de un orificio ciego (Salazar, 2021) en este caso con el fin de realizar las mediciones de las longitudes finales de las plántulas de Lens culinarius y la evidencia fotográfica de esto mostrada a continuación:

Figura 8 - Día 30 Longitudes Finales Grupos De Observación.

Figura 9 - Medición Con Calibrador.

Resultados

Número de PlantaGrupo Control - pH Neutro Longitud Final Tallo (mm)Grupo 2 - pH Ácido Longitud Final Tallo (mm)Grupo 3 - pH Alcalino Longitud Final Tallo (mm)
1100.512075
21597693
323030152
416085108.5
515351.5173.5
616543.5210
724040194
818075136
9172.57088
102258070
1127060.5111.5
1219092.5207
1321080124
1419556166
15704460
16186.521223
1713360140
18201.534120
Media Total180.05662.1666667136.19

Figura 10 - Mesa Encendida Datos Recolectados Sobre La Longitud De Los Tallos.

Gráficos

Teniendo en cuenta lo obtenido en la recolección de datos en cuanto a las longitudes finales para cada grupo durante el periodo de 30 días, se plasma y presenta dicha información por medio de los gráficos de caja y bigotes que es muy utilizado en estadística descriptiva. Molina (2015) afirma de forma simple nos permite saber la mediana y el rango intercuartílico de una distribución, además de intuir su morfología y simetría. Además, permite estimar la aproximación a la normal de la distribución y comparar la igualdad de varianzas entre varias distribuciones

Figura 11 - Diagrama De Cajas Y Bigotes Día 30.

En primera instancia se observa como los gráficos de cajas y bigotes presentan valores diferentes teniendo en cuenta las líneas de bigotes que representan los valores extremos (valor mínimo y máximo), específicamente hablando de los cuartiles: los tres valores de la variable que dividen a un conjunto de datos ordenados en cuatro partes iguales (Superprof, 2022) Es importante mencionar como Q2 representa la mediana y por lo tanto el promedio de datos para cada uno de los tres grupos de observación. A partir de lo anterior se identificaron dichos cuartiles en los grupos: Grupo Control 1.  Q1=100.5, Q2 = 180.06 y Q3=213.75 . Este grupo también incluye un valor atípico el cual es un valor muy diferente a las observaciones del mismo grupo en este caso enmarcado como un punto que está fuera del rango de este cajas y bigotes. Grupo 2. Q1 =  42.625, Q2 = 62.16 y Q3 = 80.  Grupo 3.  Q1 = 91.75,  Q2 = 136.19  y  Q3 = 178.63.

 

Analizando estos valores obtenidos para el día 30 se puede establecer como las plántulas del grupo 2 en condiciones de pH ácido al ser sus límites de la caja más cortos a diferencia de los otros grupos (control 1 y 3). Por lo tanto, en cierta medida el incremento de acidez en la tierra no favorece el crecimiento óptimo de las plántulas asi como de su longitud de tallo.

Cálculos y tratamiento de datos

La prueba de aplicación que se utilizara es la de análisis de varianza ANOVA, nos permite medir el efecto de un facto (o incluso varios factores) sobre la media de una variable continua, es comúnmente utilizada para realizar comparaciones de medias entre dos o más grupos (Mendoza, 2021). Esta se utiliza para realizar una comparación el IAFt (es decir la variable cuantitativa) de los grupos control. Sustrato con pH neutro, grupo 2. Sustrato con pH ácido y grupo 3. Sustrato con pH alcalino.

 

Para la realización de la prueba estadística se plantean dos hipótesis a trabajar:

 

H- La media de la variable es la misma en los diferentes grupos.

 

H1 - La media de al menos uno de los grupos difiere de forma significativa.

 

Es importante mencionar el p-valor (probabilidad) ya que este nos ayuda a comprobar si el resultado  es estadísticamente significativo y cuantificar la incertidumbre, considerando al ser p <0.05, el cual es el valor de significancia, nos indica que es poco probable que la hipótesis nula sea cierta y se respalda en este caso la hipótesis alternativa la cual dice hay una diferencia significativa  entre grupos. Este valor tiene una relación con la fiabilidad del experimento al indicarnos esa probabilidad de obtener un valor semejante a partir de mismas condiciones. Asimismo, es posible trabajar junto al análisis de varianza a partir de los diagramas de caja que resultan apropiados para representar variables que presenten una gran desviación de la distribución normal y resultan de ayuda cuando se dispone de datos en distintos grupos.

 

Ahora bien, esta prueba de Analisis de Varianza de ANOVA se aplicará mediante la herramienta tecnológica de Excel con el fin de hallar el valor de significancia en cuanto a la longitud de tallos de las plántulas de Lens culinarius en relación con el diferente tipo de pH de sustrato (ácido, neutro y alcalino).

Figura 12 - Aplicación Prueba Estadística

A continuación, se pueden ver los resultados de los cálculos propios generados por la herramienta Excel en donde la suma de cuadrados expresa la variación total que se puede atribuir a diferentes factores. El valor correspondiente para P. es de 0.0000000004  es por esto por lo que se puede rechazar  la hipótesis nula dado que se evidencia si hubo una diferencia muy significativa entre los tres grupos de diferente tipo de pH en el sustrato y su efecto en el crecimiento de las plántulas Lens culinarius. Ahora bien, en cuanto al valor de F = 34.34 (aproximado), mientras que el valor critico de F es 3.19 (aproximado) se puede establecer si F es mayor al valor crítico, vamos a decir al menos uno de los promedios de estos grupos es estadísticamente distinto (Lira, 2021).

Discusión

A partir de los resultados obtenidos en la prueba estadística de análisis de varianza de un factor (ANOVA) se retoma el valor significativo-p = 0.0000000004 que en este caso al ser p <0.05 se rechaza que la media de la variable es la misma en los diferentes grupos es decir la hipótesis nula (H0. Simultáneamente, este valor de significancia obtenido es respaldado de acuerdo con Quantitative Specialists (2017) cuando se reporta un valor en p de varios ceros, es decir 0.000…., en realidad esta es una muy buena noticia significa que los resultados fueron altamente significativos y es muy poco probable haya solo por casualidad.

 

Observando el gráfico de cajas y bigotes del día 30, los valores del promedio de las  longitudes de tallo para cada grupo donde el grupo 2 - pH ácido del sustrato es de 62.16mm por lo cual valida la  hipótesis alternativa(H1) en la que al menos un grupo difiere de forma significativa que muestra la variación entre en las longitudes de los tallos de las plántulas de lentejas en gran medida afectadas por el tipo de pH. Es por esto que se puede afirmar que los grupos de las plántulas que están entre (6.5-8.5) es decir con pH de sustrato neutro y alcalino tienden a crecer más en un tiempo determinado: 30 días..

 

A pesar de que las mediciones presentaron algún nivel de incertidumbre, no fue lo suficiente incidente en el experimento que represente una variación significativa en cuanto a los resultados esperados y que fueran erróneos. Sin embargo, los márgenes de error siempre inciden en los resultados que a su vez refleja el nivel de confianza en forma general del experimento y se ven expresos, por ejemplo, el calibrador del pie de rey posee un nivel de tolerancia de 0.05mm  que pudo afecta de manera muy mínima la toma de medidas, asimismo las plántulas para cada grupo se pudieron ver afectadas por la humedad y por la exposición a la luz solar teniendo en cuenta su ubicación.

Conclusión y Evaluación

Conclusión

Se concluye que existe una relación entre el tipo de pH presente en el sustrato y el crecimiento de las plántulas de Lens culinarius a partir de su longitud final del tallo, por lo tanto, se valida la hipótesis alternativa del experimento. Esto se refleja en los resultados que muestra como el Grupo 1. pH neutro en el sustrato y el Grupo 3. pH alcalino en el sustrato, las plántulas se vieron afectadas de manera positiva ya que tuvieron un mayor crecimiento evidente en los promedios de las longitudes finales de sus en comparación con el Grupo 2. pH ácido en el sustrato cuyo valor del  promedio de longitud final del tallo difiere muy significativamente de los otros grupos  comprobado al realizar la ANOVA También se pudo notar dentro del experimento y en función de los planteamientos teóricos que el pH ácido en el sustrato afecta negativamente e inhibe el crecimiento normal para las plántulas de la especie Lens culinarius. Como lo señala Domínguez, Rivera y Sánchez (2018) la acidificación de los suelos reduce el crecimiento de las plantas, por la disminución de la disponibilidad de algunos nutrimientos como calcio, magnesio, potasio y fosforo lo que favorece la solubilidad de elementos tóxicos en el suelo, perjudicando las plantas, estos elementos pueden ser como el aluminio y manganeso. Del mismo modo, como se mencionó anteriormente en el experimento el grupo donde las plántulas tuvieron mayor crecimiento con respecto a su longitud final del tallo fue el de pH neutro dado que los nutrientes en mayor cantidad están presentes y las de menor cantidad también, por lo que las hojas de las plantas tendrán la pigmentación adecuada, la absorción de nutrientes correcta (Domínguez et al., 2018).

Evaluación

Aunque el experimento permite dar respuesta a la pregunta de investigación, existen algunos errores que son inherentes a la investigación científica los cuales son necesarios identificar y mencionar. El factor tiempo fue muy determinante dado que se comenzó tarde la siembra de las semillas de lentejas con respecto a lo programado lo cual atrasó su recolección de datos teniendo en cuenta se trataba de un lapso de 4 semanas (30 días), el número de semillas (muestra) fue adecuado para el diseño experimental para darle una mayor validez a los resultados que se obtuvieron. Otro elemento para señalar es el uso del instrumento de medición elegido y su precisión donde puede existir un error de carácter experimental ya que al medir a partir de la profundidad de la tierra y la altura de la longitud de tallo para cada plántula no fue tomada en cuenta con tanta exactitud para ningún montaje lo que provoca cierta incertidumbre.

LimitacionesEfectosMejoras
Método de MediciónEl pie de rey tiene un porcentaje de error a tener en cuenta sin embargo este fue un método que la acción repetitiva de medir genera indisposición de la mano que pudo afectar el orden para medir las lentejas de cada grupo.Contar con un instrumento con menos margen de error asi como ser más organizado en la medición por cada grupo haciendo unas pausas y cuidar la posición del mando dado lo reciproco del proceso
Manejo adecuado del tiempoNo se comienza el experimento de forma acertada por lo cual hubo dificultades con los tiempos para sembrar y tomar los resultados.Establecer un plan para el experimento y un cronograma más riguroso para cada una de las partes a desarrollar durante el proyecto y no posponer.
Lugar adecuado para que los grupos reciban la luz del solNo se contaba con un espacio muy adecuado para los grupos donde se contaba con una única entrada de luz solar que no era del todo cómoda para los gruposBuscar un sitio adecuada preferiblemente si se cuenta con un balcón para ubicar las plántulas que ayuden a su amplio desarrollo.

Figura 13 - Mesa Encendida Limitaciones Efectos Y Mejoras De La Investigación

Referencias

Aquae Fundación. (S.f). La lenteja mágica crece ante algodones. Aquae. España. https://cutt.ly/9X2p1G0

 

Casado, I. L. (2015). Crecimiento de las plantas en diferentes condiciones. Colegio La Anunciata. https://cutt.ly/MX2pbjn

 

Domínguez, H. Rivera, E. Sánchez, M. pH como factor de crecimiento en plantas. Universidad tecnológica de panamá. https://cutt.ly/aBbUp08

 

Food-Info. (2021). ¿Cuál es el pH de los alimentos?. Food-Info. Países Bajos. https://cutt.ly/wX2ajLy

 

Hells, C. (2018). Importancia del pH para los cultivos. Hanna Instruments. Colombia. https://cutt.ly/HX2pO4q

 

Lira, F. (2021). Tabla ANOVA en Excel: cómo crearla e interpretarla. Ninja Excel. https://cutt.ly/oBbUSoC

 

Mendoza, J. (2021). Tabla ANOVA: ¿Qué es y para qué se utiliza?. Estadísticamente. https://cutt.ly/jX2suzK

 

Molina, M. (2015). Una caja con bigotes. El gráfico de caja. Anestesiar. https://cutt.ly/dBvi6TJ

 

Quantitative Specialists. (2017, 23 enero). P-Value= .000?? What do when p-value is reported. [video]. YouTube. https://cutt.ly/pBvIEnO

 

Salazar, S. (2021). Usos del Calibre o Pie de Rey. SebastianSalazar. https://cutt.ly/ZBvih9L

 

Superprof. (s.f). Qué significa cuartiles en Matemáticas. Superprof diccionario. https://cutt.ly/BBvpdlg