univerza v ljubljani pedagoŠka fakulteta...
TRANSCRIPT
UNIVERZA V LJUBLJANI
PEDAGOŠKA FAKULTETA
BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
URŠA MALOVRH
OPTIČNE LASTNOSTI LISTOV ROŽMARINOLISTNE VRBE
DIPLOMSKO DELO
LJUBLJANA, 2016
UNIVERZA V LJUBLJANI
PEDAGOŠKA FAKULTETA
BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
Študijski program: biologija – kemija
URŠA MALOVRH
Mentorica: prof. dr. Alenka Gaberščik
OPTIČNE LASTNOSTI LISTOV ROŽMARINOLISTNE VRBE
DIPLOMSKO DELO
OPTICAL PROPERTIES OF Salix rosmarinifolia L. LEAVES
GRADUATION THESIS
Ljubljana, 2016
I
ZAHVALA
Zahvala gre prof. dr. Alenki Gaberščik, ki me je s svojim strokovnim znanjem,
razpoložljivostjo ter srčnim pristopom usmerjala pri nastajanju diplomskega dela.
Zahvaljujem se tudi mladi raziskovalki, univ. dipl. biol. Katji Klančnik in Draganu
Abramu, ki sta me vodila pri eksperimentalnem delu in statistični obdelavi podatkov.
Največja zahvala gre staršema, ki sta mi omogočila študij, me vzpodbujala in podpirala v
slabih in dobrih trenutkih šolanja ter sestrama, ki sta mi vedno stali ob strani. Hvala!
Za pomoč pri lektoriranju ter prevajanju v angleški jezik bi se posebej zahvalila svojemu
fantu. Tine, hvala za vzpodbudo, objeme in ker si preprosto verjel vame.
Prav tako hvala tebi, teta Andreja, za vse pogovore, optimizem in vso pozitivno energijo,
ki si jo delila z menoj.
II
POVZETEK
Preučevala sem vpliv anatomije in biokemijskih lastnosti listov na njihove optične lastnosti
pri vrsti Salix rosmarinifolia L. Ugotovila sem, da se povečana reflektanca listov kaže na
spodnji povrhnjici, kar je posledica različne zgradbe lista in vsebnosti pigmentov. Pri
anatomiji lista sem ugotovila, da je delež stebričastega tkiva večji, gobastega pa manjši.
Gobasto tkivo je pomembnejše pri prehajanju svetlobe skozi liste, saj omogoča boljši
odboj svetlobe. Zaradi bližine gobastega tkiva spodnji povrhnjici v primerjavi s
stebričastim tkivom je zato odboj svetlobe spodnje povrhnjice večji. Pokazalo se je, da na
optične lastnosti vpliva tudi gostota trihomov. Na spodnji povrhnjici je zaradi večje gostote
trihomov zmanjšan odboj svetlobe. Vloga trihomov pa ni le v odboju svetlobe, temveč so
ključnega pomena tudi pri zadrževanju toplote (NIR – infrardeče sevanje). Listnih rež
zaradi prevelikih odstopanj meritev nisem vključila v raziskavo.
Klorofil a kot ključen fotosintezni pigment velja za najpomembnejšega med klorofili,
vloga preostalih pigmentov (klorofil b, karotenoidi, antociani in UV-absorbirajoče snovi)
pa je predvsem zaščita listnega tkiva pred vplivi okolja.
Ključne besede: optične lastnosti, Salix rosmarinifolia L., reflektanca, fotosintezni pigmenti, klorofil a, gobasto tkivo, stebričasto tkivo, trihomi
III
ABSTRACT
I was studying the influence of anatomy and biochemical properties of leaves on their
optical properties in the Salix rosmarinifolia species. I found out that increased reflectance
is apparent on the abaxial (lower) epidermis, which is caused by different leaf structure and
pigment content. Concerning the leaf anatomy, I found out that palisade mesophyll share is
larger than that of spongy mesophyll. However, spongy mesophyll enables better light
reflection and is thus more important as far as light passing through leaves is concerned.
Due to the spongy mesophyll's proximity to the abaxial epidermis as compared to the
palisade mesophyll, abaxial epidermis reflects more light. It was indicated that trichome
density also influences optical properties. Due to considerable trichome density, light
reflection is reduced on the abaxial epidermis. However, trichomes' role is not only light
reflection, as they are also of key importance for warmth preservation (NIR – infrared
radiation). I did not include stomata in my research, since measurement deviations were
too high.
As a key photosynthesis pigment, chlorophyll a is considered to be the most important of
all chlorophyll structures, whereas other pigment roles (chlorophlyll b, carotenoids,
anthocyanins and UV-absorbing substances) are primarily in protecting leaf tissue from
environmental risks.
Keywords: optical properties, Salix rosmarinifolia, reflectance, photosynthesis pigment, chlorophyll a, spongy mesophyll, palisade mesophyll, trichomes
IV
KAZALO VSEBINE
POVZETEK ......................................................................................................................... II
ABSTRACT ........................................................................................................................ III
KAZALO VSEBINE ........................................................................................................... IV
KAZALO SLIK ................................................................................................................... VI
KAZALO GRAFOV .......................................................................................................... VII
1. UVOD ................................................................................................................................ 1
1.1 CILJI ............................................................................................................................ 1
1.2 HIPOTEZI ................................................................................................................... 1
2. PREGLED OBJAV ........................................................................................................... 2
2.1. ZNAČILNOSTI RODU SALIX (VRBE) .................................................................... 2
2.1.1 Preučevana vrsta ................................................................................................................ 2
2.2. LISTI ........................................................................................................................... 3
2.2.1. Zgradba lista ..................................................................................................................... 3
2.2.2 List in svetloba .................................................................................................................. 4
2.2.3 Povezava zgradbe lista in fotosinteze ................................................................................ 5
2.2.4. Trihomi ............................................................................................................................. 6
2.3. ASIMILACIJSKA BARVILA ................................................................................... 6
2.3.1. Klorofil ............................................................................................................................. 6
2.3.2. Karotenoidi ....................................................................................................................... 8
2.3.3. Antociani .......................................................................................................................... 9
2.3.4. UV-absorbirajoče snovi .................................................................................................. 11
2.4. Optične lastnosti listov rožmarinolistne vrbe ........................................................... 11
2.4.1. Transmitanca ali presevnost ........................................................................................... 12
2.4.2. Reflektanca ali odbojnost ............................................................................................... 12
2.4.3 Absorbanca ali absorpcija ............................................................................................... 12
2.4.4. Povezava transmitance, reflektance in absorbance ........................................................ 12
3. MATERIALI IN METODE ............................................................................................ 13
3.1 ANALIZE IN MERITVE NA LISTIH ...................................................................... 13
3.1.1 Optične lastnosti .............................................................................................................. 13
3.1.2 Anatomske in morfološke meritve .................................................................................. 13
3.1.3 Biokemijske analize ........................................................................................................ 14
V
3.2 STATISTIČNA OBDELAVA PODATKOV ............................................................ 16
4. REZULTATI ................................................................................................................... 17
4.1 OPTIČNE LASTNOSTI ............................................................................................ 17
4.1.1 Transmitanca ................................................................................................................... 17
4.1.2 Reflektanca ...................................................................................................................... 17
4.2. ANATOMSKA IN MORFOLOŠKA ZGRADBA LISTOV .................................... 18
4.3 BIOKEMIJSKE ANALIZE ....................................................................................... 19
4.3.1 Klorofili in karotenoidi .................................................................................................... 19
4.3.2 Antociani ......................................................................................................................... 20
4.3.3 UV-absorbirajoče snovi ................................................................................................... 21
4.4 SPECIFIČNA LISTNA POVRŠINA (SLA) IN VSEBNOST VODE ...................... 22
4.5. POVEZAVA LISTNE ANATOMIJE Z BIOKEMIJSKO SESTAVO IN SPEKTRI ......................................................................................................................................... 23
5. RAZPRAVA .................................................................................................................... 24
5.1 TRANSMITANCA in REFLEKTANCA .................................................................. 24
5.2 LISTNA ANATOMIJA IN MORFOLOGIJA .......................................................... 25
5.3 BIOKEMIJSKE LASTNOSTI .................................................................................. 25
6. SKLEP ............................................................................................................................. 26
7. VIRI IN LITERATURA .................................................................................................. 27
VI
KAZALO SLIK
Slika 1: Cvetoč grm rožmarinolistne vrbe (levo) Slika 2: Listi rožmarinolistne vrbe
(desno) ................................................................................................................................... 3
Slika 3: Prečni prerez lista z označenimi deli ........................................................................ 3
Slika 4: Spekter elektromagnetnega sevanja ........................................................................ 4
Slika 5: Zgradba kloroplasta .................................................................................................. 6
Slika 6: Molekula klorofila a ................................................................................................ 7
Slika 7: Absorpcijski spekter klorofila prikazuje dva absorpcijska vrhova, kjer je absorpcija
spojine najmočnejša (v rdečem pri 650 nm in modrovijoličnem pri 450 nm) ...................... 8
Slika 8: Primeri karotenoidov ................................................................................................ 9
Slika 9: Osnovna struktura antocianov in vezani radikali ..................................................... 9
Slika 10: Primeri antocianov .............................................................................................. 10
Slika 11: Barvni odtenki cvetov in plodov ......................................................................... 11
Slika 12: Ekstrakcija barvil ................................................................................................ 16
Slika 13: Prečni prerez lista. ................................................................................................ 18
VII
KAZALO GRAFOV Graf 1: Presevni spekter zgornje (črna) in spodnje (modra) povrhnjice. ______________ 17
Graf 2: Odbojni spekter zgornje (rdeča) in spodnje (modra) povrhnjice. _____________ 17
Graf 3:Vsebnost klorofilov a in b in karotenoidov na površino (mg/cm2). ____________ 19
Graf 4: Vsebnost klorofilov a in b in karotenoidov na suho maso (mg/g). ____________ 20
Graf 5: Relativna vsebnost antocianov na površino (cm2). ________________________ 20
Graf 6: Relativna vsebnost antocianov na suho maso (mg). _______________________ 21
Graf 7: Vsebnost UV-absorbirajočih snovi; UV-A in UV-B na površino (relativna
enota/cm2). _____________________________________________________________ 21
Graf 8: Vsebnost UV-absorbirajočih snovi; UV-A in UV-B na suho maso (relativna
enota/mg). ______________________________________________________________ 22
VIII
KAZALO TABEL
Tabela 1: Podane so povprečne vrednosti + SD, n = 10, pri biokemijski analizi lista na
suho maso. _____________________________________________________________ 18
Tabela 2: Podane so povprečne vrednosti + SD, n = 10, pri biokemijski analizi lista na
suho maso. Največji odklon pri vsebnosti pigmentov se kaže pri antocianih. __________ 19
Tabela 3: Prikazana specifična listna površina (cm2/g) in masa (g) po 24-urnem sušenju pri
105 °C . ________________________________________________________________ 22
Tabela 4: Parametri, ki statistično vplivajo na optične lastnosti (reflektanco spodnje
povrhnjice) in so razloženi z deležem variance. Klorofil ima največji delež vpliva (42 %)
na optične lastnosti, najmanjši delež pa gobasto tkivo (15 %). _____________________ 23
1
1. UVOD
Rast in razvoj listov sta pogojena s sončnim sevanjem. Listi so primarno fotosintezni
organi. V času razvoja listov svetloba zelo pripomore k izražanju anatomskih in
biokemijskih karakteristik, ki so pomembne za fiziološke funkcije listov. Možnost
prodiranja in prestrezanja svetlobe v nižje predele krošenj je odvisna predvsem od
razporeditve listov v zgornjih delih krošenj in debel/stebel rastlin. Listi so lahko orientirani
horizontalno ali vertikalno (Ustin, Jacquemoud, & Govaerts, 2001).
Pri prehajanju svetlobe skozi liste govorimo o UV sevanju, ki je škodljivo. Pomembno
vlogo v stratosferi, ki sega 15–40 km nad površino Zemlje, igra ozonska plast, ki zadrži
večji del UV sevanja. Nastane s preoblikovanjem molekule kisika (O2), nastalega pri
procesu fotosinteze, v molekulo ozona (O3). Plast tako v stratosferi zadrži najbolj
energetsko in škodljivo UV-C in tudi UV-B sevanje (Yoshimura, Zhu, Wu, & Ma, 2010).
1.1 CILJI
Cilja moje diplomske naloge sta raziskati optične in biokemijske lastnosti listov
rožmarinolistne vrbe (Salix rosmarinifolia L.) in ugotoviti, kakšen je vpliv biokemijskih
lastnosti (vsebnost klorofilov, karotenoidov, antocianov in UV-absorbirajočih snovi) na
odbojnost in presevnost lista.
1.2 HIPOTEZI
1. Predvidevamo, da vsebnost barvil v listih vpliva na optične lastnosti listov
rožmarinolistne vrbe.
2. Predvidevamo, da na optične lastnosti (odbojnost in presevnost) vpliva tudi zgradba
listov (razmerje med gobastim in stebričastim tkivom).
2
2. PREGLED OBJAV
2.1. ZNAČILNOSTI RODU SALIX (VRBE)
Vrbe uvrščamo med najstarejše cvetnice na Zemlji in naj bi se razširile pred več kot 130
milijoni let. Veljajo tudi za pionirske vrste, saj so po času poledenitev ponovno
kolonizirale površje, ki je zaradi poledenitve ostalo neporaslo. Vrba (Salix spp.) je rastlina,
ki spada v družino vrbovk (Salicaceae). Rastišča vrb so predvsem gozdni robovi,
močvirnati travniki in obrežja voda. Danes je znanih 100 vrst vrb, med njimi so najbolj
znane bela vrba (Salix alba), alpska vrba (Salix alpina) in vrba žalujka (Salix babylonica).
Med najbolj znanimi je tudi pionirska vrsta, imenovana iva (Salix caprea). Značilnosti vrb
so hitro kaljivo in lahko seme, kar je prednost za hiter raznos semen na večje razdalje, hitra
rast v zgodnji dobi in dobra prilagodljivost na ekstremne razmere in vrste tal (Kotar &
Brus, 1999). Iz latinskega imena vrbe (Salix) izvira poimenovanje salicilne kisline, ki
deluje protivnetno in nastane v prebavilih s pretvorbo salicina in njegovih derivatov, ki jih
vsebujejo vse vrste vrb. V času Egipčanov naj bi salicitatne pripravke pridobivali iz mirte,
Hipokrat pa je v 4. stoletju pred našim štetjem za zniževanje temperature ter za lajšanje
porodnih bolečin uporabljal lubje vrbe. Tudi danes je lubje uporabno za pripravo čajev za
lajšanje omenjenih težave in simptomov gripe (Farmedica).
2.1.1 Preučevana vrsta
Salix rosmarinifolia L. (rožmarinolistna vrba) je evrazijska vrsta vrbe, razširjena v
Srednji in Vzhodni Evropi, natančneje od kolinskega do montanskega pasu. V Sloveniji je
razširjena od nižine do montanskega pasu, kjer jo najdemo na vlažnih travnikih in
mokriščih. Pojavlja se tudi na vlažnih travnikih ob potokih Kozmanjka in Raščica ter okoli
vasi Logarji in na območju Cerkniškega jezera. Cveti od aprila do maja. Na mokrotnih
travnikih se pojavlja skupaj z modro stožko (Dolinar & Vreš, 2012).
3
Slika 1: Cvetoč grm rožmarinolistne vrbe (levo) (http://www.naturephoto-tone.com/index.php/2011/06/rozmarinolistna-vrba/?lang=LA, 10. 5. 2016), Slika 2: Listi rožmarinolistne vrbe (desno) (http://luirig.altervista.org/flora/taxa/index1.php?scientific-name=salix+rosmarinifolia, 10. 5. 2016)
2.2. LISTI
2.2.1. Zgradba lista
Listi so kot kompleksne strukture zelo različni, kar je posledica različnih okoljskih vplivov.
Med te vplive prištevamo tudi svetlobo. Usodo svetlobe v listih ugotavljamo z merjenjem
reflektance, absorbance in transmitance listov (Klančnik in sodelavci, 2014a).
Slika 3: Prečni prerez lista z označenimi deli (http://bionedd.yolasite.com/ncse-biology/photosynthesis, 3. 5. 2016)
Prva plast posameznega lista je zgornja povrhnjica, ki varuje sredico lista pred zunanjimi
vplivi. Naslednja plast je stebričasto tkivo, v katerem so podolgovate zeleno obarvane
4
celice, saj se tu nahaja klorofil, ki je pomemben za proces fotosinteze. Sledi še gobasto
tkivo, kjer je več medceličnih prostorov s plini. Ti se izmenjujejo preko spodnje
povrhnjice, skozi listne reže. V rastlinskih listih se nahajajo tudi nekateri biominerali (Ca,
Mg, Si), katerih funkcija je odvisna od njihove strukture, koncentracije, lokacije in
kemičnih lastnosti. Zmožnost biomineralov je, da lahko vplivajo na vodno in energijsko
bilanco, med drugim pa tudi povečujejo odpornost listov pred patogeni in herbivori
(Klančnik in sodelavci, 2014). Za zaščito pred UV sevanjem imajo listi poleg voskov in
dlakastih struktur lahko tudi debelo in voskasto kutikulo, ki poskrbi za regulacijo vode in
posledično zmanjša evaporacijo iz tkiva (Vignolini, Moyroud, Glover, & Steiner, 2013).
2.2.2 List in svetloba
Svetlobo delimo na več delov: UV svetloba, vidna svetloba (400–800 nm), za katero je
značilna visoka absorpcija fotosinteznih pigmentov, ki se nahajajo v zelenih listih rastlin in
infrardeča svetloba (800–1100 nm), kjer poteka absorpcija na suhih snoveh. Če pride do
sipanja svetlobe, je to pogojeno z vsebnostjo zraka v listih, ki določa nivo transmitance in
reflektance; tako dobimo srednje infrardeče območje (1100–2500 nm). Gre za območje
značilno močne absorpcije, primarno zaradi vode v svežih listih in sekundarno zaradi
uvelih listov (Jacquemoud & Ustin, 2001).
Slika 4: Spekter elektromagnetnega sevanja (https://www.google.si/search?q=svetlobna+lestvica&espv=2&biw=1366&bih=643&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi6isqb58DMAhUE_ywKHdikBeYQ_AUIBigB#imgdii=qX7RmgGExQq9aM%3A%3BqX7RmgGExQq9aM%3A%3BVArTxc9t3JmVOM%3A&imgrc=qX7RmgGExQq9aM%3A, 25. 4. 2016)
5
Absorpcija je odvisna od kota vpadnih žarkov. Pri popoldanskem in dopoldanskem soncu
absorpcija sončnih žarkov v pokončno usmerjenih listih naraste, med drugim pa se poveča
tudi delež difuzne svetlobe v horizontalno usmerjene liste. Na nivoju posameznega lista pa
je učinkovitost fotosinteze pri difuzni svetlobi v primerjavi z direktno svetlobo manjša
(Gorton, Brodersen, Wiliams, & Vogelmann, 2010).
Študije so pokazale, da sta orientacija in struktura lista povezani s tem, koliko svetlobe bo
prestrežene in kakšna bo vezava ogljika v procesu fotosinteze (Ustin, Jacquemoud, &
Govaerts, 2001). Orientacija listov pri rastlinah je lahko horizontalna ali vertikalna, pri
razvoju pa se glede na funkcijo listov spreminjajo tudi biokemijske in anatomske lastnosti
(Gorton, Brodersen, Wiliams, & Vogelmann, 2010).
2.2.3 Povezava zgradbe lista in fotosinteze
Primarna vloga listov je proces fotosinteze, pri katerem rastlina prestreza sočno svetlobo,
ki jo mora za svoje potrebe najprej pretvoriti v kemično energijo (Vignolini, Moyroud,
Glover, & Steiner, 2013).
Svetloba, ki se odbija od listov, določa njihovo barvo. Fotosinteza je odvisna od absorpcije
svetlobne energije v listih z barvili. Med najpomembnejšimi barvili je klorofil, vendar se v
listu nahajajo še druga barvila (antociani, karotenoidi, UV-absorbirajoče snovi) (Madigan,
Martinko, Bender, Buckley, & Stahl, 2015). Prisotnost nefotosinteznih barvil, med katera
prištevamo antociane in flavonoide, znotraj celic lahko povzroči redukcijo določene mere
svetlobe za fotosintezo (Olascoaga, in drugi, 2014). Rastlinsko tkivo je zgrajeno iz več
celic, ki imajo svoje morfološke in biokemijske značilnosti, oblika epidermalnih celic pa je
povezana s svetlobo, saj od površine lista razpršena svetloba določa izgled tkiva
(Vignolini, Moyroud, Glover, & Steiner, 2013). Sevanje, ki ga list sprejme, je odvisno od
zgradbe listne površine in snovi, ki se nahajajo na površini. Od prve plasti, ki prekriva
površino lista je odvisno, kako močna bo penetracija fotonov skozi tkivo (Klančnik,
Gradinjan (Klančnik, Gradinjan, & Gaberščik, 2014b). Dokazano je bilo, da med zgornjo
in spodnjo stranjo lista prihaja do razlik; stebričaste celice naj bi bile namreč pri
kolinearnem usmerjanju svetlobe do kloroplastov v listu učinkovitejše od gobastih (Ustin,
Jacquemoud, & Govaerts, 2001).
6
Lokacija fotosinteznih pigmentov znotraj celic je odvisna od zgradbe organizmov
(prokarionti, evkarionti). Pri evkariontih fotosinteza poteka znotraj posebno specializiranih
znotrajceličnih organelov, imenovanih kloroplasti. Ti so zgrajeni iz notranjega prostora ali
strome in fotosinteznih membranskih struktur – tilakoid, ki se združujejo v sklade,
imenovane grane. V notranjosti tilakoid so vezani pigmenti. (Madigan, Martinko, Bender,
Buckley, & Stahl, 2015)
Slika 5: Zgradba kloroplasta (https://www.thinglink.com/scene/584055018047406083, 10. 5. 2016)
2.2.4. Trihomi
Z uravnavanjem reflektance lahko rastlina prilagodi absorpcijo svetlobe. Pri tem sodelujejo
solne usedline in trihomi. Trihomi so nitaste epikutikularne strukture na listni površini.
Skupaj z voski sodelujejo pri povečanem deležu odbite svetlobe oz. reflektivne radiacije.
(Olascoaga, in drugi, 2014)
2.3. ASIMILACIJSKA BARVILA
2.3.1. Klorofil
Barvilo klorofil je ključno za proces fotosinteze in se nahaja v rastlini kot klorofil a, b in c.
Spada med tetrapirole, ki se nahajajo v citokromih. Molekula klorofila vsebuje magnezijev
atom, ki kot kovinski atom predstavlja center tetrapirolnega obroča molekule (Slika 6). Na
osnovni tetrapirolni obroč so običajno vezane še substituente, kot so hidrofobne alkoholne
7
molekule. Zaradi njih se molekula klorofila lahko veže z lipidi in hidrofobnimi proteini
fotosintetske membrane (Madigan, Martinko, Bender, Buckley, & Stahl, 2015).
Slika 6: Molekula klorofila a (Madigan, Martinko, Bender, Buckley, & Stahl, 2015)
Klorofil je barvilo zelene barve, ki velja za najbolj razširjeno barvilo na Zemlji. Je
ključnega pomena za proces fotosinteze, kjer je njegova naloga absorpcija sončne svetlobe.
Zaradi visoke absorpcije svetlobe je klorofil hkrati tudi nevaren in označen kot celični
fototoksin. Nevarnost klorofila je največja v času močnih svetlobnih razmer. Absorbirana
energija se tedaj prenese na molekulo kisika, ki nastane v procesu fotosinteze, ta pa se
pretvori v kisikove reaktivne oblike (angl. ROS). Slednje na celicah povzročijo veliko
škodo in vodijo v celično smrt (Hörtensteiner & Kräutler, 2011).
8
Slika 7: Absorpcijski spekter klorofila prikazuje dva absorpcijska vrhova, kjer je absorpcija spojine najmočnejša (v rdečem pri 650 nm in modrovijoličnem pri 450 nm) (Vrtačnik & Boh).
Večina rastlin vsebuje klorofila a in b. Klorofil a se kot zeleno barvilo nahaja v višjih
rastlinah, v večini alg in tudi v cianobakterijah. Njegova zelena barva je posledica boljše
absorpcije rdeče in modre svetlobe, pri tem pa odbija določeno valovno dolžino, ki jo
ljudje zaznamo kot zeleno barvo. Absorpcijski spekter klorofila a nam lahko pokaže, da je
absorpcija rdeče svetlobe (maksimalna valovna dolžina pri 680 nm) in modre svetlobe
(maksimum valovne dolžine 430 nm) največja. Rastline imajo več različnih klorofilov
zato, da lahko porabijo energijo iz več različnih valovnih dolžin. Vsa absorbirana svetloba
(rdeča in modra) se porablja kot energija, ki jo organizem potrebuje za preživetje
(Madigan, Martinko, Bender, Buckley, & Stahl, 2015).
2.3.2. Karotenoidi
Karotenoidi so v lipidih topni pigmenti rumene, oranžne in rdeče barve, ki se nahajajo v
kloroplastih in kromoplastih, natančneje v njihovih membranah. Pigmente vsebujejo tudi
določeni cvetovi rastlin in plodovi. Prištevamo jih med tetraterpene, derivate izoprena, ki
se sintetizirajo v rastlinah ter tudi v nekaterih nefotosinteznih bakterijah, kvasovkah in
plesnih. Karotenoide sestavlja osnovna veriga iz ogljikovih atomov, med katerimi so
prisotne enojne in dvojne vezi, na atome ogljika pa so ciklično in aciklično vezane
substituente (Stahl & Sies, 2005). Njihova funkcija je zaščita rastlin pred fotooksidativnim
stresom, značilnost pa absorpcija svetlobe v modrem delu spektra (Madigan, Martinko,
Bender, Buckley, & Stahl, 2015).
9
Slika 8: Primeri karotenoidov (http://www.chm.bris.ac.uk/motm/carotenoids/carotenoids.htm, 10. 5. 2016)
2.3.3. Antociani
Antociani so v vodi topna barvila, ki so škrlatno rdeče, rožnate, vijolične in modre barve in
se nahajajo v sadju in cvetovih rastlin. Uvrščamo jih med glikozide antocianidinov, ki
imajo prisotno alkoholno skupino, na katero je vezan sladkor.
Slika 9: Osnovna struktura antocianov in vezani radikali (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2871133/figure/f4-ijms-11-01679/, 25. 4. 2016)
10
Med najpogostejšimi v naravi so pelargonidin, cianidin, delfinidin, petunidin, peonidin in
malvidin (Gril, 2015). Nahajajo se tudi v rdeče obarvanih listih v jesenskem času. Na
obarvanje antocianov med drugim vpliva razporeditev in število hidroksilnih (-OH) skupin
v molekuli in razporeditev dvojnih in trojnih vezi v molekuli (Vrtačnik & Boh).
Slika 10: Primeri antocianov (file:///D:/pedago%C5%A1ka%20fakulteta/diploma/slikovno%20gradivo/Batic_P_B_AG-UNI-Botanika-Vakuola_in_vodni_rezim-11-12.pdf, 25. 4. 2016)
Zaradi široke palete barv so antociani med ljudmi vzbudili veliko zanimanje. Kot
neškodljiva barvila so zelo pomembni v farmacevtski, kozmetični in živilski industriji,
vendar je zaradi relativne nestabilnosti in majhnega odstotka pridobljenih barvil pri
ekstrakciji njihova uporaba zelo omejena (Castañeda-Ovando, Pacheco-Hernández, Páez-
Hernández, Rodríguez, & Galán-Vidal, 2009) .
Različne barve, ki jih določajo pigmenti, so vidne le živalim, ki imajo specifične
fotoreceptorje. Nekatere živali imajo tudi omejeno zaznavanje konca rdečega spektra. Med
take prištevamo čebele, saj ne vidijo rdeče barve. Imajo razvite receptorje za zaznavanje
zelene barve, rdečo pa absorbirajo. Zato modri cvetovi čebele privabljajo bolj, kot rdeči
(Glover & Martin, 2012).
11
Slika 11: Barvni odtenki cvetov in plodov (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096098221200022X, 25. 4. 2016)
2.3.4. UV-absorbirajoče snovi
Med UV-absorbirajoče snovi prištevamo flavonoide in ostale fenilpropanoidne derivate, ki
se akumulirajo v mezofilu listov kot antioksidanti za preprečevanje poškodb zaradi
oksidativnega stresa in visokega fotosintetično aktivnega sevanja (angl. PAR) (Barnes,
Flint, Ryel, Tobler, & Barkley, 2015). Regija UV sevanja je razdeljena na segmente; UV-
A: 320–400 nm, UV-B: 280–320 nm in UV-C: 100–280 nm. Energija oz. moč sevanja je
pogojena z valovno dolžino, zato imajo kratkovalovne dolžine večjo energijo, kot
dolgovalovne (Yoshimura, Zhu, Wu, & Ma, 2010).
2.4. Optične lastnosti listov rožmarinolistne vrbe
V sredini zadnjega stoletja je zanimanje za fotosintezo in optične lastnosti listov zelo
naraslo. Raziskave so bile usmerjene v optične lastnosti (hemisferična odbojnost in
prepustnost svetlobe) v povezavi z biokemijskimi (klorofil, voda, suha snov) in
anatomskimi značilnostmi. Kot primere sprememb optičnih lastnosti bi lahko navedli stres
zaradi okoljskih sprememb (npr. vpliv insektov, zmanjšana koncentracija dušika), vrsto
rastline ter razvojno ali mikroklimatsko razporeditev listov. Slednje privedejo do znižanja
vsebnosti klorofila v listih in posledično vplivajo tudi na optične lastnosti; zvišujeta se
odbojnost in presevnost.
12
2.4.1. Transmitanca ali presevnost
Presevnost nam pove, kolikšen delež svetlobe, ki pade na določeno površino objekta,
prehaja skozenj (Wolley, 1971). Transmitanco ali presevnost merimo v območju valovnih
dolžin 280–800 nm (Yoshimura, Zhu, Wu, & Ma, 2010).
2.4.2. Reflektanca ali odbojnost
Z njo določamo delež odbite svetlobe, ki pade na površino objekta (Wolley, 1971).
Merimo jo v enakem območju, kot transmitanco ( 280–800 nm). Jakost reflektance lahko
določimo tudi z opazovanjem s prostim očesom. Pri tem smo osredotočeni predvsem na
barvo listov. Svetlozelena barva pove, da ima list visoko reflektanco ali odbojnost,
temnozelena pa, da je reflektanca ali odbojnost majhna, vendar se jakost reflektance od
vrste do vrste razlikuje (Yoshimura, Zhu, Wu, & Ma, 2010).
2.4.3 Absorbanca ali absorpcija
Za razumevanje določenih procesov – med drugim tudi fotosinteze in njenih odzivov na
svetlobo – ima velik pomen absorpcija. Na podlagi absorpcije lahko namreč izračunamo
energetsko bilanco listov in primarno produkcijo rastlin (Gorton, Brodersen, Wiliams, &
Vogelmann, 2010). Pri absorpciji večjega dela UV sevanja v epidermis rastlin to sevanje
prehaja vse do mezofila. Do absorpcije prihaja zaradi pigmentov; klorofila a in b
(Yoshimura, Zhu, Wu, & Ma, 2010).
2.4.4. Povezava transmitance, reflektance in absorbance
Obstoječa povezava med transmitanco (ρ), reflektanco (τ) in absorbanco (α) je zapisana v
naslednji formuli (Yoshimura, Zhu, Wu, & Ma, 2010):
ρ(λ) + τ(λ) + α(λ) = 1
13
3. MATERIALI IN METODE
3.1 ANALIZE IN MERITVE NA LISTIH
3.1.1 Optične lastnosti
Merjenje spektra odbojnosti (reflektance) in presevnosti (transmitance) sem opravila na 10
vitalnih listih različnih rastlin. Pri meritvi sem uporabila spektrofotometer (Jaz Modular
Optical Sensing Suite; Ocean Optics, Inc., Dunedin, USA), ki sem ga z optičnim kablom
(QP600-1-SR-BX; Ocean Optics, Inc.) povezala na računalnik, s katerega sem v programu
SpectraSuite odčitavala meritve. Na spektrofotometer sem povezala še integracijsko sfero
(ISP-30-6-R; Ocean Optics, Inc.), pod katero sem pri merjenju položila vzorec. Pred
meritvami je bilo potrebno spektrofotometer še umeriti, kar sem naredila z belo referenčno
ploščico. Kalibracija inštrumenta je bila na 100 % odbojnosti, nato pa sem meritev opravila
še v temi. Meritve transmitance in reflektance sem opravila na istih delih listov in se pri
tem izognila listnim žilam.
3.1.2 Anatomske in morfološke meritve
3.1.2.1 Zgradba lista
Na območju, kjer sem predhodno merila optične lastnosti (reflektanco, transmitanco in
absorbanco), sem naredila preparate prečnih prerezov 10 svežih listov. Preparate sem
izdelala tako, da sem vzela svež list, ga vstavila v stiroporni blok in z britvico odrezala
tanke rezine tkiva, ki sem jih nato položila na objektno stekelce, nanj kanila kapljico
glicerola in vzorec prekrila s krovnim stekelcem. Posamezna listna tkiva sem opazovala
pod mikroskopom CX41 pri 100-kratni povečavi in sliko preko digitalne kamere XC30
prenesla na računalnik ter jo obdelala s programom CellSens (Olympus, Hamburg,
Germany). Na vsakem opazovanem preparatu sem na petih mestih izmerila naslednje
parametre: - debelino lista
- debelino kutikule
- debelino spodnje in zgornje povrhnjice
- debelino stebričastega in gobastega tkiva
14
3.1.2.2 Število in velikost trihomov Spodnjo in zgornjo povrhnjico lista sem premazala s tanko plastjo prozornega laka in
počakala, da se posuši. Nato sem z lističi lepilnega traka prelepila premazane liste.
Previdno sem odstranila lepilni trak in ga prilepila na objektno stekelce ter tako izdelan
preparat opazovala pod mikroskopom CX41 na 100-kratni povečavi, sliko preko digitalne
kamere XC30 prenesla na računalnik in jo obdelala s programom CellSens (Olympus,
Hamburg, Germany). Ker so bili pri preučevani vrsti trihomi vidni, sem na petih vidnih
poljih analizirala tudi njihovo dolžino (µm) in gostoto na cm2.
3.1.2.3. Specifična listna površina (SLA) in vsebnost vode Za določanje tega parametra sem potrebovala 10 sveže nabranih listov, iz katerih sem
izrezala krožce. Izmerila sem njihovo površino, jih stehtala in dala sušit. Po 24 urah
sušenja pri temperaturi 105 °C sem vzorce ponovno stehtala in jim s tem določila suho
maso ter izračunala specifično listno površino (SLA), ki je količnik med površino vzorca in
njegovo suho maso [cm2 mg-1].
3.1.3 Biokemijske analize
3.1.3.1 Klorofili in karotenoidi Vsebnost obeh tipov barvil sem določala po metodi Lichtenthaler in Buschman (2001a,
2001b). Vzorce listov 10 rastlin sem strla v terilnici, jih ekstrahirala v 5 mL acetona
(100 % (v/v)) in ekstrakte prelila v predhodno oštevilčene cetrifugirke za klorofil ter jih pri
4 °C štiri minute centrifugirala na 4000 rpm. Na koncu sem odčitala prostornine ekstraktov
in ekstinkcije izmerila z VIS spektrofotometrom pri valovnih dolžinah 470, 645 in 662 nm.
Vsebnost klorofilov (Kl a in Kl b) in karotenoidov (Kar) sem izrazila na površino vzorca in
na suho maso (Formula 1).
Formula 1
Kl a [mg g-1 ss] = ca* V/ss = (11.24 E662 - 2.04 E645) * V/ss
Kl b [mg g-1 ss] = cb * V/ss = (20.24 E645 - 4.19 E662) * V/ss
Kar [mg g-1 ss] = (1000 E470 63.14 cb) * V/ss/214
15
Opomba: Za izračun vsebnosti klorofilov in karotenoidov na površino vzorca, suho maso
(ss) v formuli zamenjamo s površino (P [mg cm-2]).
ca,b – koncentracija klorofila a oz. klorofila b
V – volumen ekstrakta [mL]
ss – suha masa vzorca [g]
E – ekstinkcija pri izbrani valovni dolžini
3.1.3.2 Antociani Za določanje vsebnosti antocianov uporabljamo metodo Drumm and Mohr (1978). V
terilnici sem strla vzorce 10 rastlin in jih ekstrahirala v 5 mL ekstrakcijskega medija
(metanol : HCl (37 %) = 99 : 1 (v/v)), ekstrakte prelila v centrifugirke in centrifugirala
(4000 rpm, 4 °C, 4 minute) ter nato odčitala prostornine ekstraktov. Vse vzorce sem za 24
ur postavila v temo na 3–5 °C. Po določenem času sem z VIS spektrofotometrom izmerila
ekstinkcije pri 510 nm in vsebnost antocianov (Ant) izrazila v relativnih enotah na
površino in na suho maso (Formula 2).
Formula 2
Ant (relativna enota) = E530 * V* ss; E530 * V * P-1
E530 – ekstinkcija pri valovni dolžini 530 nm
V – prostornina ekstrakta [mL]
ss – suha masa [g] oz. P – površina vzorca [cm-2]
3.1.3.3 UV-absorbirajoče snovi Določanje vsebnosti UV-B in UV-A absorbirajoče snovi je potekalo z metodo po
Caldwellu (1968). Sveže vzorce sem strla v terilnici in jim dodala 5 mL ekstrakcijskega
medija (metanol : destilirana voda : HCl (37 %) = 79 : 20 : 1 (v/v)). Po ekstrakciji sem
vzorce 20 minut inkubirala v temi. Vzorce sem nato centrifugirala (4000 rpm, 10 °C, 10
minut) in odčitala prostornine ekstraktov. S spektofotometerom (UV/VIS) sem določila
ekstinkcije na intervalu 280–400 nm ter pri tem uporabila »kvarčne« kivete, ki prepuščajo
UV.
16
Slika 12: Ekstrakcija barvil (vir: lastna fotografija)
Vsebnost UV absorbirajočih snovi sem izračunala kot integral ekstinkcijskih vrednosti v
intervalu 280–320nm (UV-B) in 320–400nm (UV-A) in jih izrazila v relativnih enotah na
suho maso in površino vzorca (Formula 3).
Formula 3
UV abs (relativna enota) = I * V-1 * ss -1; I * V-1 * P-1
I – integral ekstinkcijskih vrednosti v intervalu 280–320nm (UV-B abs) ter 320–400 nm
(UV-A abs)
V – prostornina ekstrakta [mL]
ss – suha masa [g] oz. P – površina vzorca [cm-2]
* Integral ekstinkcijskih vrednosti je seštevek vseh dobljenih vrednosti v določenem intervalu.
3.2 STATISTIČNA OBDELAVA PODATKOV
Pridobljene podatke analiz sem v programu Microsoft Excel 2007 uredila v tabele in
preračunala povprečne vrednosti za posamezne parametre. Pri oblikovanju grafov sem si
pomagala s programom Past, ki je namenjen znanstveni obdelavi podatkov.
Pri biokemijskih analizah sem uporabila Studentov dvosmerni t-test, ki je namenjen za
iskanju statistično značilnih razlik med vzorci. T-test sem opravila v Microsoft Excelu
2007 in razlike izrazila pri p < 0.05. Redundančno analizo sem izvedla v programu
CANOCO for Windows.
17
4. REZULTATI
4.1 OPTIČNE LASTNOSTI
4.1.1 Transmitanca
Graf 1: Presevni spekter zgornje (črna) in spodnje (modra) povrhnjice. Prikazane so povprečne vrednosti (n = 10). Razlike v presevnosti med povrhnjicama se kažejo pri valovnih dolžinah nad 700 nm.
4.1.2 Reflektanca
Graf 2: Odbojni spekter zgornje (rdeča) in spodnje (modra) povrhnjice. Prikazane so povprečne vrednosti (n = 10). Razlike v odbojnosti med povrhnjicama se kažejo pri valovnih dolžinah nad 700 nm.
18
4.2. ANATOMSKA IN MORFOLOŠKA ZGRADBA LISTOV
Slika 13: Prečni prerez lista: (1) debelina zgornje kutikule, (2) debelina zgornje povrhnjice, (3) debelina stebričastega tkiva, (4) debelina gobastega tkiva, (5) debelina spodnje povrhnjice, (6) debelina spodnje kutikule.
DEL LISTA Povprečje (µm) + standardna deviacija
Spodnja kutikula (µm) 4,79 + 0,85
Spodnja povrhnjica (µm) 15,95 + 3,73
Gobasto tkivo (µm) 53,78 + 14,38
Stebričasto tkivo (µm) 77,53 + 8,06
Zgornja povrhnjica (µm) 8,63 + 2,13
Zgornja kutikula (µm) 9,06 + 2,82
Debelina lista (µm) 171,68 + 18,92
Tabela 1: Podane so povprečne vrednosti + SD , n = 10, pri biokemijski analizi lista na suho maso
4.3 BIOKEMIJSKE ANALIZE
Biokemijske analize
Klorofil a (mg/g ss)
Klorofil b (mg/g ss)
Karotenoidi (mg/g ss)
Antociani (relativna enota/
UV-A (relativna enota/ ss (
UV-B (relativna enota/ ss (
Tabela 2: Podane so povprečne vrednosti Največji odklon pri vsebnosti pigmentov se kaže pri antocianih.
4.3.1 Klorofili in karotenoidi
Graf 3:Vsebnost klorofilov a modrih "škatlah" ponazarjajo polovico podatkov(n = 10).
19
4.3 BIOKEMIJSKE ANALIZE
Povprečje + standardna deviacija
2,91 + 0,68
1,31 + 0,001
0,99 + 0,23
Antociani (relativna enota/mg) 66,03 + 23,54
ss (mg)) 2,55 + 0,63
ss (mg)) 3,53 + 0,86
čne vrednosti + SD , n=10, pri biokemijski analizi lista na suho masovsebnosti pigmentov se kaže pri antocianih.
Klorofili in karotenoidi
in b in karotenoidov na površino (mg/cm2). Prikazani podatki v modrih "škatlah" ponazarjajo polovico podatkov, neizstopajoče podatke pa prikazujejo
standardna deviacija
0,68
0,001
0,23
23,54
0,63
0,86
SD , n=10, pri biokemijski analizi lista na suho maso.
. Prikazani podatki v e podatke pa prikazujejo črni ročaji
Graf 4: Vsebnost klorofilov amodrih "škatlah" ponazarjajo polovico podatkov, (n = 10).
4.3.2 Antociani
Graf 5: Relativna vsebnost antocianov na površino (cmponazarjajo polovico podatkov,
20
a in b in karotenoidov na suho maso (mg/g). Prikazani podatki v ponazarjajo polovico podatkov, neizstopajoče podatke pa prikazujejo
Relativna vsebnost antocianov na površino (cm2). Prikazani podatki v modri "škatli" ponazarjajo polovico podatkov, neizstopajoče podatke pa prikazujejo črni ročaji (n
Prikazani podatki v e podatke pa prikazujejo črni ročaji
Prikazani podatki v modri "škatli" čaji (n = 10).
21
Graf 6: Relativna vsebnost antocianov na suho maso (mg). Prikazani podatki v modri "škatli" ponazarjajo polovico podatkov, neizstopajoče podatke pa prikazujejo črni ročaji (n = 10).
4.3.3 UV-absorbirajoče snovi
Graf 7: Vsebnost UV-absorbirajočih snovi; UV-A in UV-B na površino (relativna enota/cm2). Prikazani podatki v modrih "škatlah" ponazarjajo polovico podatkov, neizstopajoče podatke pa prikazujejo črni ročaji (n = 10).
22
Graf 8: Vsebnost UV-absorbirajočih snovi; UV-A in UV-B na suho maso (relativna enota/mg). Prikazani podatki v modrih "škatlah" ponazarjajo polovico podatkov, neizstopajoče podatke pa prikazujejo črni ročaji (n = 10).
4.4 SPECIFIČNA LISTNA POVRŠINA (SLA) IN VSEBNOST VODE
površina (cm2) suha masa (g) specifična listna površna (cm2/g)
2,8 0,0268 104,5 1,6 0,0148 108,1 1,6 0,0143 111,9 2,8 0,0176 159,1 2,0 0,0218 91,7 1,7 0,0168 101,2 2,0 0,0195 102,6 1,4 0,0131 106,9 1,2 0,0117 67,00 1,8 0,0179 100,6
Tabela 3: Prikazana specifična listna površina (cm2/g) in masa (g) po 24-urnem sušenju pri 105 °C .
23
4.5. POVEZAVA LISTNE ANATOMIJE Z BIOKEMIJSKO SESTAVO IN SPEKTRI
Iz redundančne analize izvemo, kakšen je vpliv merjenih parametrov na variabilnost
spektrov. Vpliv parametrov pa se je pokazal pri reflektanci spodnje povrhnjice (Tabela
4). Iz redudančnega diagrama je razvidno, da je količina trihomov obratno sorazmerna z
reflektanco vidne svetlobe. To pomeni, da z večanjem števila trihomov odboj vidne
svetlobe upada. Poleg tega se pozitivni vpliv trihomov kaže pri odboju UV sevanja in
negativni vpliv na odboj NIR (infrardeče sevanje). Gobasto tkivo ima pozitivni učinek
na vidno svetlobo, saj količina tkiva poveča odboj vidne svetlobe. Klorofil pa je obratno
sorazmeren z UV sevanjem.
Parameter Delež razložene variance (%) P
klorofil 42 0,002
trihomi 25 0,006
gobasto tkivo 15 0,023
Tabela 4: Parametri, ki statistično vplivajo na optične lastnosti (reflektanco spodnje povrhnjice) in so razloženi z deležem variance. Klorofil ima največji delež vpliva (42 %) na optične lastnosti, najmanjši delež pa gobasto tkivo (15 %).
24
Diagram 1: Ordinacijski diagram redundančne analize za prikaz različnih statističnih parametrov
spodnje povrhnjice pri reflektanci (n = 10). Klorofil a vpliva na odboj svetlobe na spodnji
povrhnjici listov, količina trihomov je premo sorazmerna z UV svetlobo in obratno sorazmerna z
NIR (infrardečim sevanjem).
5. RAZPRAVA
5.1 TRANSMITANCA IN REFLEKTANCA
Pri meritvah transmitance sem ugotovila razlike med prehajanjem svetlobe skozi zgornjo
oziroma spodnjo stranjo listov od valovne dolžine 700 nm dalje (območje NIR) (Graf 1).
Pri transmitanci zgornje in spodnje povrhnjice tako prihaja do statističnih razlik (p > 0,05).
Pri reflektanci smo dobili večji delež odbite svetlobe s spodnje povrhnjice listov, kar je
verjetno posledica prisotnosti trihomov (Olascoaga, in drugi, 2014). Vzrok za to
razmeroma majhno transmitanco je verjetno vsebnost koncentracije klorofila (a in b) ter
vsebnost kartenoidov v listih rastline (Klančnik & Gaberščik, 2015). Spekter presevne in
odbite svetlobe, opravljen na zelenem listu vrste Celtis sinensis dokazuje, da je v območju
25
UV-A, UV-B in UV-C sevanja značilno, da ima zeleni list zelo nizko reflektanco (5 %) in
ničelno transmitanco, absorpcija pa naj bi bila kar 95 % (Yoshimura, Zhu, Wu, & Ma,
2010). V območju NIR (preko 700 nm) sta tako transmitanca kot reflektanca visoki,
absorbanca pa nizka. Naraščanje tako reflektance kot transmitance in zmanjšanje
absorpcije na intervalu valovne dolžine 675–725 nm je lahko posledica stresa pri rastlini
(Carter & Knapp, 2001). Učinkovitost absorpcije je pri vertikalno orientiranih listih (kot so
listi pri vrbi) nižja, kot pri horizontalno orientiranih (Ustin, Jacquemoud, & Govaerts,
2001).
5.2 LISTNA ANATOMIJA IN MORFOLOGIJA
Ugotovila sem, da je spodnja kutikula 4,79 (µm) + 0,85 tanjša od zgornje kutikule 9,06
(µm) + 2,82. Vrsta Salix rosmarinifolia velja za sončno rastlino, zato je tudi debelina
zgornje kutikule listov debelejša, saj je njen namen ohranjati vodne razmere v listih in
preprečiti njihovo izsušitev. Povprečna debelina spodnje in zgornje povrhnjice je bila
enaka, 9,06 (µm) + 2,82. Listi so imeli večji delež stebričastega tkiva 77,53 (µm) + 8,06 in
manjši delež gobastega tkiva 53,78 (µm) + 14,38. Večji delež gobastega tkiva se je nahajal
predvsem na spodnjem delu listov. Dokazano je bilo, da so stebričaste celice pri
usmerjanju svetlobe do kloroplastov v listu učinkovitejše od gobastih (Ustin, Jacquemoud,
& Govaerts, 2001). Trihomi so se pojavljali bolj na spodnji povrhnjici in so vplivali
predvsem na odboj svetlobe na spodnji strani listov. Vidno so vplivali tudi na
zmanjševanje odboja vidne svetlobe ter imeli povečan vpliv na odboj UV-absorbirajočih
snovi. Listne reže so se pojavljale na spodnji povrhnjici, vendar jih zaradi prevelikih
odstopanj pri raziskavi nisem upoštevala.
5.3 BIOKEMIJSKE LASTNOSTI
Pri biokemijski analizi pigmentov sem ugotovila, da je koncentracija klorofila a 2,91 (mg/g
ss) + 0,68 večja od koncentracije klorofila b 1,31 (mg/g ss) + 0,001. Večja vsebnost
klorofila a v primerjavi s klorofilom b je posledica pokončno postavljenih listov. Svetloba
26
zaradi lege listov prehaja skozi zgornjo in spodnjo povrhnjico, klorofil a v listih pa je
ključni pigment za proces fotosinteze. V listih se pojavlja več UV-A-absorbirajočih snovi
2,55 (relativna enota/ss (mg)) + 0,63 kot UV-B-absorbirajočih snovi 3,53 (relativna
enota/ss (mg)) + 0,86). Vloga UV-absorbirajočih snovi v epidermisu listov je, da služijo
kot filter oz. zaščita pred UV sevanjem (Barnes, Flint, Ryel, Tobler, & Barkley, 2015). V
listih je bila vsebnost karotenoidov 0,99 (mg/g ss) + 0,23 in antocianov 66,03 (mg/g ss) +
23,54. V listih ta barvila ravno tako delujejo kot zaščita pred zunanjimi dejavniki (sevanje,
transpiracija itd.). (Madigan, Martinko, Bender, Buckley, & Stahl, 2015)
6. SKLEP
Hipoteza 1: Predvidevamo, da vsebnost barvil v listih vpliva na optične lastnosti listov
rožmarinolistne vrbe.
Redundančna analiza je pokazala, da klorofil a vpliva na odboj svetlobe na spodnji
povrhnjici listov.
Hipoteza 2: Predvidevamo, da na optične lastnosti (odbojnost in presevnost) vpliva tudi
zgradba listov (razmerje med gobastim in stebričastim tkivom).
Pri analizi vpliva morfologije in anatomije na optične lastnosti se je izkazalo, da
morfologija vpliva le na odboj svetlobe pri spodnji povrhnjici, razlog za to pa je prisotnost
gobastega tkiva na spodnji strani lista. Ugotovila sem, da je večji delež gobastega tkiva v
primerjavi s stebričastim pomembnejši pri odbojnosti, saj omogoča večji odboj vidne
svetlobe. Vplivov morfologije pri odboju z zgornje povrhnjice in pri presevnosti, merjeni
na zgornji in spodnji površini ni bilo zaznati. Pomembno vlogo pri odboju ali reflektanci
svetlobe igrajo tudi trihomi. Zaradi večje gostote zmanjšujejo odboj vidne svetlobe (jo
razpršujejo), negativni vpliv pa imajo na NIR (infrardeče sevanje), saj bo z višanjem
števila trihomov list oddal manj toplote. Z UV sevanjem pa so trihomi premo sorazmerni
oziroma imajo nanj pozitivni vpliv, saj trihomi z večjo gostoto pršijo UV sevanje.
27
7. VIRI IN LITERATURA
Barnes, P. W., Flint, S. D., Ryel, R. J., Tobler, M. A., & Barkley, A. E. (2015). Plant Physiology and Biochemistry. Rediscovering leaf optical properties: New insights into
plant,93 , str. 94-100.
Carter, G. A., & Knapp, A. K. (2001). American Journal of Botany. Leaf optical properties
in higher plants: linking spectral characteristics to stress and chlorophyll concentration,
88, 4 , str. 677–684.
Castañeda-Ovando, A., Pacheco-Hernández, M. d., Páez-Hernández, M. E., Rodríguez, J. A., & Galán-Vidal, C. A. (2009). Food Chemistry. Chemical studies of anthocyanins: A
review, 113,4: , str. 859-871.
Dolinar, B., & Vreš, B. (2012). Hladnikia. Pregled flore Mišje doline in zgornjega porečja
Rašice,30 , str. 3-37.
Farmedica. (brez datuma). Prevzeto 15. 2 2016 iz Enciklopedija rastlin: http://www.farmedica.si/rastlina/44/Vrba
Glover, B. J., & Martin, C. (2012). Anthocyanins. Current Biology,22,5: , str. R147-R150.
Gorton, H., Brodersen, C., Wiliams, W., & Vogelmann, T. (2010). Photochemistry and Photobiology. Measurement of the Optical Properties of Leaves Under Diffuse Light, 86, 5 , str. 1076-1083.
Gril, A. (2015). Antociani. Pridobljeno iz Mladi raziskovalci za razvoj Šaleške doline: http://mladiraziskovalci.scv.si/raziskovalne_detajl.php?raziskovalna=antociani
Hörtensteiner, S., & Kräutler, B. (2011). Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. Chlorophyll breakdown in higher plants,1807,8 , str. 977-988.
Jacquemoud, S., & Ustin, S. L. (2001). Leaf optical properties: A state of the art. Proc. 8th
International Symposium Physical Measurements & Signatures in Remote Sensing, Aussois
(France), (str. 8-12). CSTARS, Department of Land, Air, and Water Resources, University of California, Davis CA.
Kančnik, K., Mikuš-Vogel, K., Kelemen, M., Vavpetič, P., Pelicon, P., Kump, P., in drugi. (2014). Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. Leaf optical properties
are affected by the location and type of deposited biominerals,140 , str. 276-285.
Klančnik, K., Gradinjan, D., & Gaberščik, A. (2014b). Aquatic Botany. Epiphyton alters
the quantity and quality of radiation captured by leaves in submerged macrophytes B,120 , str. 229-235.
28
Klančnik, K., Pančić, M., & Gaberščik, A. (2014a). Hydrobiologia. Leaf optical properties
in amphibious plant species are affected by multiple leaf traits,737 , str. 121-130.
Kotar, M., & Brus, R. (1999). Naše drevesne vrste. Ljubljana: Slovenska matica.
Lee, D. W. (2009). Plant tissue optics: micro- and nanostructures. Proc. SPIE 7401,
Biomimetics and Bioinspiration .
Madigan, M., Martinko, J., Bender, K., Buckley, D., & Stahl, D. (2015). Brock Biology of
Microorganisms. Boston [etc.] : Pearson, cop. 2015.
Olascoaga, B., Juurola, E., Pinho, P., Luke, P., Halonen, L., Nikinmaa, E., in drugi. (2014). Boreal Environment Research;2014 Supplement B. Seasonal variation in the reflectance of
photosynthetically,19, 132 , str. 132-141.
Stahl, W., & Sies, H. (2005). Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease. Bioactivity and protective effects of natural carotenoids, 170,2 , str. 101-107.
Ustin, S., Jacquemoud, S., & Govaerts, Y. (2001). Plant, Cell and Enviroment. Simulation
of photon transport in a three-dimensional leaf: implication for photosythesis, Volume 24,
10 , str. 1095-1103.
Vignolini, S., Moyroud, E., Glover, B., & Steiner, U. (2013). Journal of the royal society Interface. Analysing photonic structures in plants, 10, .
Vrtačnik, M. Z., & Boh, B. (brez datuma). Kemija 3, E-učbenik za kemijo v 3. letniku gimnazije.
Wolley, J. T. (1971). Plant Physiology. Reflekaance and Tarasmittance of Light of
Leaves,47,5 , str. 656-662.
Yoshimura, H., Zhu, H., Wu, Y., & Ma, R. (2010). Spectral properties of plant leaves pertaining to urban landscape design of broad-spectrum solar ultraviolet radiation reduction. International Journal of Biometeorology, 54, 2: , str. 179–191.