PEDAGOŠKA FAKULTETA BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO NARAVOSLOVNOTEHNIŠKA FAKULTETA
DIPLOMSKO DELO
Valentina BUDAK
PEDAGOŠKA FAKULTETA BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO NARAVOSLOVNOTEHNIŠKA FAKULTETA
Študijski program: Kemija in biologija
OPTIČNE LASTNOSTI LISTOV TREH VRST SLANUŠ
DIPLOMSKO DELO
LEAF OPTICAL PROPERTIES IN THREE HALOPHYTE SPECIES
GRADUATION THESIS
Mentorica: prof.dr. ALENKA GABERŠČIK
Kandidatka: Valentina Budak
Ljubljana, junij 2016
-II-
Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega študija kemije in biologije na Pedagoški fakulteti.
Opravljeno je bilo v laboratoriju Katedre za ekologijo in varstvo okolja Oddelka za biologijo Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani.
Komisija za dodiplomski študij Oddelka za biologijo je za mentorja diplomskega dela imenovala profesorico dr. Alenko Gaberščik.
Komisija za oceno in zagovor:
Predsednica: prof. dr. Mateja GERM, univ. dipl. biol.
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo
Mentorica: prof. dr. Alenka GABERŠČIK
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo
Recenzentka: doc. dr. Tadeja TROŠT SEDEJ
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo
Datum zagovora:
Delo je rezultat lastnega raziskovalnega dela.
Podpisana se strinjam z objavo svoje naloge v polnem tisku na spletni strani Digitalne knjižnice Biotehniške fakultete. Izjavljam, da je naloga, ki sem jo oddala v elektronski obliki, identična tiskani verziji.
Valentina Budak
-III-
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA
ŠD Dn
DK UDK 581.5:574(043.2)=163.6
KG Optične lastnosti/tolščakasta loboda (Atriplex portulacoides)/morski koprc (Crithmum maritimum)/ozkolistna mrežica(Limonium angustifolium)/lastnosti listov/sol
AV BUDAK, Valentina
SA GABERŠČIK, Alenka (mentorica) KZ SI-1000 Ljubljana, Kardeljeva ploščad 16
ZA Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo, program Kemija in biologija
LI 2016
IN OPTIČNE LASTNOSTI LISTOV TREH VRST SLANUŠ
TD Diplomsko delo (univerzitetni študij) OP VIII, 42 str., 12 pregl., 15 sl., 2 pril., 27 vir.
IJ sl
JI sl/en
AI Namen diplomskega dela je bil raziskati optične lastnosti tolščakaste lobode (Atriplex portulacoides), morskega koprca (Crithmum maritimum) in ozkolistne mrežice (Limonium angustifolium). Ugotavljali smo vpliv kristalčkov soli in drugih anatomskih struktur na odbojnost in presevnost lista (med 280 nm in 885 nm). Na listih smo izvedli biokemijske analize, pri čemer smo analizirali vsebost klorofilov, karotenoidov, antocianov in UV- absorbirajočih snovi. Ugotavljali smo količino vode v listih, prisotnost trihomov in količino soli na listni površini. Zgradbo lista smo analizirali v prečnem prerezu. Rezultati so pokazali, da so med rastlinskimi vrstami razlike v odbojnosti in presevnosti. Na optične lastnosti vpliva tako morfološka kot biokemijska zgradba lista. Kristalčki soli na površini kažejo večji vpliv na presevnost kakor na odbojnost.
-IV-
KEY WORDS DOCUMENTATION
DN Dn
DC UDC 581.5:574(043.2)=163.6
CX Optical properties/Atriplex portulacoides/Crithmum maritimum/Limonium angustifolium/ leaf properties/salt
AU BUDAK, Valentina
AA GABERŠČIK, Alenka (supervisor) PP SI-1000 Ljubljana, Kardeljeva ploščad 16
PB University of Ljubljana, Faculty of Education, Biotechnical Faculty, Department of Biology, Chemistry and biology
PY 2016
TI LEAF OPTICAL PROPERTIES IN THREE HALOPHYTE SPECIES DT Graduation Thesis (University studies)
NO VIII, 42 p., 12 tab., 15 fig., 2 ann., 27 ref.
LA sl
AL sl/en
AB The purpose of the thesis was to examine optical properties of Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum and Limonium angustifolium. We studied the influence of salt and other anatomical structures on reflectance and transmitance (between 280 nm and 885 nm). We carried out biochemical analyses about contents of chlorophyll, carotenoid, anthocyanin and UV-absorbing substances. We determined the amount of water in leafs, the presence of trihomes and the amount of salt on leaf surfaces. We also analysed the leaf structure. The results showed differences in reflectance and transmitance of our three species. Also morphological and biochemical properties had influence on optical properties. Salt cristals on leaf surface showed influence mostly on transmitance, but also on reflectance.
-V-
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ... - 1 -
2 HIPOTEZE ... - 2 -
3 PREGLED OBJAV ... - 3 -
3.1 Optične lastnosti ... - 3 -
3.2 Vpliv zgradbe listov na optične lastnosti ... - 4 -
3.3 Sol ... - 7 -
4 MATERIALI IN METODE ... - 9 -
4.1 Vzorčno mesto ... - 9 -
4.2 Raziskovane rastlinske vrste ... - 9 -
4.3 ANATOMSKE IN MORFOLOŠKE RAZISKAVE ... - 12 -
4.4 Biokemijske analize ... - 12 -
4.5 Merjenje optičnih lastnosti ... - 14 -
4.6 Merjenje količine soli na listni površini ... - 14 -
4.7 Statistična obdelava podatkov ... - 15 -
5 REZULTATI ... - 16 -
5.1 Morfološke lastnosti listov ... - 16 -
5.2 Biokemijske analize ... - 18 -
5.3 Reflektanca - odbojnost listov ... - 20 -
5.4 Transmitanca – presevnost listov ... - 23 -
5.5 Količina soli na listih ... - 25 -
5.6 Korelacija med lastnostmi listov, količino soli in spektri ... - 26 -
5.6.1 Korelacijska analiza ... - 26 -
5.6.2 Rezultati redundančne analize ... - 28 -
6 RAZPRAVA IN SKLEPI ... - 32 -
-VI-
6.1 RAZPRAVA ... - 32 -
6.2 SKLEPI ... 3- 36 - 7 POVZETEK ... - 37 -
8 VIRI ... - 38 -
9 VIRI SLIK ... - 41 -
ZAHVALA ... - 42 -
PRILOGE ... I
KAZALO SLIK
Slika 1: Zemljevid raziskovanega območja. Z zeleno črto je označeno območje vzorčenja. - 9 - Slika 2: Tolščakasta loboda (Atriplex portulacoides)... - 10 -Slika 3: Morski koprc (Crithmum maritimum) ... - 11 -
Slika 4: Ozkolistna mrežica (Limonium angustifolium) ... - 11 -
Slika 5: List tolščakaste lobode v prečnem prerezu.. ... - 17 -
Slika 6: List morskega koprca v prečnem prerezu. ... - 17 -
Slika 7: List ozkolistne mrežice v prečnem prerezu. ... - 17 -
Slika 8: Odbojni spektri vrste Atriplex portulacoides s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10. ... - 20 -
Slika 9: Odbojni spektri vrste Crithmum maritimum s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10. ... - 21 -
Slika 10: Odbojni spektri vrste Limonim angustifolium s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10. ... - 22 -
Slika 11: Presevni spektri vrste Atriplex portulacoides s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10. ... - 23 -
Slika 12: Presevni spektri vrste Crithmum maritimum s soljo in brez nje. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10. ... - 24 -
Slika 13: Presevni spektri za vrsto Limonium angustifolium s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10. ... - 25 -
-VII-
Slika 14: Ordinacijski diagram redundančne analize (RDA), ki pojasnjujejo variabilnost odbojnih spektrov. ... - 29 - Slika 15: Ordinacijski diagram redundančne analize (RDA), ki pojasnjujejo variabilnost presevnih spektrov. ... - 31 -
KAZALO PREGLEDNIC
Preglednica 1: Podatki o povprečnih debelinah zgornjih povrhnjic s trihomi, vodnega in asimilacijskega tkiva (v µm), ter spodnje povrhnjice. n=10 ... - 16 - Preglednica 2: Vsebnost vode v listu vrst Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum in Limonium angustifolium. n=1. ... - 18 - Preglednica 3: Povprečne vrednosti vsebnosti klorofila a, klorofila b in karotenoidov izraženo na površino, v listih vrst A. portulacoides, C. maritimum in L. angustifolium. Preračunano je na površino vzorca. n=10. ... - 18 - Preglednica 4: Povprečne vrednosti vsebnosti antocianov v listih vrst A. portulacoides, C.
maritimum in L. angustifolium. Preračunano je na površino vzorca. n=10. ... - 18 - Preglednica 5: Povprečne vrednosti UV-A in UV-B absorbirajočih snovi, izražene v relativnih enotah na površino (cm2) v listih vrst Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum in Limonium angustifolium. n=10. ... - 19 - Preglednica 6: Količina soli na listih vrst Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum in Limonium angustifolium. Podatki so povprečne vrednosti, n=10. ... - 25 - Preglednica 7: Vrednosti korelacij med količino soli in lastnosti lista z odbojnostjo listov izražene s Spearmanovim korelacijskim koeficientom (r); n=60; z ○ so označeni rezultati z p<0,05; z ● pa p<0,01). ... - 27 - Preglednica 8: Vrednosti korelacij med količino soli in lastnosti lista s presevnostjo listov izražene s Spearmanovim korelacijskim koeficientom (r); n=60; z ○ so označeni rezultati z p<0,05; z ● pa p<0,01). ... - 28 - Preglednica 9: Lastne vrednosti prvih štirih kanoničnih osi in komulativni odstotek pojasnjene variance odbojnosti. ... - 28 - Preglednica 10: Parametri, ki statistično značilno razložijo variabilnost odbojnih spektrov in delež pojasnjene variance ... - 28 -
-VIII-
Preglednica 11: Lastne vrednosti prvih štirih kanoničnih osi in komulativni odstotek pojasnjene variance presevnosti ... - 30 - Preglednica 12: Parametri, ki statistično značilno razložijo variabilnost presevnih spektrov in delež pojasnjene variance ... - 30 -
KAZALO PRILOG
Priloga A: Odbojni spektri vrst A. portulacoides, C maritimum in L. angustifolium ... I Priloga 2: Presevni spektri vrst A. portulacoides, C. maritimum in L. angustifolium ...V
-IX-
OKRAJŠAVE IN SIMBOLI
Ant antociani
As_tk asimilacijsko tkivo
E470,645,662 ekstinkcije pri danih valovnih dolžinah IR, NIR infrardeče sevanje
Kar karotenoidi
Kl a – klo_a klorofil a Kl b – klo_b klorofil b kol_sol količina soli n_list_r število listnih rež
pov_l površina lista
RDA redundančna analiza
sP_ spodnja povrhnjica
UV ultravijolično sevanje
UV abs UV absorbirajoče snovi
UV-A utravijolični del svetlobnega spektra z valovno dolžino 320 – 400 nm UV-B ultravijolični del svetlobnega spektra z valovno dolžino 280 – 320 nm UV-C ultravijolični del svetlobnega spektra z valovno dolžino 200 – 280 nm
vod_tk vodno tkivo
zP_trih zgornja povrhnjica s trihomi
- 1 -
1 UVOD
Pomemben del žive narave na Zemlji predstavljajo rastline. Ljudje s svojim načinom življenja posredno in neposredno ogrožamo življenje rastlin. Zaradi tega se ekologi, še posebej rastlinski ekologi, trudijo čim bolje spoznati rastline in njihove odzive na okolje.
Rastline so neprestano pod vplivom zunanjih dejavnikov, ki za njih predstavljajo stres, zaradi tega morajo biti na njih prilagojene. Stresni dejavniki so tako povišana ali znižana temperatura ozračja, močna svetloba in povečano UV-B sevanje, pomanjkanje ali prenasičenje vode, bakterijske in glivne infekcije, onesnaženost zraka, prisotnost herbicidov ter povečana koncentracija soli v substratu (Gitelson, in sod., 2001).
Rastline, ki so se v preteklosti pomaknile na obalna območja, kjer je vsaj 1,5% soli na suho snov tal, so se morale trajno prilagoditi na povečano koncentracijo soli in na občasno zalivanje morja ter različno dolge izpostavitve svetlobi (Bertness in sod., 2002). Tako danes vemo, da imajo slanuše ali halofiti razvite anatomske, morfološke, biokemijske in fiziološke prilagoditve, ki jim omogočajo monopol na teh tleh (Trošt Sedej, 2005).
Med različne vrste strpnosti povečane količine soli spada razvoj žleznih laskov na povrhnjici, ki ob nasičenju s soljo odpadejo ali razvoj solnih žlez, ravno tako na povrhnjici, z nalogo zbiranja in izločanja soli na površino lista. Nekatere slanuše razvijejo sukulentne liste ali stebla (Trošt Sedej, 2005).
Za predvidevanje odzivov na klimatske spremembe je potrebno opravljati ekofiziološke raziskave, saj so rastline slanih močvirij dovzetne za fizikalno kemijske spremembe (Tabot, &
Adams, 2013).
Eden od načinov za razumevanje delovanja rastlin je raziskovanje optičnih lastnosti listov, saj je svetloba eden od pomembnejših virov energije. Študije o optičnih lastnostih rastlin se izvajajo že od začetka 20. stoletja, saj je s poznavanjem teh lažje razumeti proces fotosinteze in drugih procesov (Lee, & Graham, 1986). V našem raziskovalnem delu smo se osredotočili na raziskovanje optičnih lastnosti treh različnih vrst halofitov. Izbrali smo tolščakasto lobodo (Atriplex portulacoides), morski koprc (Crithmum maritimum) in ozkolistno mrežico (Limonium angustifolium). Vrste se med seboj razlikujejo po prilagoditvah na življenje v slanem okolju in zanimalo nas je, ali te prilagoditve vplivajo na optične lastnosti listov.
- 2 -
Rastlinam smo izmerili vsebnost posameznih barvil in pogledali smo njihove zgradbe. Merili smo odbojnost in presevnost listov ter ju primerjali z rezultati morfoloških in anatomskih analiz.
Zanimalo nas je tudi, koliko soli je na površini listov, in predvidevali, da ta tudi vpliva na optično bilanco.
2 HIPOTEZE
Predvidevamo, da se optične lastnosti listov rastlin s soljo na površini razlikujejo od tistih, pri katerih smo sol odstranili.
Predvidevamo, da količina soli vpliva na presevnost in odbojnost listov.
Predvidevamo, da strukture na površini lista in morfološke značilnosti zgradbe lista vplivajo na presevnost in odbojnost sevanja.
- 3 -
3 PREGLED OBJAV
3.1 Optične lastnosti
Sevanje je značilnost vsakega telesa, ki je toplejše od 0 K. Pomembno vlogo za organizme na Zemlji igra Sončevo sevanje. Proti Zemlji se usmeri samo polovica nanoodstotka vsega sončevega elektromagnetnega sevanja, od tega polovica sevanja ne doseže površine.
Elekromagnetno sevanje, ki pride s Sonca, delimo na UV sevanje (1-380 nm), vidno svetlobo (380-750 nm) in IR sevanje (750-105 nm). Za življenje so pomembni vsi trije deli, če je vidna svetloba ekološkega pomena, sta UV in IR življenjskega pomena. UV sevanje ima škodljive učinke (v presežku), IR pa ogreva (Tarman, 1992). UV sevanje pod 280nm zadrži plast ozona v stratosferi, UV sevanje od 280 nm do 380 nm pa doseže biosfero. UV sončno sevanje načeloma delimo na UV-A (320-400 nm), UV-B (280-320 nm) in UV-C (100-280 nm). Krajša kot je valovna dolžina, večjo energijo vsebuje (Yoshimura in sod., 2009). Vidno svetlobo delimo na vijolično (380-425 nm), modro (425-490 nm), zeleno (490-575 nm), rumeno (575- 585 nm), oranžno (585-650 nm) in rdečo (650-750 nm) (Tome, 2006).
Rastline so evolucijsko prilagojene na Sončevo sevanje in na reguliranje stanja okolja. Ko sevanje doseže listno površino, se na njej ali absorbira (vpojnost), reflektira (odbojnost) ali transmitira (presevnost)(Yoshimura in sod., 2009). Poznavanje optičnih lastnosti listov pripomore k temeljitejšemu razumevanju fizioloških odgovorov na rastne razmere in rastlinsko adaptacijo na okolje (Carter & Knapp, 2001).
Za fotosintezo so pomembne valovne dolžine od 380 nm do 710 nm. Ko govorimo o optični bilanci rastlin (presevnost, odbojnost, vpojnost), se primarno osredotočimo na liste (Daughtry
& Walthall, 1998). Za višje rastline je značilno, da najmanj absorbirajo svetlobo valovnih dolžin od 490 nm do 575 nm, zaradi česar jih človek zazna kot zelene. Najbolje absorbirajo valovne dolžine okoli 450 nm ter 650 nm, kjer imajo vrhova absorbcije svetlobe (Tome, 2006).
Rastline imajo običajno v UV sektorju nizko reflektanco in praktično skoraj ničto transmitanco.
Večina UV sevanja pa se absorbira. V vidnem delu spektra rastline močno absorbirajo valovne dolžine modrega in rdečega dela spektra, manj pa zelenega. V IR regiji ima zelen list zelo močno reflektanco in transmitanco ter nizko absorbcijo (Yoshimura in sod., 2009).
- 4 -
Rastline so bitja, odvisna od svetlobe. Vpojnost svetlobe je izjemnega pomena za fotosintezo, proces pretvorbe svetlobe v kemijsko vezano energijo. Zgradba listov je kompleksna.
Organizirana je tako, da omogoča razporejanje svetlobe tkivom z različnimi fiziološkimi potrebami po svetlobi in hkrati omogoča uravnavanje količine plinov, vode in nutrientov znotraj listov (Lee, 2009).
3.2 Vpliv zgradbe listov na optične lastnosti
Na optične lastnosti listov občutno vpliva vsebnost barvil, kakor tudi razporeditev zračnih prostorov v listu. Omejenost zračnih prostorov povzroča razprševanje in spremembe smeri svetlobe. Te omogočijo večjo absorbcijo elektromagnetnega sevanja v šibkeje absorbiranih valovnih dolžinah. Zaradi različne zgradbe se razlikuje dejanska absorbcija sevanja v listu od absorbcije v raztopini z enakovredno količino klorofila (Lee, 2009).
Rastlina ima v listih več zaščitnih mehanizmov, s katerimi se ščiti pred škodljivimi UV učinki (Yoshimura in sod., 2009).
Morfologija listov
Rastlinske celice so različnih velikosti (Dermastia, 2007), okvirno okoli 50 μm (Lee, 2009).
Sama oblika celice, kot razporeditev organelov v njej, močno vplivata na optične lastnosti lista.
Zelo težko je določiti vzorec notranjih struktur tako, da bi lahko razvili metode raziskovanja optičnih lastnosti. Lahko pa se navezujemo na površine organov, ki s svojo zgradbo nakažejo na smer odboja svetlobe. Če bi bila površina popolnoma ravna, bi bile optične lastnosti popolnoma predvidljive. Ker listne površine niso popolnoma ravne, se svetloba močno razprši in zmanjša absorbcijo (Lee, 2009).
Različne vrste rastlin imajo različne listne strukture, kar povzroča razliko v količini reflektirane in transmitirane svetlobe med vrstami (Yoshimura in sod., 2009).
Epidermis ali povrhnjica je tkivo, ki ločuje rastlino od njenega okolja. Sestavljeno je iz prosojnih celic plankonveksne oblike. Te celice delujejo kakor nekakšne leče za zbiranje in usmerjanje vidne svetlobe. Hkrati mora epidermis poskrbeti za zaščito pred ultraviolično in infrardečo svetlobo. Na predelih, kjer so rastline zelo izpostavljene sevanju, se razvijejo posebne prilagoditve epidermisa, ki zaščitijo list pred škodljivimi valovnimi dolžinami.
Kutikula, voskasta struktura povrhnjice, ima med drugim nalogo odbijanja prekratkih in
- 5 -
predolgih valovnih dolžin. Zaščiti služijo tudi trihomi, izrastki epidermisa različnih oblik. Laski in luske povečajo razpršitev svetlobe, še preden bi se lahko svetloba absorbirala (Lee, 2009).
Ena od oblik večceličnih trihomov so solne žleze, značilne za rastline obalnih močvirij in slanih puščav. V solne žleze rastlina izloča ione soli zato, da prepreči preveliko kopičenje soli v organizmu. Sol se najprej zbere pod kutikulo in nato zapusti rastlino skozi majhne kanalčke (Dermastia, 2007).
Večina svetlobe se odbije od listne površine, kjer prisotnost raznih voščenih struktur sovpliva na količino odbitega sevanja. UV sevanje doseže epidermis in se v njem absorbira, ostali del UV sevanja pa doseže le še kloroplaste v mezofilu, tik pod epidermisom (Yoshimura in sod., 2009).
Večina zelenih listov ima pod epidermisom sloj stebričastega (palisadnega) parenhima.
Stebričasti parenhim ima celice oblikovane tako, da omogoča optimalno potekanje fotosinteze.
Kloroplasti so postavljeni tik pod plazmalemo. Dolge in podolgovate celice so urejene v eno ali več vrst. Slednje so značilne za rastline, izpostavljene močnemu sončnemu sevanju (Dermastia, 2007).
Pod stebričastim parenhimom je sloj gobastega parenhima. V njem poteka tretjina fotosinteze.
V vodoravno usmerjenih listih je gobasto tkivo ločnica med stebričastim parenhimom in spodnjo povrhnjico. V navpično usmerjenih listih pa je gobasti parenhim sloj med dvema stebričastima parenhimoma (Dermastia, 2007).
V vidnem delu spektra imajo tanjši listi višjo reflektanco od debelejših (Yoshimura in sod., 2009).
Biokemijske lastnosti listov
Fotosintezno najbolj aktivni del je mezofil, saj vsebuje kloroplaste. Vsa fotosintezna barvila se nahajajo v kloroplastih. Ti imajo značilno strukturo zgrajeno iz notranjih membran, imenovanih tilakoide. Tipični pigment vseh organizmov, ki imajo sposobnost fotosinteze, je klorofil.
Klorofil je specializiran pigment s sposobnostjo absorbcije rdeče in modre svetlobe, ki se nahaja znotraj tilakoidnih membran. Organizmi imajo več različnih pigmentov, vsakega s svojo funkcijo (Taiz & Zeiger, 2010).
- 6 -
Znanih je več vrst klorofilov. Najbolj razširjen je klorofil a, takoj za njim pa klorofil b (Taiz,
& Zeiger, 2010).
Druga vrsta pigmentov, ki je značilna za fotosintezne organizme, so karotenoidi. Ti so bistvene komponente tilakoidnih membran. Karotenoidi so linearne molekule, z veliko konjugiranimi dvojnimi vezmi. Za njih je značilen absorbcijski vrh med 400 in 500 nm, kar daje karotenoidom njihovo značilno oranžno barvo. Svetloba, absorbirana v karotenoidih, se prenese na klorofile, kjer se porabi za fotosintezo (Taiz, & Zeiger, 2010).
Ostali pigmenti služijo za absorbcijo svetlobe, ki je klorofili ne absorbirajo. Ta svetloba se ravno tako kot pri karotenoidih naknadno prenese na reakcijski center fotosintetskega aparata (Taiz, &Zeiger, 2010).
Antociani so vodotopni (Gitelson in sod., 2001) vakuolni pigmenti, ki dajejo rastlinam rdečo, vijolično in modro barvo (Hughes in sod., 2008). Uvrščajo se med flavonoide (Likar, & Vogel M., 2011) in v rastlinah imajo posebno nalogo privabljanja živali. Barva je odvisna od same kemijske zgradbe in od pH vrednosti vakuole. V listih rastlin je zelo pogosta posledica okoljskega stresa (močna svetloba, UV-B sevanje, nizka temperatura idr.) akumulacija antocianov (Gitelson in sod. 2001). Pri optičnih analizah bele gorjušice (Sinapis alba) so rezultati pokazali, da imajo antociani pri kratkotrajnem obsevanju sadik le en vrh, in sicer v rdečem delu spektra, po večurnem obsevanju pa dva, v rdečem in modrem delu (Taiz, & Zeiger, 2003).
Reflektanca in transmitanca listov sta pogojeni s fotosinteznimi pigmenti v kloroplastih.
Fotosintezni pigmenti višjih rastlin ne absorbirajo sevanja v bližini IR regije. Zaradi tega so optične lastnosti listov pogojene z odsotnostjo absorbcijskega faktorja. Reflektanca na tem delu pa variira glede na zgradbo lista, kar pa je nepredvidljivo (Yoshimura in sod., 2009).
Klorofil a in b v membranah absorbirata vidno svetlobo modre in rdeče barve v razmerju (a/b) približno od 3 do 1. Karotenoidi v kloroplastih večinoma vključujejo ß-karoten, lutein, violaksantin in neoksantin. Ti absorbirajo modro svetlobo. Torej, od celotnega spektra svetlobe absorbcijo v rdečem spektru povzročata klorofil a in b, absorbcijo v modrem spektru pa klorofila a in b ter karotenoidi (Yoshimura in sod., 2009).
- 7 -
Flavonoidi so UV absorbirajoče snovi in povzročajo nizko reflektanco in zelo nizko transmitanco v UV regiji. Notranje dele listov ščitijo pred uničujočim UV sevanjem, akumulirani so v kutikuli ali v zgornjih plasteh epidermalnih celic (Yoshimura in sod., 2009).
3.3 Sol
Soli so za organizme pomembne, saj nekatere pripomorejo k rasti in razvoju, vendar v normalnih količinah. Če je koncentracija soli prevelika, ima rastlina težave pri prevzemu vode.
Slanost okolice postane problem takrat, ko je izhlapevanje vode močno in soli ostanejo v substratu in rastlini. To se na primer dogaja v bibavičnem pasu, kjer substrat omočijo le plima in valovi (Tome, 2006).
V morski vodi je raztopljenih več različnih soli, najbolj pogosti sta natrijev klorid (NaCl) in magnezijev sulfat (MgSO4). Največ je kloridnih (19‰) in natrijevih ionov (10,7‰) (Tome, 2006). Morje ima povprečno raztopljenih 35g na 1 L vode (saliniteta 35‰). Saliniteta morja lahko variira glede na kraj in čas. Brakične vode imajo saliniteto do 16% (hiposaline vode), v plitvih zalivih in morskih mlakah pa se saliniteta zaradi velikega izhlapevanja močno dvigne nad povprečno vrednost (hipersaline vode ali slanice) (Tarman, 1992).
Halofiti ali slanuše so rastline, ki so prilagojene na življenje na bolj slanih tleh (Tome, 2006).
Slanuše morajo določeno količino soli tolerirati, če želijo preživeti. Vaskularne slanuše tolerirajo koncentracijo soli od 2-6% in tudi več. NaCl lahko akumulirajo do dosega 10%
koncentracije soli, za razliko od halofobnih rastlin, ki ne preživijo niti 1% koncentracijo solne raztopine. (Larcher, 2001) Ta sposobnost daje slanušam kompeticijsko prednost pred ostalimi rastlinami (Tarman, 1992).
Regulacija soli
Rastline, ki rastejo na slanih tleh, se morajo zaščititi pred preveliko količino soli v organizmu bodisi s preprečevanjem kopičenja soli v protoplazmi ali s toleriranjem sprememb zaradi povišanja koncentracije. Rastline lahko regulirajo vsebnost soli na več načinov: sol lahko izločijo, odstranijo ali razredčijo (Larcher, 2001).
Rastline, ki sol izločajo, imajo za to razvite izločevalne mehanizme kot so filtracija in transtportne bariere v koreninah in poganjkih (Larcher, 2003). Specializirane celice imajo nalogo izločanja soli in privzema vode (Tarman, 1992).
- 8 -
Odstranitev soli rastline lahko dosežejo tako, da sproščajo hlapljive metil halide (metil kloride, metil bromide in metil jodide), izločajo soli skozi solne žleze in laske, izločajo sol na površino poganjkov ali z odstranitvijo dela rastline, ki je nasičen s soljo. Solne žleze in laski aktivno odstranjujejo odvečno sol in tako vzdržujejo koncentracijo znotraj rastline. Nekatere vrste rodu Atriplex akumulirajo kloride v laskih, ki nato odmrejo in jih rastlina nadomesti z novimi.
Nekatere vrste rodu Limonium pa imajo v epidermisu večcelične solne žleze, ki sol shranjujejo in nato izločijo. Spet druge rastline sol zbirajo v starih listih, v novih listih pa potekajo vsi normalni življenjski procesi (Larcher, 2003).
Sama količina soli v protoplazmi za rastlino ni tako stresna, kakor je koncentracija ionov.
Rastline so se prilagodile na zmanjšanje koncentracije tudi s sukulentostjo in prerazporeditvijo ionov po rastlini. Sukulentom se ob zajemu ionov poveča volumen celic, kar omogoča vzrževanje razmerja med vodo in soljo (Larcher, 2003).
Akumulacija soli
Rastline, ki uspevajo na slanih tleh, so slanuše ali halofiti (Trošt Sedej, 2005). Slanuše sol akumulirajo v celičnem soku, saj tako lahko kompenzirajo za ozmotski potencial. Osmotski tlak ali turgor je tlak, ki nastane zaradi različnih koncentracij ionov soli na zunanji in notranji strani celične membrane (Tome, 2006). Tako na primer morske alge vzdržujejo svoj turgor z aktivno absorbcijo soli iz morske vode. Halofiti pa akumulirajo sol v celični sok tako, da se zniža ozmotski potencial. Vsaka družina in red ima ta značilno razmerje med koncentracijami Na+/K+ in Cl-/SO42- ionov. Celice lahko preživijo samo, če je razmerje pravilno, v nasprotnem primeru propadejo (Tome, 2006). Na splošno je znano, da dvokaličnice akumulirajo več natrijevih kakor kalijevih ionov, pri enokaličnicah pa ravno obratno. Večina rastlin akumulira več kloridnih kot sulfatnih ionov. Kljub temu akumulirane soli ne škodijo metabolnim procesom (Larcher, 2003).
- 9 -
4 MATERIALI IN METODE
4.1 Vzorčno mesto
Rastline so bile nabrane na obrežju kanala Sv. Jerneja v Seči. Kanal Sv. Jerneja je severna meja Krajiskega parka Sečoveljske soline (KPSS). KPSS leži na jugovzhodnem delu Slovenije, v južnem delu občine Piran. Natančneje je bilo naše vzorčno mesto na desnem bregu kanala, v odseku med staro čolnarno in restavracijo Ribič, v razdalji 1,6 km. Ob kanalu je okoli 0,12 ha rastišč metličja, ki se razraščajo skupaj z drugi rastlinskimi vrstami (Maček, 2013).
Slika 1: Zemljevid raziskovanega območja. Z zeleno črto je označeno območje vzorčenja.
4.2
Raziskovane rastlinske vrste
Vse raziskovane rastlinske vrste spadajo med halofite oz. slanuše. Nabrane so bile v obdobju med 28.7. in 11.8.2013. Analize smo opravljali na svežih listih. Laboratorijsko delo se je izvajalo v laboratoriju Oddelka za biologijo Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani.
- 10 - Tolščakasta loboda
Tolščakasta loboda (Atriplex portulacoides L.) je trajnica iz družine metlikovk (Chenopodiaceae). Raste ob morju, na bolj suhih ali rahlo vlažnih predelih. (Martinčič in sod., 2007) Liste ima omesenele, sivkasto srebrne barve (Mozetič, 2014). V višino zraste do 50 cm in je vednozelena rastlina. Cveti v obdobju od julija do septembra, vendar so cvetovi neznatni (Mozetič, 2014) (Plants for a future, 28.2.2016).
Slika 2: Tolščakasta loboda (Atriplex portulacoides)
Morski koprc
Morski koprc (Crithmum maritimum L.) je trajnica (Martinčič in sod., 2007) in raste vzdolž Jadranske obale na kamnitih, zaslajenih rastiščih (Wraber, 1989). Uvrščamo ga v družino kobulnic (Apiaceae). Morski koprc lahko zraste do 50 cm v višino. Ima sivo steblo in temnozelene, mesnate liste. (Martinčič in sod., 2007). Cvetove ima razporejene v kobulih, venčne liste pa rumenkasto bele barve (Wraber, 1989).
- 11 -
Slika 3: Morski koprc (Crithmum maritimum)
Ozkolistna mrežica
Ozkolistna mrežica (Limonium angustifolium (Tausch) Degen) je trajnica (Martinčič in sod., 2007), ki rastne na vlažnih, ilovnatih in slanih tleh (Wraber, 1989). Uvrščamo jo v družino pečnikovk (Plumbaginaceae), ki je razširjena po vsem svetu (Heywood in sod., 1995), v Sloveniji pa jih najdemo le ob Jandranskem morju (Wraber, 1989). Mrežica ima pritlične, vednozelene, usnjate liste. Socvetje ima latasto z venci violične barve (Martinčič in sod., 2007).
Slika 4: Ozkolistna mrežica (Limonium angustifolium)
- 12 -
4.3 ANATOMSKE IN MORFOLOŠKE RAZISKAVE
Zgradba lista
Meritve za določanje zgradbe listov smo delali na sveže nabranih rastlinah. Meritve smo izvedli na 10 primerkih vsake vrste. Na delu lista, kjer smo merili optične lastnosti, smo naredili tudi prečne prereze. Preparate smo nato pregledali pod svetlobnim mikroskopom pri 100 kratni povečavi in sicer na petih mestih na prerezu enega lista. Na vsakem prerezu smo izmerili debelino lista, debelino zgornje povrhnjice s kutikulo, debelino spodnje povrhnjice, debelino vodnega tkiva in debelino asimilacijskega tkiva.
Vsebnost vode
Sveže nabrane liste vsake vrste smo stehtali in dali sušiti 24 ur na 105°C. Naslednji dan smo posušene liste stehtali. Iz razlike dobljenih mas smo lahko izračunali vsebnost vode.
4.4 Biokemijske analize
Klorofili in karotenoidi
Za določanje vsebnosti klorofilov a in b ter karotenoidov smo uporabljali metodo Lichtenthaler in Buschmann (2001a, 2001b). Iz vsakega lista smo izrezali krožec z znano površino. Vzorec smo strli v terilnici, ekstrahirali v 10 mL acetona in nato zmes prenesli v centrifugirke. Vzorec smo centrifugirali 4 min, pri 4°C in 4000 rpm. Po centifugiranju smo odčitali prostornine ekstraktov. Ekstinkcije smo zmerili pri valovnih dolžinah 470, 645 in 662 nm z VIS spektrofotometrom. Vsebnost klorofilov in karotenoidov smo nato izračunali s spodnjimi formulami. V kolikor smo želeli vsebnost barvil izraziti na površino vzorca, smo v formulah zamenjali ss s P.
Klorofil a: Kl a [mg g-1 ss] = ca * V / ss = (11,24 E662 – 2,04 E645) * V / ss ...(1) Klorofil b: Kl b [mg g-1 ss] = cb * V / ss = (20,13 E645 – 4,19 E662) * V / ss ...(2) Karotenoidi: Kar [mg g-1 ss] = (1000 E470 – 1,9 ca – 63,14 cb) * V / ss / 214 ...(4)
Ca,b – koncentracija klorofila a oz. b V – prostornina ekstrakta [mL]
- 13 - ss - suha masa vzorca [g]
E470,645,662 – ekstinkcija pri valovni dolžini 470, 645, oz. 662 nm Antociani
Za določanje vsebnosti antocianov smo uporabljali metodo Khare in Guruprasad (1993). Iz vsakega lista smo izrezali krogec z znano površino. Vzorec smo strli v terilnici, ekstrahirali v 10 mL ekstrakcijskega medija (metanol : 37% klorovodikova kislina = 99 : 1). Centrifugirali smo 4 min pri 4°C in 4000 rpm, nato smo odčitali prostornine ekstraktov. Vzorce smo 24 ur hranili v hladilniku v temi. Ekstinkcije smo merili z VIS spektrofotometrom pri 530 nm.
Antociani: Ant (relativna enota) = E530 * V * ss-1; E530 * V * P-1 ...(5) V – prostornina ekstrakta [mL]
ss - suha masa vzorca [g]
P – površina vzorca [cm-2]
E530 – ekstinkcija pri valovni dolžini 530 nm
UV absorbirajoče snovi
Za določanje vsebnosti UV-A in UV-B absorbirajočih snovi smo uporabljali metodo po Caldwellu (1968). Iz vsakega lista smo izrezali krogec z znano površino. Sveže vzorce smo strli v terilnici in ekstrahirali v 10 mL ekstrakcijskega medija (metanol: destilirana voda : 37%
klorovodikova kislina = 79 : 20 : 1). Vzorec smo inkubirali 20 minut in centrifugirali 10 min pri 10°C in 4000 rpm. Odčitali smo prostornine ekstraktov in izmerili ekstinkcije s UV/VIS spektrofotometrom, od 280 do 400 nm. Vsebnost UV-B absorbirajočih snovi smo izračunali kot integral ekstinkcijskih vrednosti od 280 do 319 nm, UV-A pa kot integral ekstinkcijskih vrednosti med 320 in 400 nm.
UV-B abs (relativna enota) = I280-319 * V-1 * ss-1; I280-319 * V * P-1 ...(6) UV-A abs (relativna enota) = I320-400* V-1 * ss-1; I320-400 * V * P-1 ...(7) I – integral ekstinkcijskih vrednosti
- 14 - V – prostornina ekstrakta [mL]
ss - suha masa vzorca [g]
P – površina vzorca [cm-2]
4.5
Merjenje optičnih lastnosti
Za merjenje odbojnosti in presevnosti smo uporabili na računalnik priključen prenosni spektrofotometer Jaz Modular Optical Sensing Suite (Ocean Optics, Inc., Dunedin, FL, USA).
Povezali smo ga z integracijsko sfero ISP-30-6-R (Ocean Optics, Inc., FL, USA) preko optičnega kabla QP600-1-SR-BX (Ocean Optics, Inc., Dunedin, FL, USA). Pri merjenju presevnosti smo uporabili tudi kabel QR400-7-SR-BX. Uporabljali smo vir svetlobe UV-VIS- NIR, DH-2000 (Ocean Optics, Inc., FL, USA). Pred vsako meritvijo smo instrument kalibrirali z belo referenčno ploščico (Spectrolon, Labsphere, North Sutton, New Hampshire, USA).
Podatke iz spektrofotometra smo obdelali s računalniškim programom SpectraSuite (Ocean Optics, Inc., FL, USA).
Pri merjenju odbojnosti smo sfero postavili na zgornjo stran lista in meritev nastavili v območje med 280 in 890 nm. Pri merjenju presevnosti smo list osvetljevali s spodnje strani in na zgornji merili prepustnost. Merili smo na osrednjem delu lista, kjer ni bilo žil.
Meritve smo opravljali na svežih listih. Po prvih meritvah smo list sprali z 50 mL destilirane vode, da smo odstranili sol na površini in nato meritve ponovili. Za vsako vrsto smo naredili meritve na treh paralelkah desetih listov.
4.6
Merjenje količine soli na listni površini
Količino soli na posameznem listu smo izmerili z merjenjem prevodnosti vodne raztopine, ki smo jo dobili pri spiranju. Meritve smo opravljali na 10 vzorcih vsake vrste. Vsak list smo sprali s 50 mL destilirane vode in dobljeni raztopini izmerili prevodnost električnega toka. Za primerjavo smo izmerili tudi prevodnost raztopin znanih koncentracij. Iz podatkov o prevodnosti posameznega lista smo preračunali količino soli na listu in nato na cm2 lista.
- 15 -
4.7 Statistična obdelava podatkov
Vse dobljene podatke smo vnesli v računalniški program Microsoft Office Excel 2013. S pomočjo programa smo preračunali povprečja in ostale potrebne podatke. Podatke smo predstavili v grafih.
Povezavo med značilnostmi listov in količino soli ter optičnimi lastnostmi smo ugotavljali z redundančno analizo (RDA). Analizo smo opravili z računalniškim programom CANOCO for Windows 4.5 (Ter Braak, 1986). Analizirali smo samo statistično značilne spremenljivke (p ≤ 0,01).
- 16 -
5 REZULTATI
V nadaljevanju so predstavljeni rezultati morfoloških, anatomskih in biokemijskih lastnosti listov ter korelacije med njimi.
5.1
Morfološke lastnosti listov
V preglednici 1 so podatki o zgradbi listov vseh treh vrst rastlin. Opaziti je, da ima tolščakasta loboda (Atriplex portulacoides) izrazito bolj debel predel zgornje povrhnjice s trihomi, kar lahko potrdimo tudi s fotografijo prečnega prereza (Slika 5, levo), saj imajo trihomi veliko prostornino. Več ima vodnega tkiva kakor asimilacijskega. Morski koprc (Crithmum maritimum) in ozkolistna mrežica (Limonium angustifolium) imata več asimilacijskega tkiva kakor vodnega.
Rastlinska vrsta Atriplex
portulacoides
Crithmum maritimum
Limonium angustifolium Debelina zgornje povrhnjice s
trihomi [µm]
49,02 ± 9,05 29,84 ± 3,78 21,72 ± 4,28
Debelina vodnega tkiva [µm] 288,74 ± 136,09 336,00 ± 100,13 150,8 ± 75,13 Debelina asimilacijskega tkiva
[µm]
125,72 ± 50,78 506,86 ± 100,54 129,2 ± 74,48
Debelina spodnje povrhnjice[µm] 45,95 ± 10,11 29,32 ± 6,00 24,04 ± 3,43
Preglednica 1: Podatki o povprečnih debelinah zgornjih povrhnjic s trihomi, vodnega in asimilacijskega tkiva (v µm), ter spodnje povrhnjice. n=10
Prečni prerezi
Na fotografijah prečnih prerezov lahko pri tolščakasti lobodi opazimo žlezave trihome tako na zgornji (desno na sliki) kakor tudi na spodnji povrhnjici (levo na sliki). Opazen je tudi prehod med asimilacijskim in vodnim tkivom. Pri morskem koprcu (Slika 6) sta vidni tako zgornja kakor spodnja povrhnjica, asimilacijsko in vodno tkivo ter žile. Pri fotografiji ozkolistne mrežice (Slika 7) je opaziti več asimilacijskega tkiva od vodnega, povrhnjici ter žile.
- 17 - --
Slika 5: List tolščakaste lobode v prečnem prerezu..
Slika 6: List morskega koprca v prečnem prerezu.
Slika 7: List ozkolistne mrežice v prečnem prerezu.
- 18 - Vsebnost vode
Iz podatkov o vsebnosti vode opazimo, da ima največji delež vode v telesu morski koprc, sledi mu tolščakasta loboda in nato ozkolistna mrežica (Preglednica 2).
Rastlinska vrsta Atriplex p. Crithmum m. Limonium a.
Vsebnost vode v listu [%] 77,66 83,81 75,15
Preglednica 2: Vsebnost vode v listu vrst Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum in Limonium angustifolium.
n=1.
5.2 Biokemijske analize
Vsebnost klorofilov in karotenoidov
Največjo vsebnost klorofila a, preračunanega na površino vzorca (Preglednica 3) ima ozkolistna mrežica, klorofila b pa morski koprc. Tolščakasta loboda ima med obravnavanimi vrstami najmanj klorofila a in b, glede na vsebnost karotenoidov je na drugem mestu. Najmanj karotenoidov ima morski koprc.
Rastlinska vrsta Atriplex p. Crithmum m. Limonium a.
Klorofil a [mg/cm2] 0,0400 ± 0,0002 0,065 ± 0,0001 0,103 ± 0,0003
Klorofil b [mg/cm2] 0,0267 ± 0,0002 0,078 ± 0,0005 0,036 ± 0,00008
Karotenoidi [mg/dm2] 0,48 ± 0,0003 6,4 *10-4 ± 1,22 *10-10 0,203 ± 0,0007
Preglednica 3: Povprečne vrednosti vsebnosti klorofila a, klorofila b in karotenoidov izraženo na površino, v listih vrst Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum in Limonium angustifolium. Preračunano je na površino vzorca.
n=10.
Vsebnost antocianov
Ozkolistna mrežica ima največjo vsebnost antocianov na površino lista (Preglednica 4). Sledi ji tolščakasta loboda, najmanj antocianov pa ima morski koprc.
Rastlinska vrsta Atriplex p. Crithmum m. Limonium a.
Antociani [relativna enota/cm2]
2,25 ± 0,71 1,63 ± 0,12 2,58 ± 0,23
Preglednica 4: Povprečne vrednosti vsebnosti antocianov v listih vrst Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum in Limonium angustifolium. Preračunano je na površino vzorca. n=10.
- 19 - Vsebnost UV absorbirajočih snovi
Iz preglednice 5 je dobro razvidno, da ima skrajno največjo vsebnost UV absorbirajočih snovi (tako UV-A, kot UV-B) ozkolistna mrežica. Najnižjo vsebnost UV absorbirajočih snovi ima tolščakasta loboda.
Rastlinska vrsta Atriplex p. Crithmum m. Limonium a.
UV-A absorbirajoče snovi [relativna enota/cm2]
8,78 ± 12,3 11,57 ± 7,77 43,78 ± 13,82
UV-B absorbirajoče snovi [relativna enota/cm2]
6,15 ± 11,6 9,56 ± 4,74 38,55 ± 4,36
Preglednica 5: Povprečne vrednosti UV-A in UV-B absorbirajočih snovi, izražene v relativnih enotah na površino (cm2) v listih vrst Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum in Limonium angustifolium. n=10.
- 20 - 5.3
Reflektanca - odbojnost listov
Rezultate odbojnosti (Priloga A) listov smo prikazali z grafi. Osredotočili smo se na valovne dolžine UV sevanja, vidne svetlobe in bližnjega IR sevanja. Grafe smo zaradi velikih šumov gladili.
Tolščakasta loboda
Iz grafa (Slika 8) je razvidno, da se odbojnost pri tolščakasti lobodi poveča, če je list spran (brez soli). Precejšnjo razliko opazimo v končnem delu rdeče svetlobe in v IR območju (700-880 nm) ter v UV območju (280-400 nm). V vidnem delu spektra večjih razlik pri odboju svetlobe med listom s soljo in brez nje ni opaziti, razen delno v zelenem delu spektra (540-570 nm). Opazimo tudi, da odbojnost v obeh primerih doseže minimum v rdečem delu spektra okrog 690 nm, nato pa strmo narašča. Maksimum dosežeta v zelenem delu pri 560 nm.
Slika 8: Odbojni spektri vrste Atriplex portulacoides s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10.
0 10 20 30 40 50 60 70
280 380 480 580 680 780 880
Relativna odbojnost listov
Valovna dolžina [nm]
s soljo brez soli
- 21 - Morski koprc
Iz grafa na sliki 9 lahko razberemo, da je odbojnost na nespranem listu obmorskega koprca višja od odbojnosti spranega lista na vseh delih spektra razen UV (do 380 nm). Nižja kot je valovna dolžina na UV delu, večja je razlika v odbojnosti. Pri okoli 380 nm pride do preobrata in v preostalem delu spektra več svetlobe odbija list s soljo. Krivulja v vidnem delu spektra doseže vrh v zelenem delu spektra (okrog 540 nm), najnižjo točko pa v rdečem delu pri 680 nm. Tudi pri morskem koprcu se odbojnost listov strmo povečuje po 690 nm.
Slika 9: Odbojni spektri vrste Crithmum maritimum s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10.
0 10 20 30 40 50 60 70
280 380 480 580 680 780 880
Relativna odbojnost listov
Valovna dolžina [nm]
s soljo brez soli
- 22 - Ozkolistna mrežica
Iz grafa (Slika 10) razberemo, da se v večjem delu vidnega spektra (480-780 nm) odbojnosti listov ozkolistne mrežice s soljo in brez nje ne razlikujejo. Največje zmanjšanje odbojnosti zaradi soli je v območju po 400 nm in nad 780 nm. Graf doseže vrh v vidnem delu spektra v bližini 560 nm (zeleni del spektra), minimum pa okrog 680 nm (rdeči del spektra). V UV, vijoličnem in delno v modrem predelu sta krivulji ločeni. Višjo odbojnost imajo sprani listi (brez soli). Nad 780 nm se krivulji ponovno ločita in tudi na tem delu je višja odbojnost spranih listov.
Slika 10: Odbojni spektri vrste Limonim angustifolium s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10.
-10 0 10 20 30 40 50 60 70
280 380 480 580 680 780 880
Relativna odbojnost listov
valovna dolžina [nm]
s soljo brez soli
- 23 - 5.4
Transmitanca – presevnost listov
Rezultate presevnosti (priloga B) smo prikazali z grafi. Analizirali smo podatke valovnih dolžin od 280 do 800 nm. Grafe smo zaradi šumov predhodno zgladili.
Tolščakasta loboda
Na grafu presevnosti listov tolščakaste lobode (Slika 11) vidimo, da je presevnost listov s soljo na površini večja vse do 720 nm. Pri tej valovni dolžini se presevnosti uravnata do 770 nm, kjer se presevnost listov brez soli dvigne nad krivuljo listov s soljo. Do obrata pride ponovno v bližini 790 nm. V vidnem delu spektra imata obe krivulji maksimum v zelenem delu okrog 560 nm, minimum pa v rdečem delu pri 680 nm.
Slika 11: Presevni spektri vrste Atriplex portulacoides s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10.
0 10 20 30 40 50 60
280 380 480 580 680 780
Relativna presevnost
Valovna dolžina [nm]
s soljo brez soli
- 24 - Morski koprc
Relativna presevnost morskega koprca (Slika 12) je do valovne dolžine 450 minimalna. Pri 490 nm se krivulji naglo dvigneta in dosežeta vrhova pri 550 nm, nato se počasi spuščata v minimum pri 670 nm. Pri 685 nm krivulji ponovno strmo narasteta. Vse do valovne dolžine 720 sta spektra slanih ter spranih listov dokaj enotna. Na delu med 720 in 800 nm bolje presevajo sprani listi.
Slika 12: Presevni spektri vrste Crithmum maritimum s soljo in brez nje. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10.
0 10 20 30 40 50 60
280 380 480 580 680 780
Relativna presevnost
Valovna dolžina [nm]
s soljo brez soli
- 25 - Ozkolistna mrežica
Iz grafa presevnosti listov ozkolistne mrežice razberemo, da se svetloba v celoti absorbira v UV, vijoličnem, modrem in delno zelenem delu spektra (do 500 nm). V delu spektra od 500 do 660 nm je presevnost spranih listov (brez soli) nekoliko večja od presevnosti slanih listov. V zelenem delu spektra (okrog 550 nm) dosežeta krivulji vrh, ki pa ne preseže desetodstotne presevnosti. Najnižjo točko dosežeta krivulji pri vrednosti okrog 680 nm.
Slika 13: Presevni spektri za vrsto Limonium angustifolium s soljo in brez soli. Prikazane so povprečne vrednosti, n=10.
5.5 Količina soli na listih
V tabeli 6 so predstavljeni rezultati analize količine soli na listih. Največ soli je bilo na listih morskega koprca, najmanj pa na listih ozkolistne mrežice.
Rastlinska vrsta Količina soli [mg/cm2] Standardna deviacija
Atriplex portulacoides 3,80 ±3,04
Crithmum maritimum 6,93 ±1,85
Limonium angustifolium 3,77 ±3,41
Preglednica 6: Količina soli na listih vrst Atriplex portulacoides, Crithmum maritimum in Limonium angustifolium. Podatki so povprečne vrednosti, n=10.
0 10 20 30 40 50 60
280 380 480 580 680 780
Relativna presevnost
Valovna dolžina [nm]
s soljo brez soli
- 26 -
5.6 Korelacija med lastnostmi listov, količino soli in spektri
5.6.1 Korelacijska analiza
Korelacije so bile narejene za vse tri preučevane vrste skupaj.
Odbojnost listov
Vse dobljene rezultate smo med seboj primerjali in iskali soodvisnost med parametri. Računali smo Spearmanov koeficient korelacije med odbojnostjo lista in posameznimi lastnostmi lista.
Odbojne spektre smo razdelili na barvne pasove.
Rezultati kažejo malo korelacije z anatomskimi in morfološkimi lastnostmi lista. Število listnih rež vpliva na količino odbite svetlobe v vijoličnem in zelenem delu spektra. Močna korelacija je prisotna med količino soli na površini lista in vidnim delom spektra, šibkejša pa z NIR. Med biokemijskimi lastnostmi lista edino klorofil b kaže povezanost s odbojem v UV-B in NIR.
UV-B UV-A vijolična modra zelena rumena rdeča NIR
pov_l 0,011 0,0014 0,0028 0,0018 0,1222 0,056 0,011 0,0005
n_list_r 0,049 2,5*10-4 0,349● 0,693● 7,8*10-4 0,0004 0,0002 0,276 ○
zP_trih 1,4*10-4 2,3*10-5 1,2*10-6 8,2*10-7 9,2*10-6 3,1*10-6 7,3*10-8 0,026 sP_ 1,6*10-4 1,2*10-4 3,2*10-6 2,4*10-6 2,2*10-5 1,8*10-5 3,9*10-6 0,052
vod_tk 0,0112 0,0002 0,0002 0,0002 0,0012 0,0010 0,0002 0,0007
as_tk 0,044 0,0063 0,0134 0,0069 0,041 0,027 0,011 0,0004
kol_sol 0,0379 0,0959 0,546● 0,922● 0,983● 0,862● 0,856● 0,301 ○
klo_a 1,2*10-4 8,5*10-5 1,9*10-5 7,6*10-6 2,8*10-6 1,2*10-5 4,8*10-6 7,8*10-3
klo_b 0,3809● 0,0726 0,0270 0,0303 0,0014 0,0036 0,0115 0,3964●
kar 0,0158 0,0011 0,0023 0,0012 0,0123 0,0054 0,0018 0,0004
ant 0,1253 0,1520 0,2202 0,1501 0,4042 0,2404 0,1660 0,0742
UV-B abs
0,0010 0,0048 0,0005 0,0001 0,0070 0,0039 0,0009 0,0074
- 27 -
UV-A abs
0,0003 0,0002 4,9*10-6 2,6*10-6 0,0005 0,0002 3,3*10-5 0,0148
Preglednica 7: Vrednosti korelacij med količino soli in lastnosti lista z odbojnostjo listov izražene s Spearmanovim korelacijskim koeficientom (r); n=60; z ○ so označeni rezultati z p<0,05; z ● pa p<0,01).
Presevnost
Rezultati korelacijske analize presevnosti (Preglednica 8) in ostalih lastnosti lista, kažejo več povezav med parametri. Odboj UV-B sevanja je pogojen z vsebnostjo UV absorbirajočih snovi.
Število listnih rež je še značilno povezan z odbojem v NIR. Klorofil b kaže močno korelacijo z odbojem v zelenem in rumenem delu spektra ter v NIR. Značilno povezani sta površina lista in debelina spodnje povrhnjice z modrim in rdečim spektralnim območjem. Debelina vodnega tkiva kaže močne statistično značilne korelacije (p<0,01) s presevnostjo v vijoličnem in rumenem območju spektra ter šibke korelacije (p<0,05) z UV območjem. Količina soli kaže pozitivno povezavo še z odbojem v zelenem delu kakor v NIR. Na odboj v modrem spektralnem območju vplivata tudi količina similacijskega tkiva in karotenoidov. Očitna korelacija je opaziti med UV-B absorbirajočimi snovmi in odbojev do 425 nm (UV del in vijolični del spektra).
UV-B UV-A vijolična modra zelena rumena rdeča NIR
pov_l 0,0062 0,0187 0,146 0,798● 0,0002 0,0004 0,3505● 0,0109
n_list_r 0,5535● 0,1405 0,069 0,0387 0,0014 0,0025 0,0248 0,5758●
zP_trih 0,1856 0,0656 0,0231 0,0002 7,4*10-4 3,6*10-3 0,535● 0,0112
sP_ 0,0834 0,0279 0,0053 0,813● 0,0185 1,0*10-6 0,522● 0,0015
vod_tk 0,1197 0,289 ○ 0,8886● 0,0357 0,219 0,334● 0,0382 0,0096
as_tk 7,9*10-4 0,0242 0,0975 0,4595● 0,197 0,413● 0,1715 0,1179
kol_sol 0,0039 0,0126 0,0017 0,046 0,656● 0,625● 0,1189 0,9482●
klo_a 0,116 0,0407 0,009 0,0001 1,4*10-3 1,2*10-3 0,257 ○ 0,0054
klo_b 0,830● 0,00057 0,0032 0,0199 0,898● 0,749● 0,0755 0,5835●
kar 0,005 0,025 0,180 0,416● 0,0148 0,02 0,0599 0,0506
ant 0,0626 0,0032 0,1217 0,9932 0,0032 0,0024 0,2316 0,0200
- 28 -
UV-B abs
0,6831● 0,5482● 0,338● 0,0031 0,157 0,169 0,0039 0,0017
UV-A abs
0,3354● 0,1799 0,1634 0,0025 0,243 0,266 ○ 0,0017 0,0039
Preglednica 8: Vrednosti korelacij med količino soli in lastnosti lista s presevnostjo listov izražene s Spearmanovim korelacijskim koeficientom (r); n=60; z ○ so označeni rezultati z p<0,05; z ● pa p<0,01).
5.6.2 Rezultati redundančne analize Odbojnost
RDA je pokazala, da je šest parametrov značilno vplivalo na varianco odbojnih spektrov (Preglednica 9 in 10). Skupno razložijo 61% njihove variabilnosti. Iz tabele 8 je razvidno, da debelina zgornje povrhnjice razloži kar 50%, UV-A 5%, asimilacijsko tkivo 3%, količina soli 3% in karotenoidi 3% variabilnosti spektrov.
Osi 1 2 3 4 Skupna varianca
Lastne vrednosti 0,578 0,073 0,010 0,002 1,000
Odnos spektri-lastnosti 0,870 0,637 0,528 0,541
Kumulativni % variance spektrov 57,8 65,1 66,1 66,3
Kumulativni % odnosa spektri-lastnosti 87,2 98,2 99,7 99,9
Vsota vseh lastnih vrednosti 1,000
Vsota vseh kanoičnih lastnih vrednosti 0,663
Preglednica 9: Lastne vrednosti prvih štirih kanoničnih osi in komulativni odstotek pojasnjene variance odbojnosti.
Parameter Delež pojasnjene
variance (%)
P F
Zgornja povrhnjica 50 0,001 57,94
UV-A 5 0,005 5,67
Asimilacijsko tkivo 3 0,010 4,52
Količina soli 3 0,011 4,23
Karotenoidi 3 0,004 5,24
Preglednica 10: Parametri, ki statistično značilno razložijo variabilnost odbojnih spektrov in delež pojasnjene variance
- 29 -
Iz ordinacijskega diagrama (Slika 14) je razvidno obratno sorazmerje med spektri in karotenoidi, UV-A ter površino lista. Tako asimilacijsko tkivo, kot količina soli pa vplivata na odbojnost listov, kar nam kaže razporeditev različnih skupin listov vzdolž parametrov.
Slika 14: Ordinacijski diagram redundančne analize (RDA), ki pojasnjujejo variabilnost odbojnih spektrov vrst (1-10: Atriplex portulacoides s soljo, 11-20: A. portulacoides brez soli, 21-30: Crithmum maritimum s soljo, 31- 40: C. maritimum brez soli, 41-50: Limonium angustifolium s soljo, 51-60: L. angustifolium brez soli).
Legenda:
UV-A, UV-B, viol, modra, zelena, rumena, rdeča, NIR okrajšava posameznih spektrov določenih valovnih dolžin
kol sol količina soli na površini lista
pov l površina lista
UV-A_p količina UV-A absorbirajočih snovi
kar_p količina karotenoidov
as tk asimilacijsko tkivo
zp pov zgornja povrhnjica
-1.0 1.0
-1.0 1.0
UV-B UV-A
viol modra
zelena rumena rdeca
NIR kar_p
UV-A_p pov l
zp pov
as tk kol sol
1 2
3
4 65
7 8 9
10
11
12 1314
15 16
17 18
19 20
21 22
23 24
25 26 27
28 29 30
31 32
33 34 36 35 37
38 39 40
41 42
43 4445 46
47
48
49 50
51 52
53 54
55 56
57
58
59 60
- 30 - Presevnost
Za presevnost je RDA pokazala, da štirje parametri značilno vplivajo na variabilnost presevnega spektra. Število listnih rež razloži 8% variabilnosti, klorofil a 3%, UV-B 3% in količina vodnega tkiva 3% (Preglednica 11 in 12).
Osi 1 2 3 4 Skupna varianca
Lastne vrednosti 0,164 0,096 0,024 0,018 1,000
Odnos spektri-lastnosti 0,629 0,616 0,570 0,404
Kumulativni % variance spektrov 16,4 25,9 28,4 30,2
Kumulativni % odnosa spektri-lastnosti 52,6 83,4 91,2 97,0
Vsota vseh lastnih vrednosti 1,000
Vsota vseh kanoičnih lastnih vrednosti 0,311
Preglednica 11: Lastne vrednosti prvih štirih kanoničnih osi in komulativni odstotek pojasnjene variance presevnosti.
Parameter Delež pojasnjene
variance (%)
P F
Št. listnih rež 8 0,009 4,81
Klorofil a 3 0,05 2,46
UV-B 3 0,098 1,91
Vodno tkivo 3 0,042 2,62
Preglednica 12: Parametri, ki statistično značilno razložijo variabilnost presevnih spektrov in delež pojasnjene variance
