GRADIENTU KOBARIŠKEGA STOLA

PEDAGOŠKA FAKULTETA

Poučevanje, Predmetno poučevanje biologije in kemije

Tina Erznožnik

IZBRANE ZNAČILOSTI PRI KAMNOKREČU (Saxifraga hostii) IZPOSTAVLJENEM RAZLIČNIM UV-B TRETMAJEM NA VIŠINSKEM

GRADIENTU KOBARIŠKEGA STOLA

Magistrsko delo

Ljubljana, 2019

PEDAGOŠKA FAKULTETA

Poučevanje, Predmetno poučevanje biologije in kemije

Tina Erznožnik

IZBRANE ZNAČILNOSTI PRI KAMNOKREČU (Saxifraga hostii) IZPOSTAVLJENEM RAZLIČNIM UV-B TRETMAJEM NA VIŠINSKEM

GRADIENTU KOBARIŠKEGA STOLA

Magistrsko delo

Mentorica: doc. dr. Tadeja Trošt Sedej, univ. dipl. biol.

Ljubljana, 2019

“Brez navdušenja se ne da doseči nič veličastnega.”

Ralph Waldo Emerson

I POVZETEK

Proučevali smo izbrane anatomske in izbrane fiziološke značilnosti Hostovega kamnokreča (Saxifraga hostii), ki uspeva v različnih mikroklimatskih razmerah na višinskem gradientu Kobariškega Stola v zahodnih Julijskih Alpah. Spremljali smo njegovo prilagoditev na rastišču na dveh nadmorskih višinah (1095 m in 1504 m n.m.) in obenem izpostavljenost zunanjemu in zmanjšanemu UV-B sevanju. Na obeh višinah smo spremljali tudi temperaturo. Fiziološke in anatomske meritve so bile izvedene v rastni sezoni julija, avgusta in septembra 2016. Opazili smo visoko fotokemično učinkovitost pri UV-B tretmajih na obeh nadmorskih višinah, kar kaže na dobro aklimatizirano vrsto. Višja transpiracija pod zunanjo UV-B svetlobo v subalpinskem pasu v primerjavi z montanskim pasom je lahko posledica sinergističnega učinka UV-B in drugih podnebnih dejavnikov, kot sta temperatura in relativna vlažnost. Večina anatomskih značilnosti lista se ni odzvala na razlike v UV-B tretmajih ali nadmorski višini. Hostov kamnokreč v subalpinskem pasu ima tako zgornje kot spodnje reže manjše in številčnejše v primerjavi z montanskim pasom, kjer so zgornje in spodnje reže večje in manj številčnejše. UV sevanje je v interakciji s temperaturo kot tudi z drugimi okoljskimi dejavniki, kar vzbuja raznolike odzive, ki skupaj prispevajo k prilagoditvi in aklimatizaciji kamnokreča gorskemu okolju. Danes so študije na terenu redke, zato obstaja velika potreba po nadaljnjih raziskavah o UV-B izpostavljenosti, pri katerih so rastline sočasno izpostavljene UV-B in drugim okoljskim spremenljivkam, odzivi rastlin pa se merijo na vseh ravneh.

Ključne besede: UV-B, nadmorska višina, anatomske značilnosti listov, fotokemična učinkovitost, transpiracija, Hostov kamnokreč (Saxifraga hostii)

II ABSTRACT

We studied the selected anatomical and physiological characteristics of the plant (Saxifraga hostii), which thrives in various microclimate conditions at the altitude gradient in the western Julian Alps in the Kobariski Stol. Alpine plant Saxifraga hostii Tausch subsp. hostii was studied at two altitudes (montane, 1095 m a.s.l.; subalpine, 1504 m a.s.l.). Plants were grown under two different UV exposures, ambient UV (UV) and reduced UV (UV-) radiation and temperature was monitored at both altitudes. Physiological measurements, and morphological analyses were carried out during the growing season, between June and September 2016. High photochemical efficiency under both UV regimes and altitudes was observed, showing a well acclimated plant. The higher transpiration under ambient UV-B at the subalpine altitude compared to the montane altitude could be due to a synergistic effect of UV and other climatic factors such as temperature and relative humidity. Most leaf anatomical characteristics failed to respond to differences in UV dose or altitude. Saxifraga hostii has at the subalpine altitude on both sides of the leaf smaller stomatal length and higher stomatal density compared to the montane altitude, where the stomatal length is bigger and the stomatal density is lower. This study proves that UV exposure can contribute to the induction of tolerance of other environmental stresses at the subalpine altitude. UV radiation interacts with temperature regime, as well as with other environmental factors, and this evokes diverse plant responses, which together contribute to the adaptation and acclimation of Saxifraga hostii to the alpine environment. These days field studys are rare, therefore is a need for further multifactorial UV-B exposure studies whereby plants are simultaneously or sequentially exposed to UV-B and other environmental variables, and plant responses are measured at all organisation levels.

Keywords: UV-B, altitude, anatomical characteristics of leaves, photochemical efficiency, transpiration, Saxifraga hostii Tausch subsp. hostii

III KAZALO VSEBINE

POVZETEK ... I ABSTRACT ... II KAZALO VSEBINE ... III KAZALO SLIK ... V KAZALO PREGLEDNIC ... VII

1. UVOD ... 1

1.1 HIPOTEZE ... 2

2 PREGLED OBJAV ... 3

2.1 ATMOSFERA ... 3

2.1.1 Sestava atmosfere ... 3

2.1.2 Podnebne spremembe ... 3

2.1.3 Ozon ... 3

2.2 SVETLOBNI SPEKTER ... 4

2.3 VPLIV UV SEVANJA NA RASTLINE... 5

2.3.1 Starejše raziskave ... 5

2.3.2 Vpliv UV-B sevanja na rast in razvoj rastline ... 6

2.3.3 Vpliv UV-B sevanja na strukturo listov in anatomijo ... 6

2.3.4 Vpliv UV-B sevanja na celično ultrastrukturo ... 7

2.3.5 Vpliv UV-B sevanja na reprodukcijo rastlin... 7

2.3.6 Vpliv UV-B sevanja na biološke sisteme ... 8

2.4 STRATEGIJE RASTLIN ZA ZAŠČITO PRED UV SEVANJEM ... 8

2.4.1 Popravljalni mehanizmi ... 8

2.4.2 Zaščitni mehanizmi ... 9

2.5 ODZIVI RASTLINE NA STRES ... 10

2.6 ALPINSKI SVET ... 11

2.6.1 Značilnosti alpinskih rastlin ... 11

2.7 TEMPERATURA ... 12

2.7.1 Vpliv temperature na rast in razvoj rastline ... 12

2 MATERIALI IN METODE ... 14

3.1 PREISKOVANA RASTLINA ... 14

3.1.1 Klasifikacija ... 15

3.2 OBMOČJE RAZISKAVE ... 15

3.2.1 Geografska umestitev ... 16

3.1.1 Geološko-geomorfološka umestitev ... 17

IV

3.1.2 Vegetacija... 17

3.1.3 Klimatološke značilnosti ... 17

3.2 METODE ... 18

3.2.1 Terensko delo ... 18

3.2.2 Laboratorijska analiza ... 22

3.2.3 Statistična analiza ... 24

4 REZULTATI ... 25

4.1 MERITVE OKOLJSKIH PARAMETROV ... 25

4.2 POTENCIALNA FOTOKEMIČNA UČINKOVITOST ... 26

4.3 TRANSPIRACIJA ... 28

4.4 ANATOMSKE ZNAČILNOSTI ... 29

4.4.1 Anatomija rež ... 29

4.4.2 Anatomija lista ... 37

4.5 POVEZANOST MED TEMPERATURO, UV-B SEVANJEM IN LASTNOSTMI LISTOV ... 39

5 RAZPRAVA ... 41

5.1 FOTOKEMIČNA UČINKOVITOST ... 41

5.2 TRANSPIRACIJA ... 43

5.3 GOSTOTA IN DOLŽINA REŽ ... 44

5.4 ANATOMSKE ZNAČILNOSTI ... 45

6 SKLEP ... 48

7 VIRI ... 50

V KAZALO SLIK

Slika 1: Hostov kamnokreč (Saxifraga hostii) (foto: Tina Erznožnik). ... 14 Slika 2: Lokacija vzorčenja Hostovega kamnokreča na Kobariškem Stolu na 1095m n.m. in 1504 m n.m. Rdeč krog pomeni lokacijo v subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp), moder krog pomeni lokacijo v montanskem pasu - 1095m n.m. (Mont) (vir: Google Zemljevidi)... 15 Slika 3: Južna pobočja Kobariškega Stola s pogledom na sosednji hrib Muzec (foto: Tina

Erznožnik). ... 16 Slika 5: Levo filtri, ki prepuščajo UV-B sevanje. Desno filtri, ki zadržijo UV-B sevanje (foto: Tina Erznožnik). ... 20 Slika 6: Izvedba meritve potencialne fotokemične učinkovitosti na Hostovem kamnokreču

(Saxifraga hostii) (foto: Tina Erznožnik)... 21 Slika 7: Izvedba meritve s porometrom SC-1, Decagon Devices, Pullman, Washington, ZDA (foto:

Tina Erznožnik)... 22 Slika 8: Svetlobni mikroskop Olympus CX41, digitalna kamera Olympus XC30 in programska oprema CellSens (foto: Tina Erznožnik). ... 23 Slika 9: Prikaz spodnje in zgornje povrhnjice Hostovega kamnokreča (Saxifraga hostii) premazane z lakom (foto: Tina Erznožnik). ... 24 Slika 4: Urne meritve temperature v obdobju od 28.6.2016 do 26.9.2016 na Kobariškem stolu, v montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) in subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp). ... 25 Slika 10: Potencialna fotokemična učinkovitost FS II julija, avgusta in septembra na montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) in subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp) pri zunanjem (UV) in zmanjšanem (UV-) B sevanju. Različne črke nad stolpci označujejo statistično razliko med tretmaji (enosmerna ANOVA, p ≤ 0,05). ... 27 Slika 11: Transpiracija julija, avgusta in septembra na montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) in subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp) pri zunanjem (UV) in zmanjšanem (UV-) B sevanju.

Različne črke nad stolpci označujejo statistično razliko med tretmaji (enosmerna ANOVA, p ≤ 0,05). ... 29 Slika 12: Število rež v spodnji povrhnjici julija, avgusta in septembra v montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) in subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp) pri zunanjem (UV) in zmanjšanem (UV-) B sevanju. Različne črke nad stolpci označujejo statistično razliko med tretmaji (enosmerna

ANOVA, p ≤ 0,05). ... 30 Slika 13: Mikroskopske fotografije rež v spodnji povrhnjici Hostovega kamnokreča (Saxifraga hostii). Zgoraj reže v montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont): levo pri zunanjem (UV) in desno pri zmanjšanem (UV-) B sevanju. Spodaj reže v subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp): levo pri zunanjem (UV) in desno pri zmanjšanem (UV-) B sevanju (foto: Tina Erznožnik). ... 31

VI Slika 14: Število rež v zgornji povrhnjici julija, avgusta in septembra v montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) in subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp) pri zunanjem (UV) in zmanjšanem (UV-) B sevanju. Različne črke nad stolpci označujejo statistično razliko med tretmaji (enosmerna

ANOVA, p ≤ 0,05). ... 32 Slika 15: Mikroskopske fotografije rež v zgornji povrhnjici Hostovega kamnokreča (Saxifraga hostii). Zgoraj reže v montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont): levo pri zunanjem (UV) in desno pri zmanjšanem (UV-) B sevanju. Spodaj reže v subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp): levo pri zunanjem (UV) in desno pri zmanjšanem (UV-) B sevanju (foto: Tina Erznožnik). ... 33 Slika 16: Dolžina rež v spodnji povrhnjici julija, avgusta in septembra v montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) in subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp) pri zunanjem (UV) in zmanjšanim (UV-) B sevanjem. Različne črke nad stolpci označujejo statistično razliko med tretmaji (enosmerna ANOVA, p ≤ 0,05). ... 35 Slika 17: Dolžina rež v zgornji povrhnjici julija, avgusta in septembra v montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) in subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp) pri zunanjem (UV) in zmanjšanem (UV-) B sevanju. Različne črke nad stolpci označujejo statistično razliko med tretmaji (enosmerna

ANOVA, p ≤ 0,05). ... 36 Slika 18: Mikroskopska fotografija prečnega prereza lista Hostovega kamnokreča (Saxifraga hostii) (foto: Tina Erznožnik). ... 39 Slika 19: Redudančna analiza (RDA) merjenih fizioloških in anatomskih značilnosti in njihova povezava s temperaturo in UV-B sevanjem v avgustu in septembru. Ordinacijski diagram

(redudančne analize - RDA) prikazuje neodvisni spremenljivki označeni z rdečima puščicama (T in UV) in odvisne spremenljivke označene z modrimi puščicami (Fv/Fm = potencialna fotokemična učinkovitost, gs = transpiracija, d lista = debelina lista, d zg. kutikule = debelina kutikule, d sp.

kutikule = debelina spodnje kutikule, d zg. pov. = debelina zgornje povrhnjice, d sp. pov. = debelina spodnje povrhnjice, d zg. pov. = debelina zgornje povrhnjice, št. zg. rež = število rež v zgornji povrhnjici, št. sp. rež = število rež v spodnji povrhnjici, dol. zg. rež = dolžina rež v zgornji

povrhnjici, dol. sp. rež = dolžina rež v spodnji povrhnjici, d ste. tkiva = debelina stebričastega tkiva in d gob. tkiva = debelina gobastega tkiva). ... 40

VII KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 1: Zbrani statistični podatki o količini padavin in odstotek oblačnosti na najbližji meteorološki postaji, na Voglu (1515 m n.m.) (ARSO, 2016). ... 18 Preglednica 2: Zbrani statistični podatki o povprečnem energijskem toku globalnega sevanja.

Meritve so v W/m² (ARSO, 2016). ... 18 Preglednica 3: Povprečni dnevni odmerki zunanjega (UV) in zmanjšanega (UV-) B sevanja pod različnima filtroma na montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) julija, avgusta in septembra.

Povprečni odmerki UV-B odmerki so bili izračunani z Björnovim in Murphyjevim modelom. Vse meritve so v kJ m^-2 dan^-1. ... 26 Preglednica 4: Povprečni dnevni odmerki zunanjega (UV) in zmanjšanega (UV-) B sevanja pod različnima filtroma v subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp) julija, avgusta in septembra.

Povprečni odmerki UV-B odmerki so bili izračunani z Björnovim in Murphyjevim modelom. Vse meritve so v kJ m^-2 dan^-1. ... 26 Preglednica 5: Rezultati dvosmerne analize varianc, ki kažejo statistično pomemben učinek

posameznega parametra (UV, T) in interakcijo (T*UV) pri potencialni fotokemični učinkovitosti FS II (Fv/Fm) in transpiraciji (gs). Verjetnost značilnih razlik smo označili kot: * p ≤ 0,05, ** p ≤ 0,01,

*** p ≤ 0,001. Vrednosti večje od 0,05 pomenijo neznačilno razliko: NZ. ... 27 Preglednica 6: Rezultati dvosmerne analize varianc, ki kažejo statistično pomemben učinek

posameznega parametra (UV, T) in interakcijo (T*UV) pri posameznih parametrih listne morfologije (št. zg. rež = število rež v zgornji povrhnjici, št. sp. rež = število rež v spodnji povrhnjici, dol. zg. rež = dolžina rež v zgornji povrhnjici, dol. sp. rež = dolžina rež v spodnji povrhnjici). Verjetnost značilnih razlik smo označili kot: * p ≤ 0,05, ** p ≤0,01, *** p ≤ 0,001.

Vrednosti večje od 0,05 pomenijo neznačilno razliko: NZ. ... 37 Preglednica 7: Povprečne vrednosti  standardni odklon (N = 10) posameznih parametrov listne morfologije (d lista = debelina lista, d zg. kutikule = debelina kutikule, d sp. kutikule = debelina spodnje kutikule, d zg. pov. = debelina zgornje povrhnjice, d sp. pov. = debelina spodnje

povrhnjice, d zg. pov. = debelina zgornje povrhnjice, d ste. tkiva = debelina stebričastega tkiva in d gob. tkiva = debelina gobastega tkiva) julija, avgusta in septembra v montanskem pasu - 1095 m n.m. (Mont) in subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp) pri zunanjem (UV) in zmanjšanem (UV-) B sevanju. Različne črke nad stolpci, ki so označene z zeleno barvo označujejo statistično razliko med tretmaji (enosmerna ANOVA, p ≤ 0,05); verjetnost značilnih razlik med vplivi okoljskih dejavnikov: temperaturo in ultravijoličnim sevanjem (T, UV, T*UV) smo označili kot: * p ≤ 0,05,

** p ≤ 0,01, *** p ≤ 0,001. Vrednosti večje od 0,05 pomenijo neznačilno razliko: NZ (dvosmerna ANOVA). ... 38

1 1. UVOD

Alpinska rastišča so občutljivi ekosistemi, močno odvisni od okoljskih razmer, ki jih v zadnjih desetletjih pogojujejo tudi podnebne spremembe. So območja, ki se takoj za polarnimi regijami spreminjajo hitreje kot ostali ekosistemi na Zemlji. V alpinskem svetu lahko povišana temperatura in povečano UV-B sevanje spremenita življensko okolje do te mere, da prihaja do spremenjenih značilnosti vrst, migriranja vrst in spreminjanje vrstne sestave. UV-B sevanje je ključni okoljski dejavnik, ki sproži različne odzive na številnih ravneh delovanja rastlin in v številnih rastlinskih vrstah (Germ, 2006). V odziv na izpostavljenost UV-B so rastlinske vrste razvile raznolik sklop mehanizmov za preprečevanje nastalega stresa (Václavík, Beckmann, Cord in Bindewald, 2017).

V alpinskem pasu okoljske razmere pri rastlini sprožijo procese, ki povečujejo odpornost rastline ali pa procese, ki pripeljejo do poškodb celičnih struktur in zaviranju življenjskih procesov (Trošt Sedej, 2005b). Spremembe v celični ultrastrukturi se pogosto odražajo v spremenjeni rasti ali razvoju organa ali organizma, kar vodi v spremenjena tekmovalna razmerja med vrstami, spremenjeno občutljivost rastline za rastlinojede in patogene organizme, moteno razgradnjo snovi ter kroženje hranil, kar skupaj lahko spremeni zgradbo in delovanje ekosistema (Trošt Sedej, 2005b).

Namen magistrske naloge je ugotoviti vpliv UV-B sevanja na anatomske in fiziološke značilnosti Hostovega kamnkoreča (Saxifraga hostii) na višinskem gradientu Kobariškega Stola. Zanima nas interakcija temperaturnih in sevalnih razmer, ki se odražajo v izbranih značilnosti Hostovega kamnokreča. Ugotoviti želimo, ali se pod vplivom UV-B sevanja spremenijo anatomske značilnosti, fotokemična učinkovitost in transpiracija.

2 1.1 HIPOTEZE

1. hipoteza: Mikroklimatske razmere v alpinskem pasu vplivajo na anatomske in fiziološke značilnostih Hostovega kamnokreča (Saxifraga hostii).

2. hipoteza: Temperaturne razmere značilno vplivajo na izbrane značilnosti kamnokreča.

3. hipoteza: Sevalne razmere značilno vplivajo na izbrane značilnosti kamnokreča.

4. hipoteza: V naravnem okolju prihaja do interaktivnega vpliva okoljskih razmer na izbrane značilnosti kamnokreča.

3 2 PREGLED OBJAV

2.1 ATMOSFERA

2.1.1 Sestava atmosfere

Atmosfera je plast plinov, ki obdaja Zemljo. Na podlagi spreminjanja temperature z naraščajočo višino jo delimo na troposfero, stratosfero, mezosfero in termosfero. Za življenje na Zemlji je najbolj pomembna spodnja plast, troposfera, ki sega do višine 18 km nad tlemi (Kajfež Bogataj, 1990). V tej plasti se kopičijo tudi različne snovi, ki nastajajo zaradi človeškega delovanja, v njej pa nastaja tudi vreme. Naslednja plast je stratosfera, ki sega do višine 50 km nad tlemi in se zaključi s stratopavzo.

Sledi ji mezosfera, ki sega od 50 do 85 km nad tlemi in se zaključi s mezopavzo (Rakovec in Vrhovec, 2000). Nad njo je termosfera, ki sega do višine, ki ni natančno definirana, a se nahaja na višini nekaj 100 km. Tu je svoboden pretok ionov, predvsem vodika, v medzvezni prostor in obratno.

2.1.2 Podnebne spremembe

Podnebne spremembe so večstranske in vključujejo spreminjajoče se vsebnosti toplogrednih plinov v ozračju, naraščanje temperature, spremembe vzorcev padavin in večjo pogostost ekstremnih vremenskih pojavov (Gray in Brady, 2016). Človeške dejavnosti, vključno z gorenjem fosilnih goriv in krčenjem gozdov, so sedaj povečale vsebnosti toplogrednih plinov v ozračju, kar je povzročilo ogrevanje podnebja in motnje hidroloških ciklov (Gray in Brady, 2016). Vsebnosti ključnih antropogenih toplogrednih plinov, kot so ogljikov dioksid (CO2), metan (CH4), dušikov oksid (N2O) in troposferski ozon (O3) so dosegle najvišjo raven kot kadarkoli prej (Reddy, Prasad in Singh, 2010).

Predvidevajo, da bo koncentracija ogljikovega dioksida (CO2) do leta 2025 dosegla od 405 ppm do 460 ppm, do leta 2050 od 445 ppm do 640 ppm in do leta 2100 od 720 ppm do 1.020 ppm (IPCC, 2007). Posledično klimatski modeli napovedujejo dvig povprečne temperature na podlagi (zgornje) stopnje rasti koncentracije ogljikovega dioksida (CO2), in sicer do leta 2025 med 0,4‒1,1°C; do leta 2050 med 0,8‒2,6°C in do leta 2100 med 1,4‒5,8°C (IPCC, 2007). Predviden je tudi dvig morske gladine.

2.1.3 Ozon

Ozon je oblika kisika, ki ima v atmosferi dve vlogi. V bližini tal ozon velja za toplogredni plin, ki onesnažuje zrak ter s tem vpliva na okolje in zdravje ljudi (Reddy idr., 2010). V zgornjih plasteh atmosfere, v stratosferi, kjer se proizvaja in je prisotna večina atmosferskega ozona, tvori plast, ki absorbira in filtrira škodljivo ultravijolično (UV) sevanje. Ozon v stratosferi nastaja v naravnih razmerah v verigi fotokemičnih reakcij, ki jih sproži sončno sevanje z valovnimi dolžinami pod 242 nm.

Ozonska plast deluje kot učinkovita zaščita pred UV sevanjem ter odloča o temperaturnih razmerah na našem planetu in s tem tudi o klimatskih spremembah. Najvišje koncentracije ozona so na

4 nadmorski višini 19‒30 km nad Zemljinim površjem. Plast ozona je najdebelejša na polih, najtanjša pa na ekvatorju, zaradi česar je UV sevanje tam najmočnejše. Debelina ozonske plasti doseže maksimum v zgodnji pomladi in minimum pozno jeseni (Caldwell in Flint, 1994). Razporeditev ozona v ozračju je odvisna od zemljepisne širine, nadmorske višine, letnega časa, zračnih tokov, temperature ozračja ter plinov, ki sodelujejo v fotokemičnih reakcijah.

Ozonska luknja se spreminja iz leta v leto tako po obsegu, trajanju in tudi po količini uničenega ozona.

Prasad, Kakani in Reddy (2017) ocenjujejo, da je v stratosferi 3,5 milijarde ton ozona, ki se količinsko spreminja, tako prostorsko kot tudi časovno. Posledica nižje koncentracije ozona v stratosferi je močnejše UV sevanje pri tleh.

Težave, ki so nastale zaradi tanjšanja ozonske plasti, smo ljudje rešili z Montrealskim sporazumom, ki je bil sprejet leta 1987. Države, ki so sporazum podpisale so se strinjale z omejitvijo uporabe klorofluoroogljikovodikov. Uspešno izvajanje Montrealskega protokola je močno vplivalo na podnebne spremembe, vendar bo trajalo še več desetletij, da se bo ozon vrnil na raven iz leta 1980 (McKenzie idr., 2011).

2.2 SVETLOBNI SPEKTER

Rastline so izredno prilagodljivi organizmi s sposobnostjo prilagajanja in odzivanja na spreminjajoče se okoljske razmere, ki jih obkrožajo. Svetloba je nedvomno eden od bistvenih okoljskih dejavnikov, ki ureja različne stopnje rasti in fiziološke procese v življenjskem ciklu rastline (Dotto in Casati, 2017). Zaradi pomembnosti svetlobe so rastline razvile različne fotoreceptorje za zaznavanje svetlobe, preko katerih občutijo valovno dolžino, intenzivnost, trajanje in smer svetlobe (Heijde in Ulm, 2012). Vse to se odraža v procesih, kot so fotoperiodičnost, fototropizem in fotomorfogeneza (Kendrick in Kronenberg, 1994).

Organizmi so izpostavljeni širokemu spektru elektromagnetnega valovanja. To energijo izkoristijo tako, da absorbirajo izbrane kvante svetlobe (Lucia, Grisolia, Ponzetto in Silvagno, 2017). V ozračju se sevanje spremeni, saj plini, aerosoli, vodna para in različni delci v troposferi ter ozon v stratosferi fotone absorbirajo, razpršijo ali odbijejo. Delci na različne valovne dolžine vplivajo različno (Gaberščik, Jones in Jansen, 2015).

Spektralno območje med 100 in 400 nm predstavlja ultravijolično sevanje. Madronich (1993), UV spekter deli na več segmentov; v ekstremno UV (10‒120 nm), daljno UV (120‒200 nm), UV-C (200‒

280 nm), UV-B (280‒320 nm) in UV-A (320‒400 nm). Krajša kot je valovna dolžina sevanja, večja je energija sevanja (Tome, 2006) ter s tem večja škoda na bioloških sistemih (Prasad idr., 2017).

Ultravijolično sevanje (UV) predstavlja manj kot 10 % skupnega sončnega sevanja, ki doseže biosfero. Ozonska plast Zemlje v celoti vpije UV-C in zaustavi večji del UV-B sevanja, zato le majhen delež doseže površje Zemlje. UV-A sevanje ozonski plašč ne more absorbirati in se v celoti prenese na zemeljsko površje. Med temi tremi vrstami ultravijoličnega sevanja je UV-B kljub

5 majhnemu deležu, 1,5 % celotnega sevanja, pomemben zaradi svojih zelo škodljivih učinkov na rast in razvoj rastlin. UV-A sevanje predstavlja 6,3 % celotnega sevanja, a je manj škodljivo kot druge valovne dolžine UV sevanja (Nawkar idr., 2013).

Preostalih, več kot 90 % sončnega sevanja, ustreza fotosintezno aktivnemu spektru sevanja in infrardečemu spektru. Fotosintezno aktivni spekter sevanja (PAR) se razteza med 400 in 700 nm (Trošt Sedej, 2005a). Posamezne dele zaznamo kot barve, ki jih razdelimo na modro (400‒500 nm), zeleno (500‒600 nm) in rdečo svetlobo (600‒700 nm) (Yoshimura, Zhu, Wu in Ma, 2010).

Infrardeče (IR) sevanje obsega največji del spektra, od 700 nm do 1 mm. Delimo ga na bližnje infrardeče (NIR) (700‒1400 nm), srednje infrardeče (MIR) (1400‒3000 nm) in daljno infrardeče (FIR) (3000 nm‒0.1 mm) sevanje (Vatansever in Hamblin, 2012).

Različni kraji na Zemlji prejmejo različne količine Sončevega sevanja. Povprečne količine sevanja so odvisne od letnega časa in položaja kraja na Zemlji. Na ekvatorju je sevanje enakomerno razporejeno čez vse leto, kraji na polih pa imajo največja sezonska nihanja (Tome, 2006). Spremembe jakosti sevanja na določeni točki na Zemeljski obli so povezane z zemljepisno širino ter letnim in dnevnim časom, zaradi spreminjanje zenitnega sončnega kota. Kadar je zenitni kot širši, je pot žarkov skozi atmosfero daljša in absorpcija sevanja večja. Pravilo velja za UV spekter sevanja, v manjši meri pa tudi za vidno svetlobo (Josefsson, 1996). Na prodiranje UV sevanja do biosfere vpliva tudi oblačnost.

2.3 VPLIV UV SEVANJA NA RASTLINE 2.3.1 Starejše raziskave

Zgodnji izsledki raziskav UV sevanja so pokazali, da povišano UV-B sevanje pri več kot 50 % od 300 testiranih rastlinskih vrst in sort povzroči zmanjšano rast rastlin in reproduktivni donos (Teramura 1983, 1990). Večina teh raziskav je bila izvedena v rastnih komorah in rastlinjakih pod razmerami, ki so slabo primerljive z naravnimi z uporabo UV luči, ki so dopuščala le malo UV-A sevanja in vidne svetlobe (Caldwell in Flint, 1994), ki pa sta pomembna pri blaženju učinkov UV-B (Caldwell, Flint in Searles, 1994). Številni avtorji navajajo, da razmerje PAR/UV-A/UV-B ni pomembno samo zaradi fotopopravljalnih mehanizmov (Mirecki in Teramura, 1984), ampak tudi zaradi drugih zaščitnih mehanizmov, vključno z izgradnjo sekundarnih substanc (Teramura, 1983).

Do konca leta 1990 je bilo v ospredju raziskovanje vpliva UV-B sevanja na morfogenezo, poškodbe in popravila v rastlini (Jansen, Gaba in Greenberg, 1998). Objav o vplivih UV-B v naravnem okolju na vegetativno rast, reprodukcijski donos in fotosintezo je bilo malo (Caldwell, Teramura in Tevini, 1989). Danes so aktualni terenski poskusi, kjer so učinki UV sevanja na razvoj rastlin proučevani s pomočjo filtrov, ki zastrejo določene valovne dolžine (Grifoni, idr., 2016), vendar je kljub temu malo okoljskih študij, ki bi proučevale vpliv UV-B sevanja na različnih nadmorskih višinah in zemljepisnih širinah.

6 2.3.2 Vpliv UV-B sevanja na rast in razvoj rastline

Rastline imajo zelo učinkovite zaščitne mehanizme proti škodljivim učinkom sončnega sevanja, kar je eden od razlogov, zakaj ima povečano UV-B sevanje le majhen učinek na rast rastlin (Ballare, Caldwell, Flint, Robinson in Bornman, 2011). Rastline, ki so izpostavljene povečanemu UV-B sevanju, so bolj razvejane, kompaktne in krajše. Morfološke spremembe vključujejo tudi: debelejše in krajše liste, krajše peclje, zavite liste, krajše internodije, manj razvejane stranske poganjke, spremenjene korenine in strukturo socvetja. Spremeni se razmerje med podzemnim in nadzemnim delom rastline. Vpliv UV-B sevanja je tudi zmanjšanje suhe mase podzemnih in nadzemnih delov rastline (Kataria, Jajoo in Guruprasad, 2014).

Učinki UV-B sevanja na rastline se razlikujejo med vrstami in znotraj iste vrste (Jordan, 2002). Pri večini rastlinskih vrst, kjer so listi izpostavljeni UV-B sevanju, ti razvijejo klorotične pege. Pri nadaljnji izpostavljenosti UV-B sevanju se klorotični madeži spremenijo v rjave nekrotične pike in listi odmrejo (Prasad idr., 2017).

2.3.3 Vpliv UV-B sevanja na strukturo listov in anatomijo

Na prodiranje UV-B sevanja skozi list vplivajo anatomija lista, vsebnost in porazdelitev UV-B absorbirajočih snovi in fiziološki procesi (Trošt Sedej, 2000). Zunanje stene povrhnjice so prekrite z voskasto plastjo, kutikulo. Ta predstavlja prvi filter UV-B sevanja (Trošt Sedej, 2000). Površina kutikule je lahko gladka ali hrapava, debelina pa je odvisna od vrste in okoljskih sprememb. Rastline se na povečano UV-B sevanje odzovejo s spremembo v debelini povrhnjice in kutikule (Václavík idr., 2017), saj naraščanje debeline lista poveča pot žarkov do občutljivih mest v listu (Bornman in Vogelmann, 1991). Povečano UV-B sevanje spremeni tudi količino in kemično sestavo voskov (Tevini in Steinmuller, 1987).

Spremembe v kutikuli močno vplivajo na odbojnost lista (Pančić, 2012).Na odbojnost lista poleg konveksnih celic povrhnjice in kutikularnih voskov na zgornji in spodnji povrhnjici vpliva tudi stebričasto in gobasto tkivo (Pančić, 2012). Listna sredica je sestavljena iz stebričastega tkiva s specializiranimi podolgovatimi celicami, ki vsebujejo številne kloroplaste. Pod njim je gobasto tkivo, z nepravilno oblikovanimi celicami, med katerimi je velik delež zračnega prostora (Fele, 2013).

Število plasti stebričastega tkiva je povezano s količino svetlobe. Več kot je svetlobe, več bo plasti teh celic (Fele, 2013).

Vsaj 90 % UV-B sevanja, ki doseže listno površino, se absorbira v povrhnjici še preden doseže mezofilna tkiva in tako zelo malo sevanja v celoti prodre skozi mezofil (Caldwell, Robberecht in Flint, 1983).

7 2.3.4 Vpliv UV-B sevanja na celično ultrastrukturo

Neposredna tarča UV-B sevanja so makromolekule, DNA, beljakovine in lipidi. Poškodbe deoksiribonukleinske kisline (DNA) onemogočijo normalno prepisovanje in podvajanje. UV-B sevanje povzroči zamreženje beljakovin in encimov in tako onemogoči njihovo delovanje. UV-B sevanje vpliva tudi na zgradbo membran. Glikolipidi in fosfolipidi, ki so glavna komponenta celičnih membran, vsebujejo nenasičene maščobne kisline, ki jih UV-B sevanje lahko poškoduje (Hollósy, 2002). Zaradi UV-B sevanja se v mitohondrijih in kloroplastih proizvajajo reaktivne vrste kisika (ROS), ki povzročijo oksidativni stres (Dotto in Casati, 2017).

UV-B sevanje vpliva tudi na biokemijske in fiziološke procese v rastlini. Na proces fotosinteze ima posreden in neposreden vpliv. Posredni vplivi UV-B sevanja na fotosintezo so: zmanjšana izmenjava plinov zaradi zapiranja listnih rež, spremenjene svetlobne razmere v listu zaradi sprememb v anatomiji lista in vpliv na fotosintezno aktivnost celotne rastline zaradi sprememb v morfologiji rastline (Kataria idr., 2014). Zmanjšanje trdnosti tiliakoidnih membran, poškodbe fotosistema I in II, zmanjšano vezavo CO2, sproščanje O2, ter nižjo vsebnost škroba in klorofila pa štejemo k neposrednim vplivom (Kataria idr., 2014).

Nižje jakosti UV-B, ponavadi pod 1 μmol m^-2 s^-2 UV-B, aktivirajo fotomorfogenetske odzive.

Nekateri fotomorfogenetski odzivi se lahko aktivirajo tudi pri 0,1 mol m^-2 s^-2 UV-B (Brown in Jenkins, 2008). Stalna izpostavljenost nizkim jakostim UV-B sevanja sproži foromorfogenetski odziv in tako vpliva na odprtost listnih rež, izgradnjo flavonoidov in dolžino hipokotila. Nasprotno pa visoke jakosti UV-B sevanja, običajno nad 1 μmol m^-2 s-² UV-B, vodijo do poškodb rastlinskih celic (Horak in Farre, 2015). Odziv rastline na takšen stres je aktiviranje poti smrti celice. Programirana celična smrt (PCD) je genetsko nadzorovan mehanizem samouničenja v vseh evkariontskih večceličnih organizmih in je bodisi kot del normalnega razvoj ali kot odziv na stres.

2.3.5 Vpliv UV-B sevanja na reprodukcijo rastlin

UV-B sevanje povzroča spremembo v reprodukciji ali morfologiji cvetov in na ta način vpliva na končno produkcijo rastlin (Germ, 2006). Llorens idr. (2015) navajajo, da UV-B sevanje lahko poveča razvoj cvetov in obarvanost sadja pri različnih vrstah. Večje jakosti UV-B sevanja povečajo kopičenje antocianov in drugih flavonoidov v cvetnih listih (Llorens idr., 2015). Runeckles in Krupa (1994) ugotavljata, da UV-B sevanje pospešuje ali pa zavira cvetenje in vpliva na začetek cvetenja. V naravi ima lahko to daljnosežne posledice, če rastline cvetijo prej ali kasneje, kot se pojavijo njihovi opraševalci (Germ, 2006). UV-B sevanje lahko zmanjša tudi trajanje obiska čebel in drugih opraševalcev na cvetu.

UV-B vpliva tudi število in kakovost semen (Kataria idr., 2014). Pri nekaterih rastlinah so ženski reproduktivni organi dobro zaščiteni z okoliškimi UV absorpcijskimi tkivi, po drugi strani pa je stena peloda prepustna za UV sevanje in s tem občutljiva na visoke jakosti UV-B (Caldwell idr., 1989). Na cvetni prah nekaterih vrst zmernih rastišč UV-B sevanje ne vpliva (Llorens idr., 2015).

8 2.3.6 Vpliv UV-B sevanja na biološke sisteme

Sončno UV-B sevanje ima širok razpon vpliva na kopenske ekosisteme, vendar pa naše razumevanje o vplivu UV-B sevanja na odnose rastlin s škodljivci, patogeni in mikroorganizmi ostaja omejeno (Paul idr., 2012). Poleg morfologije in regulacije metabolizma rastlin zajema tudi fotosintezo vitamina D3 (Norval idr., 2011), zagotavljanje informacijskih znakov za opraševalce (Eisner, Silberglied, Aneshansley, Carrel in Howlans, 1969), usmerjenje žuželk proti razpoznavnim vzorcem na venčnih listih (Honkavaara, Korvula, Korpimäki, Siitari in Viitali, 2002; Werner idr., 2012), izbiro partnerja pri pajkih vrste Phintella vittata na podlagi spolno-specifičnih UV vzorcev (Li idr., 2008), razmnoževanje bele muhe in glive Botrytis cinerea (Paul in Gaberščik, 2014) itd.

UV-B sevanje vpliva tudi na biotsko raznovrstnost mikrobov. S spreminjanjem vrstne sestave mikroorganizmov v tleh, vpliva na mikrobno razgradnjo in s tem na sekvestracijo ogljika v kopenskih ekosistemih in na pretok CO2 v ozračje (Ballare idr., 2011). Številni znanstveni izsledki so pokazali, da lahko obravnavanje rastlin z UV sevanjem zmanjša okužbe rastlin s patogeni, saj so glive in bakterije bolj dovzetne za UV sevanje (Gaberščik idr., 2015). Rastline, izpostavljene UV-B sevanju, so lahko tudi manj hranljive in vsebujejo več sekundarnih metabolitov in so zato manj privlačne za rastlinojedce (Caldwell, Bornman, Ballare, Flint in Kulandaivelu, 2007). Izpostavljenost rastlin UV sevanju lahko omili tudi druge negativne vplive okoljskih dejavnikov, kot je na primer suša (Gaberščik idr., 2015). UV sevanje poveča strpnost do suše in obratno, sušne razmere izboljšajo odpornost proti UV sevanju (Gaberščik idr., 2015).

Napovedi ekosistemskih posledic zaradi povečanega sevanja UV-B so zapletene zaradi odnosov med vrstami (Caldwell idr., 2007). Vrste, ki se bolje prilagodijo povečanemu UV-B sevanju, dobijo prednost pred drugimi vrstami in jih lahko izrinejo. Večja kompeticija poteka med različnimi vrstami kot pa znotraj ene vrste (Robson, Klem, Urban in Jansen 2015b).

2.4 STRATEGIJE RASTLIN ZA ZAŠČITO PRED UV SEVANJEM

Organizmi se med seboj razlikujejo v različnih načinih zaščite pred škodljivim UV-B sevanjem.

Gibajoči organizmi se pred škodljivim sevanjem umaknejo, medtem ko pritrjene rastline te možnosti nimajo, zato razvijejo mehanizme, s katerimi se poskušajo zaščititi pred škodljivimi učinki UV-B sevanja (Pfajfar, 2007). Najbolj razvite obrambne mehanizme poznamo pri tropskih in gorskih rastlinah.

2.4.1 Popravljalni mehanizmi

V procesu evolucije so rastline razvile toleranco za sončno UV-B sevanje, ki omeji količino poškodbe DNA. Rastline poškodovana mesta popravljajo preko fotoreaktivacije, z izrezovanjem (popravljanje z izrezovanjem baz ali popravljanje z izrezovanjem nukleotidov) in popravljanjem postreplikacij (Prasad idr., 2017). Fotoreaktivacija poteka v vseh organelih, ki vsebujejo DNA (v jedru, plastidih in mitohondrijih) s pomočjo UV-A sevanja ali modre svetlobe (Zaletel, 2011) in vključuje encim

9 fotoliazo, ki je odgovoren za direktno cepitev pirimidinskih ciklobutanskih dimerov. Izrezovanje okvarjenih mest DNA se opravi z odstranitvijo poškodovanega dela DNA, odstranitvijo baze v poškodovanem delu in s sintezo vrzeli. Pri popravljanju s postreplikacijo se poškodba DNA obnovi med replikacijo DNA, kasneje se vrzeli napolnijo z uporabo podatkov iz sestrskega dupleksa. Tak mehanizem popravljanja DNA je opažen v jedrni in plastidni DNA (Prasad idr., 2017). Različne rastlinske vrste imajo različne zmožnosti popravila škode, ki jo povzroči UV sevanje.

2.4.2 Zaščitni mehanizmi

Rastline imajo različne zaščitne strategije, da se zaščitijo pred premočnim sevanjem. Te vključujejo izogibanje absorpciji svetlobe, regulacijo učinkovitosti pretvorbe energije svetlobe in kopičenje antocianov. Izogibanje prekomerni svetlobi temelji na strukturnih in morfoloških spremembah, kar predstavlja spremembe v orientaciji listov ali kopičenje odsevnih struktur, kot so dlačice (trihomi), voski in antociani (Prasad idr., 2017). Te strukture imajo sposobnost oslabiti, absorbirati ali odbiti UV-B sevanje. V nekaterih primerih lahko povečano UV-B sevanje zmanjša vsebnost voska in vodi k zmanjšani odbojnosti lista (Gonzales idr., 1996).

Presežek svetlobnega sevanja rastline ublažijo tudi s premiki rastlinskih tkiv, na primer s pozicioniranjem listov, tako da je vpadni kot žarkov čim manjši (Zaletel, 2011). Na ta način sta dotok energije in segrevanje listov minimalizirana. Zaščito pred sevanjem rastline dosežejo tudi s premikanjem kloroplastov, ki se ob močni svetlobi postavijo tako, da jih zadane čim manj fotonov.

Ti se razvrstijo ob vertikalnih stenah celic, kjer je absorpcija nižja in tako zmanjšajo količino prekomernega vzbujanja pigmentov (Zaletel, 2011).

V odzivu na spremembe pri razpoložljivosti svetlobe rastline razvijejo tudi sončne oziroma senčne liste. Sončni listi so manj občutljivi na UV-B sevanje kot senčni listi, so debelejših in vsebujejo večjo vsebnost UV-B absorbirajočih snovi. V primerjavi s sončnimi listi so senčni listi tanjši in imajo večjo listno površino (Oh in Kim, 2010).

Ena od strategij, ki so jih razvile rastline za preprečevanje UV-B sevanja, je sposobnost izdelave spojin, ki absorbirajo UV-B. To so flavonoidi, antociani in drugi fenoli, ki delujejo kot antioksidanti.

Flavonoidi se kopičijo v povrhnjici in v trihomih (Karabourniotis, Papadopoulos, Papamarkou in Manetas, 1992). Pri enokaličnicah jih najdemo tudi v mezofilu (Agati in Tattini, 2010). Vsebnost različnih rastlinskih flavonoidov se razlikuje med vrstami rastlin in med epidermalnimi in mezofilnimi tkivi istega lista (Caldwell idr., 1983). Odvisna je od genotipa rastline, njene razvojne stopnje in od razmer, v katerih rastlina uspeva (Pollastri in Tattini, 2011).

Flavonoidi v listih, imajo na splošno veliko absorpcijo v UV spektru in zelo malo absorpcije v vidnem valovnem pasu. Antociani so opazna izjema, saj imajo veliko absorpcijo v vidnem valovnem pasu in malo v UV-B pasu (Caldwell idr., 1983). Poleg flavonoidov in anotocianov pa so pomembni antioksidanti tudi karotenoidi. Ti so pomembni za preprečevanje nastajanja in odstranjevanja

10 škodljivih radikalov. Pogosto je povečanje vsebnosti katerega od zaščitnih karotenoidov del prilagoditvene strategije rastline v stresu (Šircelj, 2008).

Med zaščitne mehanizme štejemo tudi produkcijo sekundarnih metabolitov, kot so lignini in tanini.

2.5 ODZIVI RASTLINE NA STRES

Rastline so v naravnih razmerah večkrat izpostavljene nihanjem okoljskih dejavnikov, ki odločilno vplivajo na njihovo rast in razvoj. Če dejavniki preveč odstopajo od optimalnih razmer in v rastlini sprožijo stresno reakcijo, jih definiramo kot stresne dejavnike. Te delimo na abiotske: svetloba, voda, temperatura, minerali, slanost, pH in biotske: druge rastlinske vrste, živali, mikroorganizmi (Kerčmar, 2014). Ker našteti stresni dejavniki skoraj nikoli ne nastopajo posamezno, govorimo o multiplem stresu. V takih primerih rastline pogosto kažejo navzkrižno toleranco, ko odpornost na en stresni dejavnik sproži prilagajanje na drugega (Taiz in Zeiger, 2010).

Rastline na stres reagirajo z različnimi sistemi aklimatizacije in adaptacije, ki se odražajo na različnih ravneh od gena do celotnega organizma, kot so: izražanje genov, sinteza specifičnih molekul kot odgovor na škodo, ki jo povzroča stres, mehanizem odpornosti in tolerance, strukturne spremembe, tvorba zaščitnih spojin, mehanizem popravila in prilagajanja (Šircelj, 2001).

Odzivi, ki jih povzročajo različni okoljski dejavniki, so sinergistični ali antagonistični (Coffey in Jansen, 2019). Odgovor organizma na stres je odvisen od genetske zasnove, fenotipskih značilnosti, razvojne stopnje, sezonske aktivnosti in se med posameznimi osebki lahko precej razlikuje (Larcher, 1994).

Številne študije so poročale o odzivih rastlin, ki so izpostavljene specifični dozi UV-B sevanja, vendar pa je za razliko od umetnega v naravnem okolju UV-B dinamična spremenljivka z različno jakostjo, ki je odvisna od geografskih, časovnih, vremenskih in podnebnih dejavnikov. Vse več je dokazov, da lahko okoljski dejavniki, uravnavajo ravnotežje med poškodbo in aklimatizacijo (Jansen idr., 2019).

Dokazano je, da izpostavljenost UV sevanju spremeni odzive rastlin na druge okoljske dejavnike (Jansen idr., 2019).

Odzivov aklimatizacije, ki potekajo v rastlini, ne smemo zamenjati s prilagoditvijo, ki je evolucijski odziv in se dogaja več generacij (Jansen idr., 2019). Aklimatizacijski odzivi so vsaj delno sproženi prek UV-B fotoreceptorja UVR8, ki nadzoruje izražanje stotine genov in vključujejo spremembe v rastlinski fiziologiji, biokemijske značilnosti in vpliva na rastlinsko arhitekturo (Pescheck in Bilger, 2019).

11 2.6 ALPINSKI SVET

Rastline so neprestano izpostavljene kratkoročnim in dolgoročnim okoljskim spremembam (Eckardt, 2012), zato so razvile občutljive in selektivne mehanizme na različne vidike svojega okolja (Hangarter, 1997). V primerjavi z nižinskimi legami je rastlinstvo v alpinskem svetu izpostavljeno dinamičnim in za rast bolj omejujočim klimatskim razmeram. V ospredju je krajša vegetacijska doba zaradi nižjih povprečnih temperatur čez vse leto, močnejši vetrovi in močnejše sevanje (Good in Millward, 2007). Rastline so pogosto izpostavljene tudi pomanjkanju mineralov in tanki plasti prsti (Billings in Mooney, 1968).

Vrsta tal se spreminja z nadmorsko višino in je posledica podnebja ter dejstva, da so različni tipi vegetacije imeli različno dolgo časa za tvorjenje tal (Pellissier idr., 2014). Nad gozdno mejo so drugačne spremembe v zalogah ogljika, dušika in mikrobnih aktivnosti v tleh (Mayor idr., 2017).

Globina tal, hranila in mikrobna raznolikost se z nadmorsko višino zmanjšujejo, medtem ko se biomasa ogljika, dušika ter korenin na volumen zemlje veča. To kaže na počasnejšo razgradnjo organskih snovi, počasnejšo stopnjo mineralizacije, večjo sekvestracijo ogljika in nižjo učinkovitost razkrojevalcev pri višji nadmorski višini (Pellissier in Rasmann, 2019).

Rahbek (1995) pravi, da je razpoložljivo kopensko območje glavno gonilo raznolikosti organizmov in njihovega razvoja. S povečanjem nadmorske višine se manjša površina zemljišč, s čimer se zmanjšujejo možnosti za življenje. Z naraščajočo višino pa so poleg zmanjšanja zemljišč povezane še atmosferske spremembe: zmanjšanje skupnega atmosferskega tlaka in delnega tlaka vseh atmosferskih plinov (od katerih sta O2 in CO2 posebnega pomena za življenje) in zmanjšanje temperature (Körner, 2007). Za razliko od zračnega tlaka in temperature se z naraščanjem nadmorske višine, količina padavin povečuje (Barry, 2008).

Padavine kažejo zapleten odnos z višino, saj na njih vpliva orografija in smer vetra. Ker se padavine povečujejo z nadmorsko višino, je letni odtok vode v alpskem pasu lahko tri do petkrat večji, kar ima velik vpliv na erozijo na strmih pobočjih (Körner, 2019). Kljub obilici padavin v alpskem pasu so življenjske razmere za rastline precej sušne, zaradi hitrejšega odtekanja vode po strmih pobočjih, kamninske sestave in vetra (Torkar, 2010). Močni in stalni vetrovi z mehanskim in fiziološkim učinkom zaviralno vplivajo na rast rastlin; lomijo in trgajo rastlinske dele, znižujejo zračno vlažnost, prenašajo peščene drobce in pozimi snežne kristale (Seliškar, Dakskobler in Vreš, 2014).

Celotno delovanje alpskega ekosistema na višji nadmorski višini je počasnejše kot na nižji nadmorski višini, saj ga v veliki meri posredujejo fiziološki kompromisi (Stige in Kvile, 2017).

2.6.1 Značilnosti alpinskih rastlin

Značilnosti alpinskih rastlin so posledica interakcij abiotskih in biotskih dejavnikov v gorskem okolju. Tipična alpska rastlina je majhna, celo pritlikava rastlina. V veliki večini so to trajnice, z majhnimi in debelejšimi listi, ki imajo bolje razvite epidermalne in kutikularne strukture kot nižinske

12 rastline (Gaberščik idr., 2015). Nekatere vrste alpinskih kamnokrečev (na primer Saxifraga flagellaris, S. caespitosa) imajo zelo majhne koreninske sisteme in zimzelene liste. Te rastline shranijo hrano kot ogljikove hidrate in tudi kot lipide (Billings, 1974). Značilne so oblike rasti, kot so rozete in blazine, saj te ločujejo temperaturo rastline od temperature okoliškega zraka. Takšne morfološke prilagoditve zagotavljajo toplotno korist v hladnejših dneh (Körner in Larcher, 1988).

Sposobnost spopadanja s specifičnimi okoljskimi zahtevami je mogoče doseči na tri načine: z evolucijsko prilagoditvijo, z ontogenetskimi spremembami in z reverzibilno prilagoditvijo. Rastlina je uspešna, če s katerim koli od zgoraj naštetih mehanizmov zmore obvladovati zahteve svojega okolja in se uspešno razmnožuje (Körner, 2003).

2.7 TEMPERATURA

Skupaj z razpoložljivostjo vode in mineralov je temperatura najpomembnejši dejavnik temeljne niše organizmov v vseh vrstah kopenskih ekosistemov. Skupaj z svetlobo, ogljikovim dioksidom, vlago v zraku, vodo in minerali vpliva na rast in razvoj rastlin. Medtem ko se vlaga in minerali lahko razlikujejo od kraja do kraja, se temperatura zraka zmanjšuje z nadmorsko višino (Körner 2003).

Za alpinski svet so značilna velika temperaturna nihanja med letnimi časi ter dnevom in nočjo.

Značilne so dolge zime, ki jim sledi kratka rastna sezona. Nizka temperatura in dolgo trajajoča snežna odeja na vsakih 100 metrov nadmorske višine skrajšata vegetacijski čas za en teden (Torkar, 2010).

Tako temperatura kot UV-B sevanje nista enaka skozi časovni tok leta. Čeprav dosežeta maksimum poleti in minimum pozimi, temperatura zaostaja vedno za približno dva meseca, kar vodi do še vedno nizkih temperatur in že tako velikega obsevanja spomladi (Turunen in Latola, 2005). Barry (1981) navaja, da temperatura zraka v povprečju pade za 5,5 K na kilometer nadmorske višine, vendar to ni nujno zmanjšanje temperature, ki ga doživijo vsi organizmi. Nizka rastlinska vegetacija se lahko pri sončnem sevanju bolj segreje kot drevesne vrste (Körner, 2007).

V alpinskih okoljih se najvišje temperature pojavljajo v sredini dneva v kombinaciji z močnim sončnim obsevanjem. Visoka intenzivnost obsevanja, v kombinaciji s prekomerno toploto, lahko vodi do fotoinhibicije in fotooksidativne škode (Buchner, Stoll, Karadar, Kranner in Neuner, 2015).

Ksantofilni cikel igra pomembno vlogo pri zaščiti rastlin proti oksidativnem stresu, ki nastane zaradi presežne svetlobe, kot tudi zaradi suše, toplote in drugih stresnih dejavnikov (Latowski, Kuczyńska in Strzałk, 2011). S pomočjo ksantofilnega cikla, rastline pretvarjajo odvečno sončno energijo v toploto že pred nastankom škodljivih oksidantov. Različne študije o pigmentih ksantofilnega cikla in antioksidantih v alpinskih rastlinah so pokazale, da je uravnavanje ravni reaktivnih kisikovih zvrsti še posebej pomembno v visokogorskih rastlinah (Buchner idr., 2017).

2.7.1 Vpliv temperature na rast in razvoj rastline

Vpliv temperature na rast in razvoj je odvisen od rastlinskih vrst in temperature okolja. Odzivi na temperaturo se razlikujejo med posameznimi vrstami skozi ves življenjski cikel in so predvsem

13 fenološke narave. Za vsako vrsto je opredeljeno specifično temperaturno območje, ki ga predstavlja najmanjša, največja in optimalna temperatura (Hatfield in Prueger, 2015). Optimalna temperatura se razlikuje od vrste do vrste in je pri večini rastlin običajno višja pri vegetativnem razvoju kot pri reproduktivnem. Reakcija rastline na temperaturo ozračja je odvisna tudi od njene razvojne stopnje.

Raven strpnosti rastlin se med letom spreminja in je najvišja v času razvoja mladih organov ter v toplejšem letnem času (Trošt Sedej, 2005a).

Vpliv temperature na rastline je zelo različen. Nanje vplivajo dejavniki, kot so izpostavljenost sončni svetlobi, odvajanje vlage, nadmorska višina, razlika med dnevnimi in nočnimi temperaturami ter bližina okoliških kamnin (Nahar idr., 2015). Dnevna temperatura uravnava fotosintezno dejavnost, nočna temperatura pa celično dihanje rastlin in s tem porabo asimilatov.

Najbolj očitni so učinki toplote na fotosintezo in celično dihanje. Z naraščanjem temperature naraščata fotosinteza in celično dihanje, vendar, ko temperatura doseže neugodno visoko mejo, ta dva procesa postaneta neuravnotežena. Višja temperatura običajno privede tudi do povečane transpiracije.

Kritična temperatura poškoduje presnovne procese in vpliva na razvoj rastline (Balla, Bencze, Janda in Veisz, 2009). Denaturacija proteinov, inaktivacija encimov, proizvodnja reaktivnih kisikovih vrst in motnje v membranski strukturi so le nekateri od škodljivih učinkov povišane temperature in so odgovorni tudi za poškodbe ultrastrukturnih celičnih komponent. Te anomalije ovirajo rast in razvoj rastlin (Hemantaranjan idr., 2014). Zmerno visoka temperatura zmanjša širjenje in delitev celic, medtem ko visoka temperatura povzroči programirano celično smrt.

Vidni simptomi vročinskega stresa so ožigi listov, stebla, staranje in odpadanje listov ter zavrta rast nadzemnega dela in korenin (Berry in Raison, 1981). Pred visokimi temperaturami se rastline ubranijo z zvijanjem listov ali obračanjem listov stran od direktnega sončnega sevanja. Zaščitijo se tudi z morfološkimi spremembami, kot je minimalno razmerje med volumnom in površino listov (Debeljak, 2006). Za razliko od visokih, nizke temperature povzročijo upočasnjeno rast, lezije na listih, neobičajno zvijanje in kodranje listov, klorozo ter poškodbo in odmiranje stebel (Vodnik, 2017). Pred nizkimi temperaturami se rastline zaščitijo z listnimi laski ter rastjo v rozetah in šopih.

Kot odziv rastline na kritične temperature se spremeni metabolizem; antioksidanti, sekundarni metaboliti, hormoni in mnoge druge bistvene biomolekule se modulirajo, kar pripomore k obrambi (Nahar idr., 2015).

Toplotna toleranca rastlin ustreza temperaturnemu režimu habitata. Razlike v toleranci v toplotno različnih okoljih so posledica termoadaptacije rastlin. Primerjava sorodnih vrst glede na njihovo primarno odpornost kaže korelacijo med toleranco toplote in prevladujočo geografsko porazdelitvijo (Kappen, 1981).

Zaradi vse večjih podnebnih sprememb obstaja velika verjetnost, da bodo temperature zraka presegle optimalno območje za mnoge vrste (Hatfield in Prueger, 2015).

14 2 MATERIALI IN METODE

3.1 PREISKOVANA RASTLINA

Predmet raziskave je bil Hostov kamnokreč (Saxifraga hostii), ki je kompaktna, rozetasta zelnata trajnica. Gre za vzhodnoalpsko vrsto, ki je značilna za združbe skalnih razpok (Dakskobler, 2018).

Ime je dobila po dunajskem botaniku Nicolausu Thomasu Hostu.

Korenina je glavna, steblo pokončno. Listi rozete so nazobčani in upognjeni navzdol, dolgi 5‒10 cm, s topimi zobci. Listi so enostavni, celi in po obrisu listne ploskve črtalasti. Po robu vsebujejo bele apnenčaste luske. Venčni listi tvorijo bel venec. Cvetovi so zvezdasti, številni, enostavni, nežni, mlečno beli ali smetanovo rumeni. Pogosto imajo purpurne pike. Vejice (grozdastega) socvetja so s 5‒10 cvetovi (Martinčič idr., 2007). Ima 10 prašnikov. Cveti od maja do junija. Uvrščamo ga k hamefitom.

Vrsta je razširjena od montanskega pasu (800‒1200 m n.m.) do subalpinskega (1200‒1500 m n.m.) in alpskega pasu (1500‒2300 m n.m.) kar kaže na njeno uspešno adaptacijo in aklimatizacijo na gorsko okolje. Na Kobariškem Stolu uspeva na apnenčasti podlagi in poseljuje skalne razpoke, grušč ter kamnite gozdne obronke.

Slika 1: Hostov kamnokreč (Saxifraga hostii) (foto: Tina Erznožnik).

15 3.1.1 Klasifikacija

Kraljestvo: Plantae - rastline Deblo: Spermatophyta - semenke

Poddeblo: Magnoliophytina - kritosemenke Razred: Magnoliatae - dvokaličnice

Podrazred: Rosidae Red: Saxifragales

Družina: Saxifragaceae - kamnokrečevke Rod: Saxifraga - kamnokreč

Vrsta: Saxifraga hostii – Hostov kamnokreč 3.2 OBMOČJE RAZISKAVE

Meritve in vzorce Hostovega kamnokreča smo izvedli oz. nabrali v Sloveniji, na severnem Primorskem, na dveh nahajališčih Kobariškega Stola, na 1095 m n.m. (46º16`12,55`` N in 13º27`34,31`` E) in 1504 m n.m. (46º16`29,60`` N in 13º28`05,46`` E) oboje na pobočju z zahodno lego. Vzorci so bili nabrani v mesecu juliju, avgustu in septembru 2016.

Slika 2: Lokacija vzorčenja Hostovega kamnokreča na Kobariškem Stolu na 1095m n.m. in 1504 m n.m. Rdeč krog pomeni lokacijo v subalpinskem pasu - 1504 m n.m. (Subalp), moder krog pomeni lokacijo v montanskem pasu - 1095m n.m. (Mont) (vir: Google Zemljevidi).

16 3.2.1 Geografska umestitev

Med Tersko dolino na zahodu in Soško dolino na vzhodu se razprostira 34 kilometrov ozek in dolg greben Kobariškega Stola, ki velja za najdaljšega v Julijskih Alpah. Sestavlja ga osem vrhov: Starijski vrh (1147 m n.m.), Vršnja Glava (1368 m n.m.), Stol (1673 m n.m.), Mali Muzec (1612 m n.m.), Veliki Muzec (1630 m n.m.) Gnjilica in Breški Jalovec (1615 m n.m.), ki so med seboj povezani in ustvarjajo vtis slemena (Peršolja, 2006). Najvišji vrh je Stol (1673 m n.m.), s katerega se odpre lep razgled na osrednje Julijske Alpe, Krnsko in Kaninsko pogorje, Matajur ter Jadransko morje. Gorsko sleme se nadaljuje v Italijo, kjer se zaključi z goro Čampon nad Huminom (Čušin, 2006).

Pogorje s severne strani zamejuje dolino Nadiže in pokrajino, ki leži v najbolj zahodnem delu Slovenije, breginjski kot, s katerim označujemo kraje v neposredni okolici Breginja (Zupin Muzik, 2008). Breginjski kot sestavlja deset naselij, ki si sledijo od najnižjega Kreda do najvišje ležečega Robidišča. Uvrščamo ga v prehodno območje, ker leži med slovenskim alpskim in predalpskim svetom (Zupin Muzik, 2008).

Južna pobočja Stolovega pogorja so precej nerazgibana, prepredena le s številnimi hudourniškimi grapami, kjer prevladujejo travišča, ki preprečujejo intenzivnejše izpiranje prsti, gozda pa je bolj malo (Čušin, 2006). Za pobočja na severni strani je značilno, da so tik pod vrhom strmejša, nato pa se vedno bolj položno spuščajo proti dolini Soče (Peršolja, 2006). Na vzhodnem delu Stolovega grebena so urejene številne planine (Božca, Krejska planina, Hlevišče, Hum, Starijska planina), saj je ta razširjen v položen hrbet in je zato primeren za pašnike (Čušin, 2006). Največja med njimi in še delujoča je planina Božca.

Slika 3: Južna pobočja Kobariškega Stola s pogledom na sosednji hrib Muzec (foto: Tina Erznožnik).

17 3.1.1 Geološko-geomorfološka umestitev

V Breginjskem kotu se srečujejo različne tektonske enote, ob katerih se prepletajo kamnine različnih starosti (Čušin, 2006). Sleme Kobariškega Stola sestavljajo triasni apnenci in dolomiti (Zupin Muzik, 2008). Peršolja (2006) pravi, da je greben Stola z glavnimi vrhovi: Stol, Muzci in Breški Jalovec iz jurskega apnenca, le najvišji del je iz krede. Pod njimi se vleče pas triasnega apnenca. Na grebenu Stolovega pogorja zasledimo mikritni in oolitni apnenec (Čušin, 2006).

Pobočja so prekinjena s hudourniškimi grapami, ki so najbolj strma nad 1100 m nadmorske višine, njihov naklon pa se giblje med 30° in 40°. Kljub strminam je večina površja izven hudourniških grap in pobočij (Zupin Muzik, 2008). Pod strmimi pobočji so se izoblikovala melišča, ta so večinoma porasla s travo, grmovjem in pionirskim gozdom (Čušin, 2006).

3.1.2 Vegetacija

O vegetacijskih razmerah na pobočju Stola v večji meri odloča naklon pobočja. Površje je večinoma poraslo s travo in grmovnim rastjem, predvsem pa se tu uveljavlja že ruševje. Na strmih pobočjih zgornjega dela grebena, kjer je nagnjenost večja od 30°, prevladuje tanka plast zemlje, ki jo poraščajo grmi (Peršolja, 2006).

V spodnjem delu grebena na pobočjih z manjšim naklonom je ilovnata-glinasta prst, ki jo porašča gozd bukve pomešan s smreko, na gozdnih robovih pa z rdečim borom (Lovrenčak in Plut, 1978). Na tem območju je človek gozdno rastje precej spremenil s sekanjem in vnašanjem novih drevesnih vrst, predvsem smreke na zahodni strani pobočja in rdečega bora na vzhodni (Kladnik, 1977).

Prisojna pobočja Stola naseljujejo toploljubne združbe bukve, na osojnih pobočjih pa se širi bukov gozd s kresničevjem, kateremu so posamično primešane smreke, gorski javor ali črni gaber (Peršolja, 2006). Na sedanjo obliko vegetacije v Breginjskem kotu je vplivalo krčenje prvotnega gozda in umetno pogozdovanje z novimi drevesnimi vrstami ter naravno zaraščanje pašnikov in travnikov.

3.1.3 Klimatološke značilnosti

Podnebje v Breginjskem kotu je prehodno, saj sem segajo vplivi Sredozemlja, ki se odražajo v mediteranskem padavinskem režimu z manj izrazitim spomladanskim (april‒maj) in bolj izrazitim jesenskim viškom (oktober‒november). Povprečna letna višina padavin je okrog 2700 mm, kar Breginjski kot uvršča med najbolj namočena območja v Sloveniji (Čušin, 2006). V letu 2016 je Breginjski kot prejel 2508,9 mm padavin. Vzrok za tako izdatne padavine je visoka pregrada Stola, v katero zadevajo vlažni jugozahodni vetrovi, ki prinašajo padavine. Ob tem pa na južnem območju pregrade deluje tudi močna termika, ki pospešuje nastanek konvekcijskih padavin. Količina padavin na pobočju Stola je večja kot na dnu doline (Celarc in Erjavec, 2012) saj padavine niso enakomerno razporejene glede na nadmorsko višino. Gorski pas Stolovega pogorja ima povprečno letno temperaturo med 2 in 4 °C, njegov vršni greben pa med 2 in 0 °C.

18 3.1.3.1 Razmere na najbližjih merilnih postajah

Meteoroloških postaj v Breginjskem kotu ni, zato o klimatoloških razmerah lahko sklepamo le na podlagi podatkov iz najbližjih merilnih postaj. Za referenčno vrednost meteoroloških spremenljivk podobnih Kobariškemu Stolu smo vzeli podatke z merilne postaje Vogel. Ker na temperaturo posameznih krajev poleg nadmorske višine vplivajo tudi ekspozicija, naklon, izpostavljenost vetru in mikrorelief, moramo klimatskih dejavnikih sklepati previdno, še posebej, če nimamo podatkov iz merilnih postaj.

Klimatološke vrednosti so predstavljene v preglednici 1.

Preglednica 1: Zbrani statistični podatki o količini padavin in odstotek oblačnosti na najbližji meteorološki postaji, na Voglu (1515 m n.m.) (ARSO, 2016).

Mesec Količina padavin [mm]

Oblačnost [%]

Julij 93,6 55

Avgust 231,5 47

September 83,0 58

Za referenčno vrednost obsevanja podobno Kobariškemu Stolu smo vzeli meritve s postaje Kredarica, saj merilna postaja Vogel, ki je bližja, ne meri te spremenljivke. Povprečne mesečne vrednosti so predstavljene v preglednici 2.

Preglednica 2: Zbrani statistični podatki o povprečnem energijskem toku globalnega sevanja. Meritve so v W/m² (ARSO, 2016).

Mesec Povprečje

Julij 194,72

Avgust 187,29

September 145,39

3.2 METODE

3.2.1 Terensko delo

Delo je potekalo na terenu in v laboratoriju. Na terenu v naravnem okolju smo na dveh lokacijah Kobariškega Stola, na 1095 m n.m. in 1504 m n.m. spremljali okoljske razmere, temperaturo in dnevni potek jakosti sevanja. Temperaturo smo spremljali s pomočjo temperaturnih senzorjev tik pod površino tal, jakost sevanja pa smo merili tekom dneva v enournih intervalih na štirih ploskvah (na dveh nadmorskih višinah in dveh različnih izpostavljenostih UV-B sevanju). Vse meritve na terenu

19 smo izvedli ob sončnem vremenu, med 11. in 16. uro (1600 μmol m^-2 s^-1 PPFD).Meritve so bile izvedene na desetih naključno izbranih zelenih in približno enako velikih listih Hostovega kamnokreča (Saxifraga hostii).

Drugi del je vključeval anatomske analize kamnokreča v laboratoriju, v naslednjih dneh po vzorčenju.

Analize smo izvedli hitro in s tem zmanjšali absolutne napake v rezultatih. Pri anatomskih analizah smo določili število in velikost listnih rež in proučili zgradbo lista. Za proučitev zgradbe lista smo naredili prečne prereze in izmerili naslednje parametre: debelino lista (µm), debelino zgornje in spodnje kutikule (µm), debelino zgornje in spodnje povrhnjice (µm) ter debelino stebričastega in gobastega tkiva (µm). Prešteli smo tudi število rež v spodnji in zgornji povrhnjici ter izmerili njihovo dolžino (µm).

Prvo terensko delo (28. 6. 2016) je zajemalo določitev in izbor ožjega območja nabiranja rastlin, postavitev filtrov ter nastavitev avtomatskih termometrov na dveh rastiščih Kobariškega Stola, na 1095 m n.m. (46º16`12,55`` N in 13º27`34,31`` E) in 1504 m n.m. (46º16`29,60`` N in 13º28`05,46``

E). Tik pod površjem smo na obeh lokacijah zakopali Onset HOBO Data-logger TidbiTv2 za avtomatsko merjenje temperature vsako uro do naslednjega vzorčenja. Prav tako smo na obeh nadmorskih višinah namestili 10 filtrov, ki so prepuščali UV-B sevanje in 10 filtrov, ki so ga zastrli.

Filtre, ki so prepuščali UV-B sevanje, smo označili z 0 in jih imenovali zunanji UV filtri. Filtre, ki so zadržali UV-B sevanje smo označili z – in jih imenovali zmanjšani UV filtri.

UV filtrirni okvirji (20 x 20 cm) so bili postavljeni na obeh nadmorskih višinah 15 cm nad rastlino in so sestavljeni iz železnih nog, ki jih pokriva akrilna plošča iz pleksi stekla. Za namen našega eksperimenta, smo na obeh lokacijah uporabili dva tipa UV filtrov: Quinn XT UV filter, ki je zmanjšal UV sevanje za 90 % in Quinn brušen UVT filter, ki je transparenten za vidno svetlobo in UV.

20 Slika 4: Levo filtri, ki prepuščajo UV-B sevanje. Desno filtri, ki zadržijo UV-B sevanje (foto: Tina Erznožnik).

Drugo vzorčenje (4. 7. 2016) je na obeh lokacijah zajemalo merjenje fizioloških parametrov:

fotokemične učinkovitosti in transpiracijo rastlin ter nabiranje kamnokreča za nadaljnje raziskave v laboratoriju. Nabrane vzorce kamnokrečev smo ovili v vlažen papir, jih zaprli v vrečke, da bi ostali čim bolj sveži in jih v hladilni torbi pripeljali v laboratorij. Dobljeni podatki iz vzorcev so nam služili kot kontrola.

Tudi tretje (15. 8. 2016) in četrto (15. 9. 2016) vzorčenje je na obeh lokacijah zajemalo merjenje fizioloških parametrov, fotokemične učinkovitosti in transpiracijo rastlin pod zmanjšanim UV-B filtrom in zunanjim UV-B filtrom. Na obeh nadmorskih višinah smo za nadaljnje raziskave v laboratoriju nabrali po 10 kamnokrečev, ki so bili pod zmanjšanim UV-B filtrom in 10 kamnokrečev, ki so bili pod zunanjim UV-B filtrom.

3.2.1.1 Merjenje fotokemične učinkovitosti

Fotokemično učinkovitost fotosistema II (FS II) smo merili s fluorometrom PAM-2100 (Walz).

Izmerili smo jo tako na zatemnjenih kot na osvetljenih listih, saj sta nas zanimali potencialna in dejanska fotokemična učinkovitost (Trošt Sedej, 2005a).

21 3.2.1.2 Potencialna fotokemična učinkovitost

Potencialno fotokemično učinkovitost FS II smo izrazili s parametrom Fv/Fm. Pred merjenjem smo na kamnokreč pritrdili ščipalke za temotno adaptacijo. Po 20 minutah adaptacije, ki zadošča za oksidacijo prejemnikov elektronov FSII, smo kamnokreč osvetlili s saturacijskim pulzom bele svetlobe (≈ 8000 mmol m² s^¹, trajanje 0,8s) in odčitali potencialno fotokemično učinkovitost.

Razmerje Fv/Fm dosega optimalne vrednosti okoli 0,8. Nižje vrednosti nakazujejo na rastlino izpostavljeno stresu (Trošt Sedej, 2005a).

Relativno enoto smo izračunali s formulo (1).

Fv/Fm (relativna enota) = Fm – Fo/Fm …(1)

Fo in Fm: minimalna in maksimalna fluorescenca vzorca adaptiranega na temo

Fv: variabilna fluorescenca (razlika med Fm in Fo), ki je pokazatelj velikosti redukcije QA, ki je prvi stabilni sprejemnik elektronov v PSII

Slika 5: Izvedba meritve potencialne fotokemične učinkovitosti na Hostovem kamnokreču (Saxifraga hostii) (foto: Tina Erznožnik).

3.2.1.3 Merjenje transpiracije

Transpiracija je difuzijski proces, ki je odvisen od razlike parcialnih vodnih tlakov na spodnji in zgornji strani lista (c) ter skupne difuzne upornosti (∑r) (Trošt Sedej, 2005a). Oddajanje vode iz listov

22 poteka v največji meri skozi listne reže, kjer se sprosti od 90‒95 % vode. Kutikularna transpiracija na listni povrhnjici je bistveno manjša in predstavlja 10‒15 % celotne izgube vode.

Za merjenje transpiracije smo uporabili porometer (Decagon, SC-1). Porometer je merilna naprava, ki izračunava stomatalno prevodnost, iz razlik v parcialnih vodnih tlakih v merilni komori, kamor namestimo merjeni list. Stomatalna prevodnost nam pove, koliko vodnih hlapov prehaja skozi listne reže na enoto površine in časa. Prevodnost listnih rež je odvisna od količine sence in sončne svetlobe, ki jo prejme ter starosti in položaja lista na rastlini (Leaf porometer, 2016).

Slika 6: Izvedba meritve s porometrom SC-1, Decagon Devices, Pullman, Washington, ZDA (foto:

Tina Erznožnik).

3.2.2 Laboratorijska analiza

3.2.2.1 Zgradba lista

Za potrebe anatomske analize smo po vsakem terenskem delu naredili preparate prečnih prerezov 10 svežih listov ter na vsakem izmerili po tri vidna polja. Prečne prereze smo naredili na sredini lista.

Preparate smo izdelali tako, da smo svež list kamnokreča vstavili v stiroporni blok in z britvico odrezali tanke rezine tkiva, ki smo jih nato položili v kapljico glicerola na objektnem steklu in prekrili s krovnim steklom. Na ta način smo ustvarili poltrajne preparate, ki jih je bilo mogoče opazovati tudi kasneje. Meritve smo opravili s pomočjo svetlobnega mikroskopa Olympus CX41, povezanega z digitalno kamero Olympus XC30 in programsko opremo CellSens (Olympus, Japan).

23 Na vsakem opazovanem preparatu smo izmerili po tri vidna polja, izogibali smo se žilam in robnim delom lista.

Izmerili smo sledeče parametre:

- debelino lista (µm)

- debelino zgornje in spodnje povrhnjice (µm) - debelino zgornje in spodnje kutikule (µm) - debelino gobastega in stebričastega tkiva (µm)

Slika 7: Svetlobni mikroskop Olympus CX41, digitalna kamera Olympus XC30 in programska oprema CellSens (foto: Tina Erznožnik).

3.2.2.2 Število in velikost rež

Spodnjo in zgornjo povrhnjico lista smo premazali s tanko plastjo prozornega laka in počakali, da se ta posuši. Posušen lak smo previdno odstranili in prilepili na objektno stekelce. Tako izdelan preparat smo opazovali pod mikroskopom CX41, sliko preko digitalne kamer XC30 prenesli na računalnik in jo obdelali s programom CellSens (Olympus, Japan). Na 10 odtisih smo izmerili po tri vidna polja, kjer smo analizirali dolžino (µm) rež v spodnji in zgornji povrhnjici ter njihovo gostoto (cm²).

Proučevana rastlina ni vsebovala trihomov.

24 Slika 8: Prikaz spodnje in zgornje povrhnjice Hostovega kamnokreča (Saxifraga hostii) premazane z lakom (foto: Tina Erznožnik).

3.2.3 Statistična analiza

Za statistično obdelavo podatkov smo uporabili statistični programom SPSS Statistic 21.0 (IBM ®), za izračun srednjih vrednosti pa program Microsoft Excel 2007. Pri izračunu statistično značilnih razlik je bila uporabljena enosmerna analiza varianc (One-way ANOVA) pri enakomerni razporeditvi podatkov. Če vrednosti spremenljivke niso bile porazdeljene normalno, smo statistično značilne razlike v skupini iskali s pomočjo testa Kruskal-Wallis, med vzorci pa z testom Mann-Whitney.

Normalnost porazdelitve smo preverjali s pomočjo Shapiro-Wilk testa, homogenost varianc pa z Levenovim testom. V primeru, da so bile variance homogene, smo uporabili Tukey HSD post hoc test, v primeru nehomogenih varianc pa smo upoštevali rezultat Ganes-Howel post hoc testa.

Naredili smo tudi dvosmerno ANOVO, da smo raziskali učinke UV-B sevanja in temperature ter njuno interakcijo na izmerjene parametre.

Z redundančno analizo (RDA) smo določali, katere izbrane značilnosti najbolj korelirajo z raznolikimi mikroklimatskimi razmerami. Pri tem smo uporabili program CANOCO 5. Statistično značilnost vpliva določenega parametra smo testirali z Monte Carlo permutacijskim testom. Stopnja pomembnosti je bila sprejeta pri * p < 0,05. Rezultate smo prikazali v obliki grafov in preglednic.