OPTIČNE LASTNOSTI ŠOTNEGA MAHU

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA

JOŽICA JANEŽIČ

OPTIČNE LASTNOSTI ŠOTNEGA MAHU

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2020

(2)

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA

DVOPREDMETNI UČITELJ BIOLOGIJE IN KEMIJE

JOŽICA JANEŽIČ

Mentorica: izr. prof. dr. ALENKA GABERŠČIK

OPTIČNE LASTNOSTI ŠOTNEGA MAHU

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2020

(3)

Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega študija Dvopredmetni učitelj biologije in kemije.

Opravljeno je bilo v Skupini za ekologijo rastlin, Oddelka za biologijo, Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani.

Študijska komisija Pedagoške fakultete je potrdila temo in naslov diplomskega dela ter za mentorico imenovala izr. prof. dr. Alenko Gaberščik.

Komisija za oceno in zagovor:

Predsednik: doc. dr. Tadeja Trošt Sedej Član: izr. prof. dr. Mateja Germ

Datum zagovora:

Naloga je rezultat lastnega raziskovalnega dela.

Podpisana se strinjam za objavo svoje naloge v polnem tekstu na spletni strani Digitalne knjižnice Pedagoške fakultete UL.

Izjavljam, da je naloga, ki sem jo oddala v elektronski obliki, identična tiskani verziji.

Jožica Janežič

(4)

ZAHVALA

Za nastanek diplomskega dela se močno zahvaljujem svoji mentorici izr. prof. dr. Alenki Gaberščik, ki mi je bila v veliko pomoč. Njeni odzivi na moja vprašanja so bili na mestu in vzpodbudni.

Vedno je bila na voljo.

Hvala tudi strokovnemu sodelavcu Draganu Abramu, ki mi je pomagal pri laboratorijskem delu in statistični obdelavi podatkov.

Zahvaljujem se svoji družini in bližnjim, ki so mi stali ob strani in me vzpodbujali.

(5)

POVZETEK

Preučevali smo optične lastnosti šotnega mahu vrste Sphagnum teres. Primerjali smo optične lastnosti pri sveži in suhi blazinici. Ugotavljali smo odbojnost kapituluma šotnega mahu, določili vsebnosti barvil (klorofilov a in b, karotenoidov, antocianov) ter UV absorbirajočih snovi. Preučevali smo tudi fotokemično učinkovitost šotnega mahu. Odbojnost in fotokemično učinkovitost smo merili tudi pri ponovnem namakanju osušene blazinice. Rezultati so pokazali, da se optične lastnosti sveže in suhe blazinice šotnega mahu statistično značilno razlikujejo.

Odbojni spektri suhe blazinice šotnega mahu so višji kot odbojni spektri sveže blazinice.

Odbojnost je bila najbolj podobna v vidnem delu spektra, razlikovala pa se je v UV in NIR območju. Ugotovili smo, da ni bilo statistično značilnih razlik v vsebnosti barvil v suhi in sveži blazinici. Pri sveži blazinici je bila izmerjena značilno višja fotokemična učinkovitost. Ugotovili smo, da si po ponovnem namakanju odtrgane rastline vrste Sphagnum teres ne opomorejo neposredno po namočenju.

Ključne besede: šotni mah, optične lastnosti, odbojnost

(6)

ABSTRACT

The present study focuses on the optical properties of the peat moss species Sphagnum teres by contrasting the optical properties of a fresh and a dry moss. We examined parameters such as the reflectance of the moss capitulum, the content of chlorophylls, carotenoids, antocyanins and UV absorbents, and the photochemical efficiency of the peat moss.

Reflectance and photochemical efficiency were also measured after rehydration of the dried pad. The results have shown a statistically significant difference between the optical properties of the fresh and the dry moss. The reflectance spectra of the dry peat moss pad were higher than the reflectance spectra of the fresh moss. The reflectances of the wet and dry moss were the most similar in the visible part of the spectrum, but differ in the UV and NIR ranges. No statistically significantly differences were found in the pigment content between the dry and the fresh moss. The photochemical efficiency was significantly higher in the fresh moss. It was also found that Sphagnum teres plants do not recover shortly after rehydration.

Key words: Sphagnum moss, optical properties, reflectance

(7)

KAZALO

1. UVOD ...1

1.1 HIPOTEZE ...2

2. PREGLED OBJAV ...2

2.1. OPTIČNE LASTNOSTI ...3

2.1.1. SVETLOBA ...3

2.1.2. ODBOJNOST ...3

2.2. VPLIVI NA ODBOJNE SPEKTRE ...4

2.2.1. BIOKEMIJSKE ZNAČILNOSTI ...4

2.2.2. ANATOMSKE IN MORFOLOŠKE ZNAČILNOSTI ...5

2.2.3. VSEBNOST VODE ...5

2.3. FOTOKEMIČNA UČINKOVITOST...6

3. MATERIALI IN METODE ...7

3.1 OBMOČJE RAZISKAVE ...7

3.2. PREDMET RAZISKAVE ...7

3.3. METODE DELA ...7

3.3.1. IZVEDBA POSKUSA ...7

3.3.2. MERJENJE ODBOJNIH SPEKTROV ...8

3.3.3. VSEBNOST VODE ...8

3.3.4. BIOKEMIJSKE ANALIZE ...8

3.3.5. FIZIOLOŠKE ANALIZE ...9

3.3.6. STATISTIČNA OBDELAVA PODATKOV ... 10

4. REZULTATI... 10

4.1 VSEBNOST KLOROFILOV ... 10

4.2. VSEBNOST KAROTENOIDOV ... 12

4.3. VSEBNOST ANTOCIANOV ... 12

4.4. VSEBNOST UV ABSORBIRAJOČIH SNOVI ... 13

4.5. ODBOJNI SPEKTRI BLAZINIC ... 14

4.6. FOTOKEMIČNA UČINKOVITOST... 16

5. RAZPRAVA IN SKLEPI ... 17

6. POVZETEK ... 19

7. VIRI IN LITERATURA ... 20

7.1. VIRI IN LITERATURA VSEBINE ... 20

7.2. VIRI SLIK ... 21

(8)

KAZALO SLIK

Slika 1: Shema šotnega mahu (Sphagnum).. ...2

Slika 2: Vsebnost klorofila a [mg g^-1 ss] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres) ... 10

Slika 3: Vsebnost klorofila b [mg g^-1 ss] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres) ... 11

Slika 4: Vsebnost klorofila a (zelena) in b (modra) [mg g^-1 ss] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres)... 11

Slika 5: Vsebnost karotenoidov [mg g^-1ss] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres) 12

Slika 6: Vsebnost antocianov [relativna enota] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres) ... 13 Slika 7: Vsebnost UV-A absorbirajočih snovi [relativna enota] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres)... 13

Slika 8: Vsebnost UV-B absorbirajočih snovi [relativna enota] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres)... 14

Slika 9: Vsebnost UV-A (zelena) in UV-B (modra) absorbirajočih snovi [relativna enota] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres) ... 14

Slika 10: Odbojni spektri blazinic šotnega mahu (Sphagnum teres) ... 15

Slika 11: Povprečne vrednosti in standardne deviacije barvnih pasov odbojnosti blazinic šotnega mahu (Sphagnum teres) ... 15

Slika 12: Primerjava potencialne fotokemične učinkovitosti šotnega mahu (Sphagnum teres) ... 16

(9)

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI

Ant antociani

E470, E530, E645, E662 ekstinkcije pri danih valovnih dolžinah IR infrardeče sevanje

Kar karotenoidi

Kl a, Kl b klorofil a, klorofil b

NIR bližnje infrardeče sevanje (700 – 1400 nm) PAR fotosintezno aktivno sevanje (400 – 700 nm) SD standardna deviacija

ss suha masa

t-test dvosmerni Studentov t-test UV ultravijolično sevanje UV abs UV absorbirajoče snovi

UV-A ultravijolični del svetlobnega spektra (320 – 400 nm) UV-B ultravijolični del svetlobnega spektra (280 – 320 nm) UV-C ultravijolični del svetlobnega spektra (200 – 280 nm)

(10)

Janežič, J. Optične lastnosti šotnega mahu. Diplomsko delo. Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, dvopredmetni učitelj biologije in kemije, 2020.

1

1. UVOD

Energija sevanja, ki doseže listno površino se absorbira v notranjost lista, se od lista odbije ali pa preseva skozi list. To so optične lastnosti lista. Energija sevanja je sestavljena iz fotonov, ki potujejo s svetlobno hitrostjo. Molekule biokemijskih struktur v rastlini sprejemajo fotone z različno valovno dolžino (Arkebauer, 2005).

Različne vrste mahu imajo bistveno različne odbojne spektre, še posebej v rdečem območju (700 nm) valovne dolžine. Vendar to ni nujno povezano s koncentracijo barvil. Odbojni spektri mahu lahko variirajo tudi v vidnem območju spektra (Lovelock in Robinson, 2002). Odbojnost je odvisna od površine in notranje zgradbe ter koncentracije in razporejenosti biokemijskih snovi. Na podlagi spektrov lahko ocenimo biomaso in fiziološki status rastline (Peñuelas in Filella, 1998). Če bi bila površina popolnoma ravna, bi bile optične lastnosti takšne površine predvidljive zaradi kritičnega vpadnega kota, pri katerem bi imela ta površina popoln odboj.

Ker pa listna oz. rastlinska površina ni ravna, se svetloba na njej odbija in s tem se zmanjša absorpcija (Lee, 2009).

Za ocenjevanje stanja rastlin je odbojnost sevanja lahko pomemben vir podatkov. Na stres lahko vplivajo biotski in abiotski dejavniki na list, zaradi česar se spreminjajo njegove biokemijske in anatomske značilnosti in posledično tudi optične lastnosti. Vse vrste mahov vsebujejo visoke vsebnosti fotosinteznih pigmentov. Raziskave kažejo, da je mah, ki raste na odprtem rastišču, pogosto izpostavljen vplivom fotokemičnega stresa (Lovelock in Robinson, 2002).

Ključne regije odbojnih spektrov so UV (280 - 400 nm), vijolično in modro območje (400 – 499 nm), na katerega vpliva absorpcija klorofilov in karotenoidov, modro-zeleni del (500 – 549 nm), ki ima vrh pri zelenem delu (550 nm) in rdeči rob (650 – 699 nm), ki je povezan z močno absorpcijo klorofila (Liew idr., 2008).

Pri suhih vzorcih rastlin je odbojnost načeloma nekoliko večja, kot odbojnost pri svežih vzorcih pri vseh valovnih dolžinah (Wooley, 1971). Voda absorbira v srednjem infrardečem območju med 1400 nm in 2000 nm z absorpcijskima vrhovoma pri 1400 nm in 1900 nm (Liew idr., 2008).

Vpliv vode na spekter v srednjem IR območju prevladuje takrat, kadar je list svež (Underwood idr., 2007).

V diplomski nalogi smo preučevali optične lastnosti šotnega mahu (Sphagnum teres).

Primerjali smo optične lastnosti sveže in suhe blazinice. Ugotavljali smo odbojnost (reflektanco) kapituluma šotnega mahu, določili vsebnosti barvil (klorofilov, karotenoidov in antocianov) ter UV absorbirajočih snovi. Med seboj smo primerjali vsebnost teh pigmentov pri sveži in suhi blazinici. Preučevali smo tudi fotokemično učinkovitost šotnega mahu. Zanimalo nas je fiziološko stanje sveže in suhe blazinice. Cilj je bil ugotoviti, ali se lahko fotokemična dejavnost vrste Sphagnum teres obnovi po izsušitvi, oz. kakšno je fiziološko stanje (fotokemična učinkovitost) po ponovnem namakanju osušene blazinice te vrste mahu.

(11)

2

1.1 HIPOTEZE

1. Predvidevamo, da se odbojni spektri vlažne in suhe blazinice šotnega mahu razlikujejo.

Pri suhi blazinici predvidevamo višjo odbojnost sevanja.

2. Predvidevamo, da je fotokemična učinkovitost šotnih mahov višja pri vlažni blazinici kot pri suhi.

2. PREGLED OBJAV

Šotni mahovi so listnati mahovi brez rizoidov. Iz steljkaste protoneme zraste gametofit, ki ga sestavljajo razvejana stebelca, na katerih so drobni listki (filidiji). Na vrhu stebelca so kratki poganjki zgoščeni v t. i. kapitulum, kjer se razvijejo strukture za razmnoževanje. Stebelce je gosto pokrito z enoplastnimi filidiji, ki so drugače oblikovani, kot filidiji stranskih poganjkov.

Povrhnjico stebelc in filidije sestavljajo poleg živih celic (klorocite) še velike mrtve celice (hialocite/levkocite). Te imajo pogosto odebeljeno celično steno s porami. Te prazne celice se napolnijo z vodo, ki je nato na voljo živim delom mahov. Spodnji del gametofita postopno propada. Razkroj šotnih mahov je nepopoln in tako nastaja šota (Strgulc Krajšek in Bačič, 2014).

Slika 1: Shema šotnega mahu (Sphagnum). Šotni mah je zgrajen iz stebelca, listkov in kapituluma. Med razmnoževanjem vsebuje tudi sporofite. Povečana slika zraven prikazuje mrežo, katero povezujejo zelene celice (klorocite) in bele hialine celice (hialocite).

(12)

3

Šotni mahovi tvorijo na trajno vlažnih in kislih tleh obsežne blazine, ki kontinuirano rastejo lahko tudi več tisočletij. Bakterij zaradi visoke kislosti v takih blazinah skorajda ni in odmrle rastline razkrajajo lahko le glive. Razkroj je tako nepopoln (pooglejevanje) in tako lahko nastanejo več metrov debele plasti šote. Takim, trajno vlažnim predelom pravimo barja. v zadnji fazi razvoja šotnega barja je njegova površina tako dvignjena nad okolico, da izgubi stik s talno vodo (virom rudninskih snovi) in se napaja le še s padavinami (visoko barje). Taka rastišča so s hranili zelo revna in kisla, zato lahko tu poleg šotnega mahu uspevajo le še redke in močno specializirane rastline (Jogan, 2001). Rastline visokih barij, ki so prilagojene na mineralno revno rastišče, so ombrotrofne vrste. Rastline visokih barjih so tudi kisoljubne. Šotni mahovi zakisujejo okolico preko ionske izmenjave, kjer protone iz celične stene zamenjujejo s kationi iz talne vode (Trošt Sedej, 2015). Nekatere vrste uspevajo tudi na bolj bazični podlagi.

Mednje sodi tudi vrsta Sphagnum teres, katerega smo preučevali.

2.1. OPTIČNE LASTNOSTI 2.1.1. SVETLOBA

Sevanje, ki ga imenujemo (vidna) svetloba, je del spektra EM sevanja z valovno dolžino od okoli 380 nm (vijolična barva) do 750 nm (rdeča barva). Vmes je preostali del spektra mavričnih barv (425 - 490 nm- modra, 490 - 575 nm- zelena, 575 - 585 nm- rumena, 585 - 650 nm- oranžna).

Na podlagi zaznavnih sposobnosti biosfere je določen vidni del spektra svetlobe. To je del valovanja, ki ga živali zaznamo s fotoreceptorji, rastline pa ga izkoristijo za fotosintezo.

Svetloba, ki prihaja neposredno od sonca je najmočnejša. Ponoči so pomembni vir svetlobe posredno Sončevo sevanje, kot odboj svetlobe od Lune ter sevanje sonc v vesolju (svetloba z zvezd) (Tome, 2006).

Za zelene rastline je svetloba nenadomestljiv vir energije za fotosintezo. Rastline pri fotosintezi uporabljajo EM sevanje v razponu valovnih dolžin od 380 do 710 nm. Ta del svetlobe, v povezavi z rastlinami, imenujemo fotosintezno aktivni del svetlobe (PAR – photosynthetically active radiation). Optične lastnosti rastlinskih tkiv združujejo odbojnost/refleksivnost, absorptivnost in prepustnost/transmisivnost. Višje rastline imajo večinoma dva vrhova absorpcije svetlobe. Prvega pri okoli 450 nm (modri del spektra) in drugega pri okoli 650 nm (rdeči del spektra). Preostala svetloba se v listih absorbira in spremeni v toploto ali se od listov odbije. Ker od vidnega dela sevanja rastline izkoristijo najmanj zelene svetlobe (490 - 575 nm), vidimo liste v zeleni barvi (Tome, 2006).

2.1.2. ODBOJNOST

Poznavanje in razumevanje optičnih lastnosti listov nam omogoča boljše razumevanje odzivov rastlin na razmere, v katerih rastejo ter razvoj prilagoditev. Veliko znanstvenih raziskav je odkrilo, da so optične lastnosti rastlin (reflektanca, transmitanca ter absorbanca) povezane s fiziološkim stresom. Fiziološki stres vpliva na vse vrste rastlin. Pri valovni dolžini 700 nm se odbojnost poveča. Takrat rastline doživijo največ fiziološkega stresa (Carter in Knapp, 2001).

Sončno sevanje, ki doseže list, se večinoma od lista odbije, delno se absorbira, ostalo pa gre skozi njega (Larcher, 2003). Svetloba, ki se odbije od lista je večinoma svetloba odbita od

(13)

4

površja. Odbojnost lista je odvisna od njegove površine. Npr. odbojnost lista je višja, če je list pokrit z dlačicami. Odbojnost lišajev je odvisna od vsebnosti vode v lišaju. Ko se lišaji posušijo, zrak nadomesti vodo ter omogoča svetlejši videz. Ko so nasičeni, so temnejši. Odbojni spektri se med različnimi vrstami mahov razlikujejo. Največja razlika se odraža v rdečem delu spektra (okoli 700 nm). Odbojni spektri mahov variirajo tudi v vidnem delu spektra (Lovelock in Robinson, 2002). V vidnem delu sevanja listi odbijejo približno 6-10% svetlobe. Sončni listi določenih drevesnih vrst pri toplejših podnebnih razmerah in v deževnih gozdovih odbijejo več vidne svetlobe (12-15%). Največ se odbije zelena svetloba (10-20%), najmanj pa oranžna ter rdeča svetloba (3-10%). Nekaj UV svetlobe se odbije od listov (3% ali manj). Yoshimura idr., (2010) pa ugotavljajo, da je odbojnost listov višjih rastlin v UV spektru, ne glede na vrsto rastline in sezonske spremembe okoli 5%. V infrardečem spektru se odbije 70% svetlobe. Z optičnimi meritvami v NIR sevanju (750 – 1350 nm), lahko izmerimo odstopanja, s katerimi lahko odkrijemo spremenjene pogoje, škodo ali glivično okužbo rastlin. Z daljinskim zaznavanjem preko letal ali satelitov lahko ugotavljamo spremembe v proizvodnji biomase na kontinentih in oceanih ter razvoju vegetacije glede na drevesne krošnje (razvoj listov spomladi, barvne spremembe listov, stresne situacije).

Razmere v podrasti (zelišč in mahov) v gozdu so ugodnejše ko so drevesne krošnje neolistane.

Ko se olistajo je plast podrasti manj izpostavljena sončnemu sevanju. K temu ne pripomore večji prispevek odbojnosti tal, temveč specifične lastnosti podrasti, ki uspevajo v območju z manj svetlobe. K povečanju odbojnosti mahov pripomorejo svetlejše celice- hialocite (Hallik idr., 2009).

Optične lastnosti podrasti (zelišč in mahov) v gozdu so odvisne od olistanosti drevesnih krošenj, vsebnosti vode v rastlinah podrasti ter vsebnosti klorofila v zeliščih. Optične lastnosti rastlin, ki rastejo v gozdu pod krošnjami ter tiste, ki rastejo na odprtem območju se razlikujejo.

Odbojnost v rdečem območju vidnega spektra je po navadi najbolj spremenljiv dejavnik pri rastlinah. Na odbojnost v rdečem delu vidnega spektra vpliva le vsebnost klorofila v zeliščih.

Vsebnost klorofila mahov ni povezana z odbojnostjo. Ravno nasprotno pa velja za odbojnost v NIR območju. Ta je odvisen od celotne biomase in vsebnosti vode obeh plasti (mahu in zelišč) (Hallik idr., 2009).

2.2. VPLIVI NA ODBOJNE SPEKTRE

Na optične lastnosti vplivajo biokemijske, anatomske in morfološke kot tudi fiziološke ter fenološke značilnosti (Liew idr., 2008).

2.2.1. BIOKEMIJSKE ZNAČILNOSTI 2.2.1.1. Barvila

Optične lastnosti lista so v vidnem območju v večji meri posledica interakcije svetlobe z barvili (Liew idr., 2008). Najpomembnejša so fotosintezna barvila, in sicer klorofili in karotenoidi (Yoshimura idr., 2010).

Klorofili so sestavljeni iz tetrapirolovega obroča na katerem je zaestren fitol. V obroč je vezan atom magnezija. Klorofili absorbirajo v rdečem in modrem delu vidnega spektra: klorofil a pri 430 in 660 nm, klorofil b pa pri 460 in 640 nm. Klorofil a je modrozelen, klorofil b pa

(14)

5

rumenozelen. Raziskava je pokazala, da je koncentracija klorofila pri mahu, rastočim na odprtem območju nižja kot pri mahu, ki raste v gozdu (Hallik idr., 2009).

Karotenoidi so kemično tetraterpeni. Večina jih absorbira v modrem delu spektra (valovne dolžine med 400 in 500 nm) in s tem tudi karotenoidi prispevajo k optičnim lastnostim lista (Yoshimura idr., 2010). Ločimo dve skupini: karotene in ksantofile. Karoteni so rumene do rdeče barve. Med njimi sta najpogostejša alfa in beta karoten. Ksantofili so oksidacijski produkti karotenov in so najpogosteje rumene barve. Najpogostejši ksantofili so zeaksantin, lutein, violaksantin, likopen, neoksantin in kriptoksantin (Vodnik, 2012).

V zelenih listih so prisotne tudi UV absorbirajoče snovi (flavonoidi in antociani), ki absorbirajo do 95% UV sevanja. S tem zaščitijo notranja tkiva pred škodljivimi učinki (Yoshimura idr., 2010). UV absorbirajoče snovi so torej primarni zaščitni mehanizem, ki se odziva na spremenljivo koncentracijo škodljivih UV žarkov na okolje (Barnes idr., 2015). UV absorbirajoče snovi so nameščene v kutikuli, v celicah povrhnjice in tudi v plasti pod povrhnjico. Manj kot 1 % UV sevanja doseže najglobljo plast lista (Larcher, 2003). Nizka odbojnost lista v UV območju je v manjši meri posledica tudi absorpcije klorofilov in karotenoidov (Yoshimura idr., 2010).

2.2.2. ANATOMSKE IN MORFOLOŠKE ZNAČILNOSTI

Šotni mah na zgornjem delu stebla vsebuje zgoščeni del, ki se imenuje kapitulum. Listi so sesilni, majhni, svetlo zeleni in brez žile. Listi so sestavljeni iz dveh vrst celic. Zelene ozke celice so s konci povezane ter tvorijo mrežasto strukturo. V teh celicah poteka fotosinteza. Tkiva šotnih mahov vsebujejo tudi specializirane celice imenovane hialocite. Njihova naloga je shranjevanje in zadrževanje vode znotraj listov, zmožnost evaporacije ter omogočajo vlažnostne razmere potrebne za fotosintezo (Weston idr., 2014). Hialocite skozi pore sprejemajo vodno paro iz okoliškega zraka in jo kondenzirajo v vodo.

Za razliko od drugih mahov, šotni mah nima tankih filamentov, ki so sestavljeni iz ene vrstice celic, in zaradi katerih mahovi rastejo v tleh in se hranijo s pomočjo njih. Šotni mah absorbira vodo in minerale po svoji površini. Zgornji del šotnega mahu je svetlo zelene barve, spodnji del pa je belkast ali rjavkast (Sphagnum moss, b.d.).

Stopnja razpadanja mrtvih delov mahu je vzrok zakaj je šotni mah tako svojevrsten. Mrtvi deli razpadajo zelo počasi in se kopičijo kot šota. Obstaja več razlogov zakaj pride do tega. Prvi je nenavadno nizka koncentracija dušika – po navadi manj kot 1% suhe mase. Povečana koncentracija dušika omogoča hitrejši razpad mrtvih delov mahu. Drugi razlog je kislo okolje, katerega šotni mah zakisuje sam. Tretji razlog za nizko stopnjo razpada je povezan z vlažnim okoljem, ki ga zahteva veliko vrst šotnega mahu. Nedaleč od apeksa – morda 2-20 cm nižje – je šotni mah nasičen z vodo (Smith, 1982).

2.2.3. VSEBNOST VODE

Rastline so sestavljene predvsem iz vode. Protoplazma vsebuje 85-90% vode. Organeli kot na primer kloroplasti in mitohondriji vsebujejo 50% vode. Rastline izgubljajo vodo predvsem z evaporacijo. Glede na vodne razmere kopenske rastline delimo na poikilohidre ter

(15)

6

homoiohidre vrste. Poikilohidre vrste se lahko v celoti izsušijo, in v takem stanju počakajo na ugodne razmere za rast. Nasprotno homoiohidre rastline za svojo rast potrebujejo stalen dotok vode. Poikilohidre vrste najdemo med steljčnicami in nekaterimi vrstami mahov (suhih habitatov). Šotni mahovi pa so homiohidre vrste, saj za preživetje potrebujejo stalen dotok vode (Larcher, 2003). Šotni mah se napaja s padavinsko vodo. V sušnem obdobju žive celice hranijo z vodo mrtve celice, hialocite, ki shranjujejo ogromno količino vode. Šotni mah kolonializirajo različne cianobakterije na celični površini in znotraj hialinih celic. Mrtve hialine celice omogočajo hidracijo živi mreži zelenih celic, kjer poteka proces fotosinteze. Hialine celice ne le oskrbujejo žive celice z vodo, temveč jo tudi shranjujejo. Te vrste celic omogočajo tudi bolj bazično okolje znotraj mahu v primerjavi z zunanjim okoljem, ki temperaturno niha in je zelo kislo (Weston idr., 2014).

Vsebnost vode je mnogo višja v plasti mahov kot pri zelnatih rastlinah (Hallik idr., 2009).

Poznamo dve stanji šotnega mahu glede na količino vode: stanje pod normalnimi pogoji ter stanje pod izjemnimi pogoji. Mah mora preživeti obe stanji. Glavni problem je izsušitev. Večje vrste šotnega mahu preživijo dlje časa brez vode kot manjše vrste. Manjše vrste se izsušijo prej. Večje vrste se lahko izsušujejo kar 16 dni (Smith, 1982).

Pri suhih vzorcih rastlin je odbojnost načeloma nekoliko večja, kot odbojnost svežih vzorcev pri vseh valovnih dolžinah (Wooley, 1971). Voda absorbira v srednjem infrardečem območju med 1400 nm in 2000 nm z absorpcijskima vrhovoma pri 1400 nm in 1900 nm (Liew idr., 2008).

Vpliv vode na spekter v srednjem IR območju prevladuje takrat, kadar je list svež (Underwood idr., 2007).

2.3. FOTOKEMIČNA UČINKOVITOST

Sevalne razmere v naravi so spremenljive, zato morajo biti rastline sposobne dobro izkoristiti šibko jakost sevanja in se izogniti močni jakosti, ki bi poškodovala celične organele. Rastline se zavarujejo na različne načine, da presežna energija ne bi povzročila poškodbe fotosinteznega aparata in drugih sestavnih delov celice. Energija sevanja, ki doseže fotosintezni aparat se sprošča na tri načine. Porabi se za fotokemično delo, del sevanja se sprošča kot toplota, tretji del pa se oddaja v obliki fluorescence. Rastlina, ki uspeva v ugodnih razmerah, je sposobna izrabiti več absorbirane svetlobe za fotokemično delo kot rastlina, ki je izpostavljena stresnim razmeram. Razmerje med energijo sevanja, porabljeno za fotokemično delo, toploto in fluorescenco se zato spreminja glede na razmere na rastišču (Trošt Sedej, 2005).

Fotokemično učinkovitost rastline določamo preko klorofila a v FS II. Fluorescenca klorofila a je del kompleksnega procesa redukcije in oksidacije prejemnikov elektronov v FS II. Pri zatemnjenem listu so prejemniki elektronov v FS II oksidirani. Pravimo da so reakcijski centri odprti in lahko sprejemajo svetlobno energijo (Trošt Sedej, 2005).

Šotni mah je fotosintezno občutljiv pri nizkih temperaturah. Najbolj fotosintezno učinkovit je pri 30 stopinjah (Weston idr., 2014).

(16)

7

3. MATERIALI IN METODE

3.1 OBMOČJE RAZISKAVE

Mah je bil nabran na Šišenskem hribu v bližini Biološkega središča. Delo je potekalo v laboratoriju Skupine za ekologijo rastlin, Oddelka za biologijo, Biotehniške fakultete novembra 2017. V laboratoriju smo opravili meritve odbojnih spektrov in biokemijske analize svežih in suhih vzorcev. Preučevali smo tudi fotokemično učinkovitost šotnega mahu. Meritev vsakega parametra smo izvedli na desetih paralelnih vzorcih.

3.2. PREDMET RAZISKAVE

V mozaiku življenjskih prostorov najdemo tudi močvirja in prava barja s šotnimi mahovi, ki so graditelji takšne rastlinske združbe. Na svetu je okoli sto vrst šotnih mahov, v Sloveniji pa jih najdemo kakih trideset. Šotni mahovi so nežne rastlinice, ki imajo vrsto posebnih lastnosti.

Zaradi njih so tisočletja oblikovali velik del rastlinske odeje zmernih in hladnejših območjih severne in južne poloble. Ena od teh lastnosti je, da v svojih posebej prilagojenih lističih (filidiji) lahko shranijo neverjetno veliko vode, tudi za 30-kratno lastno težo, s katero nekatere vrste preživijo sušno dobo. Za življenje jim zadostuje le padavinska voda in niso odvisni od talne vode. Druga posebnost je nenehna rast zgoraj in postopno odmiranje rastlinice spodaj. Zaradi kislega okolja in odsotnosti gnilobnih bakterij odmrli deli ne strohnijo. Sesedajo in nalagajo se v plasti, iz katerih v letih in tisočletjih nastaja šota (Peterlin, 2008).

Preučevali smo vrsto šotnega mahu Sphagnum teres. Glede na velikost je srednje velika vrsta.

Je zelene barve z rdeče ali oranžno rjavim odtenkom. Po navadi so konice kapituluma različnih odtenkov zelene barve, v bolj senčnem in vlažnem okolju pa popolnoma zelene. Terminalni del kapituluma je izbočen, to se še posebej opazi, ko ga gledamo s strani. Večinoma rastejo skupaj po tri razcepljene vejice, lahko tudi po dve. Najpogosteje se te vejice prepletajo in zakrivajo stebelce, kar pripomore k neurejenem izgledu rastline. Stebelce je temno rjave ali zelene barve z zelenimi listki (filidiji). Stebelni listki so pravokotne oblike in vzporedno rastoči.

Konice listkov niso ali pa so le malenkost zaobljene. To je še posebej očitno pri mahu, ki raste v senčnih in vlažnih okoljih (Amphlett in Payne, n.d.).

Šotni mah je organizem s pomočjo katerega lahko raziskujemo tudi odziv ekosistema na podnebne spremembe. Z njim lahko definiramo vlogo, ki jo šotni mah lahko igra na ravni fiziologije, genetike in funkcionalne genomike (Weston, 2014).

3.3. METODE DELA 3.3.1. IZVEDBA POSKUSA

Šotni mah smo iz naravne lokacije prenesli v laboratorij in izvedli meritve. Rastline smo sušili na zraku 2 dni. Meritve barvil in optičnih lastnosti smo izvedli na svežih in suhih vzorcih. Suhe vzorce smo po opravljenih meritvah namakali v destilirani vodi. Fotokemično učinkovitost smo merili na svežih in suhih vzorcih, ter ponovno 1,5h; 5,5h in 24h po namočenju.

(17)

8 3.3.2. MERJENJE ODBOJNIH SPEKTROV

Odbojne spektre smo merili s spektrofotometrom Jaz Modular Optical Sensing Suite (Ocean Optics, Inc., Dunedin, Florida, USA). Za svetlobni vir smo uporabili lučko UV-VIS-NIR (DH-2000, Ocean Optics, Inc., Florida, USA), katero smo preko optičnega kabla QP600-1-SR-BX (Ocean Optics, Inc., Dunedin, Florida, USA) povezali s sfero IPS-30-6-R (Ocean Optics, Inc., Florida, USA), ki smo jo pri merjenju postavili pravokotno na površino vsakega posameznega vzorca šotnega mahu. Sfero smo preko drugega optičnega kabla povezali s spektrofotometrom, tega pa z računalnikom. Napravo smo umerili s pomočjo bele referenčne ploščice (Ocean Optics, Inc., Florida, USA). Tako smo inštrument kalibrirali na 100% odbojnost. Nato smo ugasnili svetlobni vir in napravo umerili na popolno temo. Sledilo je merjenje posameznih vzorcev šotnega mahu. Merili smo odbojne spektre svežih in suhih vzorcev ter odbojne spektre po ponovnem zalivanju osušene blazinice (1,5h po namočenju, 5,5h po namočenju ter 24h po namočenju). Meritve smo izvajali v območju 280 – 800 nm. S pomočjo programa SpectraSuite (Ocean Optics, Inc., FL, USA) smo obdelali rezultate merjenj. Pri statističnih analizah smo spektre razdelili na osem različnih območij: UV-B, UV-A, vijolično, modro, zeleno, rumeno, rdeče ter NIR območje. Vrednost odbite svetlobe smo izračunali kot razmerje med količino odbite svetlobe od vzorca in referenčnim spektrom.

3.3.3. VSEBNOST VODE

Vsebnost vode v mahu smo določili tako, da smo vzeli po tri vzorce (tri kapitulume šotnega mahu) in jim določili svežo maso, po sušenju (24h, 105˚C) pa še suho maso. Iz dobljenih podatkov smo izračunali vsebnost vode [%]. Vsebnost vode smo določili svežim in suhim vzorcem šotnega mahu.

3.3.4. BIOKEMIJSKE ANALIZE

Vsebnost klorofilov a in b ter karotenoidov smo določali po metodi Lichtenthaler in Buschmann (2001a, 2001b). Vzorce smo strli v terilnici, ekstrahirali v 8 mL acetona (100% (v/v)) in centrifugirali (4000 rpm, 4˚C, 4 min) v centrifugirkah za klorofil. Po končanem postopku smo odčitali prostornine ekstraktov. Ekstinkcije smo izmerili z VIS spektrofotometrom pri valovnih dolžinah 470, 645 in 662 nm. Vsebnosti klorofilov (Kl a in Kl b) ter karotenoidov (Kar) smo izrazili na suho maso in površino vzorca (Formula 1).

Formula 1:

Kl a [mg g^-1ss] = ca * V * 10^-3 * ss^-1= (11,24 E662 – 2.04 E645)* V * 10^-3 *ss^-1 Kl b [mg g^-1ss] = cb * V * 10^-3 * ss^-1= (20,13 E645 – 4,19 E662)* V * 10^-3 *ss^-1 Kar [mg g^-1ss] = (1000 E470 – 1,9 ca – 63,14 cb)* V * 10^-3 *ss^-1/214

ca,b - koncentracija klorofila a, oz. klorofila b V - volumen ekstrakta [ml]

ss - suha masa vzorca [g]

E - ekstinkcija pri izbrani valovni dolžini

(18)

9

Vsebnost antocianov smo določali po Drumm in Mohr (1978). vzorce smo strli v terilinici, ekstrahirali v 8 mL ekstrakcijskega medija (metanol : HCl (37%) = 99:1 (v/v)) in centrifugirali (4000 rpm, 4˚C, 4 min). Nato smo odčitali prostornine ekstraktov. Vzorce so shranili v temi (24h, 3-5˚C). Ekstinkcije smo izmerili pri 530 nm z VIS spektrofotometrom. Vsebnost antocianov (Ant) smo izrazili v relativnih enotah (Formula 2).

Formula 2:

Ant (relativna enota) = E530 * V * ss^-1

E530 – ekstinkcija pri valovni dolžini 530 nm V – volumen ektrakta [ml]

ss – suha masa vzorca [g]

Vsebnost UV-B in UV-A absorbirajočih snovi (UV-B 280-320 nm in UV-A 320-400 nm) smo določali po Caldwellu (1968). Sveže vzorce smo strli v terilnici, ektrahirali v 8mL ekstrakcijskega medija (metanol : destilirana voda : HCl (37%) = 79:20:1 (v/v)) ter 20 min inkubirali. Sledilo je centrifugiranje (4000 rpm, 10˚C, 10min). nato smo odčitali prostornine ektraktov. Ekstinkcije pri valovnih dolžinah od 280 do 400 nm smo določili spektrofotometrično (UV/VIS spektrofotometer). Vsebnosti UV absorbirajočih snovi smo izračunali kot integral ekstinkcijskih vrednosti od 280 do 320 nm ter od 320 do 400 nm. Vsebnost UV absorbirajočih snovi smo izrazili v relativnih enotah (Formula 3).

Formula 3:

UV abs (relativna enota) = ʃe * V * ss^-1

ʃe - integral ekstinkcijskih vrednosti v intervalu 280-320 nm (UV-B abs) in 320-400 nm (UV- A abs)

V – volumen ektrakta [ml]

ss – suha masa vzorca [g]

3.3.5. FIZIOLOŠKE ANALIZE 3.3.5.1. Fotokemična učinkovitost

Fotokemično učinkovitost rastline, določeno preko klorofilne fluorescence klorofila a v FS II smo merili z modulacijskim fluorometrom (tip OS-500, Opti-Sciences). Pred merjenjem smo na list pritrdili ščipalke za temotno adaptacijo. Po 20 min adaptacije, ki zadošča za oksidacijo prejemnikov elektronov FS II, smo vzorec osvetlili s saturacijskim pulzom bele svetlobe. Na

(19)

10

aparatu smo odčitali vrednosti minimalne in maksimalne fluorescence temotno adaptiranega vzorca ter potencialne fotokemične učinkovitosti. Potencialna fotokemična učinkovitost je sorazmerna potencialni neto fotosintezi. Razmerje Fv/Fm pri vitalnih rastlinah, ki rastejo v ugodnih razmerah, dosega vrednosti do 0,83 (0,85) in se zmanjša, kadar je rastlina izpostavljena stresu.

3.3.6. STATISTIČNA OBDELAVA PODATKOV

Podatke, dobljene z meritvami, smo vnesli v program Excel. Iz podatkov, ki so vsebovali vrednosti odbojnosti in vsebnosti barvil (klorofilov, karotenoidov, antocianov ter UV absorbirajočih snovi) smo izračunali povprečja in standardne deviacije. Nekatere značilnosti razlik med svežim in suhim vzorcem šotnega mahu (Sphagnum teres) smo določali s Studentovim t-testom. Iz izračunanih podatkov smo nato naredili posamezne grafične prikaze.

Določili smo tudi barvne pasove odbojnih spektrov: UV-B (280-319 nm), UV-A (320-399 nm), vijolična (400-454 nm), modra (455-499 nm), zelena (500-579 nm), rumena (580-619 nm), rdeča (620-699 nm) in NIR (700-887 nm).

4. REZULTATI

4.1 VSEBNOST KLOROFILOV

Vsebnost klorofila a je približno enaka pri sveži in suhi blazinici. Vrednosti klorofila a se pri sveži in suhi blazinici statistično značilno ne razlikujeta (Slika 2).

Slika 2: Vsebnost klorofila a [mg g^-1 ss] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10; črka a nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti klorofila a med svežo in suho blazinico (rezultati t-testa)

Vsebnost klorofila b je približno enaka pri sveži in suhi blazinici. Vrednosti klorofila b se pri sveži in suhi blazinici statistično značilno ne razlikujeta (Slika 3).

a a

0 1 2 3 4 5 6

SVEŽI SUHI

Vsebnost klorofilaa[mg g-1 ss]

(20)

11

Slika 3: Vsebnost klorofila b [mg g^-1 ss] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10; črka a nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti klorofila b med svežo in suho blazinico (rezultati t-testa)

Klorofil a dosega pri sveži in suhi blazinici višjo vrednost kot klorofil b. Pri sveži in suhi blazinici dosega klorofil a približno za 23% višje vrednosti kot klorofil b (Slika 4).

Slika 4: Vsebnost klorofila a (zelena) in b (modra) [mg g^-1 ss] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10; črka a nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti klorofila a med svežo in suho blazinico, črka x nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti klorofila b med svežo in suho blazinico (rezultati t-testa)

a a

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

SVEŽI SUHI

Vsebnost klorofilab[mg g-1 ss]

a a

x x

0 1 2 3 4 5 6

SVEŽI SUHI

Vsebnost klorofilaa inb[mg g-1 ss]

(21)

12

4.2. VSEBNOST KAROTENOIDOV

Vsebnost karotenoidov je približno enaka pri sveži in suhi blazinici. Vrednosti karotenoidov se pri sveži in suhi blazinici statistično značilno ne razlikujeta (slika 5).

Slika 5: Vsebnost karotenoidov [mg g^-1ss] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10; črka a nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti karotenoidov med svežo in suho blazinico (rezultati t-testa)

4.3. VSEBNOST ANTOCIANOV

Vsebnost antocianov, izraženo na suho maso (ss) v relativnih enotah, je približno enaka pri sveži in suhi blazinici. Vrednosti antocianov se pri sveži in suhi blazinici statistično značilno ne razlikujeta (Slika 6).

a

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

SVEŽI SUHI

Vsebnost karotenoidov[mg g-1 ss]

a

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

SVEŽI SUHI

Vsebnost antocianov [relativna enota]

(22)

13

Slika 6: Vsebnost antocianov [relativna enota] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres);

prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10; črka a nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti antocianov med svežo in suho blazinico (rezultati t-testa)

4.4. VSEBNOST UV ABSORBIRAJOČIH SNOVI

Vsebnost UV-A absorbirajočih snovi je približno enaka pri sveži in suhi blazinici. Vrednosti UV- A absorbirajočih snovi se pri sveži in suhi blazinici statistično značilno ne razlikujeta (Slika 7).

Slika 7: Vsebnost UV-A absorbirajočih snovi [relativna enota] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10; črka a nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti UV-A absorbirajočih snovi med svežo in suho blazinico (rezultati t-testa)

Vsebnost UV-B absorbirajočih snovi je približno enaka pri sveži in suhi blazinici. Vrednosti UV- B absorbirajočih snovi se pri sveži in suhi blazinici statistično značilno ne razlikujeta (Slika 8).

a a

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

SVEŽI SUHI

Vsebnost UV-A absorbirajočih snovi [relativna enota]

a a

0 20 40 60 80 100 120

SVEŽI SUHI

Vsebnost UV-B absorbirajočih snovi [relativna enota]

(23)

14

Slika 8: Vsebnost UV-B absorbirajočih snovi [relativna enota] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10; črka a nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti UV-B absorbirajočih snovi med svežo in suho blazinico (rezultati t-testa)

UV-A absorbirajoče snovi dosegajo pri sveži in suhi blazinici višjo vrednost kot UV-B absorbirajoče snovi. Pri sveži in suhi blazinici dosegajo UV-A absorbirajoče snovi približno za 40% višje vrednosti kot UV-B absorbirajoče snovi (Slika 9).

Slika 9: Vsebnost UV-A (zelena) in UV-B (modra) absorbirajočih snovi [relativna enota] pri sveži in suhi blazinici šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10; črka a nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti UV-A absorbirajočih snovi med svežo in suho blazinico, črka x nad stolpci označuje statistično značilne razlike v vsebnosti UV-B absorbirajočih snovi med svežo in suho blazinico (rezultati t-testa)

4.5. ODBOJNI SPEKTRI BLAZINIC

Blazinice imajo relativno nizko odbojnost v UV območju (280 – 400 nm) in vidnem območju (400 – 700 nm), z vrhom v zelenem delu spektra (550 nm) ter relativno visoko odbojnost v NIR območju (700 – 800 nm). Odbojni spektri so si najbolj podobni do začetnega dela zelenega spektra z izjemo suhe blazinice, kjer je odbojnost nekoliko višja od ostalih. V vidnem delu spektra imajo v zelenem delu najvišjo odbojnost suhe blazinice. Najvišjo odbojnost v NIR območju imajo suhe blazinice. Najnižjo odbojnost v NIR območju imajo blazinice, kjer je bila merjena odbojnost 5,5h po namočenju (Sliki 10 in 11).

a a

x x

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

SVEŽI SUHI

Vsebnost UV-A in UV-B absorbirajočih snovi [relativna enota]

(24)

15

Slika 10: Odbojni spektri blazinic šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti; n = 10

Slika 11: Povprečne vrednosti in standardne deviacije barvnih pasov odbojnosti blazinic šotnega mahu (Sphagnum teres); n = 10

0 10 20 30 40 50 60 70

280 380 480 580 680 780

Relativna reflektanca

Valovna dolžina [nm]

Sveži mah Suhi mah

1,5h po namočenju 5,5h po namočenju 24h po namočenju ODBOJNOST

0 10 20 30 40 50 60 70

UV-B UV-A vijolična modra zelena rumena rdeča NIR

Relativna reflektanca

Barvni pasovi

Sveži mah Suhi mah

1,5h po namočenju 5,5h po namočenju 24h po namočenju ODBOJNOST

(25)

16

4.6. FOTOKEMIČNA UČINKOVITOST

Sprejem svetlobne energije je največji pri sveži blazinici. Potencialna fotokemična učinkovitost mahu (Sphagnum teres) po 2 dneh izsuševanja upade. Po ponovnem namakanju osušene blazinice si šotni mah (Sphagnum teres) po enem dnevu ne opomore (Slika 12).

Slika 12: Primerjava potencialne fotokemične učinkovitosti šotnega mahu (Sphagnum teres); prikazane so povprečne vrednosti ± SD; n = 10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

SVEŽI SUHI 1,5h po

namočenju

5,5h po namočenju

24h po namočenju Potencialna fotokemična učinkovitost [relativna enota]

(26)

17

5. RAZPRAVA IN SKLEPI

V diplomski nalogi smo proučevali razlike odbojnih spektrov med svežo in suho blazinico šotnega mahu (Sphagnum teres). Ugotavljali smo tudi odbojne spektre ponovno namočene blazinice. Merili smo tudi vsebnost barvil (klorofilov a in b, karotenoidov, antocianov) ter UV absorbirajočih snovi. Preučevali smo fotokemično učinkovitost šotnega mahu. Primerjali smo vzorce suhe in sveže blazinice.

Vsebnost barvil se po 2 dnevih izsuševanja značilno ne spremeni oz. ne upade. Vsebnosti biokemijskih elementov, torej klorofil a in b, karotenoidov, antocianov ter UV-A in UV-B absorbirajočih snovi se pri sveži in suhi blazinici značilno ne razlikujeta.

S pomočjo optičnih lastnosti lahko ocenimo stanje rastlin. Biotski in abiotski dejavniki stresa na rastline spremenijo biokemijske in anatomske značilnosti in posledično tudi optične lastnosti. Na vijolično in modro območje odbojnega spektra (400 – 499 nm) vpliva absorpcija klorofilov in karotenoidov. Rdeči rob (650 – 699 nm) pa je povezan z močno absorpcijo klorofila (Liew idr., 2008).

Mahovi uravnavajo vsebnost zemeljskih hranil, količino ogljika in kroženje vode zato so pomemben člen, ki vpliva na ravnovesje zemeljskega površja (Kieloaho in Launianen, 2018).

Rastline, ki ne vsebujejo vaskularnih tkiv (lišaji in mahovi) so pomembni organizmi v območju tundre. Ti se na podnebne razmere odzivajo drugače kot vaskularne rastline. Razlikujejo se v optičnih lastnostih in izkoriščanju različnih intenzitet svetlobe. Odbojni spektri lišajev, mahov in vaskularnih rastlin se med seboj razlikujejo (Fred Huemmrich idr., 2013).

Raziskave dokazujejo, da psihološki stres vpliva na optične lastnosti rastlin (odbojnost, presevnost in absorpcijo). Stresni dejavniki so: dehidracija, poplave, zamrzovanje, ozon, herbicidi, bolezni, žuželke in umetno gnojenje. Tem dejavnikom so vključene vse rastlinske vrste, od trav vse do iglavcev in listavcev. Največja razlike v odbojnosti se kažejo v odbojnem spektru med 400 in 850 nm valovne dolžine. Odbojnost se poveča pri valovni dolžini 700 nm ne glede na fiziološko stanje rastline (kontrolirano ali stresno stanje). Pri valovni dolžini 700 nm se kažejo največje razlike v optičnih lastnostih. Optični odzivi na stres so tesno povezani s koncentracijo klorofila. Optični odziv na stres pri valovni dolžini 700 nm in spremembe odbojnosti v zeleno-rumenem delu spektra je povezan z vplivom stresa. Ta znižuje koncentracijo klorofila v listih (Carter in Knapp, 2001).

Statistično značilne razlike med suho in svežo blazinico se kažejo v odbojnih spektrih. Blazinice imajo relativno nizko odbojnost v UV območju (280 - 400 nm) in vidnem območju (400 - 700 nm), z vrhom v zelenem delu spektra (550 nm) ter relativno visoko odbojnost v NIR območju (700 – 800 nm). Odbojni spektri so si najbolj podobni do začetnega dela zelenega spektra z izjemo suhe blazinice, kjer je odbojnost nekoliko višja od ostalih. V vidnem delu spektra imajo v zelenem delu najvišjo odbojnost suhe blazinice. Najvišjo odbojnost v NIR območju imajo suhe blazinice. Najnižjo odbojnost v NIR območju imajo blazinice, kjer je bila merjena odbojnost 5,5 h po namočenju.

Sklepamo, da je odbojnost suhe blazinice višja zaradi praznih, hialinih celic, ki v suhem stanju ne vsebujejo vode. Osušene blazinice so torej svetlejše kot sveže in posledično odbijajo več

(27)

18

svetlobe. Hallik idr., (2009) trdijo, da k povečanju odbojnosti mahov pripomorejo svetlejše celice - hialocite.

Odsotnost povezanosti med spektri suhe in sveže blazinice šotnega mahu (Sphagnum teres) in biokemijskimi lastnostmi, je posledica majhnega števila vzorcev. Za dokaz odvisnosti spektrov in biokemijskih lastnosti šotnih mahov so potrebne nadaljnje raziskave.

Fotokemična učinkovitost se razlikuje med suho in svežo blazinico. Fotokemična učinkovitost je višja pri sveži blazinici. Suho blazinico smo namočili z destilirano vodo in ji ponovno izmerili fotokemično učinkovitost. Vrednost je bila nižja kot pri sveži blazinici (0,02). Prišli smo do sklepa, da pri ponovnem namakanju osušene blazinice si šotni mah (Sphagnum teres) ne opomore.

Ta vrsta je v primerjavi z drugimi vrstami šotnega mahu verjetno nekoliko bolj občutljiva na izgube vode, saj jo najdemo na mokrih, senčnih rastiščih. Rezultati raziskav so pokazali, da se različne vrste šotnih mahov izsušijo v različnih časovnih obdobjih. Večje rastline potrebujejo več časa za izsušitev, saj vsebujejo večjo vsebnost vode. Na preživetje šotnih mahov vplivajo tudi velikost kapituluma, velikost por ter habitat v katerem živijo (Smith, 1982).

(28)

19

6. POVZETEK

V diplomski nalogi smo preučevali razlike odbojnih spektrov med suho in svežo blazinico šotnega mahu (Sphagnum teres). Merili smo tudi odbojne spektre pri ponovno namočeni blazinici šotnega mahu. Ugotavljali smo vsebnost klorofilov, karotenoidov, antocianov ter UV absorbirajočih snovi. Vsebnost barvil smo primerjali med vzorci suhe in sveže blazinice.

Zanimala nas je tudi fotokemična učinkovitost suhe, sveže in ponovno namočene blazinice šotnega mahu.

Delo je potekalo v laboratoriju Skupine za ekologijo rastlin, Oddelka za biologijo, Biotehniške fakultete novembra 2017. V laboratoriju smo pripravili meritve odbojnih spektrov in biokemijske analize. Odbojnost smo merili v območju od 280 do 800 nm. Odbojnost smo merili na kapitulumih. Določili smo tudi vsebnost pigmentov (klorofila a in b, karotenoidov, antocianov) ter UV-A in UV-B absorbirajočih snovi. Meritev vsakega parametra smo izvedli na desetih paralelnih vzorcih.

Dokazali smo, da je višja odbojnost sevanja pri suhi blazinici. Spektri svežih vzorcev mahu so pokazali tipične značilnosti vitalnih mahov. Nekoliko drugačne odzive so pokazali vzorci ponovno osušene blazinice. Odbojni spektri suhih vzorcev so pokazali višjo vrednost v vidnem območju. Vzrok je v nizki vsebnosti vode in v morfološki zgradbi mahu.

Ugotavljali smo tudi razlike v vsebnosti barvil (klorofila a in b, karotenoidov, antocianov) ter UV-A in UV-B absorbirajočih snovi med suho in svežo blazinico. Ugotovili smo, da ni bilo statistično značilnih razlik v vsebnosti barvil med suho in svežo blazinico, kar je verjetno posledica kratkega časa med meritvami.

Povezanosti med barvnimi pasovi in biokemijskimi vrednosti suhe in vlažne blazinice nismo dokazali.

Dokazali smo višjo fotokemično učinkovitost pri sveži blazinici. Prišli smo tudi do spoznanja, da je šotni mah Sphagnum teres občutljiv na izsuševanje.

(29)

20

7. VIRI IN LITERATURA

7.1. VIRI IN LITERATURA VSEBINE

Amphlett, A. in Payne, S. (b.d.). Sphagnum teres. Pridobljeno s https://rbg- web2.rbge.org.uk/bbs/activities/mosses/Sphagnum%20teres.pdf

Arkebauer, T.J. (2005). Leaf Radiative Properties and the Leaf Energy Budget. Agronomy &

Horticulture – Faculty Publications, 693, 94-103.

Barnes, P. W., Flint, S. D., Ryel, R. J., Tobler, M. A., in Barkley, A. E. (2015). Rediscovering leaf optical properties: New insights into plant acclimation to solar UV radiation. Plant Physiology and Biochemistry, 93, 94-100.

Carter G.A., Knapp A.K. (2001). Leaf optical properties in higher plants: Linking spectral characteristics to stress and chlorophyll concentration. American Journal of Botany, 88(4), 677–684.

Fred Huemmrich, K., Gamon, J. A., Tweedie, C. E., Entcheva Campbell, P. K., Landis, D. R. in Middleton, E. m. (2013). Arctic Tundra Vegetation Functional Types Based on Photosynthetic Physiology and Optical Properties. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 6(2), 265-275.

Hallik, L., Kull, O., Nilson, T., Penuelas, J. (2009). Spectral reflectance of multispecies herbaceous and moss canopies in the boreal forest understory and open field. Canadian Journal of Remote Sensing, 35(5), 474-485.

Jogan, N. (2001). Navodila za vaje iz sistematske botanike. Ljubljana.

Kieloaho, A. J. in Launianen, S. (2018). Effects of functional traits of bryophyte layer on water cycling and energy balance in boreal and arctic ecosystems. EGU General Assembly, 20.

Klančnik, K. (2014). Optične lastnosti rastlin vzdolž hidrološkega gradienta presihajočega jezera (Doktorska disertacija). Ljubljana: Biotehniška fakulteta.

Larcher, W. (2003). Physiological plant ecology: ecophysiology and stress physiology of functional groups. Berlin: Springer science & Buisiness media.

Lee, D.W. (2009). Plant tissue optics: Micro- and nanostructures. Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 7401.

Liew O.W., Chong P.C.J., Li B., Asundi A.K. (2008). Signature optical cues: Emerging technologies for monitoring plant health. Sensors, 8(5), 3205-3239.

Lovelock, C.E. in Robinson, S.A. (2002). Surface reflectance properties of Antarctic moss and their relationship to plant species, pigment composition and photosynthetic function. Plant Cell and Environment, 25(10), 1239-1250.

Peñuelas, J. in Filella, I. (1998). Visible and near-infrared reflectance techniques for diagnosing plant physiological status. Trends in plant science, 3(4), 151-155.

Peterlin, S. (2008). Radensko polje. Grosuplje: Občina.

(30)

21

Smith, A.J.E. (1982). Bryophyte Ecology. London: Chapman and Hall.

Sphagnum moss (beli mah), opis, uporabne lastnosti, uporaba (b.d.). Pridobljeno s:

https://sl.medicalgradeconsulting.com/rastenija-soderzhashhie-sfagnol.html

Strgulc Krajšek, S. in Bačič, M. (2014). Sistematska botanika: Praktikum pri predmetu Sistematska botanika za študente 2. letnika Pedagoške fakultete (vezavi BI-KE in BI-GO). El.

knjiga. Ljubljana: Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo.

Tome D. (2006). Ekologija: organizmi v prostoru in času. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije.

Trošt Sedej, T. (2005). Ekologija rastlin: priročnik za vaje. Ljubljana: Študentska založba Slovenije.

Underwood E.C., Ustin S.L. in Ramirez C.M. (2007). A comparison of spatial in spectral image resolution for mapping invasive plants in coastal California. Environmental management, 39(1), 63-83.

Vodnik, D. (2012). Osnove fiziologije rastlin. Ljubljana: Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo.

Weston, D.J., Timm, C.M., Walker, A.P., Gu, L., Muchero, W., Schmutz, J., … Wullschleger, S.D.

(2014). Sphagnum physiology in the context of changing climate: emergent influences of genomics, modelling and host-microbiome interactions on understanding ecosystem function.

Plant Cell and Environment, 38(9), 1737-1751.

Wooley J. R. (1971). Reflectance and transmittance of light by leaves. Plant Physiology, 47(5), 656–662.

Yoshimura H., Zhu H., Wu Y., Ma R. (2010). Spectral properties of plant leaves pertaining to urban landscape design of broad-spectrum solar ultraviolet radiation reduction. International Journal of Biometeorology, 54(2), 179-191.

7.2. VIRI SLIK

Weston, D.J., Timm, C.M., Walker, A.P., Gu, L., Muchero, W., Schmutz, J., … Wullschleger, S.D.

(2014). Sphagnum physiology in the context of changing climate: emergent influences of genomics, modelling and host-microbiome interactions on understanding ecosystem function.

Plant Cell and Environment, 38(9), 1737-1751.