Epiderma roślin- źródłem wiedzy o stanie środowiska
advertisement
Epiderma roślinźródłem wiedzy o stanie środowiska Jagna Karcz Pracownia Mikroskopii Skaningowej Wydział Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytet Śląski Warsztaty Metodyczne, Wodzisław , 27 III2008 Rośliny i środowisko Łączna powierzchnia epidermy roślin wyŜszych kontaktujących się z atmosferą 1 200 000 000 km2 Helleborus niger Tkanki okrywające roślin: Epiderma jako składnik systemu dermalnego roślin stanowi zarówno barierę mechaniczną (ciągłość kutykuli) jak i chemiczną (budowa kutyny i wosku) między rośliną a środowiskiem zewnętrznym Epiderma roślin: jest powierzchniową warstwą komórek w organach nadziemnych roślin wieloletnich i zielnych stanowi warstwę Ŝywych, ściśle przylegających do siebie komórek zew. ściany komórek są grubsze i wysycone kutyną (kutykula) do łączności ze środowiskiem słuŜą aparaty szparkowe Funkcje epidermy: wymiana gazowa ochrona przed utratą wody ochrona przed nadmiarem światła oraz atakiem patogenów epiderma górna kutykula miękisz palisadowy miękisz gąbczasty epiderma dolna wiązka przewodząca ap. szparkowy chloroplasty granice antyklinalne środowisko kutykula + woski zew. ściana peryklinalna ściana antyklinalna Komórki epidermy roślin (układ wielościanów) Epiderma jednowarstwowa kutykula epiderma miękisz (www.nantes.inra.fr) Nerium oleander Epiderma wielowarstwowa kserofitów kutykula epiderma miękisz (www.botany.hawaii.edu) Powierzchnię epidermy organów nadziemnych pokrywa kutykula kutykula ku tyk ula www.botany.hawaii.edu Kutykula to dobry biowskaźnik in situ w diagnostyce środowiska Czym pokryta jest kutykula epidermy ? epikutykularny wosk amorficzny wosk kutykula (kutyna + woski) ściana komórkowa Epiderma roślin A B C D bez wosku E z woskiem F Ogólny model budowy ściany komórkowej epidermy wosk krystaliczny wosk epikutykularny wosk amorficzny kutykula właściwa (kutyna + wosk) wosk warstwa kutykularna (kutyna wosk pektyny kutykula celuloza) lamella pektynowa ściana komórkowa (zew. ściana peryklinalna) blaszka środkowa (Jeffree, 1996) Metody analizy epidermy, kutykuli i wosku analiza struktury przestrzennej skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), mikroskop sił atomowych (AFM), mikroskop konfokalny (CLSM) analiza składu chemicznego (chromatografia gazowa, cieczowa, spektrometria masowa HPLC, GC/MS) Mikroskop elektronowy skaningowy SEM w badaniach epidermy roślin Jak przygotować epidermę do badań w SEM ? Utrwalanie Suszenie Napylanie Obserwacja w SEM Procedura dla epidermy w SEM Utrwalanie, odwadniane, suszenie w CPD, napylanie, obserwacja w SEM bez utrwalenia po utrwaleniu Procedura dla wosku w SEM po utrwaleniu bez utrwalania Woski bada się na świeŜym materiale bez utrwalania! Analiza chemiczna SEM/EDS Mg Al Fe Mapowy rozkład pierwiastków Jakościowa i ilościowa analiza pierwiastków Woski epikutykularne epidermy roślin wosk epikutukularny kutykula właściwa w-wa kutykularna kutykula kutyna + wosk w-wa pektynowa ściana komórkowa celuloza błona komórkowa (plazmalemma) Ogólny model budowy zew. ściany komórkowej epidermy roślin (Jeffree, 1996) Funkcje epikutykularnego wosku: ochrona przed utratą wody minimalizowanie mechanicznych uszkodzeń powierzchni rośliny ochrona przed mikroorganizmami ochrona przed czynnikami środowiska kompleksowe monitorowanie środowiska Arabidopsis thaliana – modelowa roślina w badaniach epikutykularnego wosku Int. J. P lant Sci.159(5):773-779, 1998 60 19 dni 34 dni 50 41 dni 40 30 20 Trójterpeny Estry Aldehydy Alkohole Alkany 0 Kwasy tł. 10 Skład chemiczny wosków w zaleŜności od stadium rozwojowego rośliny na przykładzie kukurydzy (Zea mays) Brassica juncea Brassica nigra Brassica oleracea Brassica campestris Brassica napus Brassica carinata Analiza epikutykularnych wosków u Brassica (K arcz, 2003) Brassica oleracea 5 µm J. Karcz, SEM Lab Typy degradacji środowiska ciepło DEGRADACJA TERMICZNA promieniowanie słoneczne FOTODEGRADACJA siły napręŜenia DEGRADACJA MECHANICZNA DEGRADACJA HYDROLITYCZNA H2O mikroorganizmy BIODEGRADACJA DEGRADACJA ŚRODOWISKOWA NOx, SOx,sole, CO, węglowodory, metale, H2O2 Woski epikutykularne a czynniki środowiskowe abiotyczne: wilgotnosc i temperatura powietrza, zmiany ilosci CO2 lub O3, naslonecznienie, promieniowanie ultrafioletowe UV-B, emisje gazowe (SO2, NO2) i pylowe, w tym metale ciezkie (Ni, Cu) biotyczne: bakterie, grzyby, owady Epikutykularne woski i ich reakcja na stres środowiskowy: odporność na stres powodowany niską temperataurą (< OoC) (grubość warstwy epikutykularnej i kutykularnej wzbogaconej wielonasyconymi kwasami tłuszczowymi, sterolami odporność na stres powodowany wysoką temperaturą (zmniejszenie absorpcji promieniowania słonecznego przez woski odbijające światło; zwiększenie udziału bardziej nasyconych kwasów tłuszczowych w lipidach błon komórkowych i woskach Woski a czynniki środowiska promienie słoneczne substancje lipofilne kutykula Pierwotne i wtórne metabolity substancje lipofilne a) krystaliczny epikutykularny wosk b) amorficzny epikutykularny wosk c) kutyna + wewnątrzkutykularne woski (Riederer, Schreiber, 2001) Viola tricolor w ekologii określana jako dobry gatunek wskaźnikowy (bioindykator) o wąskim zakresie tolerancji względem róŜnych czynników środowiskowych. Czynnikami tym mogą być: np. rodzaj podłoŜa, odczyn gleby, wilgotność, nasłonecznienie, temperatura otoczenia, zanieczyszczenia powietrza, stęŜenie soli mineralnych (Kuta, Karcz 2007) Woski roślin iglastych a czynniki mechaniczne Picea abies Wzór epikutykularny epidermy dolnej (K arcz, K ieliszewska-Rokicka, 2003) 2002 Picea pungens 2003 Zanieczysczenia pyłowe na powierzchni igieł Colocasia esculenta Samooczyszczanie powierzchni liścia 20 µm Efekt odpychania kropli wody na powierzchni woskowanej epidermy Fagus silvatica 100 µm Efekt rozpłaszczenia kropli wody na powierzchni pozbawionej wosków (komórki epidermy z gładką kutykulą) (Barthlott, Neinhuis, 2000, 2005)
