35
UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA SOVDAT OPTIČNE LASTNOSTI STELJKE LIŠAJA Pseudevernia furfuracea DIPLOMSKO DELO LJUBLJANA, 2015

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

TJAŠA SOVDAT

OPTIČNE LASTNOSTI STELJKE LIŠAJA Pseudevernia

furfuracea

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

Page 2: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,
Page 3: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

Študijski program: Biologija in Kemija

TJAŠA SOVDAT

Mentorica: prof. dr. Alenka GABERŠČIK

OPTIČNE LASTNOSTI STELJKE LIŠAJA Pseudevernia furfuracea

DIPLOMSKO DELO

Ljubljana, 2015

Page 4: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

II

Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega študija biologije in kemije. Opravljeno je bilo v

laboratoriju Katedre za ekologijo in varstvo okolja na Oddelku za biologijo Biotehniške

fakultete v Ljubljani.

Študijska komisija Pedagoške fakultete je 3. maja 2015 odobrila predlagano temo diplomske

naloge z naslovom Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea.

Za mentorico je imenovala prof. dr. Alenko Gaberščik.

Komisija za oceno in zagovor:

Predsednica: doc. dr. Tadeja TROŠT SEDEJ

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo

Mentorica: prof. dr. Alenka GABERŠČIK

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo

Članica: prof. dr. Mateja GERM

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo

Podpisana se strinjam z objavo svoje naloge v polnem tekstu na spletni strani Digitalne

knjižnice Biotehniške fakultete. Izjavljam, da je naloga, ki sem jo oddala v elektronski obliki,

identična tiskani verziji.

Naloga je rezultat lastnega raziskovalnega dela.

Page 5: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

III

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

ŠD Dd

DK UDK 581.5:582.29(043.2)

KG odbojnost/navadni rogovilar (Pseudevernia furfuracea)/lastnosti listov

AV SOVDAT, Tjaša

SA GABERŠČIK, Alenka (mentor)

KZ SI-1000 Ljubljana, Kardeljeva ploščad 16

ZA Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program Kemija in Biologija

LI 2015

IN OPTIČNE LASTNOSTI STELJKE LIŠAJA Pseudevernia furfuracea

TD Diplomsko delo (univerzitetni študij)

OP IX, 23 str., 2 pregl., 7 sl., 24 vir.

IJ sl

JI sl/an

AI Proučevali smo razlike odbojnih spektrov med različnimi vzorci steljk lišaja navadnega rogovilarja (Pseudevernia furfuracea). Primerjali smo spektre odbojnosti suhih in vlažnih steljk lišaja v območju od 280 nm do 887 nm. Določili smo vsebnost klorofilov in karotenoidov ter jih primerjali med vzorci suhih in vlažnih steljk. Testirali smo tudi razlike v vsebnosti klorofila a in b ter karotenoidov med suhimi in vlažnimi steljkami lišaja ter ugotavljali povezanost med barvnimi pasovi odbojnih spektrov in biokemijskimi parametri. Rezultati so pokazali, da imajo spektri odbojnosti vlažnih steljk tipične značilnosti zdravih aktivnih steljk, medtem ko spektri odbojnosti suhih postopno naraščajo do NIR spektra in potem upadejo. Odbojni spektri vlažnih steljk imajo relativno nizko odbojnost v UV območju. Vrh je v zelenem pasu pri 560 nm. Ugotovili smo, da so bili suhi in vlažni vzorci steljk statistično značilno različni v vsebnosti klorofila a in karotenoidov. Povezanost med barvnimi pasovi odbojnih spektrov in biokemijskimi lastnostmi nismo dokazali. Dokazali smo le vpliv klorofila a in karotenoidov na NIR spektre pri vlažnih lišajih.

Page 6: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

IV

KEY WORDS DOCUMENTATION

DN Dd

DC UDC 581.5:582.29(043.2)

CX reflectance/Pseudevernia furfuracea/leaf properties

AU SOVDAT, Tjaša

AA GABERŠČIK, Alenka (supervisior)

PP SI-1000 Ljubljana, Kardeljeva ploščad 16

PB University of Ljubljana, Faculty of Education, Biotehnical Faculty, Academic Study Programme Chemistry and Biology

PY 2015

TI OPTICAL PROPERTIES OF THALLUS OF THE LICHEN Pseudevernia furfuracea

DT Graduation Thesis (University studies)

NO IX, 23 p., 2 tab., 7 fig., 21 ref.

LA sl

AL sl/en

AB We have studied the differences in the reflectance spectra between various samples of lichen thalli plain (Pseudevernia furfuracea). We have compared the reflectance spectra of the dry and wet lichen thalli in the range of 280 nm to 887 nm. We have determined the contents of chlorophylls and carotenoids and compared them between the samples of dry and wet thalli. We have also tested the differences in the concentration of chlorophyll a and b and carotenoids between dry and wet lichen thalli, trying to determine the correlation between the colour reflectance spectral bands and biochemical parameters. The results have shown that the reflectance spectra of wet thalli have all the typical characteristics of a healthy active thalli, while the reflectance spectra of the dry thalli gradually rise to the NIR spectrum and then decline. The reflectance spectra of the wet thalli have a relatively low reflectance in the UV range. Its highest point is in the green belt at 560 nm. We have found that the dry and wet samples of thalli were statistically significantly different in the concentration of chlorophyll a and carotenoids. The relationship between the colour reflectance spectral bands and the biochemical properties have not been proved. We have only been able to prove the influence of chlorophyll a and carotenoids on the NIR spectra in wet lichens.

Page 7: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

V

KAZALO VSEBINE

1. UVOD ............................................................................................................................................. 1

1.1 Hipoteze......................................................................................................................................... 2

2. Pregled objav ................................................................................................................................... 3

2.1 Biokemijske značilnosti ................................................................................................................ 4

2.1.1 Barvila .................................................................................................................................... 4

2.1.2 Klorofil ................................................................................................................................... 4

......................................................................................................................................................... 5

2.1.3 Karotenoidi ............................................................................................................................. 6

2.2 Anatomske in morfološke značilnosti ........................................................................................... 8

2.3 Vsebnost vode ............................................................................................................................. 10

3. Materiali in metode ....................................................................................................................... 11

3.1 Območje raziskav ........................................................................................................................ 11

3.2 Predmet raziskav ......................................................................................................................... 11

3.2.1 Navadni rogovilar – Pseudevernia furfuracea ..................................................................... 11

3.3 Metode dela ................................................................................................................................. 12

3.3.1 Merjenje odbojnih spektrov .................................................................................................. 12

3.3.2 Specifična listna površina in vsebnost vode ......................................................................... 12

3.3.3 Biokemijske analize.............................................................................................................. 13

4. REZULTATI ................................................................................................................................. 14

4.1 Primerjava odbojnosti vlažne in suhe steljke lišaja NAVADNI ROGOVILAR (pseudevernia

furfuracea) ......................................................................................................................................... 14

4.2 Vsebnost pigmentov v vlažnih in v suhih steljkah lišaja ............................................................. 16

4.3 UGOTAVLJANJE POVEZANOSTI MED BARVNIMI PASOVI ODBOJNIH SPEKTROV IN BIOKEMIJSKIMI PARAMETRI ..................................................................................................... 18

5. Razprava ........................................................................................................................................ 19

5.1 Primerjava odbojnosti steljk glede na vsebnost vode: ................................................................. 19

5.3 Primerjava korelacijskih analiz barvnih pasov glede na vsebnost vode: ..................................... 19

6. Sklep .............................................................................................................................................. 21

7. Povzetek ........................................................................................................................................ 22

8. Viri in literatura ............................................................................................................................ 23

8.1 VIRI IN LITERATURA VSEBINE ............................................................................................. 23

8.2 VIRI SLIK ................................................................................................................................... 24

Page 8: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

VI

KAZALO SLIK

Slika 1: Strukturni formuli klorofila a in klorofila b ................................................................................. 5

Slika 2: Strukturne formule karotenoidov (likoprena, astaksantina, zeaksantina in luteina) ................. 6

Slika 3: Navadni rogovilar (Pseudevernia furfuracea) ........................................................................... 11

Slika 4: Odbojna spektra suhih in vlažnih steljk lišaja Pseudevernia furfuracea; n=10. ........................ 14

Slika 5: Testiranje razlik vsebnosti klorofila a med suhimi in vlažnimi steljkami lišaja Pseudevernia

furfuracea; n=10. ................................................................................................................................... 16

Slika 6: Testiranje razlik vsebnosti klorofila b med suhimi in vlažnimi steljkami lišaja Pseudevernia

furfurace; n=10. .................................................................................................................................... 16

Slika 7: Testiranje razlik vsebnosti karotenoidov med suhimi in vlažnimi steljkami lišaja Pseudevernia

furfuracea; n=10. .................................................................................................................................. 17

Page 9: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

VII

KAZALO TABEL

Tabela 1: Vrednosti korelacijskih koeficientov med barvnimi pasovi, ki kažejo povezanost odbojnih spektrov in biokemijskih parametrov suhih steljk, in vsebnostjo pigmentov. ....................................... 18

Tabela 2: Vrednosti korelacijskih koeficientov med barvnimi pasovi, ki kažejo povezanost odbojnih spektrov in biokemijskih parametrov vlažnih steljk, in vsebnostjo pigmentov. .................................... 18

Page 10: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

VIII

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI

E470, E530, E645, E662 ekstinkcije pri danih valovnih dolžinah

Kar karotenoidi

Kl a, Kl b klorofil a, klorofil b

NIR bližnje infrardeče sevanje (700 – 1400 nm)

Ρ Spearmanov korelacijski koeficient

SLA specifična listna površina

ss suha masa

t-test dvosmerni Studentov T - test

UV ultravijolično sevanje (100 – 400 nm)

UV-A ultravijolični del spektra z valovno dolžino 320-400 nm

UV-B ultravijolični del spektra z valovno dolžino 280-320 nm

Page 11: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

1

1. UVOD

Optične lastnosti listov in drugih rastlinskih delov opišemo z odbojnostjo, presevnostjo in

absorpcijo. Najbolj proučevani so spektri odbojnosti in presevnosti. Odbojnost svetlobe je

odvisna od anatomskih, morfoloških in biokemijskih značilnosti tkiva (Liew in sod.,

2008; Underwood in sod., 2007).

Raziskave odbojnih spektrov, presevnosti in absorpcije so omogočile natančnejše

razumevanje fizioloških odzivov rastlin na razmere v katerih rastejo in prilagoditve teh

rastlin na okoljske razmere.

Odbojna spektroskopija nam omogoča tudi sledenje vsebnosti barvil, kot so klorofili in

karotenoidi (Levizou in sod., 2005; Liew in sod., 2008). Karotenoidi in klorofili so glavni

pigmenti zelenih listov. Na odbojne lastnosti v območju 400 – 700 nm najbolj vplivajo

fotosintezni pigmenti in antociani. Poleg pigmentov na odbojnost in presevnost vpliva

tudi vsebnost proteinov, škroba, voskov, lignina, celuloze ter vode v rastlini (Daughtry in

Walthall, 1998; Underwood in sod. 2007). Podobno informacijo pa lahko dobimo tudi z

merjenjem optičnih lastnosti lišajskih steljk.

Sončevo sevanje vpliva skoraj na vsak vidik živega in neživega okolja na Zemlji in blizu

zemeljskega površja. Stopnja UV-B sevanja se zaradi tanjšanja ozonske plasti povečuje.

Optične lastnosti rastlin nam omogočajo boljše razumevanje, kako UV-B sevanje vpliva

na rastlino (Qi in sod., 2002).

Spektre lahko merimo neposredno in z daljinskim zaznavanjem, ki je tudi eden izmed

načinov raziskave optičnih lastnosti rastlin (Chanrash, 2005) in tudi lišajev.

Navadni rogovilar ali Pseudevernia furfuracea je lišaj, ki raste na lubju jelke in bora.

Uvrščamo ga v družino Parmeliaceae. Steljka lišaja je listasta ali grmičasta. Na substrat

se pritrjuje s koreninskimi hifami, lahko pa je tudi prirasla. Lišaj je občutljiv na

onesnaževanje zraka.

Page 12: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

2

V diplomski nalogi smo proučevali odbojne spektre vzorcev steljk lišaja navadni

rogovilar (Pseudevernia furfuracea). Spektre smo merili pri svežih (vlažnih) in suhih

lišajih. Odbojne spektre steljk smo med seboj primerjali. Da bi ugotovili vsebnost

fotobiontov (zelenih alg), smo merili vsebnost klorofilov in karotenoidov v posameznem

vzorcu. Količina barvil se lahko spreminja na stanje steljke in razmere v katerih živi. Med

seboj smo primerjali vsebnosti teh pigmentov v suhih steljkah in vlažnih steljkah.

1.1 HIPOTEZE

• Spektri odbojnosti lišaja bodo odvisni od vsebnosti klorofila, ki je v posameznem vzorcu

• Predvidevamo, da se bodo odbojni spektri suhih in vlažnih steljk lišaja med seboj razlikovali, kot posledica sprememb v biokemijskih lastnostih

Page 13: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

3

2. PREGLED OBJAV

Lišaji so velika skupina organizmov. Predstavljajo simbiotični organizem, ki je sestavljen

iz gliv (mikobiontov) in alg (fikobiontov) ali cianobakterij. Če lišaj prerežemo in

pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma

cianobakterij. Gliva poskrbi, da alga dobi vodo in mineralne snovi, ki jih pridobi iz

substrata, alge oziroma cianobakterije pa s procesom fotosinteze proizvajajo organske

snovi. Razmnoževanje pri lišajih je različno. Lahko se razmnožujejo s sporami (spolno),

kakor se razmnožujejo glive, ali pa vegetativno s soraliji – mesta, kjer se tvorijo soridji,

kar je značilno za alge, pri katerem iz vsakega koščka steljke zraste lišaj (The Science of

Biology, eight edition). Razširjeni so po vsem svetu in živijo tam, kjer druge rastline ne

morejo živeti, kot na primer na strmih stenah gora ali betonskem zidu. S steljko, ki je

prilegla na podlago, izboljšujejo razmere in se zato tam naseljujejo tudi druge rastline. Ko

lišaji odmrejo, za njimi ostanejo organske snovi, na katero se lahko naselijo mahovi,

kasneje pa tudi praprotnice in semenke.

Lišaje delimo glede na obliko steljke na skorjaste, listaste in grmičaste lišaje. Skorjasti

lišaji so običajno v zelo tesnem stiku s substratom, da se jih komaj loči od njega. Listasti

lišaji so vmesna oblika med skorjastimi in grmičastimi lišaji. Steljka leži na podlagi in je

na več krajih pritrjena nanjo. Nekateri največji listasti lišaji lahko zrastejo 0,3 m ali več v

premeru. Grmičasti lišaji so s posebnimi ploščami pritrjeni na podlago. Njihova steljka je

zelo razrasla in ima zato največ stika z zrakom (Boedijin, 1978)

Lišaji imajo pomembne vloge tako v ekosistemih, kot tudi za ljudi. So primarni

producenti, sodelujejo pri nastajanju tal, zadržujejo vodo in hranila ter tvorijo

mikrohabitate za nevretenčarje. Za človeka so pomembni kot hrana, krma (pri severnih

jelenih), uporabljamo jih kot barvila za tekstil in kot surovine za parfume in

fitofarmacevtska sredstva. Njihova pomembnejša vloga pa je bioindikacija stanja okolja.

Lišaji so zelo občutljivi in uspevajo le tam, kjer je zrak čist, zato jim pravimo, da so

bioindikatroji. Bioindikatroji so organizmi, ki jih uporabljamo za določitev stanja nekega

ekosistema. S svojo številčnostjo, fiziološkim stanjem in vedenjem odražajo stanje ali

spremembo v okolju, v katerem se organizem nahaja. So naravni pokazatelji območja

čistega zraku. Občutljivost lišajev na onesnažen zrak je povezana z rastno obliko njihove

steljke. Najmanj občutljivi lišaji so skorjasti, sledijo jim listast, najbolj občutljivi pa so

grmičasti lišaji (Hale, 1970).

Page 14: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

4

2.1 BIOKEMIJSKE ZNAČILNOSTI

2.1.1 Barvila

Med fotosintezne ali asimilacijske pigmente spadajo klorofili, karotenoidi in fikobilini. V

listih zelenih rastlin najdemo barvila, ki absorbirajo svetlobo v ultravijoličnem in vidnem

delu spektra, čemur lahko pripišemo zmanjšano odbojnost v teh območjih (Woolley,

1971). Barvila v lišajih pa so odvisna od vrste fikobionta.

Cianobakterije (modrozelene alge) in rdeče alge vsebujejo visoke koncentracije

fotosinteznih pigmentov, ki imajo svetlobno aktivnost v območju med 400 in 650 nm

(Glazer, 1977).

Cianobakterije so dobile ime po modrikastem pigmentu, ki ga uporabljajo za fotosintezo

(Life History and Ecology, 2015). Prav tako vsebujejo fotosintezni pigment klorofil a, in

druga fotosintezna barvila, kot na primer fikocian in fikoeritrin. Ta barvila prevladujejo,

zato so kolonije pogosto obarvane zeleno, modrozeleno, rdeče, vijoličasto ali celo v

nekaterih primerih črno (Wikipedia, 2015). Zelene alge pa vsebujejo predvsem klorofil a

in klorofil b (Wikipedia, 2015), kar daje značilno zeleno obarvanje.

2.1.2 Klorofil

Klorofil a je zeleno barvilo, ki ga najdemo v rastlinah, algah in tudi modrozelenih

cepljivkah. Kemijsko so sestavljeni iz tetrapirolovega obroča s centralno vezanim

atomom magnezija, na katerega je zaestren hidrofobni fitolni rep (Liew in sod., 2008;

Taiz in Zeiger, 2002). V rastlinah vedno prevladuje klorofil a, klorofil b pa je pomožno

barvilo, ki zavzema le približno eno tretjino skupne vsebnosti klorofilov v rastlinah (Liew

in sod., 2008; Taiz in Zeiger, 2002). Klorofil a ima vezano metilno skupino, medtem ko

ima klorofil b vezano aldehidno skupino (Liew in sod., 2008). Klorofili imajo značilna

vrhova absorpcije v modrem in rdečem pasu (Qi in sod., 2003), klorofil a pri 430 in 670

nm, klorofil b pri 460 in 650 nm (Underwood in sod., 2007), ter absorpcijski minimum v

zelenem pasu (500 – 600 nm), z vrhom pri 550 nm (Liew in sod., 2008). Absorpcijski

spekter obeh klorofilov se razteza v UV- A in UV-B območje spektra (Taiz in Zeiger,

2002). Fotosintezna barvila zato vplivajo tudi na odbojnost in presevnost steljk v UV

območju in s tem prispevajo k zaščiti steljke pred UV sevanjem (Yoshimura in sod.,

2010).

Page 15: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

5

Slika 1: Strukturni formuli klorofila a in klorofila b

Page 16: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

6

2.1.3 Karotenoidi

Druga skupina asimilacijskih barvil so karotenoidi. Najdemo jih v kloroplastih. Kemijsko

se razlikujejo od klorofilov, saj so tetraterpeni, ki absorbirajo v modrem delu spektra, od

400 nm do 500 nm. So pomožna barvila, ki sprejemajo energijo v obliki svetlobe in jo

prenašajo na klorofil a. Karotenoide delimo na karotene in ksantofile. Glavni in

najpogostejši karotenoidi v funkcionalnih kloroplastih so beta karoteni, lutein, neoksantin

in violaksantin (Yoshimura, 2001). Karotenoidi pomagajo pri zaščiti pred UV-B

sevanjem, ker zmanjšujejo vpliv aktivnih kisikovih spojin (Filella in Peñuelas, 1999).

Slika 2: Strukturne formule karotenoidov (likoprena, astaksantina, zeaksantina in luteina)

Page 17: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

7

Karotenoidi in klorofili so glavni pigmenti zelenih listov. Karotenoide ponavadi zastopajo

karoteni in ksantofili (lutein, ksantin), ki kažejo močno absorpcijo svetlobe v modrem

območju spektra. Več specifičnih funkcij je bilo pripisanih karotenoidom, zaradi njihove

edinstvene fizikalno-kemične in fotokemične funkcije: strukturna vloga, vpliv na

organizacijo fotosintezne membrane ter prenosa energije. Spremembe koncentracije

karotenoidov v rastlini in njihov delež glede na klorofil, se pogosto uporabljajo za

diagnosticiranje fiziološkega stanja rastlin med samim razvojem, aklimatizacije in

prilagajanje na okoljske spremembe in stres (Gitelson, 2002).

V zadnjem desetletju, so izvedli veliko študij in poskusov razvoja nedestruktivne tehnike

za vsebnost karotenoidov v rastlini. Odbojni indeksi, izračunani na podlagi odbojnih

spektrov, odražajo na razmerje med karotenoidi in klorofili (Gitelson, 2002).

Analiza koeficientov odbojnih spektrov od rumene do temno zelene, omogoča oceno

različnih vidikov od senescence do vsebnosti barvil.

V poskusih, kjer so želeli dobiti spektralne pasove, ki so maksimalno občutljivi na

karotenoide v zelenih listih, je Zur et. al. (2002) predlagal normiranje absorbance spektra

listov v rdečem delu spektra glede na absorbanco klorofila pri 678 nm. Analize so

pokazale, da tudi klorofili bistveno prispevajo k absorbanci in odbojnosti v območju od

510 do 520 nm.

Absorpcija klorofilov v območju 470 do 500 nm je pokazala, da je tesna povezava med

odbojnostjo in koncentracijo klorofilov.

Odbojnost v območju med 510 in 550 nm, je v linearni korelaciji z vsemi pigmenti, ki jih

vsebuje rastlina. Največja občutljivost na karotenoide je v območju 510 nm, čeprav tudi

klorofili vplivajo na odbojnost v tem spektralnem območju (Gitelson, 2002).

Page 18: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

8

2.2 ANATOMSKE IN MORFOLOŠKE ZNAČILNOSTI

Sončevo sevanje vpliva skoraj na vsak vidik življenja na Zemlji in blizu zemeljskega

površja. Njegove interakcije z atmosfero in vodo ustvarjajo podnebni sistem. Enako

pomembna komponenta, ki vpliva na podnebni sistem, je interakcija sončne svetlobe z

vegetacijo. Poleg očitnega pomena za kmetijstvo, vrtnarstvo in gozdarstvo, je

razumevanje optičnih odzivov rastlin v vidnem in IR spektru izredno pomembno za

daljinsko zaznavanje (vidno in IR svetlobo) in tudi natančno modeliranje učinka

vegetacije na globalno segrevanje in ogljikov cikel. Ravno daljinsko zaznavanje je eden

izmed glavnih razlogov za nadaljnje zanimanje in raziskave optičnih lastnosti rastlin

(Chanrash, 2005).

Merjenje optičnih lastnosti je uporabno pri določanju biokemijskih lastnosti. Poznavanje

biokemijskih lastnosti je nujno potrebno za razumevanje odbojnosti in presevnosti rastlin.

Različni pigmenti, ki so podlaga za različne barve, so dobro raziskani (Ustin, 2001).

Poleg biokemijskih lastnosti, na optične lastnosti rastlin, še posebej v bližnji IR svetlobi,

vpliva struktura listov. Razne študije, ki dokazujejo biokemijske lastnosti na optični odziv

rastlin, večinoma ne vključujejo študij strukturnih interakcij s sevanjem. Ta vidik je

pomemben z vidika daljinskega zaznavanja in tudi boljše razumevanje transporta fotonov

preko listov (Chanrash, 2005).

Optične lastnosti vplivajo na razpoložljivost fotosintezno aktivnega sevanja na celičnem

nivoju in na prodiranje svetlobe skozi rastlino.

Optične lastnosti rastlin omogočajo tudi različne ocene stanja rastlin. S to metodo lahko

proučujemo tudi dejavnike stresa, kot je izpostavljenost zračnim onesnaževalom (Carter

et al., 1992, 1995), povišanim temperaturam in CO2 (Carter et al., 2000), težkim kovinam

(Schwaller et al., 1983), UV-B sevanju (Bornman in Vogelmann, 1991) in drugim

abiotskim dejavnikom, kot je suša in pomanjkanje hranil (Carter e tal., 1989; Carter,

1993, 1994; Zhao e tal., 2003).

Nekaj raziskav pa poroča tudi med optičnimi odzivi v povezavi s kemično sestavo v

rastlini.

Odbojnost je obratno povezana z absorbanco, posledično je povezana tudi s kemično

sestavo listov in njihovo koncentracijo. Razvitih je bilo več indeksov odbojnosti za

ocenjevanje količine klorofila in razmerja med klorofili in karotenoidi (Blackburn, 1999;

Page 19: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

9

Gitelson in Merzlyak, 1994; Penuelas in Filella, 1998; Sims in Gamon, 2002; Richardson

et al., 2002), pa tudi dušika (Filella in Penuelas, 1994), ksantofilov in drugih karotenoidov

(Gamon et al, 1997;. Gitelson et al., 2002).

Reflektanca in transmitanca vzorcev v vidnem območju je odvisna predvsem od

koncentracije prisotnih klorofilov (Vogelmann, 1993).

Koncentracija klorofila je povezana s svetlobo na rastišču (Björkman, 1981; Givnish,

1988). Svetloba je najbolj vpliven dejavnik in primarno vpliva na funkcijo spreminjanja

koncentracije pigmentov. Koncentracija klorofila je tudi glavni dejavnik, ki vpliva na

absorpcijo (Baltzer, 2005).

Optične lastnosti odražajo tudi koncentracije karotenoidov in prispevajo k razlagi

variabilnosti absorpcije in odbojnosti.

Tudi razmerje med karotenoidi in klorofili se zmanjšuje z zmanjševanjem jakosti svetlobe

(Levizou, 2007). Razmerje klorofilov a in b je v senci nizko (Anderson, 1986).

Aklimatizacija na svetlobo povzroči tudi povečanje debeline kutikule, katere primarna

funkcija je preprečevanje izgube vode (pregledni članek Grace and van Gardingen, 1996).

Spremembe, kot je povečanje debeline kutikule, lahko spremenijo vzorce odbojnosti

(Grant et al, 1993;. Barnes in Cardosa-Vilhena, 1996).

Raziskave kažejo, da so optični parametri, poleg svetlobe, tudi pod velikim vplivom

vsebnosti hranilnih snovi, kar pomeni, da so spremembe v razpoložljivosti hranil

predvsem rezultat spremenjene koncentracije pigmentov (Gitelson et al., 2002).

Razne študije so pokazale, da se rastlina odzove na stres s povečano odbojnostjo

(Bornman and Vogelmann, 1991; Carter, 1993; Carter et al., 1995, 2000) v zelenem

spektru (okrog 550 nm) in v rdečem spektru (okrog 700 nm).

Reflektanca karotenoidov in klorofilov se prekriva v območju modre. Prav zaradi tega, je

težko razlikovati med njimi s tehnikami daljinskega zaznavanja. Reflektanca je za klorofil

pri 678 nm, s pomembnim vrhom pri 520 nm,. Karotenoidi močno absorbirajo v modrem

delu spektra (Palett in Young, 1993) v območju med 500 nm in 520 nm (Gitelson e tal.,

1966; Zur e tal., 2000).

Page 20: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

10

2.3 VSEBNOST VODE

Odbojnost pri suhih vzorcih je načeloma nekoliko večja, kot pri odbojnosti vlažnih

(svežih) vzorcev na vseh valovnih dolžinah. (Woolley, 1971).

Značilna odbojnostna krivulja suhih listov v infrardečem delu spektra je precej drugačna

od tiste pri vlažnih (svežih) listih. (Woolley, 1971).

Page 21: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

11

3. MATERIALI IN METODE

3.1 OBMOČJE RAZISKAV

Rastline so bile nabrane na smrekah na pobočju Komna v Smrekovškem pogorju.

Laboratorijsko delo je potekalo v laboratoriju na Biološkem središču, od 3.11.2014 do

7.4.2015. Merili smo spektre odbojnosti in vsebnost klorofilov ter karotenoidov steljk

lišaja Pseudevernia furfuracea. Meritve smo izvajali na desetih paralelkah z oznakami od

1 do 10.

3.2 PREDMET RAZISKAV

3.2.1 Navadni rogovilar – Pseudevernia furfuracea

Proučevali smo lišaj navadni rogovilar (Pseudevernia furfuracea) (Slika 3)

Navadni rogovilar je lišaj, ki je splošno znano kot »tree moss«, raste na lubju jelke in

bora. Uvrščamo ga v družino Parmeliaceae. Steljka je listasta in ležeča ali pa je grmičasta

in pokončna. Na substrat se pritrjuje s koreninskimi hifami, lahko pa je tudi prirasla.

Običajno raste na ležečih vejah ali deblih, včasih pa tudi na skalah in na zemlji. Vlago, ki

jo potrebuje za svojo rast, dobi iz zraka. Navadni rogovilarji živijo zelo dolgo, dokler jih

ne ovirajo druga živa bitja ali pa jih uniči ogenj, saj so zelo vnetljivi organizmi. Po

uničenju se težko opomorejo. Sam lišaj je precej občutljiv na onesnaževanje zraka,

njegova prisotnost ponavadi kaže dobre pogoje zraka. Je pomemben tudi za ljudi, saj ga

uporabljajo za parfume, balzamiranje in v medicini. Veliko količino drevesnega mahu,

»tree moss«, obdelajo v Franciji v industriji parfumov, za balzamiranje so ga uporabljajo

stari Egipčani, v medicini pa ga uporabljajo za respiratorna obolenja (Wikipedia,

13.4.2015).

Slika 3: Navadni rogovilar (Pseudevernia furfuracea)

Page 22: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

12

3.3 METODE DELA

3.3.1 Merjenje odbojnih spektrov

Odbojne spektre smo merili s pomočjo spektrofotometra Jaz Modular Optical Sensing

Suite (Ocean Optics, Inc., Dunedin, Florida, USA). Kot svetlobni vir smo uporabili lučko

UV-VIS-NIR (DH-2000, Ocean Optics, Inc., Florida, USA), ki smo jo preko optičnega

kabla QP600-1-SR-BX (Ocean Optics, Inc., Dunedin, Florida, USA) povezali s sfero IPS-

30-6-P (Ocean Optics, Inc., Florida, USA), ki smo jo pri merjenju pravokotno postavili na

površino vsakega posameznega vzorca lišaja. To sfero smo z drugim optičnim kablom

povezali s spektrofotometrom. Spektrofotometer pa smo povezali z računalnikom.

Svetlobo smo najprej standardizirali s pomočjo bele ploščice (Ocean Optics, Inc., Florida,

USA), tako smo izmerili referenčni spekter in umerili instrument na 100% odbojnost.

Kontrolo smo naredili tako, da smo vir svetlobe izključili in pomerili. Meritve smo nato

začeli izvajati na desetih vzorcih suhih in desetih vzorcih vlažnih steljk lišaja

Pseudevernia furfuracea. Odbojne spektre smo merili tako, da smo najprej posamezen

vzorec potopili v destilirano vodo, ga rahlo obrisali s papirnato brisačo in sfero s

svetlobnim žarkom položili na zgornjo ploskev vzorca. Pomerili smo tudi spektre brez

dovajanja svetlobe. Izmerjene spektre smo obdelali v programu Spectra Suite (Ocean

Optics, Inc., Florida, USA) na računalniku. Spektri so bili izračunani kot razmerje med

izmerjenim in referenčnim spektrom. Za lažjo obdelavo podatkov smo spektre razdelili na

barvne pasove: UV-B, UV-A, vijolično, modro, zeleno, rumeno, rdeče in NIR območje.

3.3.2 Specifična listna površina in vsebnost vode

Iz vseh vzorcev tako suhih, kot vlažnih (svežih), smo naluknjali krožce s premerom 9

mm. Te krožce smo pozneje potrebovali pri biokemijskih raziskavah za merjenje

vsebnosti klorofilov in karotenoidov v posameznih vzorcih. Sveže krožce smo stehtali z

miligramsko tehtnico Sartorius in jih nato 24 ur sušili v sušilniku Sterimatic ST-11.

Določili smo suho maso posameznih krožcev, preračunali vsebnost vode [%] in

specifično listo površino vzorca (SLA), ki smo jo izračunali kot količnik med suho maso

in površino posameznih vzorcev.

Page 23: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

13

3.3.3 Biokemijske analize

3.3.3.1 Klorofili in karotenoidi

Vsebnost klorofilov a in b ter karotenoidov smo določali po metodi Lichtenthaler in

Buschmann (2001a, 2001b). Vzorce smo strli v terilnici in ekstrahirali z 10mL acetona

(100% (v/v)) ter prelili v plastično epruveto. Vzorec v epruveti smo centrifugirali pri

4000 rpm, 4°C, 4 minute v centrifugirkah za klorofil. Po končanem centrifugiranju smo

odčitali prostornino ekstraktov. Ekstrakcije smo zmerili z VIS spektrofotometrom pri

valovnih dolžinah 470 nm, 645 nm in 662 nm.

Za izračun si bomo pomagali s formulami:

Kl a[mg g⁻¹ss; mg dm⁻²] = ca * V * 10-3 * ss-1; ca * V * 10-3 * P-1

Kl b [mg g⁻¹ss; mg dm⁻²] = cb * V * 10-3 * ss-1; cb * V * 10-3 * P-1

Kar [mg g-1 ss; mg cm-2] = c(x+c) * V * 10-3 * ss-1; c(x+c) * V * 10-3 * P-1

c(x+c) = (1000 E470 - 1,9 ca - 63,14 cb) / 214

ca - koncentracija klorofila a (11,24 E662-2,04 E645); cb - koncentracija klorofila b

(20,13 E645-4,19 E662); E - absorpcija pri izbrani valovni dolžini; V - prostornina

ekstrakta [ml]; ss - suha masa vzorca [g]; P - površina vzorca [cm²]

3.3.3.2 Statistična obdelava podatkov

Pridobljene podatke – vrednosti odbojnih spektrov suhih vzorcev in vlažnih vzorcev

lišaja, smo vstavili v računalniški program Excel in izračunali povprečja in standardne

deviacije. Značilnosti razlik, med suhimi in vlažnimi vzorci lišaja, smo določili s

Studentovim t-testom.

Iz pridobljenih podatkov smo izračunali tudi barvne pasove, ki smo jih razdelili na

posamezna območja: UV-B (280 – 319,95 nm), UV-A (320 – 399,73 nm), vijolična (400

– 454,94 nm), modro (455 – 499,88 nm), zeleno (500 – 79,74 nm), rumeno (580 – 619,86

nm), rdečo (620 – 699,94 nm) in NIR (700 – 887,19 nm). Povezanost med barvnimi

pasovi in biokemijskimi parametri smo ugotavljali z izračunom Spearmanovega

korelacijskega koeficienta. Analize smo naredili posebej za suhe vzorce lišaja in za

vlažne vzorce lišaja.

Page 24: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

14

4. REZULTATI

4.1 PRIMERJAVA ODBOJNOSTI VLAŽNE IN SUHE STELJKE LIŠAJA NAVADNI

ROGOVILAR (PSEUDEVERNIA FURFURACEA)

Slika 4 prikazuje odbojna spektra suhih in vlažnih steljk lišaja navadni rogovilar

(Pseudevernia furfuracea).

Odbojnost vlažne steljke je nizka v UV B (280 – 320 nm) in UV A (320 – 400 nm)

območju. Prvi večji vrh doseže v vidnem območju, v pasu vijolične pri približno 400 nm

in v pasu zelene pri približno 560 nm. Relativno visoka odbojnost je v NIR delu spektra

(700 – 887 nm), kjer doseže vrh pri približno 720 nm. Manjši padec je v vidnem

območju v pasu modre pri približno 500 nm, drugi večji padec pa v pasu rdeče pri

približno 680 nm, na kar je vplivala vsebnost klorofilov.

Pri suhih steljkah lišaja relativna odbojnost steljk narašča od 280 nm vse do približno 800

nm, v območju 800 – 880 nm pa relativna odbojnost strmo upada.

Slika 4: Odbojna spektra suhih in vlažnih steljk lišaja Pseudevernia furfuracea; n=10.

Page 25: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

15

Rezultati opravljene analize odbojnosti kažejo, da so spektralna območja le delno

povezana z biokemijskimi lastnostmi.

Page 26: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

16

4.2 VSEBNOST PIGMENTOV V VLAŽNIH IN V SUHIH STELJKAH LIŠAJA

Slika 5 kaže primerjavo razlik vsebnosti klorofila a med suhimi in vlažnimi steljkami

lišaja Pseudevernia furfuracea. Suhi in vlažni vzorci se med seboj značilno razlikujejo

(p=0,00).

Slika 6: Testiranje razlik vsebnosti klorofila b med suhimi in vlažnimi steljkami lišaja Pseudevernia furfurace;

n=10.

Slika 6 kaže primerjavo razlik vsebnosti klorofila b med suhimi in vlažnimi steljkami

lišaja Pseudevernia furfuracea. Suhi in vlažni vzorci se med seboj ne razlikujejo

(p=0,70).

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

SUHI VLAŽNI

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

SUHI VLAŽNI

Slika 5: Testiranje razlik vsebnosti klorofila a med suhimi in vlažnimi steljkami lišaja Pseudevernia furfuracea; n=10.

Page 27: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

17

Slika 7: Testiranje razlik vsebnosti karotenoidov med suhimi in vlažnimi steljkami lišaja Pseudevernia

furfuracea; n=10.

Slika 7 kaže primerjavo razlik vsebnosti karotenoidov med suhimi in vlažnimi steljkami

lišaja Pseudevernia furfuracea. Suhi in vlažni vzorci se med seboj značilno razlikujejo

(p=0,00).

0,0

0,1

0,1

0,2

0,2

0,3

0,3

SUHI VLAŽNI

Page 28: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

18

4.3 UGOTAVLJANJE POVEZANOSTI MED BARVNIMI PASOVI ODBOJNIH

SPEKTROV IN BIOKEMIJSKIMI PARAMETRI

Tabela 1: Vrednosti korelacijskih koeficientov med barvnimi pasovi, ki kažejo povezanost odbojnih spektrov in

biokemijskih parametrov suhih steljk, in vsebnostjo pigmentov.

UVB UVA VIJ MODRA ZELENA RUMENA RDEČA NIR

Kl a -,317 -,236 ,127 ,200 -,091 -,333 -,164 ,100

KL b -,200 -,212 -,042 ,115 -,018 -,115 -,491 -,600

Kar -,498 -,394 -,067 ,139 ,103 -,224 ,248 ,400

V tabeli 1 so predstavljene vrednosti korelacijskih koeficientov med barvnimi pasovi in biokemijskimi parametri (vsebnostjo pigmentov) suhih steljk. Značilne povezanosti med parametri nismo določili.

Tabela 2: Vrednosti korelacijskih koeficientov med barvnimi pasovi, ki kažejo povezanost odbojnih spektrov in

biokemijskih parametrov vlažnih steljk, in vsebnostjo pigmentov.

UVB UVA VIJ MODRA ZELENA RUMENA RDECA NIR

Kl a ,365 ,382 ,309 ,333 ,552 ,394 ,358 ,867**

KL b ,353 ,358 ,321 ,418 ,321 ,394 ,612 ,467

Kar ,207 ,139 ,212 ,164 ,430 ,176 ,006 ,745*

V tabeli 2 so predstavljene vrednosti korelacijskih koeficientov, ki kažejo povezanost med barvnimi pasovi odbojnih spektrov in biokemijskimi parametri (vsebnostjo pigmentov) vlažnih steljk.

Vidna je samo pozitivna korelacija v NIR območju v tabeli 2, pri vlažnih lišajih - med

NIR in klorofilom a ter med NIR in karotenoidi.

Page 29: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

19

5. RAZPRAVA

V diplomski nalogi smo proučevali razlike odbojnih spektrov med vlažnimi in suhimi

vzorci steljk lišaja navadnega rogovilarja (Pseudevernia furfuracea). Merili smo tudi

vsebnost klorofilov in karotenoidov ter primerjali vzorce suhih in vlažnih steljk.

Potrdili smo, da so razlike v vsebnosti različnih pigmentov.

5.1 PRIMERJAVA ODBOJNOSTI STELJK GLEDE NA VSEBNOST VODE:

Spektri odbojnosti se med steljkami lišaja glede na vsebnost vode razlikujejo. Odbojnost

je relativno nizka, tako pri suhih steljkah kot pri vlažnih, v UV-B (280 – 320 nm) in UV-

A (320 -400 nm) območju. Pri vrh se pokaže pri vlažnih steljkah v območju vijolične, pri

približno 400 nm. V pasu modre je manjši padec pri približno 500 nm, kar pripisujemo

vsebnosti klorofilom. V pasu zelene prav tako opazimo vrh, ki ga doseže pri približno 560

nm. V pasu zelene je odbojnost velika, kar je posledica tudi tega, da vidimo rastline

zelene barve. Ponovni padec je v pasu rdeče, pri približno 680 nm, na kar je zopet

vplivala vsebnost klorofilov. Vidi se, da karotenoidi močno absorbirajo svetlobo v

modrem delu spektra (Palett in Young, 1993), še posebej v območju med 500 nm in 520

nm (Gitelson e tal., 1966; Zur e tal., 2000).

Pri suhih steljkah vrednosti odbojnosti postopno naraščajo od UV-B, vse do pasu rdeče, v

NIR pasu pa odbojnost strmo pada.

Testirali smo tudi razlike v vsebnosti klorofila a in b ter karotenoidov med suhimi in

vlažnimi steljkami lišaja Pseudevernia furfuracea. Suhi in vlažni vzorci so se med seboj

značilno razlikovali pri testiranju razlik v vsebnosti klorofila a (p=0,00) in v vsebnosti

karotenoidov (p=0,00). Pri testiranju razlik v vsebnosti klorofila b, se suhi in vlažni

vzorci steljk med seboj ne razlikujejo (p=0,70).

5.3 PRIMERJAVA KORELACIJSKIH ANALIZ BARVNIH PASOV GLEDE NA

VSEBNOST VODE:

Ugotavljali smo tudi povezanost med barvnimi pasovi odbojnih spektrov (UV - B, UV -

A, vijolična, modra, zelena, rumena, rdeča in NIR) in biokemijskimi parametri. Rezultati

opravljene analize niso pokazali povezanosti spektralnih območji z biokemijskimi

lastnostmi lišaja pri suhih steljkah. Pri vlažnih steljkah smo značilno korelacijo dobili

med odbojnimi spektri v NIR in klorofilom a ter karotenoidi.

Page 30: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

20

Odsotnost povezanosti med spektri suhih in vlažnih steljk lišaja navadni rogovilar

(Pseudevernia furfuracea), je posledica majhnega števila vzorcev. Za dokaz povezanosti

spektrov in biokemijskih lastnosti lišajev so potrebne nadaljnje raziskave.

Page 31: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

21

6. SKLEP

Spektri odbojnosti vlažnih steljk imajo tipične značilnosti zdravih aktivnih steljk, medtem

ko spektri odbojnosti suhih steljk postopno naraščajo do NIR spektra in potem upadejo.

Suhi in vlažni vzorci steljk lišaja navadni rogovilar (Pseudevernia furfuracea) so bili

statistično značilno različni v vsebnosti klorofila a in karotenoidov.

Korelacij med barvnimi pasovi, ki kažejo povezanost odbojnih spektrov in biokemijskih

parametrov suhih in vlažnih steljk, in vsebnostjo pigmentov, nismo dokazali. Dokazali

smo le vpliv v NIR delu spektra pri vlažnih lišajih - med NIR in klorofilom a ter med NIR

in karotenoidi.

Odsotnost povezanosti med spektri suhih in vlažnih steljk lišaja navadni rogovilar

(Pseudevernia furfuracea), je posledica majhnega števila vzorcev. Za dokaz povezanosti

spektrov in biokemijskih lastnosti lišajev so potrebne nadaljnje raziskave.

Page 32: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

22

7. POVZETEK

V diplomski nalogi smo proučevali razlike odbojnih spektrov med različnimi vzorci steljk

lišaja navadnega rogovilarja (Pseudevernia furfuracea). Primerjali smo spektre

odbojnosti suhih steljk lišaja in vzorce vlažnih steljk lišaja. Merili smo tudi vsebnost

klorofilov in karotenoidov ter jih primerjali med vzorci suhih in vlažnih steljk.

Delo je potekalo v laboratoriju na katedri za ekologijo in varstvo okolja v Biološkem

središču Biotehniške fakultete. Izbrali smo deset vzorcev suhih steljk in deset vzorcev

vlažnih steljk, na katerih smo opravili meritve odbojnosti v območju od 280 do 880 nm.

Odbojnost smo merili na zgornjem delu steljk. Določili smo tudi vsebnost pigmentov –

klorofila a, klorofila b in karotenoidov.

Spektri odbojnosti vlažnih steljk so pokazali tipične značilnosti zdravih aktivnih steljk,

medtem ko spektri odbojnosti suhih steljk postopno naraščajo do NIR spektra in potem

upadejo. Vzrok je predvsem v nizki vsebnosti vode v steljkah. Odbojni spektri vlažnih

steljk imajo relativno nizko odbojnost v UV območju (280 – 400 nm) in v vidnem

območju (400 – 700 nm). Vrh je v zelenem pasu pri 560 nm. Največja odbojnost je v NIR

območju (700 – 887 nm).

Testirali smo tudi razlike v vsebnosti klorofila a in b ter karotenoidov med suhimi in

vlažnimi steljkami lišaja Pseudevernia furfuracea. Ugotovili smo, da so bili suhi in vlažni

vzorci steljk lišaja navadni rogovilar (Pseudevernia furfuracea) statistično značilno

različni v vsebnosti klorofila a (p=0,00) in karotenoidov (p=0,00).

Ugotavljali smo povezanost med barvnimi pasovi odbojnih spektrov (UV - B, UV - A,

vijolična, modra, zelena, rumena, rdeča in NIR) in biokemijskimi parametri. Povezanost

med barvnimi pasovi in biokemijskimi parametri suhih in vlažnih steljk, nismo dokazali.

Dokazali smo le vpliv klorofila a in karotenoidov v NIR delu spektra pri vlažnih lišajih.

Page 33: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

23

8. VIRI IN LITERATURA

8.1 VIRI IN LITERATURA VSEBINE

Alge. (n.d.). Retrieved July 31, 2015, from https://sl.wikipedia.org/wiki/Alge

Baltzer J.L., Thomas S.C. 2005. Leaf optical responses to light and soil nutrient availability in temperate deciduous trees. American journal of botany, 92, 2: 214-223

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

Chandrasekharan R.2005. Optical properties of leaves. 13. dec 2005

Cyanobacteria: Life History and Ecology. (n.d.). Retrieved July 28, 2015, from http://www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/cyanolh.html

Ehleringer J. 1989. Leaf Morphology and Reflectance in Relation to Water and Temperature Stress. Adaptation of plants to water and high temperature stress: 295 – 308

Gitelson A., Zur Y., Chivkunova O. B., Merzlyak M. N. 2000 The spectral contribution of carotenoids to light absorption and reflectance in green leaves.

Gitelson A., Zur Y., Chivkunova O. B., Merzlyak M. N. 2002. Assessing Carotenoid Content in Plant Leaves with Reflectance Spectroscopy. Photochemistry and Photobiology 75(3): 272 – 281

Glazer, Alexander N. 1977. Structure and molecular organization of the photosynthetic accessory pigments of cyanobacteria and red algae, Volume 18, 2-3: 125-140

Hale, M. E. The biology of lichens. London: Arnold, 1970.

Levizou E., Manetas Y. 2006. Photosynthetic pigment contents in twigs of 24 woody species assessed by in vivo reflectance spectroscopy indicate low chlorophyll levels but high carotenoid/chlorophyll ratios. Environmental and Experimental Botany 59 : 293–298

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

Mitrović, T. (2014). PLATISMATIA GLAUCA AND PSEUDEVERNIA FURFURACEA LICHENS AS SOURCES OF ANTIOXIDANT, ANTIMICROBAL AND ANTIBIOFILM AGENTS. EXCLI Journal, 938-953.

Modrozelene cepljivke. (2013, December 21). Retrieved July 31, 2015, from https://sl.wikipedia.org/wiki/Modrozelene_cepljivke

Page 34: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

Sovdat T. Optične lastnosti steljke lišaja Pseudevernia furfuracea. Dipl. delo. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Biotehniška fakulteta, Program biologija in kemija, 2015

24

Pseudevernia furfuracea. (n.d.). Retrieved April 13, 2015, from https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudevernia_furfuracea

Qi Y., Bai S., Heisler G.M. 2003. Changes in ultraviolet-B and visible optical properties and absorbing pigment concentrations in pecan leaves during a growing season. Agricultural and Forest Meteorology 120, 1: 229-240

Sadava, D. (2011). Life: The science of biology (8th ed., pp. 655 - 657). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates.

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

What are Lichens? (n.d.). Retrieved July 31, 2015, from http://www.countrysideinfo.co.uk/fungi/lichens.htm

Woolley J. R. 1971. Reflectance and transmittance of light by leaves. Plant Physiology, 47, 5: 656-662

Yoshimura H. 2001. Spectral properties of leaves affected by carotenoid components. Journal of Japanese Society of Revegetation Technology, 26, 4: 327-336 (in Japanese, with English abstract)

8.2 VIRI SLIK

Delovanje klorofila. (n.d.). Retrieved June 22, 2015, from http://projekti.gimvic.org/2003/2c/jesenskolistje/klorofil2.html

Pseudevernia furfuracea. (n.d.). Retrieved June 22, 2015, from https://www.google.si/search?q=pseudevernia furfuracea&espv=2&biw=1366&bih=681&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=pV2SVerWF8nXU5Xekng&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgdii=WI9tZiYeI1sxrM:;WI9tZiYeI1sxrM:;CuoVsE82-kirJM:&imgrc=WI9tZiYeI1sxrM:

Ugljikovodici i pigmenti. (n.d.). Retrieved June 22, 2015, from http://www.plantagea.hr/dev/ugljikovodici-i-pigmenti

Page 35: UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA TJAŠA … · 2018-08-17 · pogledamo pod mikroskopom vidimo, da so zgrajeni iz prepleta hif in celic alg oziroma cianobakterij. Gliva poskrbi,

ZAHVALA

Posebna zahvala gre moji mentorici prof. dr. Alenki Gaberščik, ki mi je svetovala, nudila

strokovno pomoč in mi dajala napotke, ki so me pripeljali do cilja. Hvala za prijazen odnos in

pozitivno energijo.

Hvala Katji Klančnik za vse nasvete in pomoč pri statistični obdelavi podatkov. Hvala tudi

Draganu Abramu za pomoč pri delu v laboratoriju.

Hvala mami, tatiju in bratcu za vso podporo in spodbude tekom študija. Hvala za

potrpežljivost, razumevanje in veliko dobre volje.

Hvala tudi vsem prijateljem, sošolkam in sošolcu za vso pomoč in potrpljenje.