Weird Science

Infiltracja - w głąb liścia

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Bio­lo­gia w Szkole (6/2019):

Ilustracja

Ples M., Infil­tra­cja - w głąb liścia, Bio­lo­gia w Szkole, 6 (2019), Forum Media Pol­ska Sp. z o.o., str. 54-57

Rośliny, podob­nie jak zwie­rzęta, muszą pro­wa­dzić wymianę gazową z ota­cza­jącym je śro­do­wi­skiem. Z racji różnic fizjo­lo­gicz­nych inny jest oczy­wi­ście mecha­nizm całego zja­wi­ska, ale wspólny jest pro­blem regu­la­cji całego pro­cesu. Rośliny, których czę­ści nadziemne są pokryte nie­prze­ni­kliwą dla gazów war­stwą kuty­kuli, roz­wiązują ten pro­blem przy wyko­rzy­sta­niu wyspe­cja­li­zo­wa­nych struk­tur nazy­wa­nych szpar­kami lub apa­ra­tami szpar­ko­wymi.

U roślin dwu­li­ścien­nych, niek­tórych jed­no­li­ścien­nych, nago­na­sien­nych, a także mchów i paprot­ni­ków cały apa­rat szpar­kowy składa się z dwóch komórek szpar­ko­wych oto­czo­nych bez­po­śred­nio komór­kami epi­dermy. Naj­czę­ściej komórki te mają ksz­tałt ner­ko­waty i two­rzą owalny otwór, nazy­wany też porem apa­ratu szpar­ko­wego. Zgru­bie­nia ścian tych komórek powo­dują, że zamk­nięta szparka jest szczelna. U innych grup roślin apa­raty szpar­kowe mogą mieć inną budowę, a w ich skład wcho­dzą często także pomoc­ni­cze komórki towa­rzy­szące, nazy­wane przysz­par­ko­wymi. Możemy więc wyróżnić następu­jące rodzaje apa­ra­tów szpar­ko­wych:

Bywa sto­so­wane roz­różn­ie­nie między szpar­kami zbu­do­wa­nymi jedy­nie z dwóch komórek, a apa­ra­tami szpar­ko­wymi utwo­rzo­nymi z więk­szej ich liczby.

Pro­ste obser­wa­cje opi­sa­nych struk­tur nie wyma­gają skom­pli­ko­wa­nego lub dro­giego sprzętu. Wystar­czy tu mikro­skop szkolny, a nawet przy­rząd zbu­do­wany samo­dziel­nie z kamery inter­ne­to­wej, według opisu zamiesz­czo­nego w jed­nym z daw­niej­szych nume­rów Bio­lo­gii w Szkole [2]. Na fot.1 możemy zaob­ser­wo­wać szparki na dol­nej powierzchni liści wino­ro­śli.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.1 – Apa­raty szpar­kowe wino­ro­śli (ozna­czone aste­ry­skami)

Czy jeśli nie posia­damy jakie­go­kol­wiek mikro­skopu możemy zba­dać roz­miesz­cze­nie apa­ra­tów szpar­ko­wych na liściach roślin, a także okre­ślić wpływ różn­o­rod­nych czyn­ni­ków na sto­pień ich otwar­cia? Odpo­wiedź jest twier­dząca, ponie­waż pro­wa­dze­nie tego rodzaju obser­wa­cji umożl­i­wia genial­nie pro­sta metoda infil­tra­cji opra­co­wana przez bota­nika Hansa Moli­scha [3].

Doświad­cze­nie

W naszych pra­cach możemy wyko­rzy­stać liście wielu gatun­ków roślin, np. lipy drob­no­list­nej Tilia cor­data czy sze­ro­ko­list­nej Tilia pla­ty­phyl­los, orlika pospo­li­tego Aqu­i­le­gia vul­ga­ris (objętego od 2014 roku czę­ściową och­roną gatun­kową - doświad­cze­nia możemy więc wyko­ny­wać jedy­nie na upraw­nych odmia­nach ozdob­nych tej rośliny), a także wielu gatun­ków z rodzaju róża Rosa [4]. Ja w swo­ich doświad­cze­niach uży­łem liści wino­ro­śli wła­ści­wej Vitis vini­fera, rosnącej w moim ogro­dzie (Fot.2).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.2 – Wino­rośl wła­ściwa

Wino­rośl wła­ściwa jest nazy­wana nazy­wana często wino­ro­ślą lub lato­ro­ślą winną. Jest to gatu­nek rośliny z rodziny wino­ro­ślo­wa­tych Vita­ceae. Natu­ralny obszar występo­wa­nia dzi­kiego pod­ga­tunku wino­ro­śli obej­mo­wał duże obszary w base­nie Morza Śródziem­nego i Azji połu­dniowo-zachod­niej [5]. Wino­rośl uprawna, sta­no­wiąca osobny pod­ga­tu­nek, ule­gła roz­pow­szech­nie­niu na całym świe­cie. Z jej owo­ców wytwa­rza się wina, a poza tym wyko­rzy­stuje się je do bez­po­śred­niego spo­ży­cia (w postaci świe­żej lub suszo­nej - jako rodzynki) i na prze­twory: soki, dżemy, gala­retki. Warto też wspom­nieć, że z nasion wino­ro­śli tło­czy się war­to­ściowy olej.

Poje­dyn­cze liście wino­ro­śli roz­miesz­czone są skręto­le­gle, posia­dają ogonki liściowe o dłu­go­ści 4-8 cm, a ich ksz­tałt jest dło­nia­sty [6]. U ich nasady występują szybko odpa­da­jące przy­listki. Oba wymiary blaszki liścio­wej, tj. jej dłu­gość i sze­ro­kość, są podobne i zawie­rają się zwy­kle w gra­ni­cach 5-15cm.

Do doświad­cze­nia powin­ni­śmy wybrać liście nie­usz­ko­dzone, bez prze­bar­wień i śla­dów żero­wa­nia owa­dów. Sam eks­pe­ry­ment naj­le­piej jest prze­pro­wa­dzić na liściach żywych, nie odciętych od reszty orga­ni­zmu rośliny i o dobrej eks­po­zy­cji na świa­tło sło­neczne. Oczy­wi­ście, na czas samych obser­wa­cji czy wyko­na­nia foto­gra­fii liście można usu­nąć i prze­nieść w odpo­wied­nie miej­sce.

Foto­gra­fia 3 uka­zuje liść wybrany do doświad­cze­nia. Został on podzie­lony na dwie czę­ści, nazwane A i B. Dla uła­twie­nia gra­nica między obsza­rami została zazna­czona za pomocą czar­nego fla­ma­stra. Na obie czę­ści będziemy w odpo­wiedni spo­sób nano­sili czyn­nik infil­tru­jący.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.3 – Liść wino­ro­śli, opis w tek­ście

Czyn­ni­kiem infil­tru­jącym mogą być różne cie­cze zwil­ża­jące kuty­kulę, czyli cienką war­stwę pokry­wa­jącą zew­nętrzną ścianę komórek epi­dermy, obecną na powierzchni wszyst­kich nadziem­nych orga­nów roślin z wyjąt­kiem pędów zdrew­nia­łych. Kuty­kula two­rzy ciągłą war­stwę na powierzchni całej rośliny, poza porami apa­ra­tów szpar­ko­wych. Odpo­wied­nią cie­czą, z racji łatwej dostęp­no­ści, niskich kosz­tów i sto­sun­kowo nie­wiel­kiej tok­sycz­no­ści będzie nafta (Fot.4). Musimy jedy­nie pamiętać, że nafta może być drażn­iąca dla naszej skóry, wdy­cha­nie jej par jest szko­dliwe, trzeba także brać pod uwagę jej łatwo­pal­ność.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.4 – Nafta

Wybrany liść powi­nien zostać zwil­żony nie­wielką ilo­ścią nafty, np. przy pomocy pędzelka. W opi­sa­nym przy­padku obszar A został zwil­żony jedy­nie po stro­nie grz­bie­to­wej liścia (gór­nej, zwróco­nej zwy­kle ku słońcu), zaś obszar B jedy­nie po stro­nie brzusz­nej (dol­nej).

Po cza­sie rzędu kilku, kil­ku­na­stu minut liść został ścięty i umiesz­czony na ciem­nym jed­no­li­tym tle, tak by można było doko­nać obser­wa­cji (Fot.5).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.5 – Efekt doświad­cze­nia w świe­tle pada­jącym

Możemy w ten spo­sób prze­ko­nać się, że obszary liścia zwil­żone naftą po stro­nie brzusz­nej (B) wydają się być wyraźnie ciem­niej­sze niż zwil­żone po stro­nie grz­bie­to­wej (A) i to nie­za­leżnie od tego, z której strony będziemy widzieć liść.

Obser­wa­cje możemy pro­wa­dzić także w świe­tle prze­cho­dzącym, np. umiesz­cza­jąc liść na tle kalki tech­nicz­nej pod­świe­tlo­nej od tyłu lampą (Fot.6).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.6 – Efekt doświad­cze­nia w świe­tle prze­cho­dzącym

W tym przy­padku zaob­ser­wu­jemy odw­rotny efekt niż poprzed­nio: Obszar A wydaje się ciem­niej­szy niż obszar B.

Z obser­wa­cji można wyciągnąć wnio­sek, że z jakichś powo­dów pod dzia­ła­niem nafty obszar B stał się bar­dziej przej­rzy­sty, nato­miast w przy­padku obszaru A nie zano­to­wa­li­śmy tej zmiany. Dla­czego?

Wyja­śnie­nie

Kuty­kula dosko­nale spełnia swoje zada­nie i nawet nafta, która ją zwilża nie prze­nika przez jej war­stwę. Ciecz może się prze­do­stać do leżących głębiej tka­nek jedy­nie przez pory apa­ra­tów szpar­ko­wych. Nafta prze­do­sta­jąc się przez apa­raty szpar­kowe wypełnia znaj­du­jące się w ich sąsiedz­twie prze­stwory komór­kowe i prze­sącza się dalej, wni­ka­jąc w prze­strze­nie i szcze­liny między kolej­nymi komór­kami. Pociąga to za sobą wzrost przej­rzy­sto­ści tkanki. Różn­ica w wyniku doświad­cze­nia w zależn­o­ści od tego, która powierzch­nia liścia zosta­nie zwil­żona wynika z nie­rów­no­mier­nego roz­miesz­cze­nia apa­ra­tów szpar­ko­wych. W przy­padku wino­ro­śli – podob­nie jak u wielu innych roślin – struk­tury te są poło­żone głów­nie na spod­niej (czyli ina­czej brzusz­nej) powierzchni liści.

Można wypróbo­wać także odmienne cie­cze różn­iące się łatwo­ścią zwil­ża­nia kuty­kuli i wni­ka­nia do liści, np. alko­hole, ben­zynę (wyłącz­nie eks­trak­cyjną) i inne. Za każdym razem trzeba sto­so­wać odpo­wied­nie środki bez­pie­czeńs­twa.

Wiemy, że rośliny posia­dają zdol­ność do regu­la­cji stop­nia otwar­cia apa­ra­tów szpar­ko­wych, dzięki czemu mogą np. ogra­ni­czać paro­wa­nie wody w warun­kach wyso­kiej tem­pe­ra­tury śro­do­wi­ska. Wyko­rzy­stu­jąc opi­saną metodę możemy w sto­sun­kowo łatwy spo­sób pośred­nio obser­wo­wać sto­pień otwar­cia apa­ra­tów szpar­ko­wych np. w nocy, rano, w porze naj­więk­szych upa­łów i popo­łud­niem. War­tymi zba­da­nia czyn­ni­kami może być także inten­syw­ność oświe­tle­nia liści i tem­pe­ra­tura oto­cze­nia. Za każdym razem wskaźn­i­kiem otwar­cia lub zamk­nięcia - oraz sta­nów pośred­nich - może być fakt (lub jego brak) wni­ka­nia czyn­nika infil­tru­jącego do wnętrza liści i szyb­kość tego pro­cesu. Opi­sane w tek­ście obser­wa­cje zostały wyko­nane w godzi­nach przed­po­łu­dnio­wych, w nie­zbyt wyso­kiej tem­pe­ra­tu­rze.

Opi­sana metoda jest nie­skom­pli­ko­wana i mało kło­po­tliwa, dzięki czemu wydaje się być jak naj­bar­dziej odpo­wied­nia do zasto­so­wa­nia w warun­kach szkol­nej lub hob­by­stycz­nej pra­cowni bio­lo­gicz­nej. Zachęcam Czy­tel­ni­ków do wła­snych doświad­czeń!

Lite­ra­tura:

Auto­rem foto­gra­fii i rysun­ków jest Marek Ples.

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Marek Ples

Aa