część IV

Dyskusja
Sezonowe zmiany koloru liści widoczne są gołym okiem. Przeprowadzone badania
pozwoliły mi na dokładniejsze zbadanie tego zjawiska.
Zaobserwowałam zmiany ilości barwników w liściach brzozy w zależności od upływu
czasu, choroby drzewa, a także czasu przechowywania materiału w zamrażalce. Widoczne one
były na chromatogramach, zdjęciach roztworu oraz widmach absorpcyjnych.
Oznaczyłam β-karoten, feofitynę, chlorofile, luteinę oraz ksantyny (rys. 5).
1. Zmiany sezonowe
Z tygodnia na tydzień pola odpowiadające chlorofilowi na chromatogramach robiły się
coraz mniejsze i mniej wyraźne. Niektórych wykrytych podczas pierwszych badań chlorofili
nie znajdujemy na ostatnich chromatogramach (rys. 6, barwnik oznaczony cyfrą 7). Widać to
też na zestawieniu wszystkich chromatogramów (rys. 2) jak i na wynikach chromatografii
porównawczej (rys. 3). Świadczy to o rozkładzie chlorofilu. Towarzyszyła temu zmiana barwy
liści - pojawiły się na nich żółte plamy. Przeprowadzone przeze mnie badania nie pozwoliły
zaobserwować jednak żadnych istotnych zmian dotyczących innych barwników i feofityny
w miarę upływającego czasu.
Różnice zauważalne są też na widmach absorpcyjnych. Na wykresie (rys.1) widać, że
ekstrakt pochodzący ze zdrowych liści z dnia 06.06.09 (linia niebieska) absorbuje więcej
światła o długości fali od 650 - 700nm (światło czerwone) niż ekstrakt pochodzący ze
zdrowych liści z dnia 19.09.09 (linia czerwona). Wiedząc, że chlorofil a i b absorbuje światło
czerwone, wywnioskowałam że liście zbierane w czerwcu zawierają go więcej, mimo rozpadu
części zielonego barwnika w trakcie przechowywania. Widać to przy mniejszej długości fali światło niebieskie – 400 - 500nm, które też należy (obok światła czerwonego) do spektrum
absorpcji tego barwnika [4]. Przy tej długości ekstrakt z września absorbuje więcej światła,
gdyż chlorofil, który uległ rozkładowi (uszkodzony został układ porfirynowy) nie pochłania już
światła czerwonego, ale światło o mniejszej długości fali [5].
Zdjęcie roztworu, które wykonałam pierwszego dnia badania jest ciemniejsze i zawiera
więcej koloru zielonego na histogramie RGB [10], niż to wykonane dnia ostatniego (rys. 6).
Wszystkie te różnice są skutkiem zmian w metabolizmie rośliny. Do syntezy chlorofilu
potrzebna jest odpowiednia ilość światła i temperatura powyżej +30C. Wraz ze zbliżającą się
jesienią chlorofil przestaje być wytwarzany, a roślina przechodzi w stan spoczynku [2].
2. Zmiany spowodowane chorobą drzewa
Po dwóch miesiącach od rozpoczęcia badania, liście drzewa z którego brałam materiał
zaczęły tracić zielony kolor i wysychać. Pojawiły się też na nich małe, suche plamki. Jest to
tzw. chloroza [2]. Zmiany takie mogą być objawem ataku pasożytów, mikroorganizmów, lub
niedoborem jakiś pierwiastków w glebie (np. magnezu lub azotu, które wchodzą w skład
chlorofilu i bez nich nie może być on syntezowany). Inną przyczyną zmian może być
konkurencja lub allelopatia.
Na chromatogramach które wykonałam w warunkach domowych, jak i na Uniwersytecie
Gdańskim (rys. 2 i rys. 3) widać, że liście drzewa chorego zawierają mniej różnych barwników,
a zwłaszcza chlorofilu. Wszystkie pola na chromatogramach są bledsze i mniej widoczne. Jest
to najpewniej spowodowane szybszym rozkładem barwników w liściach, a co za tym idzie ich
żółknięciem, jak i częściowym wysychaniem. Ilość materiału była za każdym razem taka sama,
a wyschnięte części nie zawierały barwników.
Wyraźne różnice można też znaleźć obserwując widma absorpcyjne (rys. 1) ekstraktów
z liści uszkodzonych (linia zielona na wykresie) oraz zdrowych (linia czerwona na wykresie)
pochodzących z tego samego dnia. Ekstrakt oznaczony kolorem zielonym absorbuje dużo mniej
światła na wszystkich częstotliwościach charakterystycznych dla barwników fotosyntezy, niż
oznaczony kolorem czerwonym. Oznacza to znacznie niższą zawartość tych barwników
w pierwszym roztworze [5].
Już na pierwszy rzut oka widoczne były różnice w kolorach ekstraktów z różnych drzew
wykonanych tego samego dnia (rys. 4). Roztwór z liści drzewa zdrowego ma znacznie
ciemniejszą i bardziej nasyconą barwę.
3. Zmiany zachodzące w przechowywanych liściach
W czasie przechowywania zamrożonych liści część chlorofilu ulegała rozkładowi.
Magnez obecny w pierścieniu porfirynowym zastępowany został dwoma atomami wodorupowstawała tzw. feofityna, substancja o kolorze szaro- brunatnym (rys. 5). Jest ona też obecna
w świeżych liściach, ale w mniejszej ilości i spełnia funkcję przekaźnika elektronów w fazie
jasnej fotosyntezy [7]. Chromatografia porównawcza wykazała największą ilość tego związku
w liściach najdłużej przechowywanych (rys. 3), gdyż część chlorofilu zdążyła ulec rozkładowi.
Roztwory z liści trzymanych przez jakiś czas absorbowały więcej światła (rys. 1)
o długości fali od 400nm do 500nm niż roztwór sporządzony dla porównania ze świeżych liści
innej rośliny (linia czarna na wykresie). Wynika to z faktu, że chlorofil który ulega rozpadowi
zaczyna pochłaniać światło o tej właśnie długości fali.
5. Oznaczanie barwników za pomocą lampy UV
Barwniki zdefiniowane wcześniej jako chlorofile oraz feofityna w świetle
ultrafioletowym świeciły na czerwono. Świadczy to o tym, że badane substancje posiadają
pierścień porfirynowy z atomem magnezu wewnątrz. Związki tego typu silnie absorbują
światło widzialne. Absorpcja światła powoduje wzbudzenie cząsteczki chlorofilu. Powrotowi
wzbudzonej cząsteczki do stanu podstawowego towarzyszy emisja promieniowania czyli
fluorescencja [2, 3, 8]. Doświadczenie to pozwoliło mi potwierdzić postawioną wcześniej tezę,
że barwniki określone wcześniej jako chlorofile rzeczywiście należą do tej grupy. Świecenie
feofityny, która zamiast atomu magnezu posiada dwa atomy wodoru może świadczyć o tym, że
substancja ta nie jest czysta i zawiera pewne ilości chlorofili.
W czasie prowadzenia badań oznaczyłam barwniki obecne w liściach brzozy
brodawkowatej Betula pendula. Zbadałam różnymi metodami zmiany zachodzące w ilości
barwników chloroplastów spowodowane upływem czasu, chorobą drzewa oraz wskutek
przechowywania liści. Badania te będą prowadziła nadal, aż do całkowitej utraty zielonego
koloru przez liście pochodzące z obu drzew.
Bibliografia
1. Banfi E., Consolino F. (2001) Podręczny Leksykon Przyrodniczy. Drzewa – Horyzont,
Warszawa.
2. Czerwiński W. (1976) Fizjologia Roślin – PWN, Warszawa
3. Johnson G., Maxwell K. Chlorophyll fluorescence – a practical guide (Fluorescencja
chrolofilu - praktyczny przewodnik) Journal of Experimentary Botany, Vol. 51
4. Solomon, Berg, Martin, Villee (2004) Biologia – Multico, Warszawa
5. dr inż. Synak Roman z Uniwersytetu Gdańskiego – informacja własna
6. Trefil J., Hanzen R. (2007) The Sciences. An Integrated Approach (Nauki ścisłe.
Podejście zintegrowane) – Wiley, USA
7. http://www.aneksy.pwn.pl Słownik terminów biologicznych
8. http://www.bio.net Walker D. Chlorophyll Fluorescence (Fluorescencja chlorofilu)
9. http://www.ibro.com Internetowa Baza Roślin
10.http://www.sphoto.com Steve Hoffmann's Nature and Landscape Photography. A
practical guide to interpreting RGB histograms (Fotografie przyrody i krajobrazów
Steven'a Hoffmana. Praktyczny przewodnik interpretacji histogramów RGB)