Avantes

Анатомія квіткових пелюсток та модель стека
Багато зусиль було спрямовано на вивчення фізичної будови рослин, зокрема колоризації квітів, значною мірою завдяки взаємозв'язку в сигнальних запилювачах. Доктор Каспер Дж. Ван дер-Куй, професор фізіології рослин Інституту еволюційного життя Гронінгена, провів величезну роботу, щоб просунути кількісний аналіз взаємодії світла для пояснення забарвлення квітки.

Пелюстки квітки складаються з декількох шарів, що складаються з зовнішніх епідермальних шарів і внутрішніх пігментованих і розсіюючих шарів мезофіла. Пігментні шари вибірково поглинають падаюче світло в межах певної довжини хвилі, тоді як структури, що розсіюють світло, і вакуолі розсіюють падаюче світло у всіх напрямках, це дифузне відбиття створює послідовний візуальний ефект при погляді з різних кутів.

У своїй недавній роботі співпрацював з доктором Докеле Г. Ставенгою, професором обчислювальної фізики Інституту сучасних матеріалів Зерніке, Університет Гронінген, д-р ван дер Кой вивчав чилійський колокольчик Нолана парадокса, який має чітку кольорову диференціацію яскравий, насичений фіолетовий від його адаксіальної (верхньої) поверхні та непігментованої абаксиальної (нижньої) поверхні.

Попередні зусилля щодо пояснення взаємодії світла всередині рослини для отримання квіткового кольору спиралися на геометричну оптику, проте структури рослин не є однорідними, що робить прямий оптичний аналіз незручним. Крім того, ці методи вимагають знання основних оптичних параметрів, таких як показник заломлення та коефіцієнти поглинання компонентних структур; однак оптичні константи ботанічних зразків, таких як ці, просто недоступні в поточному складі знань. Альтернативно, теорія Кубелка-Манка для поглинання та дифузного розсіювання середовища дозволяє коефіцієнти поглинання та розсіювання виводитись із вимірюваних спектрів пропускання та відбиття.

Ставенга та Ван дер Куей використовували цей метод з очевидним успіхом у попередній роботі над неінвазивним методом оцінки вмісту хлорофілу, використовуючи теорію Кубелки-Мунка та обробляючи лист рослини як купа пластин, що поглинають та відбивають. У цій пов'язаній роботі зі спектральним аналізом створено основу для майбутнього кількісного аналізу та порівняння стратегій забарвлення квітів.

Методи та результати

Щоб описати забарвлення квітів, доктор. Ван дер Куї та Ставенга розробили оптичну модель, що розглядає пелюстку квітки як грудку шарів, а потім застосували теорію Кубелка-Мунка для дифузного розсіювання та поглинання середовищ шарами. Цей метод використовує комбіновані спектри відбивання та спектра пропускання, і, з відомим числом та відносною товщиною шарів, можна оцінити спектри відбиття та пропускання для кожного шару.

Для вимірювання фізичної будови та розподілу пігментів ці дослідники досліджували поперечні зрізи пелюстки дзвіночки під збільшенням і виявили, що пелюстки нолана парадокса мають пігментований, сильно розсіюючий адаксиальний шар мезофілу та непігментований помірно відбивний абаксиальний шар.

Для зйомки спектрофотометричних вимірювань дослідники застосовували галогенову лампу дейтерію (AvaLight-D (H) -S) для доставки світла за допомогою оптичного волокна в інтегруючу сферу (AvaSphere-50-Refl). З віночком (сукупною групою пелюсток квітки), розміщеним у сфері та освітленим напрямком, відбите світло потім було захоплено другим оптичним волокном та зібрано спектрометром AvaSpec-ULS2048XL-USB2 із зворотним прорідженим ПЗС 2048 пікселів. датчик зображення

Потім Штавенга та Ван дер Куй інтерпретували цей вимірюваний спектр пропускання та відбиття віночка, використовуючи модель поглинаючого штабелю кубилка-Мунка для оцінки спектрів пропускання та відбиття спостережуваних шарів внутрішньої частини пелюстки.

Подальші вимірювання прагнули підтвердити результати застосування теорії стека шарів шляхом вимірювання спектрів поглинання пігментованого адаксиального шару та відбивних властивостей непігментованого абаксиального шару, окремо. Ці наступні експерименти, проведені на ізольованих шарах, виявились для підтвердження спектрального аналізу, отриманого з використанням моделювання шару шарів.

Висновки

Каспер ван дер Куї та Докеле Ставенга значно покращили наше розуміння того, як рослини використовують світло. Зростаюча робота цієї команди разом з іншими учасниками досліджувала фізичну взаємодію світла, яка надає квітам їх колоритний вигляд і як конкуренція за запилювачів впливає на спектральний показ квітів.

Це дослідження ефективності методу Кубелка-Мунка може мати потенційно широкий вплив як на дослідження рослин з потенційними сільськогосподарськими застосуваннями, так і на потенційне значення для інших застосувань, які стосуються метрологічної стеки.