thesis

Sclerophyllization in plant leaves: physic-chemical and histological characterizations

Abstract

The sclerophyllization of flora represents their adaptation to periods of drought. Furthermore, studies focused on the epicuticular and intracuticular waxes of the adaxial and abaxial surfaces of the leaves of Ceratonia siliqua L., Cercis siliquanstrum L., Arundo donax, Agapanthus africanus, Corymbia citriodora, Eucalyptus gunnii, Eucalyptus globolulus, in which chemical and morphological characteristics such as wettability behavior and optical characteristics showed the existence of correlations between chemical composition and climate. In this work, in order to better understand this correlation and to improve knowledge of the structure and composition of plant cuticles, a selection of 15 species belonging to different orders (Laurales, Buxales, Aquifoliales, Rosales, Ericales, Dipsacales, Apiales and Myrtales) was selected. The results obtained revealed that in terms of color coordinates there are two groups among the species, one for those with darker leaves and the other for lighter leaves. The extraction of epicuticular waxes from the surface of the leaves and their subsequent analysis revealed that the species have a chemical composition rich in alkanes, alcohols, fatty acids and esters, as opposed to terpenoids, flavonoids and ketones, which were only found for some species and the extraction of waxes in different seasons showed that the total amount of wax varies throughout the year. Histological sections of the leaves of the species made it possible to determine the thickness of the cuticle for each plant, with the average thickness being around 5 µm. Determining the static contact angle for the leaf surface showed that most plants do not have particularly hydrophobic leaves, with the average contact angle being around 90º and the study of the contact angle in different seasons has also shown that the static contact angle varies throughout the year. In terms of SEM observations, the cuticles on the leaf surfaces of the plants being studied appear to be organized in smooth layers. AFM observations of the cuticle revealed a great diversity of surfaces roughness. All the results obtained led to the realization that the hypothesis suggesting that chemical composition was highly correlated with climate may be inaccurate.A esclerofilização da flora representa a sua adaptação aos períodos de seca. Além disso, estudos focados nas ceras epicuticulares e intracuticulares das superfícies adaxial e abaxial das folhas Ceratonia siliqua L., Cercis siliquanstrum L., Arundo donax, Agapanthus africanus, Corymbia citriodora, Eucalyptus gunnii, Eucalyptus globolulus, nas quais foram avaliadas características químicas e morfológicas, bem como o comportamento de molhabilidade e características ópticas, evidenciaram a existência de correlações entre composição química e clima. Neste trabalho, para melhor compreender esta correlação e melhorar o conhecimento da estrutura e composição das cutículas vegetais, foi selecionada uma amostra de 15 espécies pertencentes a diferentes ordens (Laurales, Buxales, Aquifoliales, Rosales, Ericales, Dipsacales, Apiales e Myrtales). Os resultados obtidos revelaram que, em termos de coordenadas de cor, existem dois grupos entre as espécies, um para as de cor mais escura e outro para as de cor mais clara. A extração das ceras epicuticulares da superfície das folhas e a sua posterior análise revelaram que as espécies têm uma composição química rica em alcanos, álcoois, ácidos gordos e ésteres, ao contrário dos terpenóides, flavonóides e cetonas, que só foram encontrados para algumas espécies e a extração de ceras em diferentes estações do ano mostraram que a quantidade total de cera varia ao longo do ano. Os cortes histológicos das folhas das espécies permitiram determinar a espessura da cutícula para cada planta, sendo a espessura média de cerca de 5 µm. A determinação do ângulo de contacto estático para a superfície da folha mostrou que a maioria das plantas não tem folhas particularmente hidrofóbicas, sendo o ângulo de contacto médio de cerca de 90º e o estudo do ângulo de contacto em diferentes estações do ano também mostrou que o ângulo de contacto estático varia ao longo do ano. Em termos de observações SEM, as cutículas das superfícies foliares das plantas em estudo parecem estar organizadas em “smooth layers”. As observações por AFM da cutícula revelaram uma grande diversidade de rugosidade das superfícies. Todos os resultados obtidos levaram à constatação de que a hipótese que sugeria que a composição química estava altamente correlacionada com o clima pode ser inexata

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