研究和评论:植物科学杂雷竞技苹果下载志》上
菜单ISSN: 2320 - 0189
ISSN: 2320 - 0189
+ 1-845-458-6882Biva Aryal吉尔伯特纽*
因斯布鲁克大学植物学研究所Sternwartestraße 15日,奥地利因斯布鲁克6020
收到了01/02/2016;接受08/05/2016;发表10/05/2016
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表面润湿性能属性的自然变化和极端的叶子是调查了85个家庭的396年植物物种生长在三个不同的大洲在不同海拔(186 - 5268),在所有主要生态区域。这应该产生的范围叶面wettablility属性还允许检测极端疏水性和亲水性叶子表面。表面润湿性能的属性是通过测量接触角θ的定义水滴应用到树叶和运行角度。雷竞技网页版叶表面的润湿性显著不同物种之间(16.7°<θ< 169.7°)。72.6%的物种调查显示极端的表面性质,是高度可与水混合的或extreme-hydrophilic(37.8%)或高度non-wettable extreme-hydrophobic (34.8%)。叶子表面润湿性能是在一些家庭具体。酢浆草料和豆科疏水性质,杜鹃花科、桑科,而亲水。许多家庭占所有润湿性类。十六个叶表面被extreme-hydrophilic(θ= 27-40°),但有一个例外发现在热带亚热带生态区域。Extreme-hydrophilic性能detetcted更频繁地在无毛和近轴的叶片表面。 Twenty-four leaf surfaces were superhydrophobic (θ>150°), were from virtually all ecological zones and observed mostly abaxial and on pubescent leaves. On extreme-hydrophilic leaf surfaces water droplet run off occurred at a significantly lower mean angle of inclination (8°) as compared to super-hydrophobic (19°) leaf surfaces. Within each leaf wettability category, significant differences between species with respect to run off angle were found. Leaf surface wettability properties in the 396 species tested were highly divers. Extreme surface properties were only partly related to the ecological zone or a peculiar family and run off and leaf surface wettability turned out to be independent functional traits.
Extreme-hydrophilic、叶润湿性、功能特征,径流,疏水性、表面性质。
树叶的润湿性,即水量捕获和留存在树叶表面不同植物物种之间的显著:所研究到目前为止所有类型的叶子可以找到完全可与水混合的叶子变得几乎覆盖了一层水non-wettable叶子,珠水成小球形液滴(1- - - - - -7]。叶润湿性是由测量5μl水滴之间的接触角θ应用于叶片表面(雷竞技网页版8]。
在疏水表面水滴没有接触叶表面由于粘性高于胶粘剂部队(雷竞技网页版9]。疏水性的组合和特殊微尺度表面理化性质如微观支柱,降低表面能,使水滴很难坚持表面可能导致这种现象称为super-hydrophobicity [10- - - - - -12]。Super-hydrophobicity一直在观察自然和合成表面(13- - - - - -16]。super-hydrophobic表面有水滴接触角大于150°和一个小水滴角跑(< 5°:(雷竞技网页版10,11,17- - - - - -20.),< 10°:(17,21,22])。Super-hydrophobicity结合快速跑属性负责从叶片表面灰尘和微生物的去除10]。这些自洁特性描述莲属椰子和被称为“Lotuseffect”(10]。Super-hydrophobic表面性质吸引极大的兴趣在材料科学,因为人工复制有一个范围的潜在应用,如自清洁表面的发展[10,16,21,23]。同样,extreme-hydrophilic叶表面接触角较低,良好的接触表面的水滴也可能是有趣的应用科学(补雷竞技网页版充表1 - 5)。
本研究的目的是找出自然变化特别是在叶也极端润湿性和水滴流失属性在一个广泛的植物物种。叶采集标本的潜水员三大洲的栖息地,在不同海拔(186 - 5268)和所有主要的生态区域的总信息792叶表面获得近轴的和远轴的叶片表面的396种85个家庭(24,25]。
研究地点
第一个研究区域是位于亚洲,尼泊尔(80°04的-88°12 E-26 22°的-30°27 N)从186米- 5268米(a.s.l。)在150 - 200公里。抽样是沿着这极端的高度的梯度进行植物物种在热带,亚热带,温带,亚高山、高山和雪的中部和西部地区的国家24]。喜马拉雅山脉的南部斜坡是潮湿的,因为他们属于印度次大陆的季风系统;喜马拉雅山脉的斜坡北部半干旱。
第二个研究区域是在欧洲在奥地利阿尔卑斯山脉中部提洛尔人(48°12 ' N, 16°22 ' E),从山地植物,亚高山、高山和积雪地区进行调查。欧洲阿尔卑斯山表现出湿润的温带大陆性气候。山区采样站点的园林植物学因斯布鲁克大学的研究所(600 a.s.l。47°16镑11°22)。调查亚高山带的地点进行的环境太Patscherkofel峰会(600 m - 2100 m a.s.l。47°12镑,11°27本部),在Obergurgl a.s.l(2350 - 2680米。,46岁49°’11°02)。植物从更高的高山网站收集的冰川前陆Hintertux冰川(2581 m - 2660 m a.s.l。47°04 ' N, 11°40本部和其子as Wildgrat(2973米。l, 47°08年’,10°49本部)[25]。
第三个研究区域是在南美智利的安第斯山脉。两个研究地点选择。一个站点位于智利中部的圣地亚哥以东(33°24的年代,70°40 W)已没有显著的地中海式气候降雨在夏天,另一个进一步南Corralco a.s.l(1430 - 1484米。38°23,71°35 W)。在Corralco抽样进行了亚高山生态区域(1430 - 1484)。在接近圣地亚哥在不同海拔植物采集标本:Militar a.s.l村(2600米。33°20年代,70°18 'w),洛杉矶Parva a.s.l(2985 - 3088米。,33°19’ S, 70°16’W), Valle Nevado (2410 m-3050 m a.s.l., 33°21’ S, 70°14’W), San Franciscano (3440 m-3600 m a.s.l., 33°19’ S, 70°15’W) and Farellones (2470 m a.s.l., 33°20’ S, 70°18’W).
总数396个植物物种(详细见补充材料)从85个家庭进行了调查。只有充分发展和健康的叶子采集标本。测量了近轴的和远轴的叶片表面20叶子每物种在尼泊尔和十个物种也在奥地利和智利。随机抽样对主要植物种类主要增长时期(喜马拉雅:2006年11月到2007年8月,奥地利阿尔卑斯山:6 - 2006年智利安第斯山脉:2007年1月和2008年2月)。
雷竞技网页版接触角测量
叶润湿性决定通过测量接触角θ的5μl水滴沉积在叶表面(雷竞技网页版8]。接触角(雷竞技网页版θ)线的切线的水滴通过水滴之间的接触点和叶表面被切1默认方法测量根据啤酒等人与下降形状分析器(DSA100,克鲁斯,汉堡,德国)。高θ表示卷边的水滴最小化叶表面的接触面积(雷竞技网页版3]。相反一个小测量θ平水滴,叶表面有很好的接触(雷竞技网页版图1)。
摄影5的数字图像μl水滴沉积在叶表面被下降的集成数码相机形状分析器(DSA1,克鲁斯,汉堡,德国)或在远程站点智利物种和数码相机在尼泊尔的一个宏函数(佳能、权力A710IS拍摄)。数码照片的进一步处理软件DSA100 (DSA1,克鲁斯,汉堡,德国)。初步测试图像中同一物种的叶子上的水滴被两个摄像头。当处理测定接触角θDSA100相似。雷竞技网页版
的标准判断叶表面润湿性能是基于各种早些时候报告(8,14,22,26- - - - - -31日]。在当前的研究中使用以下术语(图1):如果27雷竞技网页版°-40°之间的接触角,叶片表面是称为extreme-hydrophilic,在40°-90°之间高度可与水混合的和90°-110°之间可与水混合的。如果θ-values超过110°树叶被列为non-wettable。高度non-wettable叶子表面有水滴的接触角大于130°。雷竞技网页版这个词它是用于叶表面θ-values大于150°。
图1:叶表面的润湿性增加而减小接触角θ(°)的水滴。雷竞技网页版术语和判断标准叶润湿性是基于测量θ后不同作者(亚当Challen福格,1948年,1960年,1963年,脆,1963年,沃伯顿,1963年,霍洛威学院1970年Schonherr Bukovac, 1972年,Yoshimitsu et al ., 2002年,太阳et al ., 2005)。
跑开了角度测量
流失的角度(倾向于保留在叶表面水滴)的测角仪法测定啤酒和史密斯5]。叶子从日益增长的网站收集和运行角度测量记录当天在网站。叶子绑在一个水平的金属板固定在一个测角器(一帆风顺罗斯特,Viennia)。50μl水滴的推荐性标准体积被沉积在最初水平叶表面的微量吸液管(国网公司、澳大利亚分公司,墨尔本)(32]。叶倾角后来陆续增加,水滴的角度开始将被记录。十个复制。轻微的倾斜角度< 5°表明一个光滑的表面,水滴很轻易流失而不留任何残渣,而高值(> 10°)表明粘性叶表面(10]。此外,毛状体的存在与否是由赤裸裸的眼。
统计分析
的意义不同的叶润湿性和径流的角度是由方差分析和评估Bonferroni其事后测试使用SPSS软件(美国SPSS Inc .,芝加哥,IL)。
叶792表面润湿性测量收集的396个物种在不同的海拔(186 - 5268)在三个大洲显著不同。雷竞技网页版之间的接触角θ的范围绝对最低16.7°,绝对最大169.7°(图2)。明显的物种被发现显示极端的表面性质有关叶润湿性,即super-hydrophobic或extreme-hydrophilic,θ的变化是最低的。同样的叶子润湿性类的频率分布表明,72.6%的物种调查显示极端表面属性(图3),她是高度可与水混合的或者extreme-hydrophilic(37.8%)或高度non-wettable super-hydrophobic (34.8%)。
图2:可变性的接触角θ(°)的物种从雷竞技网页版不同生态区域的喜马拉雅山,欧洲阿尔卑斯山脉和智利安第斯山脉在不同叶润湿性类别:extreme-hydrophilic,高度可与水混合的,可与水混合的,non-wettable,高度non-wettable和super-hydrophobic。箱形图显示(中位数,范围从25% - 75%百分位(灰色水平框),最大,最小(胡须))。阴影面积从90°θ-values -110°表示可与水混合的叶子和θ> 110°被视为non-wettable叶子表面。
图3:相对频率(%)的extremewe-thtabyled arnod wpethtaiblleic一个da nnond-w esttaublpe leearf -suhrfyacdesr woitphinh那些binviecst,我ghateidg lehafl ysu rnfacoesn (N - = w79e2t)。表和高度可与水混合的,可与水混合的和nonwettable叶表面在调查叶表面(N = 792)。
图4:比较平均水滴流失角(°)extreme-hydrophilic和super-hydrophobic叶子表面。箱形图显示(中位数,范围从25% - 75%百分位(灰色水平框),最大,最小值(胡须))。垂直灰色栏(5°-10°)表示的极限低角度的跑掉了。
13个家庭85年被选中,我们采样的数量代表的至少10种(图4)。显著差异在叶观察这些家庭之间的润湿性。高度non-wettable super-hydrophobic家庭酢浆草料和豆科,高度可与水混合的extreme-hydrophilic杜鹃花科、桑科。几个家庭组成所有润湿性类型,如菊科和大戟科。
792叶表面只有16 extreme-hydrophilic和24 super-hydrophobic表面检测(表1)。大多数extreme-hydrophilic叶表面性质被发现在热带亚热带生态区域,只有一个物种的高山带extreme-hydrophilicity。相比之下super-hydrophobicity可以记录在叶子的几乎所有生态区域。Extreme-hydrophilic表面被更频繁地向轴的(11比5),略高的物种数量显示extreme-hydrophobicity背面被叶子表面。
| 物种 | 网站(alt) | 家庭 | 雷竞技网页版接触角(度) | 保留(度) | 毛状体 | |||
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| Aconogonum molle是的 | 尼泊尔(1958) | 蓼科 | 。。 | 150.0±4.8 | 。。 | 9.2±3.0 | 。。 | + |
| Alstroemeria hookeri | 智利(2600) | Alstroemeriaceae | 144.0±13.3 | 。。 | 。。 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
| 点地梅属sp2。 | 尼泊尔(4940) | 报春花科 | 。。 | 149.1±3.8 | 。。 | 25.2±3.2 | 。。 | + |
| 艾sp。 | 提洛尔(600) | 菊科 | 。。 | 152.3±3.2 | 。。 | 。。 | 。。 | + |
| 黄芪sp。 | 提洛尔(2581) | 蝶形花科 | 144.8±9.2 | 。。 | 。。 | 。。 | + | 。。 |
| 紫荆花vahlii | 尼泊尔(230) | 蝶形花科 | 。。 | 147.9±3.9 | 。。 | 13.7±2.9 | 。。 | + |
| 木棉木棉 | 尼泊尔(186) | 锦葵科 | 30.1±7.7 | 。。 | 10.9±1.3 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
| Bridelia婆罗 | 尼泊尔(186) | Phyllanthaceae | 41.6±5.8 | 。。 | 12.1±3.7 | 。。 | + | 。。 |
| 蒲包草蛛形纲 | 智利(3050) | 玄参科 | 。。 | 146.6±6.1 | 。。 | 。。 | 。。 | + |
| 桂皮瘘 | 尼泊尔(186) | 蝶形花科 | 27.9±5.0 | 。。 | 4.2±0.7 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
| 摘要籼 | 尼泊尔(1467) | 壳斗科 | 40.5±10.6 | 。。 | 1.8±0.7 | 。。 | + | 。。 |
| Chaetanthera pusilla | 智利(2985) | 菊科 | 152.6±3.8 | 。。 | 。。 | 。。 | + | 。。 |
| Chuquiraga oppositifolia | 智利(1430) | 菊科 | 149.6±11.6 | 。。 | 。。 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
| Epilobiumsp。 | 提洛尔(1950) | 柳叶菜科 | 。。 | 145.8±5.0 | 。。 | 。。 | 。。 | + |
| Ficusauriculata | 尼泊尔(186) | 桑科 | 40.6±7.6 | 。。 | 6.8±0.6 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
| Hydrocotyle sibthorpioides | 尼泊尔(1322) | 伞形科 | 32.5±4.8 | 28.8±5.8 | 9.0±1.4 | 8.0±3.6 | - - - - - - | - - - - - - |
| 虹膜decora | 尼泊尔(4205) | 鸢尾科 | 。。 | 151.1±2.5 | 。。 | 12.4±6.8 | 。。 | - - - - - - |
| 马樱丹属卡马拉 | 尼泊尔(1322) | 马鞭草科 | 44.1±8.1 | 。。 | 4.1±0.6 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
| Lupinus polyphyllus | 提洛尔(600) | 蝶形花科 | 。。 | 149.1±4.8 | 。。 | 。。 | 。。 | - - - - - - |
| Mallotus philippinensis | 尼泊尔(186) | 大戟科 | 34.0±3.4 | 45.9±8.2 | 2.7±0.5 | 6.6±2.9 | - - - - - - | - - - - - - |
| Montiopsis sericea | 智利(3050) | 马齿苋科 | 144.9±6.2 | 。。 | 。。 | 。。 | + | 。。 |
| 酢浆草致密部 | 智利(3600) | 酢浆草料 | 148.0±5.1 | 149.2±1.6 | 。。 | 。。 | + | + |
| 酢浆草致密部 | 智利(3050) | 酢浆草料 | 144.2±5.8 | 145.0±5.5 | 。。 | 。。 | + | + |
| 酢浆草latifolia | 尼泊尔(1322) | 酢浆草料 | 147.5±4.7 | 148.3±4.9 | 18.3±9.9 | 11.1±1.1 | + | + |
| 红脚鹬hydropiper | 尼泊尔(1322) | 蓼科 | 31.9±4.2 | 。。 | 15.5±4.7 | 。。 | + | 。。 |
| 蓼属植物viviparum | 提洛尔(2581) | 蓼科 | 。。 | 148.6±6.6 | 。。 | 。。 | - - - - - - | |
| 蕨麻argyrophylla | 尼泊尔(4205) | 蔷薇科 | 148.6±6.8 | 。。 | 27.2±4.0 | 。。 | + | 。。 |
| 蕨麻fulgens | 尼泊尔(3868) | 蔷薇科 | 149.3±4.5 | 。。 | 23.2±6.3 | 。。 | + | 。。 |
| 杜鹃anthopogon | 尼泊尔(4205) | 杜鹃花科 | 42.4±9.7 | 。。 | 14.0±3.4 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
| 悬钩子属植物paniculatus | 尼泊尔(1759) | 蔷薇科 | 。。 | 149.8±2.7 | 。。 | 23.1±5.6 | 。。 | + |
| Sambucus hookeri | 尼泊尔(1322) | Sambucaceae | 。。 | 42.0±7.0 | 。。 | 8.9±2.6 | 。。 | + |
| Tectona茅 | 尼泊尔(186) | 马鞭草科 | 34.7±7.4 | 。。 | 9.3±4.5 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
| Thunbergia coccinea | 尼泊尔(186) | 爵床科 | 。。 | 37.2±3.5 | 。。 | 7.7±3.7 | 。。 | - - - - - - |
| Trewia nudiflora | 尼泊尔(186) | 大戟科 | 。。 | 40.2±9.1 | 。。 | 7.5±2.5 | 。。 | + |
| 金莲花属植物polyphyllum | 智利(2410) | 旱金莲科 | 147.2±6.6 | 。。 | 。。 | 。。 | - - - - - - | 。。 |
T可以1。Super-hydrophobic extreme-hydrophilic叶表面30植物物种来自21个家庭收集在不同的海拔在三大洲。叶润湿性由接触角θ表示(°;雷竞技网页版均值±SD)和水滴保留(°;平均数±标准差)。缺席(-)或(+)存在的毛状体是另外表示。
extreme-hydrophilic叶表面水滴流失发生在一个显著的低倾角(8°)相比super-hydrophobic(19°)表面(图5)。另外信息的物种从尼泊尔喜马拉雅水滴跑属性记录在extreme-hydrophilic物种被发现一些容易排斥水滴在倾角等低见1.8°摘要印度语的一个(图6.1)。类似的桂皮瘘,Mallotus philippinensis和马樱丹属卡马拉结合extreme-hydrophilic属性和快跑(2.7 - -4.2°)。群内extreme-hydrophilic物种不同的运行特性,例如15.5°的红脚鹬hydropiper,记录表明流失和叶润湿性是两个独立的特征。
图5:比较意味着接触角(°)在不同的家庭。雷竞技网页版箱形图显示(中位数,范围从25% - 75%百分位(灰色水平框),最大,最小值(胡须))。垂直的线条表示不同润湿性类别之间的边界。
观察super-hydrophobic叶表面水滴跑下发生略高,但仍低角度(9.2°:图6.2)。Aconogonum molle是的和虹膜decora super-hydrophobic和低角度显示莲花效应属性。还在群super-hydrophobic物种显著差异在运行特性观察,在近轴的叶片表面蕨麻argyrophylla流失发生在平均倾角为27.2°。Super-hydrophobic叶表面不太经常无毛(图7),即毛状体抵抗性的一个重要特征是水。相比之下,extreme-hydrophilic叶表面通常无毛。
40叶表面(5.1%)的792个测试发现显示super-hydrophobic(24)或extreme-hydrophilic(16)的属性。我们的叶润湿性结果显示代表截面从低到高润湿性。然而,获得的值为每个单一物种可能不反映潜在的最大或极端叶润湿性的种内差异表明环境适应性(6,25,33]。例如,它已经表明,物种从开放的地方拥有润湿性低于物种从下层木(5,24,34,35]。植物从潮湿的环境比植物更可与水混合的叶表面干燥环境和一般叶润湿性随高度增加而降低(6,24]。从这可以预期,通过改变生长条件也可以显著改变润湿性属性,因此遇到叶表面特征的物种可以将可利用的关于质量的最佳生长条件下。
super-hydrophobic表面(θ±150°)三个被发现的叶子Aconogonum molle是的,虹膜decora,酢浆草latifolia另外有一个跑10°±角,即满足super-hyrdophobic自清洁表面的标准(美国标准:17,21,22])。而在a . molle是的和o . latifolia叶表面性质影响毛状体,即decora完全无毛和表面润湿性特征影响角质层和表皮外层细胞壁的结构特点。因此,这个物种似乎特别承诺对自洁特性(补充表6 - 10)。
图6:比较意味着运行角度(°)的物种(6.2)或(6.1)super-hydrophobic extreme-hydrophilic叶子表面。箱形图显示(中位数,范围从25% - 75%百分位(灰色水平框),最大,最小值(胡须))。垂直灰色栏(5°- 10°)表示的极限低角度的跑掉了。
图7:Super-hydrophobicity(免费酒吧)更频繁的在青春期的树叶。Extreme-hydrophilicity(灰色酒吧)更频繁地观察到无毛叶。
的叶子的自洁作用n .椰子(θ= 160.4°)解释为蜡晶体覆盖叶表面非常粗糙的多疣的表皮细胞,提供疏水性,但也大大影响移动水滴的运动(10]。莲花像其他生物表面上观察到的行为,银美狗舌草和昆虫的翅膀,尤其是那些拥有巨大翅膀,无法清洗的腿,有防水处理翼表面和展览自洁能力(36,37]。在后一种情况下,不仅去除颗粒的利益,同时也维护飞行能力。
16 extreme-hydrophilic(θ= 27-40°)叶表面被检测到。四人向轴的角度和表现出特别低的运行:摘要籼(1.8±0.7°),桂皮瘘(4.2±0.7°),马樱丹属卡马拉(4.1±0.6°),(2.7±0.5°)。除了c .籼稻物种无毛的叶子。在这些物种中水滴传播很快,但水从叶子上运行在非常低的倾向以可观的速度可能是重要的沉积粒子从叶子表面。相比super-hydrophobic这些离开水滴表面具有良好的接触表面,因此潜在的触动和清洁更扩大叶表面条纹。雷竞技网页版早些时候已经低接触角度结合低滑动角被认为雷竞技网页版是负责微生物的去除,即表面清洗特性(38]。相比之下Barthlott和Neinhuis只考虑表面防水处理工作应在自洁机理(10]。
软毛被发现促进疏水性。也观察到类似的结果啤酒等人毛状体叶润湿性显著减少,但这种效果此外强烈取决于毛状体的存在与否的蜡晶体(3,33]。Non-waxy毛状体在短时间内只有防水处理,蜡状毛状体非常防水处理。另外毛状体形态会影响疏水性科赫et al。21]。软毛似乎另外减缓水滴跑开了。
我们的研究结果清楚地表明,相当大的多样性对叶片表面润湿性和水滴流失存在,证实早期的发现。叶表面润湿性和水滴流失出现独立的特征。几个新植物物种可以detetced与极端的表面性质。叶表面特性可能在应用科学极大的兴趣,有挑战工程师人工表面与特定的润湿性和运行特性。
这项研究是由FWF-Austria (P17188-B03)和由OeAD奖学金Biva Aryal (4 EZA / 2005)。我们感谢拉维尼娅di技术援助的广场。Tirtha裤子是感谢优秀的现场指导在尼泊尔,罗恩Cavieres和安吉拉Sierra-Almeida合作在智利安第斯山脉和后勤支持。
