SUPRAFAŢA FOLIARĂ – BIOMONITOR ÎN POLUAREA ATMOSFERICĂ CU

PULBERI

La cele mai multe specii vegetale stomatele sunt localizate la nivelul epidermei

inferioare. Ansamblul stomatelor unei frunze funcţionează similar cu un filtru, gazele fiind

trecute prin acesta, iar particulele depunându-se la suprafaţa filtrului. Datorită acestei

configuraţii, particulele depuse pe epiderma superioară a frunzelor sunt întotdeauna mai mari

decât cele depuse la nivelul epidermei inferioare. Deoarece fluxul de aer la nivelul ostiolei

stomatelor este destul de redus, doar particulele de dimensiuni foarte mici vor fi reţinute la acest

nivel. Particulele de pe epiderma superioară sunt, de regulă, particule mari de praf. Deoarece

aceste particule de pe suprafeţele foliare provin din aer, analiza lor furnizează informaţii despre

intensitatea poluării atmosferice cu pulberi în zona investigată.

În zonele urbane se observă concentraţii mai mari de microparticule în aer datorită

activităţilor umane şi industriale intense şi numărul crescut de autovehicule. În zonele rurale

cantităţile de pulberi din aer sunt mai reduse. Frunzele diferitelor specii de plante prezintă

particularităţi distincte ale suprafeţelor lor foliare. Unele frunze, care au rugozităţi la nivelul

cuticulei ce acoperă celulele epidermice, au o capacitate mai mare de a stoca particulele solide

din aer faţă de frunzele cu o cuticulă fină sau chiar lucioasă.

1.1.Identificarea microparticulelor implicate în procesele de poluare

Interpretarea cantitativă şi calitativă a rezultatelor analizei microparticulelor descoperite în

probele biologice necesită o identificare cât mai precisă a acestora; de aceea au fost create baze

de date caracteristice ale acestor particule, iar identificarea lor în diverse probe se reduce la o

potrivire a caracteristicilor cu cele deja existente în bazele de date. Pentru particulele comune, cu

unul sau mai multe minerale în compoziţie, este de multe ori suficientă corespondenţa de formă

şi structura chimică. Bazele de date referitoare la microparticule permit identificarea unor

structuri puţin cunoscute şi complexe ce sunt detectate în probele biologice.

Pentru a acoperi însă o parte cât mai mare din spectrul microparticulelor identificabile în

diverse categorii de probe, informaţiile din aceste baze de date trebuie mereu actualizate,

îmbunătăţite şi completate. Descrierile cuprind atât imagini electronomicroscopice (SEM) cât şi

spectre în raze X pentru compoziţia chimică elementară a microparticulelor; prin comparaţii

realizate de calculator, se identifică cele mai asemănătoare profiluri morfologice şi structurale ale

particulelor din probe cu datele existente în bazele deja constituite. Se ţine cont de variaţia

individuală atât a morfologiei, cât şi a compoziţiei chimice elementare în identificarea tipurilor

de microparticule. De exemplu, particulele de plumb pot fi identificate relativ uşor pe baza

formei şi a compoziţiei chimice. Spre deosebire de acestea, oxizii de fier ce acoperă particulele

de cenuşă au forme morfologice diferite în funcţie de sursa din care provin.

Analiza microparticulelor individuale din probele biologice poate îmbrăca forme diferite:

dacă toate particulele prezente sunt identificabile, analiza urmăreşte să determine proporţia în

care fiecare tip de particule e prezent în probe. Dacă o parte din particule nu sunt identificabile,

atunci analiza este focusată pe identificarea acestora. Odată identificate, aceste grupe de particule

sunt înregistrate în bazele de date şi utilizate pentru clasificarea şi analiza altor microparticule ce

provin din surse asemănătoare.

1.2.Cuticula şi interacţiunea ei cu poluanţii atmosferici

Cuticula ce acoperă pereţii externi ai epidermei organelor aeriene ale plantelor reprezintă

principala barieră între interiorul organismului vegetal şi mediul extern. Există un contact

permanent între suprafaţa cuticulară şi diverşii agenţi poluanţi din atmosferă. Dacă cuticula este

afectată de interacţiunea cu aceştia, atunci modificările în structura sa pot fi considerate drept

markeri ai poluării atmosferice şi pot servi la diagnosticarea acesteia.

Partea internă a cuticulei este caracterizată prin interacţiunea lipidelor din componenţa ei

cu zona externă a peretelui celular ce conţine pectină şi celuloză. Stratul următor din cuticulă

poate fi uşor de îndepărtat de pe peretele celular pe cale enzimatică, cel mai extern strat este

format predominant din cutină şi ceară epicuticulară. Cutina, responsabilă de integritatea

mecanică a cuticulei, este formată predominant din acizi graşi esterificaţi; există însă şi o

cantitate mică de acizi graşi liberi în matrixul cuticulei şi aceştia sunt responsabili de transportul

transcuticular.

Ceara epicuticulară (destul de heterogenă, conţinând o gamă variată de hidrocarburi

saturate cu lanţ lung de atomi de carbon, precum şi derivaţi ai acestora) este impregnată în partea

externă a matrixului cuticular, formând un strat continuu deasupra acesteia; ea reprezintă bariera

primară între factorii externi şi mediul intern al plantei. Deasupra cerii epicuticulare pot exista

depuneri discontinue de ceară cristalină; aceasta joacă un rol important în interacţiunea frunzelor

cu ploile acide şi intervine în reţinerea poluanţilor solizi prin mărirea suprafeţei active a

cuticulei. Investigaţii asupra micro-morfologiei cuticulare la plante au fost realizate de numeroşi

cercetători.

Structura cerii epicuticulare se schimbă odată cu vârsta plantei; iniţial, aceasta are o

structură fin-cristalină, însă, în timp, poate fi alterată în urma contactului cu ploile acide sau cu

precipitaţiile în general, prin abraziune mecanică datorată contactului cu microparticule purtate

de vânt sau de contactul cu alte frunze sau suprafeţe adiacente (Berg, 1989 cf. I.Gostin, 2007). În

consecinţă cristalele de ceară epicuticulară se degradează lent, în timp, iar acest fapt duce la

modificarea aspectului frunzelor cât şi a afinităţii acestora pentru apă. Există diverse studii

referitoare la diferenţele de structură corelate cu afinitatea pentru apă a cuticulei la frunze din

zonele poluate comparativ cu cele din zone nepoluate (Grill et all., 1987, Bermadinger et al.,

1988, Bermadinger – Stabentheier, 1995 cf. I.Gostin, 2007). Simptomele tipice sunt cele

observate odată cu înaintarea în vârstă a frunzelor: fuzionarea cristalelor de ceară, cu formarea

unui strat compact deasupra celui normal, neîntrerupt ce acoperă cuticula; acest strat de ceară

poate ocluziona complet ostiola stomatelor sau poate închide camera suprastomatică atunci când

stomatele sunt situate sub nivelul epidermei. Nu este încă cunoscut procesul prin care are loc

această fuzionare şi nici modul în care diverşi agenţi poluanţi au proprietatea de a-l accelera; este

posibil ca o reacţie chimică dintre poluant şi ceara epicuticulară să inducă aceste modificări sau

să fie implicate în interacţiuni de ordin mecanic combinate cu creşterea şi scăderea umidităţii la

acest nivel.

În 2007 Paoletti et al. publică un studiu referitor la efectele ozonului asupra structurii

cuticulei la frunzele de fag (Fagus sylvatica L.)

Cercetările au fost efectuate pe clone obţinute din două populaţii de fag, una adaptată la

un mediu uscat (din zona Siciliei) şi alta la un mediu umed (din zona Toscanei). Influenţa

condiţiilor de viaţă originale nu a determinat modificări importante în reacţia plantelor la

tratamentul cu ozon (care s-a facut în condiţii de fumigare deschisă, în câmp). În ambele cazuri,

pe măsura expunerii, s-au observat alterări ale structurii cuticulei şi a morfologiei cerii

epicuticulare; stomatele au fost treptat ocluzionate prin închiderea ostiolei de către ceara

epicuticulara. Acest fenomen duce, în timp, la scăderea eficienţei fotosintezei, la scăderea

ritmului schimbului de gaze şi la reducerea ratei metabolismului. Astfel frunzele mor mai

devreme decât ar fi normal, iar arborii se debilitează.

Clonele populaţiei ce provin din zona negativă a tratamentului cu ozon, în condiţiile de

irigare continuă în care s-a desfăşurat experimentul.