何塞·a·Heredia-Guerrero,*何塞•j•贝尼特斯b伊娃Dominguez,c同类s拜耳一个Roberto Cingolani一个Athanassia Athanassiou一个和安东尼奥·埃雷迪亚c, d
一个智能材料,史犬di Tecnologia (IIT),意大利热那亚。电子邮件:(电子邮件保护)
b皇家研究院Ciencias de材料de塞维利亚(icm) CSIC-US,西班牙塞维利亚
c皇家研究院Hortofruticultura亚热带y Mediterranea (IHSM) La Mayora CSIC-UMA,西班牙马拉加
dDepartamento de Bioquimica y Biologia分子,Facultad de Ciencias大学德马拉加,西班牙马拉加
致力于穆Heredia罗梅罗的记忆
介绍
表皮细胞的水果、花瓣、叶子和non-lignified茎是被一个叫做角质层的膜覆盖。1这种表皮是一个重要的植物屏障与一个独特的建筑设计带来多种功能。它的主要功能是避免大规模的水从内部组织损失。此外,表皮参与保护植物不受害虫和病原体,反映和过滤有害的紫外线辐射,建立器官边界在工厂的发展。此外,角质层中扮演着重要角色在果实采后的性能,质量和农艺性状的经济重要性。
图1所示。计划的截面植物角质层。角质层位于最外层的表皮细胞壁的区域。从下到上,polysaccharide-rich分数与细胞壁,角质分数,使结构支撑表皮和一层薄薄的epicuticular蜡的外表面。Intracuticular distrib-uted整个角质层蜡和酚类化合物。
表皮可以被描述为一个异构和复合生物聚合物,2如图1所示。它主要由角质,一种无形的和non-soluble聚酯由浓缩polyhydroxylated脂肪酸,充当固体基质沉积的其他组件。从表皮细胞壁多糖提取,主要是纤维素、半纤维素和果胶,是另一个重要的角质层组件。蜡可以覆盖位于外表面(epicuticular蜡)或嵌入在角质矩阵(intracuticular蜡)。他们是C的混合物20.- c40n醇,n醛,n烷烃,脂肪酸和酯。环化合物等常用药用也存在于蜡分数。最后,酚类化合物的一小部分,大部分hydroxycinnamic酸衍生品和类黄酮,可以发现在角质矩阵。
植物角质层的红外光谱
描述植物角质层由红外(IR)光谱广泛提供有价值的信息对他们的化学成分和结构。半岛综合体育官方APP下载德甲3因此,红外光谱法被半岛综合体育官方APP下载德甲用于识别官能团和分子环境的孤立的角质层,在互动的分析,分布和分子排列的角质层组件,以及表皮和水之间的相互作用的研究或外源性物质和植物角质层的遥感。
图2。ATR /傅立叶变换红外光谱孤立的番茄果实表皮及其组件。主要的吸收分配给角质(红色),多糖(绿色)、蜡(蓝色)和酚类化合物(橙色),并。
[ν,伸展;ν一个反对称伸展;ν年代对称的延伸;δ变形;δsc,δ罗依分别、剪刀和岩石变形振动运动。)
大多数植物角质层显示类似的红外光谱。图2显示了衰减全反射傅里叶变换红外(ATR / ir)光谱的一个孤立的番茄果实角质层。五个主要可以区分光谱区域。第一区域,归因于的拉伸模式羟基通过氢键相互作用,位于约3400厘米1。这个乐队的主要贡献者多糖和non-esterified羟基的角质。在第二个地区两个的强吸收ca2920厘米1和2850厘米1,与CH2反对称和对称伸缩振动,分别可以观察到。这些乐队通常伴随着CH2弯曲振动在1465厘米1,1315厘米1和725厘米1。他们大多是由表皮脂肪化合物主要存在于角质和蜡。在第三区域,一个强大的峰值为1730厘米1酯(C = O拉伸模式)与三个肩膀在1715厘米1(C = O拉伸模式酯通过氢键相互作用),1705厘米1(C = O拉伸模式羧酸由弱氢键相互作用),1685厘米1(C = O拉伸模式羧酸由强烈的氢键相互作用)。这些乐队可以归因于角质矩阵。此外,其他的乐队可以观察到1650厘米之间1和1500厘米1。他们被分配到不同的芳香和C = C化学组出现在酚类化合物。芳香分子存在于角质层是另外的特点是两个小乐队在816厘米1(碳氢键平面外弯曲),518厘米1(碳碳平面外弯曲)。多糖是由吸收了约1030厘米1通常归因于切断拉伸模式。显著差异中可以观察到表皮光谱不同的植物,器官和发展阶段,尽管他们显示一个整体共同的化学成分。此外,环境条件可以直接影响的角质层的化学成分,因此,其光谱特征。图2还显示了ATR /傅立叶变换红外光谱的角质,多糖,蜡和酚类化合物。每个表皮的谱分量的加权和密切繁殖角质层频谱。4
应用程序
红外光谱的主要应用在植物角质层与不同学科相关联的研究:从半岛综合体育官方APP下载德甲植物生理学古植物学和生物物理学。在本节中,表皮组件与水和外源性分子之间的相互作用,植物角质层在植物的光谱变化发展和古植物学的半定量测定红外波段比率将被描述。考虑到现代遥感技术监测植物的应用开发在农业和林业,角质层的作用在光反射和过滤能谱发出的这个过程也将得到解决。
与水和外源性分子相互作用的植物角质层
由于角质层的外屏障的部分植物器官暴露在空气中,water-cuticle和外生molecule-cuticle交互分析的重要性。红外光半岛综合体育官方APP下载德甲谱分析等提供了非常有用的信息交互。在水的情况下,两种不同配置的H2O分子,挥发性和嵌入式,通过红外和近红外(NIR)反射光谱,5如图3所示。一些水分子表现出一个弱氢键的多糖部分表皮。他们在与水分平衡,被指定为挥发性H2O分子。另一方面,其他水分子参与两个强三个弱氢键角质和多糖,并被指定为嵌入式H2O分子。
图3。相互作用的水分子在植物角质层。水分子所示两种不同的配置,“不稳定”和“嵌入”。红外吸收伸展振动是由双头箭头表示与它们对应的波数。适应Marechal许可和Chamel。5版权1996年美国化学学会。
吸附的一些化学物质在植物角质层也已经通过红外光谱特征。半岛综合体育官方APP下载德甲3例如,孤立的分析番茄果实角质层暴露在没有流动2显示在该地区的重大变化的酚类化合物,表明一种不可逆转的交互的2芳香的表皮。有趣的是,除草剂杀螟硫磷、对硫磷的硝基官能团能与epicuticlar蜡的极性官能团,显著减少他们的耐光降解。二甲亚砜显示一个可逆的吸附之间的交互亚砜(S = O)化学组和角质的酯组,由转向低波数的特征S = O延伸模式和增加强度的肩膀在1715厘米1。
工厂的发展
另一个有趣的和有用的应用红外光谱研究植物角质层的分析化学修改发生在工厂的发展。半岛综合体育官方APP下载德甲在这样一个考试,角质层的番茄果实在不同的发展阶段的特点是ATR /红外光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲6成熟期间主要的光谱变化观察:一个重要的面积增加了碳氢键出平面弯曲带在816厘米1(与1,4-substituted芳环类黄酮分子)和减少之间的酯化反应指数(比C = O伸缩振动的强度酯在~ 1730厘米1和亚甲基官能团的反对称振动~ 2925厘米1)的角质。颞与水果成熟的协调这两种光谱的变化表明,酚醛树脂和角质解聚的积累可能是相关的。证实了这种相关性分析转基因番茄的生产这样的类黄酮是沉默。7此外,吸光度强度比率我作/我羧基(测量之间的比率的C = O拉伸强度振动酯,1730厘米1的羧酸,1705厘米1)显示高值低碳氢键出平面弯曲带地区,表明酯的水解或减少组织角质诱导或由酚类化合物的存在。
古植物学
采用红外光谱描述以来古植物学表皮通常保存在有机化石,和某些有机沉积物的主要成分。通常,描述仅限于几个半定量的计算比率的峰值强度,以确定植物化石角质层的化学性质。8一些示例以下强度峰值比率:美/甲基(与脂肪链长度和脂肪族的分支程度组),脂肪族/含氧化合物(与有机物的氧化)、芳香族碳氢键的平面外弯曲/脂肪族(象征的芳香族有机物)和芳香族碳氢键平面外弯曲/芳香碳组(用作芳香环的缩合程度的测量)。
遥感
当前的知识对植物角质层的红外光谱特征用于遥感。9从这个意义上说,现场光谱发射率测量的叶子进行了热红外光谱区域。这样的测量是困难的,然而,获得,因为传感器必须有一个足够小的瞬时视场和高信噪比。大气补偿,此外,不同的数学细化temperature-emissivity分离和光谱特性分析是必要的。尽管如此,有趣的光谱差异可以观察到植物物种和他们已经提出了映射植被组成甚至从太空操作,比如美国宇航局红外高光谱成像仪(HyspIRI)的使命。10具体来说,在角质的情况下,最有用的乐队来检测这种biopolyester反对称C-O-C拉伸模式分配给酯官能团。
结束语
红外光谱法是一种非半岛综合体育官方APP下载德甲常有用的工具描述植物角质层。它提供了有价值的知识识别官能团的化学结构和植物角质层的安排和交互组件。此外,它研究中不可或缺的交互与水或其他外源性分子。此外,它已被用于揭示化学修改发生在植物发育和保存角质层在有机分析的化石。此外,最近遥感新技术开发。然而,这些应用程序应该伴随着其他的物理化学特征。从这个意义上说,不同的拉曼显微镜模式为化学成像是互补的技术开发。同时,角质层成分的定性和定量成分分析核磁共振和建议气相色谱法。
此外,其他典型的红外技术,分析常用的薄膜,可以用于研究植物角质层。例如,使用可变角ATR /红外光谱可以让化学研究深度资料,而温度的控制将允许一个分析的融化蜡或氢键的断裂。此外,红外线的两极分化将是有用的优先方向的检测或水晶域不同的角质层组件。此外,ATR /红外光谱可用于水的扩散系数的确定半岛综合体育官方APP下载德甲或外源性分子通过角质层。另一个需要考虑的可能性将会使用红外光谱分析进行初步筛查的转基因植物角质层。
最后,重要的是要强调,不同种类的植物角质层分析仍然很低。其他植物物种外推的数据和结论可能是错误的。因此,未来更多的红外光谱的研究是必要的,为更好的理半岛综合体育官方APP下载德甲解这个复杂和重要的植物屏障膜。
确认
何塞·a·Heredia-Guerrero间玛丽居里奖学金支持,由欧盟第七框架计划的研究(FP7)之下。bdapp官方下载安卓版提供额外的资金Consejeria de Innovacion Ciencia y senior(安达卢西亚的政府)授予tep - 7418。
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