raziskave in razvoj
UDK: 630*811.5
originalni znanstveni članek (Original Scientific Paper
Diferenciacija terminalnih traheid kasnega lesa pri navadni jelki v dormantnem obdobju
Differentiation of terminal latewood tracheids in silver fir during dormant period
avtorji Jožica GRIČAR1, Katarina ČUFAR1, Uwe SCHMITT2
'Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Rožna dolina, Cesta VIII/34, SI-1000 Ljubljana
Tederal Research Center for Forestry and Forest Products, Leuschnerstrasse 91, D-21031 Hamburg, Germany
izvleček/Abstract
Preučili smo diferenciacijo terminalnih traheid kasnega lesa v dormantnem obdobju pri 10 navidezno zdravih odraslih jelkah {Abies alba) s svetlobno in transmisijsku elektronsko mikroskopijo. Vzorci lesa in kambija so bili odvzeti iz živih dreves v oktobru, novembru in marcu. Kambijeva celična delitvena aktivnost se je pri vseh drevesih končala v oktobru, medtem ko je proces diferenciacije v najmlajših traheidah ob kambiju pri drevesih s širšimi branikami še vedno potekal. V novembru so bile pri vseh drevesih celične stene terminalnih traheid kasnega lesa dokončno oblikovane in lignificirane. Celična delitvena aktivnost kambija ter diferenciacija sta se pri drevesih s širšimi branikami končali kasneje kot pri drevesih z ožjimi branikami. Vvseh preučenih drevesih se je proces diferenciacije v terminalnih traheidah kasnega lesa končal pred zimo.
The differentiation of terminal late-wood tracheids of si Iver firs (Ab/es a/ba) was studied during dormant period. Samples of wood and cambium were taken from 10 apparently healthy mature trees in the middle of October,
Novemberand March. According to light microscopy and transmission electron microscopy, cambial cell-divisional activity was completed in all investigated trees in October, whereas process of differentiation was still ongoing in the youngest tracheids close to the cambium in trees with broader annual xy-lem growth rings. Cell wall formation and lignification of terminal latewood tracheids were completed in all trees in November.The cambial cell-divisional activity and also differentiation ended later in trees with broader annual xy-lem growth rings. However, differentiation of terminal latewood tracheids in all investigated trees was completed before winter.
Ključne besede: navadna jelka (Abies alba), traheide kasnega lesa, celična stena, diferenciacija, lignifikacija, dormanca, svetlobna mikroskopija, transmisijska elektronska mikroskopija
Keywords: silver fir (Abies alba), late-wood tracheids, cell wall, differentiation, lignification, dormancy, light microscopy, transmission electron microscopy
Uvod
Kvaliteta lesa je v veliki meri odvisna od njegove anatomske in kemijske zgradbe, ki sta med drugim v tesni zvezi s procesom nastanka celic lesa v kambiju. V lesu iglavcev prevladujejo aksi-alne traheide, ki nastanejo s periklinimi delitvami kambijevih celic, t.j. kambi-jevih inicialk ter njihovih neposrednih derivatov, v obdobju kambijeve celične delitvene aktivnosti. Po delitvi v kambiju novo nastala celica vstopi v proces diferenciacije, kjer dobi končno velikost in obliko in se specializira za svojo vlogo v lesnem tkivu. Proces diferenciacije vključuje štiri glavne zaporedne faze: postkambialno rast, kiji sledi odlaganje slojevite sekundarne stene, lig-nifikacijo ter odmrtje celice (npr. Wardrop 1965, Savidge 1996, Torelli 2000, Plomion in sod. 2001).
Skope so informacije o diferenciaciji najmlajših traheid, ki nastanejo malo pred prenehanjem kambijeve celične delitvene aktivnosti. V številnih študijah poročajo, da so pri različnih iglavcih na začetku dormantnega obdobja ob kambiju zasledili nepopolno diferencirane traheide kasnega lesa (Mur-
ijaLeS 55(2003) 12
raziskave in razvoj
manis and Sachs 1969, Nix and Villi-ers 1985, Donaldson 1991, 1992,
2001, Schmitt in sod. 2003, Gričar in sod. 2003).
Cilj pričujoče študije je bil raziskati proces diferenciacije v terminalnih (zadnjih) traheidah kasnega lesa ob kambiju, pri navadni jelki (Abies alba) v dormantnem obdobju Prikazani so rezultati opazovanj pod svetlobnim mikroskopom (SM) in transmisijskim elektronskim mikroskopom (TEM).
Material in metode
Za vzorčna drevesa smo izbrali 10 navidezno zdravih odraslih jelk, starih približno 150 let, iz dinarsko jelovo-bukovega gozda na Ravniku pri Planini (500-700 m n.v.). Vzorce kambija in ksilema smo odvzeli v prsni višini (1,3 m nad zemljo) iz živih dreves v oktobru 2001, novembru 2001 in marcu
2002. Takoj po odvzemu smo material fiksirali v FAA (mešanica formalina, ocetne kisline in alkohola) in ga nato v laboratoriju dehidrirali v etanolu.
Za SM smo z mikrotomom LEICA SM 2000R pripravili 20 mm debele preparate prečnih prerezov ter jih obarvali z barvili safranin in astra modro, ki različno obarvata celice v različnih fazah nastajanja sekundarne stene in lignifikacije. Preparate smo vklopili v Euparal ter jih opazovali pod svetlobnim mikroskopom Nicon Eclipse E800 LM. Nediferencirane celice smo določili po modro obarvanih celičnih stenah ter protoplazmi v celičnem himnu. Rdeče obarvane celične stene ter prazni lumni so bili značilni za popolnoma diferencirane traheide.
Za TEM smo vzorce dodatno dehidrirali v acetonu ter jih vklopili v epok-sidno smolo po modificiranem postopku, kot ga opisuje Spurr (1969). Na ultramikrotomu Ultracut S smo z diamantnim nožem pripravili ultra tanke rezine debeline 80-100 nm, jih položili
ijaLeS 55(2003)12
na mrežice, povlečene z bakrom, ter jih kontrastirali s kalijevim permanga-natom (Donaldson 1992), pri čemer so se lignificirana, elektronsko gostejša področja kontrastirala temneje, nelig-nificirana pa so ostala svetla. Preparate smo opazovali s transmisijskim elektronskim mikroskopom PHILIPS CM 12 TEM pri pospeševalni napetosti 40 ali 60 kV.
Rezultati in diskusija
Z opazovanjem preparatov prečnega prereza s SM smo ugotovili, da se je kambijeva celična delitvena aktivnost pri vseh preučenih drevesih končala v oktobru (slika 1), kar smo določili na osnovi videza kambijevih celic. Vse celice v istem radialnem nizu so imele primerljivo majhne radialne dimenzije in celic, ki bi bile v zgodnjih fazah diferenciacije (npr. postkambialni rasti), ni bilo zaslediti. Pri jelkah s širšimi branikami smo ob kambiju zasledili nepopolno diferencirane terminalne traheide kasnega lesa. Njihove celične
D  Slika 2. November 2001 -celične stene terminalnih traheid kasnega lesa so pri vseh jelkah rdeče obarvane, lumni so prazni. Proces diferenciacije je končan. Daljica = 100 mm
D  Slika 3. Marec 2002 - popolnoma diferencirane terminalne traheide kasnega lesa. Stanje celic je podobno kot v novembru 2001. Daljica = 100 mm

raziskave in razvoj
D  Slika 4. Oktober 2001 -nediferencirane celične stene terminalnih traheid kasnega lesa ob kambiju pri jelkah s širšimi branikami. Sekundarna celična stena ni dokončno oblikovana, notranji sloji so nelignificirani (NL). V lumnu so vidni ostanki protoplazme (P). Povečava: 9.300-krat
stene so bile modro obarvane, v lumnih pa je bila vidna protoplazma, kar kaže, da proces diferenciacije še ni bil končan. Pri jelkah z ožjimi branikami so bile celične stene terminalnih traheid kasnega lesa v oktobru obarvane rdeče, v lumnih pa nismo opazili protoplazme. To nakazuje, da so bile traheide popolnoma diferencirane. V novembru se je pri vseh drevesih proces diferenciacije v terminalnih traheidah kasnega lesa že končal (slika 2). V marcu je bil videz terminalnih traheid kasnega lesa enak kot v novembru (slika 3), kar potrjuje, da seje diferenciacija končala že do novembrskega odvzema vzorcev.
S klasično svetlobno mikroskopijo lahko spremljamo proces diferenciacije traheid, transmisijska elektronska mikroskopija (TEM) pa to metodo dopolnjuje, saj zaradi velikih povečav omogoča podrobnejše opazovanje posameznih slojev celične stene. Kontras-tiranje ultratankih preparatov za TEM s kalijevim permanganatom smo izkoristili za kvalitativne raziskave razlik v porazdelitvi lignina v celičnih stenah terminalnih traheid kasnega lesa. Lig-
D  Slika 6. Marec 2002 -popolnoma oblikovana celična stena terminalnih traheid kasnega lesa. Povečava: 14.800-krat
nificirana področja celične stene so se temno obarvala, nelignificirana področja so ostala svetla. Intenziteta kontrasta je sovpadala z vsebnostjo lignina v posameznem sloju celične stene, kar smo potrdili v eni od predhodnih študij (Schmitt in sod. 2003). Pri jelkah s širšimi branikami sekundarna celična stena terminalnih traheid kasnega lesa v oktobru še ni bila v celoti oblikovana in lignificirana, saj so po kontrastiranju s kalijevim permanganatom notranji deli celične stene ostali svetli (slika 4). Pri jelkah z ožjimi branikami so bile celične stene terminalnih traheid kasnega lesa v oktobru popolnoma diferencirane. Vsi sloji so bili dokončno oblikovani in lignificirani, vključno s slojem S3 ter bradavičastim slojem. Pri novembrskih vzorcih je bil pri jelkah z ožjimi in širšimi branikami proces diferenciacije končan (slika 5). Pri mar-čevskih preparatih je bilo stanje podobno kot pri novembrskih (slika 6).
Na osnovi rezultatov smo sklepali, da sta se kambijeva delitvena aktivnost ter proces diferenciacije kasneje končala pri drevesih, ki imajo širše branike oz. produktivnejši kambij. Proces diferenciacije terminalnih traheid kasnega lesa je bil pri vseh drevesih končan pred zimo, zato nismo opazili nobenih razlik v zgradbi terminalnih traheid kasnega lesa med novembrskimi ter marčevskimi preparati.
Naši rezultati se razlikujejo od opažanj nekaterih drugih avtorjev. Murmanis in Sachs (1969) sta poročala o proto-plazmi v lumnih v enem ali več tangencialnih nizih terminalnih traheid kasnega lesa bora Pinus strobus v septembru, oktobru in januarju. Donaldson (1991,1992) je zasledil, da se pri večini vzorcev lesa bora Pinus ra-diata proces lignifikacije sekundarnih celičnih sten traheid kasnega lesa ni končal do poznega zimskega obdobja. Nix in Villiers (1985) sta na vzorcih,
ijaLeS 55(2003) 12
raziskave in razvoj
odvzetih v novembru in marcu, merila dvojne debeline celičnih sten traheid kasnega lesa pri dveh borihPinus taeda terPinus elliottii in ugotovila, da so bile debeline celičnih sten izmerjene v marcu večje kot v novembru, kar naj bi nakazovalo, da v novembru proces diferenciacije še ni bil končan. Tako Donaldson (1992) kot Nix in Villiers (1985) so sklepali, da se proces diferenciacije traheid kasnega lesa, ki je poleg notranjih dejavnikov podvržen tudi zunanjim vplivom okolja, morda nadaljuje med zimskim obdobjem ali pa se prekine in nadaljuje nekje v marcu naslednje leto ter se konča preden nastanejo prve celice branike tekočega leta, česar v naši študiji nismo mogli potrditi.
Zahvala
Zahvaljujemo se prof. dr. Jasni Strus z Oddelka za biologijo Biotehniške fakultete ter njenim sodelavcem, Tanji Potsch z Univerze v Hamburgu in Martinu Zupančiču za pomoč v laboratoriju in na terenu. Skladu kmetijskih zemljišč se zahvaljujemo, da nam je omogočil delo na terenu. Prispevek je bil predstavljen v obliki posterja na konferenci Eurodendro 2003 v Ober-gurglu, v Avstriji, 10.-14. septembra, 2003. Delo je financiralo Ministrstvo za šolstvo, znanost in šport Republike Slovenije.
literatura
1.     Donaldson, LA.,1991. Seasonal changes in lig-nin distribution during tracheid development in Pinus radiataWood Science and Technology, 25:15-24
2.    Donaldson, LA., 1992. Lignin distribution during latewood formation in Pinus radiata. IAWA Bulletin n.s.,12,4:381-387
3.    Donaldson, LA., 2001. Lignification and lignin topochemistry - an ultrastructural view. Phy-tochemistry, 57:859-873
4.    Gričar J., Straže A. & Čufar K. 2003. Differentiaton of the last formed tracheids in wood of silver firs (Abies alba) having various cambial productivity. Zbornik gozdarstva in lesarstva (Research Reports Forestry and Wood Science and Technology), 70:87-100
5.    Murmanis, L & Sachs, I., 1969. Seasonal devel opment of secondary xylem in Pinus strobusL Wood Science and Technology, 3:177-193
6.    Nix, L.E. & Villiers, K., 1985. Tracheid differen tiation in southern pines during the dormant season. Wood and Fibre Science, 17 3:397-403
7.     Plomion, C, Leprovost, C, Stokes, A., 2001. Wood formation in trees. Plant Physiology, 1 27: 1513-1523
8.    Savidge, R.A., 1996. Xylogenesis, genetic and environmental regulation - a review. IAWA Journal, 173: 269-310
9.    Schmitt, U., Crünwald, C, Gričar, J., Koch, G. & Čufar, K., 2003. Wall structure of terminal latewood tracheids of healthy and declining sil-verfirtrees in the Dinaric region, Slovenia. IAWA Journal, 24,1:41-51
10.  Spurr, A.R., 1969. A low viscosity em bedd ing medium for electron microscopy. J. Ultrastructural Research, 26:31-43
11.  Torelli,N., 2000. Ksilogeneza. Les, 52,10: 325-335
12.  Wardrop A.B. 1965. Cellular differentiation in xylem. V: Cellular u Itrastructu re of woody plants. Proceedings of the Advanced Science Seminar
novi diplomanti
LEDINEK, Peter Relevantne lastnosti lesa za izdelavo violin
diplomsko delo (višješolski študij)
Mentor: Niko TORELLI Recenzent: Vekoslav Mihevc
Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Ljubljana, 2002
VII, 59 f.: ilustr.; 30 cm. Bibliografija: str. 59.
UDK: 681.817.002.2 Lvn405 COBISS.SI-ID 918665
Ključne besede: violina, akustične lastnosti, izdelava violin, violinski lak, violin
V dolgi zgodovini izdelave in izpopolnjevanja violine so si izdelovalci z izkušnjami pridobivali znanje. Les je na področju izdelave ostal nenadomestljiv material; skrbno izbran in na pravilen način obdelan, lahko koristno vpliva na ep zvok violine. Pri izdelavi godal gre za visoko specializirano rabo lesov, so potrebne posebne fizikalne in pa estetsko dekorativne lastnosti. Pokrov, najpomembnejši del violine, je izdelan iz esa resonančne smrekovine, katere lastnosti smo podrobneje prikazali. Natančneje smo obravnavali in določil tudi druge bistvene lastnosti lesa za njegovo izdelavo. Definirali smo najpomembnejše lastnosti lesa, uporabnega za posamezne dele violine Opredelili smo tudi nedopustne napake, ki slabšajo akustične lastnosti violine (juvenilen les, reakcijski les, beljava, les s širokimi branikami, spremenjena nepravilna rast, itd.). Opisal smo izdelavo violin na način Chlad-nijevih zvočnih figur.
ijaLeS 55(2003)12