Relating UV-B radiation screening effectiveness of foliage to absorbing-compound concentration and anatomical characteristics in a diverse group of plants

Abstract

The ultraviolet-B radiation (UV-B, 300 nm) screening effectiveness of foliage of a diverse group of plants was examined by measuring epidermal transmittance and depth of penetration of UV-B with a fiberoptic microprobe. In addition, the concentration of UV-B-absorbing compounds and various anatomical characteristics were measured to assess whether they were useful predictors of UV-B screening. Sun foliage of naturally growing individuals of seven species were sampled in each of six life forms comprising two evergreen groups (gymnosperms and angiosperms) and four deciduous angiosperm groups (trees, shrubs and vines, herbaceous dicotyledons, and grasses). There was significant life-form variation in epidermal transmittance and depth of penetration of UV-B, concentration of UV-B-absorbing compounds (leaf-area basis), epidermal (including cuticle and hypodermis) thickness, and specific leaf area. Values of these parameters tended to be related to leaf longevity, with the most notable differences apparent between evergreen and deciduous species. The mean epidermal transmittance and depth of penetration of UV-B in foliage averaged 4% and 32 μm in evergreens, compared to 28% and 75 μm in deciduous species. These values are conservative estimates since the microprobe was oriented in foliage such that much of the side- and backscattered UV-B was ignored. The strongest predictors of epidermal transmittance and depth of penetration were epidermal thickness and the concentration of absorbing compounds, which averaged 32 μm and 1.50 A cm in evergreens, but only 19 μm and 0.99 A cm in deciduous foliage. However, the variation found in these relationships implies that additional factors warrant consideration in assessing UV-B-screening effectiveness. The relatively ineffective screening of UV-B by foliage of many deciduous plants suggests they may be more responsive to enhanced UV-B than evergreen species.

Efeitos da radiação ultravioleta-B sobre a morfologia foliar de Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. (Brassicaceae)

“…As variações estruturais e bioquímicas observadas em A. thaliana sob a ação da radiação UV-B indicam que a espécie é sensível a esta forma de radiação, como várias dicotiledôneas herbáceas (Day 1993;Gonzalez et al 1998;Hao et al 2000). Os menores valores médios de área foliar, massa fresca, massa seca e conteúdo de água encontrados nas folhas tratadas com UV-B, também foram reportados para outras espécies (Correia et al 1998;Poulson et al 2002) e podem ser explicados como uma reação ao estresse provocado pela radiação nos processos de desenvolvimento e do metabolismo das plantas (Wellman 1983).…”

“…Para algumas espécies, a penetração da radiação na lâmina foliar é atenuada pelas camadas epicuticulares e pela cutícula (Laakso et al 2000) assim como pela presença de hipoderme (Day et al 1992;Day 1993).…”

“…Adicionalmente, as plantas expostas à radiação UV-B são induzidas à mudanças bioquímicas, tais como a produção de compostos que absorvem UV-B (por exemplo: flavonóides e outros compostos fenólicos na folha) (Day 1993;Mazza et al 2000). Os compostos que absorvem a radiação UV-B alteram as propriedades ópticas das folhas, atenuando a radiação UV-B através dos tecidos foliares, reduzindo assim significativamente o potencial da radiação em danificar o DNA, que ocorre nas células do mesofilo (Day et al 1992;Day 1993;Hoque & Remus 1999).…”

“…Os compostos que absorvem a radiação UV-B alteram as propriedades ópticas das folhas, atenuando a radiação UV-B através dos tecidos foliares, reduzindo assim significativamente o potencial da radiação em danificar o DNA, que ocorre nas células do mesofilo (Day et al 1992;Day 1993;Hoque & Remus 1999). Muito dos experimentos com radiação UV-B utilizam doses altas (mais do que duas vezes as doses ambientais) (Stapleton 1992;Jordan 1996).…”

“…Entretanto, alguns estudos têm demonstrado que a espessura da folha não é o único fator que pode reduzir a ação da radiação no interior da folha (Cen & Bornman 1993;Day 1993). A composição química da cutícula (Pilon et al 1999), assim como, a presença de compostos fenólicos parece exercer importante função na reflexão da radiação UV-B na superfície da folha (Day et al 1992;Day 1993).…”