Monitorování souvislosti změn koherenční zrnitosti listu rostliny s optickými a fyziologickými parametry listu

Bc. Jakub PECHNÍK

Master's thesis

Monitoring of causal relationship between speckle effect change of plant leaf and optical and physiological parameters of the leaf

Abstract:

Přestože je jev koherenční zrnitost velmi dobře fyzikálně popsán, jeho uplatnění v bioaplikacích je nízké, v rostlinném světě téměř žádné. Příčinou může být fakt, že nejsou dostatečně objasněny fyziologické procesy, které změny ve strukturách koherenční zrnitosti odrážejí. V naší práci jsme proto zvolili komplexní biofyzikální přístup, tj. současné sledování optického jevu koherenční zrnitost a vybraných fyziologických parametrů rostliny rajčete in vivo. Byly snímány změny struktury koherenční zrnitosti generované listem během měřeného pohybu chloroplastů mezi dvěma krajními pozicemi. Tytéž změny struktury koherenční zrnitosti byly monitorovány v reakci vzdálených oblastí listu na lokální vysokoteplotní stres se současnou detekcí propustnosti listu. Ke kvantifikaci strukturních změn listu bylo použito až osm zavedených metod obrazové analýzy koherenční zrnitosti. Současné měření pohybu chloroplastů, propustnosti listů a změn struktur koherenční zrnitosti poukázalo na významné ovlivnění průběhu jevu koherenční zrnitost fyziologickým jevem, tj. pohybem chloroplastů. Navíc se jev koherenční zrnitost prokázal jako slibný neinvazivní prostředek k detekci mírného (vysokoteplotního) stresu rostlin.

Abstract:

Although the speckle effect is very well described in terms of physics, its use in bioapplications is negligible, almost none in the plant science. This may be due to the fact that the physiological processes hidden behind speckle changes are poorly understood. We therefore opted for a comprehensive biophysical approach in our work, which means a simultaneous monitoring of the speckle effect and selected physiological parameters of tomato plants in vivo. Changes in leaf-generated speckle patterns were monitored during a measured chloroplast movement between their two extreme positions. The speckle pattern together with leaf transmittance were also measured in distant intact areas of the leaf that was locally high- temperature stressed. In order to quantify structural changes of the leaf by speckle pattern, up to eight established methods of image analysis were used. The simultaneous measurements of chloroplast movement, leaf transmittance, and changes in speckle patterns, revealed a significant impact of the physiological phenomenon chloroplast movement on the course of the speckle effect. In addition, the speckle effect has shown to be a promising non-invasive tool for detection of mild (high-temperature) stress in plants.

Keywords

Koherenční zrnitost, rajče, pohyby chloroplastů, vysokoteplotní stres, neinvazivní měření, propustnost listu

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Vladimíra Nožková, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Biophysics