Anatomija drva - Uvod, metode PDF

Anatomija drva - Uvod, metode Što poučava predmet anatomija drva? Temelje makroskopske, mikroskopske i submikroskopske građe drva A čemu to služi?...

Anatomija drva - Uvod, metode Što poučava predmet anatomija drva? Temelje makroskopske, mikroskopske i submikroskopske građe drva A čemu to služi? Razumijevanju – temeljnih svojstava drva kao materijala – rasta, fiziologije i patologije drveća – razlikovanja domaćih komercijalnih vrsta drva Tematske cjeline 1. Makroskopska građa drva 2. Stanica drva i njezina stijenka 3. Modifikacije stijenke stanice drva 4. Elementi (stanice) građe drva 5. (Histološka) Građa drva četinjača 6. (Histološka) Građa drva listača 7. Identifikacija drva – ključ 8. Stvaranje drva u stablu - kambij 9. Utjecaj građe drva na svojstva drva 10. Varijabilnost građe drva 11. ‘Greške’ odnosno nepravilnosti građe drva 1 Anatomija drva - Uvod, metode Ishodi učenja anatomije drva (što biste trebali (sa)znati iz predmeta anatomija drva) Objasniti postanak, položaj i ulogu stanica i staničja drva, kambija i floema u živom stablu (botanička poveznica) Objasniti ulogu anatomske građe drva u odabranim tehničkim svojstvima drva (tehnička poveznica) Koristiti ključ(eve) za određivanje vrste drva Stručni pojmovi, rječnici Rječnik u anatomiji drva (Merlin-Moodle,srce) (temelji se na pojmovima IAWA-International Association of Wood Anatomists) Rječnik StruNa DrvNa http://struna.ihjj.hr/browse/?pid=45 Hrvatski terminološki portal http://nazivlje.hr/ Hrvatski jezični portal http://hjp.znanje.hr/ 2 Anatomija drva - Uvod, metode Što je to anatomija drva i čime se bavi? POJAM anatomija anatomija, grč. (anatemno - param, režem) = znanost o građi i sastavu tijela živih bića ili njihovih organa 3 Anatomija drva - Uvod, metode POJAM drvo 1. Biološki pojam drvo (nom. jed.) - drveta (gen. jed.) = ŽIVO STABLO (lat. arbor; grč. dendron) 2. Tehnički pojam drvo (nom. jed.) - drva (gen. jed.) = NEŽIV DRVENI MATERIJAL (lat. lignum; grč. xylem) Anatomija drva = ksilotomija Drvo je tvrda porozna čvrsta vlaknasta lignocelulozna tvar od koje su izgrađena debla i grane drveća i grmlja između kore i srčike, bilo da rastu ili su posječeni za uporabu (Oksfordski ilustrirani rječnik+StruNa) 4 Anatomija drva - Uvod, metode kora D R V O srčika D R V O kambij METODE RADA U ANATOMIJI DRVA Makroskopija Mikroskopija – Optička (OM) – Elektronska (EM) 5 Anatomija drva - Uvod, metode RED VELIČINA 1 m = 1 mikrometar = 1 / 1 000 mm = 10-3 mm = 10-6 m 1 nm = 1 nanometar = 1 / 1 000 m = 10-6 mm = 10-9 m 10 m Razlučivost (moć Dužina najdužih vlakana razdvajanja) 1m jute Ljudska visina Visina ruže 0,1 m Obično oko Orah ~ 0,1 mm 1 cm 1 mm Sjeme sezama 100 m Svjetlosni mikroskop Zrna peludi i biljne i 10 m životinjske stanice ~ 0,4 m = 400 nm Jezgra Većina bakterija 1 m Mitohondriji 100 nm Elektronski mikroskop Najmanja bakterija Virusi ~ 0,2 nm 10 nm Ribosom 1 nm Proteini Lipidi Male molekule 0,1 nm Atomi 6 Anatomija drva - Uvod, metode orah – pore vidljive lijeska – pore nevidljive bez povećala bez povećala 7 Anatomija drva - Uvod, metode Optička mikroskopija Oko Povećanje slike Leće okulara Umnožak povećanja objektiva i okulara Pri svjetlosnom mikroskopiranju maksimalno 1200 – 1500 x. Leće objektiva Povećanje  jasnoća. Uzorak Mjera za jasnoću slike = moć Leće kondenzora razdvajanja Moć razdvajanja = 0,61  valna duljina svjetlosti (λ) sabirna moć objektiva (NA) Izvor svjetlosti Kako vidimo drvo pomoću mikroskopa? Maceriranje, histologija? 8 Anatomija drva - Uvod, metode Priprema preparata drva za svjetlosnu mikroskopiju Maceracija – razgradnja staničja na stanice – elemente građe – kemijska razgradnja središnje lamele Promatranje macerata omogućuje – istraživanje oblika i dimenzija pojedinačnih stanica Drvo maceriramo najčešće tako da – male komadiće drva tretiramo s jednom od otopina: octena kiselina + vodik peroksid, kiselina kroma + salitrena kiselina, dimetilsulfoksid Stanice (vlakna) iz macerata različitih Macerati drva izgledaju kao na slici: vrsta drva posložene nakon fotografiranja: ~ 1 mm Na većem povećanju 9 Anatomija drva - Uvod, metode Priprema preparata drva za svjetlosnu mikroskopiju Mikrotomija – rezanje tkiva u tanke odreske koristi se u izradi histoloških preparata. Na njima se promatra i mjeri: – prostorni raspored stanica drva, volumni udjel stanica u građi drva, struktura staničnih stijenki i skulptura na njima Za to su potrebna – tri međusobno okomita presjeka: poprečni, radijalni i tangentni Primjer mikrotoma čiji držač noža klizi po vodilici, a uzorak je nepomičan za vrijeme rezanja 10 Anatomija drva - Uvod, metode Suvremeni klizni mikrotom Makroskopski izgled tri karakteristična presjeka drva listače 11 Anatomija drva - Uvod, metode Mikroskopski izgled tri karakteristična presjeka drva četinjače POPREČNI PRESJEK TANGENTNI PRESJEK RADIJALNI PRESJEK REFERENTNI PRESJECI 12 Anatomija drva - Uvod, metode Redoslijed izrade histoloških preparata: – Drvo je potrebno omekšati (kuhanjem ili parenjem) – Mikrotom – posebni uređaj za rezanje tankih odrezaka tkiva – nekoliko m do 25 m – Radi kontrasta – bojenje u organskim bojilima (safranin+fast green=lignin crveno, celuloza zeleno) – Uklapanje između podložnog i pokrovnog stakalca – histološki preparati – Trajni histološki preparati uklopljeni su u kanada balzam ili u euparal – Netrajni tj. polutrajni preparati uklopljeni su u vodu ili glicerin 13 Anatomija drva - Uvod, metode Specijalne tehnike u svjetlosnoj mikroskopiji Stereo mikroskop – povećanje do 100 puta – objekt je osvijetljen odozgo – površina glatko odrezana oštrim nožićem Fazno kontrastni i interferentni mikroskop – Za kvantitativno određivanje materijala u određenim dijelovima stanice, te struktura koje je nemoguće vidjeti običnim mikroskopom (npr. pukotine u st. st.) – Stanice imaju područja s različitim indeksom loma svjetlosti – pomoću posebnih optičkih sustava te razlike prevode se u kontrast (svjetlosti ili boje) Polarizacijski mikroskop – Polarizator između izvora svjetlosti i kondenzora propušta samo polariziranu svjetlost, iznad njega pod pravim kutem drugi filter (analizator) kroz kojega polarizirana svjetlost ne prolazi. Optički aktivna tvar između oba filtera zasuče ravninu polarizirane svjetlosti koja prodre kroz analizator – prije svega u kristalografiji – U anatomiji drva za promatranje stanične stijenke (npr. kuta fibrila) – celuloza ima kristalitnu građu Mikroskopiranje u tamnom polju – Svjetlost se od predmeta odbija ili rasprši – posebni kondenzor – svijetli objekt u tamnom polju – bolji kontrast među neobojanim strukturama Fluorescentna mikroskopija – UV izvor svjetlosti – Za dokazivanje prisutnosti lignina i suberina 14 Anatomija drva - Uvod, metode Optički mikroskop Elektronski mikroskop Oko Izvor elektrona Leće okulara Leće kondenzora Uzorak Leće objektiva Uzorak Međuslika Leće kondenzora Leće projektora Oko Binokular Izvor svjetlosti Završna slika na fotografskoj ploči ili zaslonu Elektronski mikroskopi Transmisijski elektronski mikroskop (TEM) – Za istraživanja stanične stijenke i njenih skulptura – najbolja tehnika replike – sliku stvaraju primarni elektroni koji prolaze kroz repliku površine – Mala površina preparata (50 x 50 m) Rasterski elektronski mikroskop (REM) = Skenirajući elektronski mikroskop (SEM) – Povećanje i moć razdvajanja su između svjetlosnog i TEM – uzorci su veći i deblji nego za TEM i slika je trodimenzionalna – dubinska oštrina je veća – sliku stvaraju sekundarni elektroni koji se odbijaju od površine ESEM – environmental scanning electron microscop 15 Anatomija drva - Uvod, metode Priprema uzoraka za elektronsku mikroskopiju TEM 1 Ultratanki odresci – ultramikrotom sa staklenim ili dijamantnim nožem – drvo se prije rezanja uklopi u metil metakrilat 2 Mehanička dezintegracija u homogenizatoru – uzorci se uhvate na mrežicu i pripreme za mikroskopiranje (ne zna se od kuda je uzorak) 3 Repliciranje povšine – dobivanje tankog filma za elektrone propusnog materijala koji se nanosi na površinu drva i vjerno slijedi detalje njegove površine Bradavičaste jažice zabilježene pomoću različitih vrsta mikroskopije SEM TEM OM 16 Anatomija drva - Uvod, metode Što ćete znati o botaničkom podrijetlu drva: Opisati, objasniti: razlike u drvu i drveću glavnih botaničkih skupina koje ga proizvode čimbenike komercijalne važnosti pojedinih vrsta drva položaj vrste i roda u botaničkoj klasifikaciji Makroskopska svojstva drva Znat ćete objasniti: vezu između drva i stabla, – glavne botaničke skupine koje proizvode drvo – čemu služi drvo u drveću – glavni žilni sustav u drvu i stablu (gdje i kamo se kreću koje otopine) Nabrojiti, pokazati/nacrtati i objasniti: – glavna makroskopska obilježja građe drva (bjeljika, srž, godovi, stanice, traci) – tri glavna međusobno okomita presjeka drva 17 Anatomija drva - Uvod, metode Glavne botaničke skupine drveća: (1) gymnospermae (golosjemenjače) - oko 500 vrsta = crnogorica = ČETINJAČE, sirovina za građu od mekog drva (čamovina) (2) angiospermae dicotyledonae (kritosjemenjače dvosupnice) - više tisuća vrsta = bjelogorica, listopadno drveće = LISTAČE, sirovina za građu od tvrdog drva (3) angiospermae monocotyledonae (kritosjemenjače jednosupnice) – palmae i bambusi (rattan) – zbog svoje građe imaju ograničenu uporabu Značajke stabla četinjača listača Značajke stabla četinjača: listača: Sjeme u češerima Sjeme u zatvorenim Igličasto lišće - plodovima- ČETINJAČE kritosjemenjače Mnoge su zimzelene Široko lišće - LISTAČE (crnogorica) Mnoge su listopadne Ali ne ariši (Larix), (bjelogorica- taksodiji hrastovi, brijestovi, (Taxodium) i javori) metasekvoje Ali ne božika (Ilex), (Metasequoia) šimšir (Buxus) 36 18 Anatomija drva - Uvod, metode četinjača listača Drvo četinjača: Drvo listača: Nema pore (traheje) Ima pore (traheje) Jednolike i pravilne Nejednolike i građe nepravilne građe Traheide se rijetko kad Pore su obično vidljive mogu uočiti pod običnim okom i/li povećalom kao fina pod povećalom na mreža na poprečnom poprečnom presjeku presjeku 37 obični bor crveni hrast 100 mikrometara = 0,1 milimetar 19 Anatomija drva - Uvod, metode obični bor crna topola 100 mikrometara = 0,1 milimetar Određivanje komercijalno važnih vrsta drva Bogatstvo arborescentne flore - oko 5000 vrsta drveća u porječju Amazone, oko 2500 vrsta drveća u području Malaje oko 1000 vrsta drveća u SAD Npr. Samo 80 od oko 1000 vrsta je u SAD komercijalno važno - 30 četinjača i 50 listača. 20 Anatomija drva - Uvod, metode Razlozi: - dimenzije stabla - vrijednost drva - dostupnost (položaj, putovi, blizina industrije) - drvo se ne može sa sigurnošću razlikovati do botaničke vrste Mali broj vrsta četinjača ima važno mjesto u preradi drva: - zajednice koje pokrivaju velika prostranstva - mali broj vrsta - ekonomika privlačenja - maksimum u umjerenom području - industrija - velika potreba za drvom - monopodijalni rast - izrazito deblo koje raste kroz krošnju, mali pad promjera - minimalna količina otpada - drvo je homogeno - pogodno za masovnu proizvodnju Drvo listača čini velik broj vrsta drveća sa strahovito raznovrsnim značajkama koje određuju njegovu pogodnost za posebne različite namjene. 21 Anatomija drva - Uvod, metode Što znače sljedeći nazivi? Quercus robur, Quercus petraea, Quercus cerris, Fagus sylvatica, Fraxinus excelsior Picea abies Juniperus communis, Juniperus virginiana? Sistematika ili taksonomija (od grč. taxis = red) biljaka pravi otac taksonomije Carl Ritter von Linne (1707. - 1778.) - Linnaeus - 1753. "Species plantarum" ("Biljne vrste") klasifikacija utemeljena na rasplodnim organima raslinja - spolna klasifikacija - 7300 vrsta u 24 razreda DVOIMENO NAZIVLJE (BINARNA NOMENKLATURA) 22 Anatomija drva - Uvod, metode Narodna ili lokalna imena često mogu dovesti do zablude. Primjeri: 1. ‘Smreka’ je u nekim krajevima Hrvatske ime za rod Juniperus, a drugdje za rod Picea. 2. ‘Red Cedar’ je američki naziv za njihovu domaću vrstu Juniperus virginiana, a nije u rodu Cedrus kao što bismo iz imena pomislili. Primjer službeno priznate sistematike (taksonomije) drveća Carstvo: Plantae Odjeljak: Pinophyta Magnoliophyta Razred: Pinopsida Magnoliopsida Red: Pinales Fagales Porodica: Pinaceae Fagaceae Rod: Pinus Quercus Vrsta: sylvestris L. robur L. Hrvatski Rod: bor hrast Vrsta: obični lužnjak 23 Anatomija drva - Uvod, metode Znanstveno hrvatski Quercus robur hrast lužnjak Quercus petraea hrast kitnjak Quercus cerris hrast cer Fagus sylvatica obična bukva Fraxinus excelsior obični jasen Picea abies obična smreka Juniperus communis obična borovica Juniperus virginiana virdžinijska borovica Vrste su određene vanjskim karakteristikama stabala (cvjetovi, plodovi, sjemenke, listovi, kora) NE na temelju anatomije drva Obično nije moguće identificirati izolirane komade drva ili ‘vlakana’ do vrste, možda do skupine vrsta možda do roda (npr. Juniperus spp ili Fagus spp) možda do skupine rodova možda do porodice, naročito tropske vrste (npr. Moraceae) možda do skupine porodica, naročito tropske vrste 24 Anatomija drva - Uvod, metode Gdje se nalaze i čemu u živom stablu služe: drvo (bjeljika + srž), srčika, kambij, kora (unutarnja + vanjska)? kora bjeljika D R srž V O srčika D rano drvo kasno drvo god R V O kambij 25 Anatomija drva - Uvod, metode PUT VODE I HRANE U STABLU 26 Anatomija drva - Uvod, metode Poprečni presjek (živog) stabla Vanjska kora (lila, lub) – zaštita, mrtve stanice Unutarnja kora (floem, liko) – provodnja u lišću asimilirane hrane prema dolje i radijalno, mnogo živih stanica Kambij – proizvodi novu unutarnju koru (sekundarni floem) i novu bjeljiku (sekundarni ksilem) između kojih se nalazi Bjeljika (ksilem, drvo) – podupire čitavo stablo, provodi vodu i minerale do lišća i sprema hranu dobivenu iz lišća. Nešto živih stanica za spremanje, ostale su mrtve provodne i podupiruće stanice. Srž (ksilem, drvo) – podupire, nastala iz bjeljike, sve stanice mrtve i neprovodne. Glavne razlike bjeljike i srži nisu u anatomiji nego u fiziologiji i u ‘dodanoj’ kemiji (akcesorne-sržne tvari). Vanjska kora kambij Unutarnja kora bjeljika srž 27 Anatomija drva - Uvod, metode Izmjenični slojevi: sek.floem i periderm kambij Sekundarni floem Sekundarni ksilem: uglavnom mrtve stanice, nešto živih parenhimskim stanica Sekundarni ksilem: sve stanice mrtve, Drvo je prvenstveno staničje za (1) provodnju vode, (2) potporu i (3) spremanje hrane u stablu. Razvilo se kao funkcionalno staničje biljke, a ne kao materijal za zadovoljenje potreba ljudi. Zbog toga je temelj za uspješan rad s drvom potrebno poznavanje njegove prirode. 28