СТРОЕНИЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭПИКУТИКУЛЯРНОГО ВОСКА ХВОИ ЕЛИ ГОЛУБОЙ
Е. Р. Буханов1,2, А. Д. Шефер2, А. В. Шабанов1, Ю. Л. Гуревич2, М. Н. Крахалев1
1Красноярский научный центр СО РАН, Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН, Красноярск, Россия
k26tony@ya.ru
2Красноярский научный центр СО РАН, Красноярск, Россия
shefer.ad@ksc.krasn.ru
Ключевые слова: фотонный кристалл, электронная микроскопия, оптическая микроскопия, флуоресцентная спектроскопия, численное моделирование одномерных фотонных кристаллов, Picea pungens Engelm
Страницы: 97-106
Аннотация
Предложен метод по отделению чистых пластин эпикутикулярного воска. Использование воды, способной глубоко проникать в восковые структуры под действием сил Ван-дер-Ваальса и расширяться при замерзании, позволяет быстро получить незагрязненные восковые пластины с нативной структурой без каких-либо сторонних химических примесей. С помощью сканирующей электронной микроскопии были получены снимки воска хвои ели голубой ( Picea pungens Engelm.). Определены его морфологические и структурные характеристики. Отличительной особенностью является наличие восковых нанотрубочек с характерными диаметром ~150 нм и длиной 3-5 мкм. Нанотрубочки лежат друг на друге стопками, образуя одномерную длиннопериодическую решетку. Проведены микроскопические наблюдения воска, сделанные в отраженном и прошедшем свете. Показано, что покрытие хвои ели голубой состоит из микрочастичек воска, обладающих структурным окрасом. В широком спектральном диапазоне отдельные частички изменяют цвет от синего до красного, как следствие, большие конгломераты частичек имеют белый цвет. Получены спектры флуоресценции хвои с нативным восковым покровом и той же самой хвои после удаления воска. При сравнении ширины линий флуоресценции на полувысоте хвоинки голубой ели с воском и без, выявлено влияние воскового слоя на время жизни возбужденных электронов в фотосистеме II, тем самым установлена связь между восковым покровом и процессом фотосинтеза. Методом трансфер матриц выполнены расчеты спектров пропускания для решетки, схожей с восковой структурой, хлоропластом и сочетанием восковой структуры с хлоропластом. В последнем варианте длинноволновая зона селективного отражения значительно шире, чем у отдельных случаев. При рассмотрении структуры, содержащей хлоропласт и эпикутикулярный воск, наблюдается небольшое расщепление стоп-зоны, как при наличии дефекта, что способствует высокой концентрации энергии в месте расщепления. Вследствии роста концентрации энергии увеличивается плотность фотонных состояний на соответствующих длинах волн. Этот эффект важен для фотосинтеза, поскольку, согласно золотому правилу Ферми, скорость реакции пропорциональна плотности фотонных состояний. Результаты расчетов находятся в хорошем согласии с экспериментальными спектрами.
DOI: 10.15372/SJFS20240111 |
