Ultrafiolett stråling

Ultrafiolett stråling er den delen av det elektromagnetiske spektrum som går fra bølgelengdene 100 - 400 nanometer (nm). Under 100 nm kan strålingen dissosiere vann og er derfor ioniserende stråling.

 

Ultrafiolett stråling kan deles inn i vakuum UV:100-200 nm, fjernt UV:200-300 nm og nært UV :300-400 nm.

En annen mye brukt inndeling er (bølgelengde i nanometer (nm, 10-9 meter)):

UV A:  315 - 400 nm

UV B:  280 - 315 nm

UV C:  200 - 280 nm

Det er bare lys med bølgelengder lenger enn 290 nm som når ned til jordoverflaten. Lys med bølgelengder under 400 nm utgjør 7% av solenergien som når jorda. UV B delen er mindre enn 0.3 %. UV B  gir solbrenthet, hudfarging og kan indusere hudkreft.

Som all annen stråling kan UV reflekteres fra overflater. Dette betyr at også undersiden av blader også blir utsatt for UV. Refleksjonen av nært UV er mindre enn for stråling over 400 nm. Skyer reflekterer ca. 3% av nært UV, men over 11% av synlig lys. Gasser i atmosfæren absorberer ikke nært UV, men sprer det i alle retninger. Spredningen skyldes molekyler i gassform (Rayleigh-spredning). Hvis Rayleigh-spredning, og innholdet av skydekke, tåke og støv er høy blir de laveste bølgelengdene som når havoverflaten 330 nm. Intensiteten av nært UV øker med høyden over havet. UV A øker med ca. 10% for hver 2000 m, UV B med ca. 25%.  Nært UV trenger også ned i vann, men ikke under 20 meter. Nært UV absorberes sterkt av humus, og i humusrike sjøer trenger UV bare et par cm ned i vannet.

Ultrafiolett stråling -Terrestrisk økosystem - høyere planter

Ultrafiolett stråling gir følgende effekter på planter:

1) Redusert høyde. 2) Kortere og færre internodier. 3)Redusert bladantall og færre stomata. 4) Krølling av blad. 5) Økt akselknoppforgreining. 6)Tykkere epidermis med endret kjemisk  sammensetning av vokslaget. 7) UV-absorberende flavonoider i vakuolen til epidermiscellene virker som en UV-skjerm. 8) Nysyntese av fenylpropanoider. 9) Aktivering av UV-B fotoreseptoren (UVR8). 10) Tykkere blad med mest klorofyll i midten av bladet. 11) Dannelse av syklobutanpyrimidin dimere (6-4-fotoprodukter), 12) Inaktivering av fotosystem II i fotosyntesen og degradering av D1- og D2-proteinet i fotosystem II. 13) Endring i kloroplast ultrastruktur og med lavere nivå av klorofyll og karotenoider. 14) Nedregulering av fotosyntesegener. Oppregulering av gener i fenylpropanoidbiosynteseveien. 15) Økt innehold av antioksidanter og antioksidantenzymer.

Kutikula med epidermis er den viktigste barrieren mot UV-lys. UV-lys under 300 nm absorberes fullstendig, og det er høy absorpsjon opp til 330 nm. Frøskall er også effektive filtere for nært UV.

UV-stråling induserer aktivitet til følgende enzymer i flavonoidsyntesen i planter: fenylalanin ammonium lyase (PAL), 4-coumarat CoA-ligase, chalcon synthase (CHS) og chalcone-flavanon isomerase. UV-B reseptoren hos kruspersille (Petroelinium hortense) danner flavon-glykosider når planten utsettes for UV-B med topp 280-320 nm,  og det er ingen effekt i det synlige området.

 UV-skader kan heles ved fotoreaktivering som er en blåttlys­avhengig (355-440 nm) enzymatisk fotoreparasjonsprosess hvor enzymet fotolyase deltar. Dette enzymet binder seg spesifikt til cyklobutyl-pyrimidin-dimere og ved absorbsjon av fotoner i blått-lysområdet 350-450 nm reverseres skaden. Reparasjonen skjer altså raskere i lys enn i mørke. Skaden kan også repareres ved en nukleotid utkuttingsreparasjon av den skadete nukleotidsekvens og innsetting av en ny sekvens. Mekanismer for å tåle UV-skadene som "Dimer bypass" og rekombinasjonsreparasjon kan gi opphav til mutasjoner.

UV-stråling

UV-stråling  gir skader når det absorberes av nukleinsyrer (260 nm) og gir thymin-dimere (pyrimidin-pyrimidinon-6,4-dimer, syklobutyl-dimer), andre UV-induserte fotoprodukter eller absorberes av proteiner (280 nm). Syklobutyl-pyrimidin-dimer og pyrimidin(6-4)pyrimidinon-dimer utgjør henholdsvis ca. 75 og 25 % av UV-induserte DNA-skadeproduktene. UV-stråling gir både mutagene og toksiske skader. Pyrimidin-dimere hemmer både RNA- og DNA-polymerase.

 UV er ikke ukjent for plantene og det har igjennom millioner av år blitt utviklet beskyttelsesystemer og tiltak for å unngå UV-skader. Det vises bl.a. ved at plantene har et eget pigment (UV-B-reseptor UVR8) som responderer på UV-stråling. Vakuolen i epidermis inneholder flavonoider som virker som et UV-filter. Det er sannsynlig at plantene har forskjellig evne til å produsere UV-beskyttende forbindelser og derved kan man forvente endringer i artssammensetning ved tiltagende UV-bestråling. Hvorvidt økt UV belastning gir økt mutasjonsfrekvens og økte fotodynamiske effekter (reaksjon mellom UV-lys, pigmenter og oksygen) er også ukjent.   Planter som utsettes for UV-stråling blir kortere og har nedsatt produktivitet. Fotosystemene i fotosyntesen utsettes for stor belastning ved absorpsjon av energirike UV-fotoner.   Fargene på blomstene virker som et visuelt signal i kontrast til det grønne. Hvite og gule blomster i arktiske strøk har høy UV-reflektanse og dette har stor betydning for pollineringsbiologien­. Blomsten kan være dekket av UV-reflekterende hår. Mange planter i høyfjellet har sterkt anthocyaninfargete kronblad. Herbivore insekter foretrekker ofte gule blomsterfarger. Derfor brukes gulfarget fluefangerpapir. Blå blomsterfarger er sjeldne i evolusjonsmessig primitive plantefamilier, men er vanlig i rublad-, leppeblomst-, fjellflokk- og maskeblomstfamilien.

UV og det akvatisk system

 Laboratoriestudier viser at tørrvekt, proteinmengde og pigmenteringen minker i diatomeér og produktiviteten i fytoplankton minsker ved UV-bestråling. Planktonalger kan miste bevegelighet og evne til fototaksis ved UV-B bestråling (ikke for UV-A), og dinoflagellatene er mer følsomme enn diatomeéne. Alger som opprettholder evnen til bevegelighet kan flytte seg vekk fra områder med høy UV-bestråling, men dette betyr igjen mindre lys til fotosyntese,  som igjen påvirker produktivitet og artssammensetning.   Siden livet oppstod i vann hadde ikke vannplantene det samme behov for å utvikle UV-beskyttelsessystemer som landplantene. Det er derfor mulig at man kan forvente større effekter av UV i marine og akvatiske systemer, enn i de terrestre.

Litteratur:

Britt, A B: Repair of DNA damage induced by ultraviolet radiation. Plant Physiol. 108 (1995)891-896.

Wikipedia

Tilbake til hovedside

Publisert 21. feb. 2018 12:51 - Sist endret 18. feb. 2019 11:03