Chemical and structural heterogeneity of olive leaves and their trichomes

Abstract

Abstract. Many biological surfaces have hairs, known as trichomes in plants. Here, the wettability and macro- and micro-scale features of olive leaves are analyzed. The upper leaf side has few trichomes, while the lower side has a high trichome density. By combining different techniques including electron and atomic force microscopy, trichome surfaces are found to be chemically (hydrophilic-hydrophobic) heterogeneous at the nano-scale. Both olive leaf surfaces are wettable by water, having a high water contact angle hysteresis and great drop adhesion. The ultra-structural pattern observed for epidermal pavement cells differs from the reticulate cuticle structure of trichomes which shows that leaf surface areas may be substantially different despite being located nearby. Our study provides evidence for the nano-scale chemical heterogeneity of a trichome which may influence the functional properties of biological surfaces, such as water and solute permeability or water capture as discussed here for plants.

Resumen. Muchas superficies biológicas tienen pelos, conocidos como tricomas en las plantas. Aquí se analizan la humectabilidad y las características a macro y microescala de las hojas de olivo. El lado superior de la hoja tiene pocos tricomas, mientras que el lado inferior tiene una alta densidad de tricomas. Al combinar diferentes técnicas, incluida la microscopía electrónica y de fuerza atómica, se descubre que las superficies de los tricomas son químicamente (hidrófilas-hidrófobas) heterogéneas a escala nanométrica. Ambas superficies de las hojas de olivo son humectables por agua, teniendo un alto ángulo de histéresis de contacto con el agua y una gran adherencia de las gotas. El patrón ultraestructural observado en las células del pavimento epidérmico difiere de la estructura reticulada de la cutícula de los tricomas, lo que muestra que las áreas de la superficie de las hojas pueden ser sustancialmente diferentes a pesar de estar ubicadas cerca. Nuestro estudio proporciona evidencia de la heterogeneidad química a nanoescala de un tricoma que puede influir en las propiedades funcionales de las superficies biológicas, como la permeabilidad al agua y los solutos o la captura de agua, como se analiza aquí para las plantas.