Unsere Seite auf

Nachrichten und Pressemeldungen aus Labor und Analytik

11.04.2014

Wassergehalt mittels Terahertz-Wellen messen


Terahertz-Strahlen eignen sich dazu, die Änderung des Wassergehalts von Blättern zu ermitteln, ohne diese zu zerstören. Das demonstrieren Marburger Biologen und Physiker in einer aktuellen Veröffentlichung, die in einer Sonderausgabe der Fachzeitschrift "Plant Physiology" erscheint. In den Messungen des Teams führte ein verringerter Wassergehalt zu erhöhter Durchlässigkeit der Blätter für Terahertz-Wellen, schreiben die Autorinnen und Autoren. Das neue Verfahren erlaubt die genaue Beobachtung von Stressreaktionen an vielen Einzelpflanzen über lange Zeiträume hinweg.

Der globale Treibhauseffekt lässt für die Zukunft extreme Witterungsbedingungen im Mittelmeerraum und in Zentraleuropa erwarten, etwa ausgeprägte Dürreperioden. "Die meisten Baumarten reagieren sehr empfindlich auf den Trockenstress, der durch Wassermangel ausgelöst wird", erläutert der Marburger Naturschutzbiologe David Behringer, Mitverfasser der aktuellen Publikation. Will man die Überlebenschancen von Pflanzen unter veränderten Umweltbedingungen abschätzen, muss man die genetischen und physiologischen Hintergründe der Trockenstresstoleranz bei verschiedenen Pflanzen möglichst genau kennen.

"Bislang fehlte jedoch ein Verfahren, mit dem sich die Stressreaktionen von Pflanzen gezielt untersuchen lassen", ergänzt Professorin Dr. Birgit Ziegenhagen, Leiterin der Arbeitsgruppe Naturschutzbiologe und Koautorin der Studie: "Die verfügbaren Messmethoden bewerten den Trockenstress entweder nur über indirekte Vorgänge, oder die Messung führt zur Zerstörung des Pflanzenmaterials."

Die Wissenschaftler nutzten daher Terahertz-Strahlen, das sind elektromagnetische Wellen im Spektrum zwischen Mikrowellen und infrarotem Licht. Die Biologen konnten hierfür auf das Know-how ihrer Kollegen aus dem Fachgebiet Experimentelle Halbleiterphysik zurückgreifen. "Es hat sich gezeigt, dass Wasser die Terahertz-Wellen ausgesprochen stark absorbiert, während diese viele Feststoffe ungehindert durchdringen", erklärt der Physiker Professor Dr. Martin Koch, der ebenfalls an der aktuellen Veröffentlichung beteiligt ist. Die Forscher machten sich einen weiteren Vorteil der Terahertz-Wellen zunutze, wie Koautor Norman Born aus Kochs Arbeitsgruppe ausführt: "Da die Terahertz-Wellen eine viel kürzere Wellenlänge als Mikrowellenstrahlung haben, wird es überhaupt erst möglich, die dünnen Tannennadeln zu messen."

Die Autoren testeten ihr Verfahren an Weißtannensämlingen, da Nadelbäume mit ihren kleinen Blattoberflächen besonders schwer zu untersuchen sind, wenn man die bislang üblichen Methoden anwendet. Tannen sieht man nicht ohne Weiteres an, wie stark sie unter Trockenstress leiden - im Gegensatz zu manch anderen Pflanzenarten, die bei Wassermangel schon mal die Blätter hängen lassen.

Die Wissenschaftler überwachten erstmals viele Pflanzensämlinge über einen Zeitraum von mehreren Wochen hinweg mit der neuen Technik, um Stressreaktionen direkt zu beobachten, zu vergleichen und zu bewerten. Hierfür bestrahlten sie eine Reihe von Pflänzchen immer wieder mittels eines präzise gesteuerten Messkopfs mit Terahertz-Wellen, so dass sie die Veränderung des Wassergehalts in den Tannennadeln genau und in Echtzeit aufzeichnen konnten. Dies war erst durch die in Marburg entwickelte Bauform des dafür angewendeten Terahertz-Spektrometers machbar.

Die zerstörungsfreien Langzeitmessungen gestatten genaue Prognosen, wie lange eine Pflanze unter bestimmten Bedingungen Trockenheit ertragen kann. "Dank der neuen Technik ist es zum Beispiel möglich, Pflanzen verschiedener Genotypen dem gleichen Stress auszusetzen, um abweichendes Verhalten in der Reaktionszeit, der Heftigkeit der Reaktion oder der Widerstandsfähigkeit zu charakterisieren", sagt Naturschutzbiologe und Mitautor Dr. Sascha Liepelt. Außerdem erlaubt die Methode, bestimmte Stresslevel zu definieren, die eine Pflanze noch verkraftet, und gezielt nach den verantwortlichen Genen für die Stressantwort zu fahnden. Martin Koch kann sich als Leiter der Experimentellen Halbleiterphysik auf die Fortsetzung der Forschungstätigkeit freuen: Die "Johannes-Hübner-Stiftung" unterstützt die weitere Arbeit durch ein Promotionsstipendium, um das System auch für andere Pflanzenarten zu adaptieren und tiefer gehende Studien durchzuführen.

—> Originalpublikation

Quelle: Universität Marburg




—> alle Nachrichten dieser Firma

Abonnieren:

Empfehlen: