Wie schnell trinkt die Tomate?

Wissenschaftlern am Berliner Hahn-Meitner-Institut ist es erstmals gelungen, in deutlichen Bildern zu beobachten, wie schnell eine Pflanze Wasser aufnimmt. In einer Reihe von Aufnahmen, die einen Tomatensetzling zeigen, kann man genau verfolgen, wie das Wasser im Stiel aufsteigt. Dazu haben die Wissenschaftler dem Setzling ab einem bestimmten Zeitpunkt nur noch so genanntes schweres Wasser gegeben, das sich in den Bildern markant vom gewöhnlichen Wasser abhebt. Der Kontrast entsteht beim Durchleuchten der Pflanze mit Neutronen, die auf beide Wasserarten verschieden reagieren. Für die Pflanze ist es dabei fast bedeutungslos, mit welchem Wasser sie gegossen wird.

„Die Wasseraufnahme ist ein wichtiges Maß dafür, wie gut es einer Pflanze geht. Deswegen versuchen Pflanzenspezialisten seit langem den Wasserfluss im Pflanzenstiel zu beobachten; mit den bisherigen Verfahren konnte man ihn mit großer Genauigkeit aber nur für kleine Ausschnitte der Pflanze sichtbar machen. Jetzt haben wir ein Werkzeug, mit dem wir die ganze Pflanze scharf sehen und so das Wasser über längere Zeit verfolgen können. Damit können wir untersuchen, wie Pflanzen auf geänderte äußere Bedingungen wie zum Beispiel wechselnde Lichtverhältnisse reagieren. Die Ergebnisse könnten helfen, die Wachstumsbedingungen besser an die Bedürfnisse der Pflanzen anzupassen und so landwirtschaftliche Erträge zu steigern“ erklärt Frau Dr. Uzuki Matsushima von der Landwirtschaftsfakultät der japanischen Iwate University, in deren Auftrag die Untersuchungen durchgeführt worden sind.

„In dem Experiment nutzen wir aus, dass Neutronen verschiedene Isotope desselben Elements unterscheiden können. So lässt sich das schwere Wasser gut vom ‚normalen’ leichten Wasser abheben. Mit Röntgenstrahlen hätte man das Wasser überhaupt nicht sehen können“ erläutert Dr. Nikolay Kardjilov, an dessen neuer Experimentieranlage im Hahn-Meitner-Institut die Untersuchungen durchgeführt wurden. „Hätte man das Experiment einfach mit gefärbtem Wasser durchgeführt, hätte sich der Farbstoff nicht genauso in der Pflanze ausgebreitet wie das Wasser. Das hätte die Ergebnisse verfälscht.“ fügt er hinzu.

Für die Untersuchungen wurde das Verfahren der Neutronenradiographie eingesetzt, mit der zweidimensionale Durchleuchtungsbilder verschiedener Objekte erzeugt werden können. Zusätzlich liefert die verwandte Neutronentomographie dreidimensionale Bilder. Gegenüber Röntgenstrahlen sind Neutronen vor allem dann im Vorteil, wenn es darum geht auch leichte Elemente wie Wasserstoff zu zeigen und Metalle gut zu durchdringen. Das Hahn-Meitner-Institut in Berlin unterhält eine von vier Neutronenquellen, die in Deutschland für Forschungszwecke betrieben werden. Für die beschriebenen Forschungsarbeiten werden Projektmittel von der Europäischen Union und vom Land Berlin bereitgestellt.

Das Hahn-Meitner-Institut wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Berlin finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 15 Forschungszentren und 24 000 Mitarbeitern die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

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Die drei Neutronenradiogramme zeigen aufsteigendes Wasser in einer Tomatenpflanze. Die Radiogramme entstehen auf ähnliche Weise wie Röntgenaufnahmen, wobei Neutronen im Gegensatz zu Röntgenstrahlen auch Wasserstoff deutlich zeigen. Der Wasserbehälter, in dem sich die Wurzel der Pflanze befindet, ist aus technischen Gründen nach oben hin abgedichtet worden.


4. Januar 2006

Dr. Paul Piwnicki