Wie schnell trinken Tomaten?

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 kann man genau verfolgen, wie das Wasser im Stiel eines Tomatensetzlings aufsteigt.

Dazu haben die Wissenschaftler der Pflanze 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.

Wie reagieren Pflanzen auf wechselnde Lichtverhältnisse?

„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“, erklärt Uzuki Matsushima von der Landwirtschaftsfakultät der japanischen Iwate University, in deren Auftrag die Untersuchungen durchgeführt worden sind.

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. © Hahn-Meitner-Institut Berlin

Und weiter: „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.“

„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 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.

Zweidimensionale Durchleuchtungsbilder durch Neutronenradiographie

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.

(idw – Hahn-Meitner-Institut Berlin, 06.01.2006 – DLO)