Ultrafeine Sonde offenbart das Innenleben von Pflanzen

Den Transport von Wasser und Nährstoffen in Pflanzen untersuchen Biotechnologen von der Universität Würzburg mit einer raffinierten Sondentechnik. Mit ihr waren erstmals überhaupt kontinuierliche Messungen möglich, ohne dabei die Pflanzen zu verletzen. Anfänglich wurde der in den Wasserleitungsbahnen herrschende Druck registriert, jetzt machen die Wissenschaftler ihre Methode für weitere Bereiche fit.

Pflanzen transportieren Wasser und die darin gelösten Nährstoffe – zum Beispiel Kalium oder Nitrat – in einem Röhrensystem, das sich von der Wurzel bis in die Spitzen der Blätter erstreckt. Für die Vorgänge in diesen Wasserleitungen interessiert sich die Wissenschaft, weil die Versorgung mit Wasser und Nährsalzen für das Wachstum und den Ertrag einer Pflanze wichtig ist.

Am Würzburger Lehrstuhl für Biotechnologie hat Prof. Dr. Ulrich Zimmermann die so genannte Xylemdruck-Sondentechnik entwickelt. Dabei werden ultrafeine Elektroden gezielt in die Wasserleitungsbahnen einer intakten Pflanze gestochen. Mit Hilfe einer ausgeklügelten Messtechnik wurde auf diese Weise zunächst erfasst, welcher Druck dort herrscht – das gibt Aufschluss darüber, wie gut eine Pflanze mit Wasser versorgt ist. Die Wissenschaftler können damit auch erkennen, unter welchen Umweltbedingungen die Wasserversorgung besser oder schlechter wird.

Der Biologe Dr. Lars Wegner, der zurzeit auf seine Habilitation hinarbeitet, entwickelt diese minimal-invasive Technik seit 1996 weiter. Er hat begonnen, mit der Sonde auch elektrische Spannungen und die Konzentration von Nährstoffen zu messen. In den vergangenen zwei Jahren hat er sich vor allem auf Kalium konzentriert, zurzeit tüftelt er daran, den pH-Wert erfassen zu können. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert sein aktuelles Projekt. Außerdem plant er, die Palette der mit der Sonde messbaren Nährstoffe zu vergrößern.

Bei diesem Forschungsthema liegt die Frage nach möglichen Anwendungen nahe. Dr. Wegner ist zwar ein Mann der Grundlagenforschung, doch einen möglichen Einsatz der Sondentechnik kann er sich durchaus vorstellen: Man denke an ein großes Gewächshaus voller Tomaten, das computergesteuert bewässert und gedüngt wird. Jede Pflanze darin ist mit einer Sonde versehen, und sobald diese zum Beispiel einen Mangel an Kalium registriert, versorgt die Computersteuerung die Not leidende Tomate umgehend mit einer Extra-Portion Kalium.

Wohlgemerkt: Dieses Beispiel gehört unter die Kategorie „Zukunftsmusik“. Weitaus näher an der Gegenwart ist ein anderes Projekt, das Dr. Wegner Anfang 2003 in die Wege geleitet hat: Es geht darum festzustellen, wie sich der Wasser- und Nährstoffhaushalt von Keimlingen verändert, wenn diese mit leicht salzhaltigem Wasser versorgt werden. Bei diesem Projekt kooperiert der Würzburger Biologe mit Wissenschaftlern der Hebrew University Jerusalem. Die israelischen Forscher interessieren sich vor dem Hintergrund der Wasserknappheit dafür, inwiefern Kulturpflanzen auch mit Brauchwasser bewässert werden können.

Weitere Informationen: Dr. Lars Wegner, T (0931) 888-4531, Fax (0931) 888-4509, E-Mail:
lars.wegner@biozentrum.uni-wuerzburg.de