Trockenstressversuch mit Pappeln: Suche nach relevanten Genen

Informationen zum Film

Der Thünen-Wissenschaftler Alexander Fendel beschreibt sein Forschungsprojekt.

In dem Kurzfilm wird die Phänotypisierung eines Trockenstressversuchs im Gewächshaus gezeigt. Darüber hinaus wird die Entnahme von Blattmaterial zur molekular physiologischen Untersuchung im Labor gezeigt und diese exemplarisch anhand einer Methode erläutert.

Zur Info: In dem Experiment sind zwei Behandlungen (Trockenstress und Kontrolle (durchgehende Bewässerung) und drei verschiedene Pappellinien zu sehen. Die drei Trockenstressgruppen bekommen zu dem gezeigten Zeitpunkt bereits 28 Tage kein Wasser.

Film zum Versuch

Experimentelles Design

Auf dem Pflanztisch befinden sich 72 zu beprobende Pappeln. Diese sind in 3 Gruppen und zwei Behandlungen unterteilt und über die Fläche randomisiert aufgestellt. Für den Ausschluss von Mikroklimaten wechseln sich die Behandlungen Stress und Kontrolle stets über den Pflanztisch ab. Die Kontrollgruppe wird über ein automatisches Bewässerungssystem bewässert und bekommt täglich ca. 80 ml Wasser. Die Stressgruppe bekommt gar kein Wasser mehr. Am Rand des Pflanztischs befinden sich Randpflanzen. Diese gehören nicht zu dem Experiment und haben den Sinn die äußere Reihe der experimentellen Pflanzen von Randeffekten abzuhalten (andere klimatische Bedingungen), die die Ergebnisse verfälschen könnten. Die Pflanzen werden künstlich beleuchtet (16/8).

Phänotypisierung der Pflanzen

Links stehen Pappeln in Pflanztöpfen auf einem Tisch, rechts ein Wissenschaftler, der diese Pflanzen begutachtet. — Alexander Fendel untersucht den Stressversuch

In der ersten Hälfte des Videos ist die Phänotypisierung im Gewächshaus zu sehen. Dabei geht es darum, den Zustand, insbesondere den Stresszustand der Pflanzen zu untersuchen.

Anfänglich sind morphologische Untersuchungen gezeigt, die Wachstumsparameter umfassen. Diese beziehen sich auf das Sprosswachstum (wie hoch ist der Spross und welchen Stammdurchmesser haben die Pflanzen) und die Anzahl der gebildeten Blätter. Diese Analysen beschreiben wie gut die Bedingungen für die Kontrollpflanzen sind und ebenso wie gut die Stressgruppe ohne Wasser zurechtkommt. Wir erhoffen uns ein möglichst gleichbleibendes Wachstum unter Stress im Vergleich zur Kontrolle. Dies würde eine Toleranz widerspiegeln.

Im weiteren Verlauf des Videos werden Messungen der Bodenfeuchte und der stomatären Leitfähigkeit gezeigt. Die Messung der Bodenfeuchte erfolgt über einen Bodenfeuchtesensor, der an einen Computer angeschlossen ist. Mit diesem kann die Bodenfeuchte eines jeden Topfes gemessen werden. Der volumetrische Wassergehalt (%) kann dann mit der ermittelten Zustandsbeschreibung der Pflanzen in Verbindung gebracht werden und die Stressintensität ermittelt werden. Die stomatäre Leitfähigkeit wird über ein Porometer gemessen. Ein Porometer misst die stomatäre Leitfähigkeit, die den Gasaustausch (CO₂-Aufnahme und Wasserabgabe) über die Spaltöffnungen (Stomata) der Blätter beschreibt. Der Aufbau umfasst einen Sensor, der über eine Kammer die Luftfeuchtigkeit und Temperatur nahe der Blattoberfläche misst, um die Diffusionsrate des Wasserdampfs und damit die Leitfähigkeit zu berechnen. Einfach gesagt misst das Porometer ob die Blattstomata offen oder geschlossen sind. Typischerweise sind diese im gestressten Zustand geschlossen um den Wasserverlust zu minimieren. Hierdurch kann also auch der Stresszustand der Pflanzen erfasst werden.

Weiter wird ein Blatt entnommen und in eine Scholanderbombe gehängt. Die Scholanderbombe misst das Blattwasserpotenzial, das den Wasserstatus und den hydraulischen Druck in der Pflanze beschreibt. Der Aufbau besteht aus einer Druckkammer, in die das Blatt eingeführt wird, wobei der Druck langsam erhöht wird, bis Wasser aus dem Xylem des Blattstiels austritt, wodurch das Wasserpotenzial bestimmt wird. Nachfolgend wird die Blattgröße bestimmt.

Im letzten Gewächshaus-Abschnitt wird jeweils ein Blatt von jedem Pflanzenindividuum abgetrennt und für molekularphysiologische Untersuchungen in flüssigem Stickstoff schockgefroren und auf Trockeneis gelagert. Jedes Blatt wird in 5 Teile geteilt für z. B. Analysen von Prolin, MDA, Chlorophyll oder RNA.

Molekular-physiologische Untersuchung im Labor

In der zweiten Hälfte des Videos wird eine molekular-physiologische Untersuchung am Beispiel des Chlorophyllgehalts gezeigt. Die Chlorophyllkonzentration in den Blättern lässt auch auf den Gesundheitszustand der Pflanzen vermuten. Viel Chlorophyll spricht für gesunde Pflanzen.

Zuerst werden die gefrorenen Blätter pulverisiert. Über bestimmte Chemikalien wird das Chlorophyll anschließend aus dem zerkleinerten Material extrahiert (grüne Farbe im Reaktionsgefäß) und die mengenmäßige Konzentration anschließend über Photometrie bestimmt.

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