D6 Gasaustausch und Blattatmosphäre

Thema

An der Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche finden verschiedene Gasaustauschprozesse zwischen dem Blatt und der umgebenden Luft statt. Jeder dieser Flüsse gibt Aufschluss über einen spezifischen Aspekt der Blattfunktion: Der Kohlendioxidfluss zeigt die Photosynthese und Atmung des Blattes an, der Wasserdampffluss die Transpiration, der Ozonfluss die Menge an Luftschadstoffen, die in das Blatt gelangen, und der Fluss flüchtiger organischer Verbindungen (VOC), welche Stoffe das Blatt in die Atmosphäre abgibt. Mithilfe von Messinstrumenten lässt sich jeder dieser Flüsse an der Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche separat quantifizieren.

Kohlendioxid- und Wasserdampfflüsse werden gemeinsam mit einem Infrarot-Gasanalysator gemessen, der mit einer Blattkammer ausgestattet ist. Diese Kammer umschließt einen Teil des Blattes in einem abgedichteten Volumen und erfasst, wie viel Kohlendioxid in das Blatt eintritt bzw. es verlässt und wie viel Wasserdampf aus dem Blatt in die eingeschlossene Luft gelangt. Durch diese beiden simultanen Messungen ermöglicht der Infrarot-Gasanalysator mit Blattkammer eine hochauflösende Diagnose des photosynthetischen Zustands des Blattes. Das bedeutet, er unterscheidet jede einzelne Komponente des Photosyntheseprozesses und nicht nur das Endergebnis. Der Ozonfluss wird hingegen mit speziellen Ozondetektoren gemessen. Dieser Ozonfluss ermöglicht die Quantifizierung der Schäden, die durch Schadstoffe verursacht werden, die dieses Gas beim Eindringen durch die Spaltöffnungen des Blattes erzeugt. Je größer der Ozonfluss ist, der die Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche durchquert und in das Blatt eindringt, desto größer ist das zu erwartende potenzielle Schadstoffschaden im Blattgewebe.

Der Fluss flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) wird mit VOC-Detektoren gemessen, die jede VOC separat identifizieren und quantifizieren. Dies geschieht entweder mittels Protonentransferreaktions-Massenspektrometrie (PTMR-MS), die VOCs nahezu in Echtzeit detektiert, oder mittels Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie (GC-MS), die jedes im Gasstrom vorhandene VOC detaillierter trennt und identifiziert. Diese VOC-Flussmessungen charakterisieren die VOC-Emissionen als Reaktion eines Blattes auf Stress, da Blätter je nach Art des Stresses unterschiedliche VOCs in variierenden Mengen emittieren.

Zusätzlich zu den Flüssen an der Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche messen Durchflusskammern dieselben Gasflüsse, jedoch auf Bodenebene anstatt auf Blattebene. Diese Kammern umschließen einen Teil des Bodens und erfassen die Emissionen von Kohlendioxid, Wasserdampf oder anderen Gasen aus dem Boden in die umgebende Atmosphäre.

Zusammen ermöglichen der Infrarot-Gasanalysator mit Blattkamera, Ozondetektoren, Detektoren für flüchtige organische Verbindungen und offenen Durchflusskammern die Quantifizierung der Flüsse von Kohlendioxid, Wasserdampf, Ozon und flüchtigen organischen Verbindungen, die die Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche und den Boden passieren, mit hoher mechanistischer Auflösung: Zusammen diagnostizieren diese Instrumente den photosynthetischen Zustand des Blattes, quantifizieren die Schäden durch Schadstoffe, die über dieselbe Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche eindringen, und charakterisieren die Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen, die das Blatt als Reaktion auf Stress produziert.

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