D7 Wachstums- und Tropismusüberwachung

Thema

Pflanzenwachstum und -bewegung verlaufen je nach Prozess sehr unterschiedlich schnell – von Signalen, die in Sekundenbruchteilen ausgelöst werden, bis hin zur Stammverdickung, die erst nach Jahren sichtbar wird. Mithilfe verschiedener Messinstrumente können wir jeden dieser Rhythmen mit einer der jeweiligen Zeitspanne angemessenen zeitlichen Auflösung erfassen.

Die schnellste Geschwindigkeit weisen die elektrischen Signale auf, die sich durch das Pflanzengewebe ausbreiten. Die Elektrophysiologie zeichnet diese elektrischen Signale mit einer zeitlichen Auflösung von Sekundenbruchteilen auf und erfasst so Veränderungen, die oft jeder sichtbaren Bewegung oder jedem Wachstum der Pflanze vorausgehen.

Etwas langsamer als elektrische Signale, aber im Verhältnis zum Wachstum immer noch schnell, verlaufen Tropismen und nastische Bewegungen in Pflanzen. Zeitrafferaufnahmen – eine Kamera, die Bilder in regelmäßigen Abständen aufnimmt und diese dann in beschleunigter Reihenfolge wiedergibt – ermöglichen es uns, diese mit einer zeitlichen Auflösung von Minuten bis Stunden zu verfolgen. So werden sowohl Tropismen sichtbar, die das Pflanzenwachstum in eine durch ein physikalisches Signal vorgegebene Richtung lenken, als auch nastische Bewegungen, die die Pflanze unabhängig von der Richtung des auslösenden Signals ausführt. Noch langsamer verläuft das Längenwachstum der Pflanzenachse. Lineare Wegaufnehmer messen dieses mit einer zeitlichen Auflösung von Stunden bis Tagen und erfassen, wie stark sich der Stamm oder die Hauptwurzel der Pflanze durch Zellteilung und -streckung verlängert.

Am langsamsten ist jedoch das Stammwachstum. Banddendrometer – Bänder, die den Stamm umschließen und die Zunahme seines Umfangs messen – erfassen dieses Wachstum mit einer zeitlichen Auflösung von Tagen bis Jahren. Sie dokumentieren so ein Wachstum, das sich erst über ganze Vegetationsperioden hinweg merklich bemerkbar macht.

Neben der Erfassung dieser Rhythmen an einzelnen Pflanzen wiederholen Hochdurchsatz-Phänotypisierungsplattformen dieselben Wachstums- und Bewegungsmessungen an Hunderten von Pflanzen gleichzeitig. Dies ermöglicht Vergleiche hinsichtlich der Unterschiede dieser Wachstums- und Bewegungsrhythmen zwischen verschiedenen Pflanzen.

Zusammengenommen erfassen Elektrophysiologie, Zeitrafferfotografie, lineare Wegaufnehmer, Banddendrometer und Hochdurchsatz-Phänotypisierungsplattformen das Pflanzenwachstum und die Pflanzenbewegungen mit einer zeitlichen Auflösung von Sekunden bis Jahren. Diese zeitliche Abdeckung ermöglicht es, sowohl Wachstumsveränderungen als auch Tropismusstörungen zu diagnostizieren, sobald sie sich manifestieren, anstatt sie erst dann zu bemerken, wenn Wachstum oder Tropismus bereits deutlich von ihrem normalen Verlauf abgewichen sind.

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