Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hilfe für gestresste Pflanzen

11.02.2009
Das Institut für Bioengineering (IfB) der FH Aachen und das Institut für Biologie I der RWTH entwickeln zurzeit einen Scanner, der in wenigen Sekunden Pflanzenblätter analysiert und so die stressresistenten Pflanzen erkennt. Mit einem flächendeckenden Screening kann der Fortbestand vieler Pflanzenarten gesichert werden.

Stress - eine Zivilisationserkrankung in der modernen Welt. Nicht nur wir Menschen leiden und erkranken daran, auch Pflanzen sind mitunter gestresst. Sie reagieren mit biochemischen Veränderungen auf die unkomfortable Situation, beispielsweise mit einer verlangsamten Photosynthese bei kühleren Temperaturen und wenig Sonneneinstrahlung.

Wenn Pflanzen zu lange zu stark unter Stress stehen, hat das mitunter drastische Auswirkungen: Die Pflanze stirbt. Studien haben ergeben, dass Stressfaktoren wie Trockenheit, Hitze, Kälte oder salzige Böden Hauptursachen für Ernteverluste bei allen Nutzpflanzen sind; bei bis zu 80 Prozent kann der Schaden liegen. Was jetzt bereits für viele Landwirte auf der ganzen Welt besorgniserregend ist, könnte sich in den nächsten Jahren noch verschlimmern: Klimaexperten prognostizieren, dass die klimatischen Veränderungen in wenigen Jahren weltweit zu Lebensbedingungen führen werden, die für viele heutige Nutzpflanzen derart massiven Stress bedeuten, dass sie daran zugrunde gehen. Somit wären in wenigen Jahren viele Pflanzen für den Anbau schlicht nicht mehr geeignet.

Dieses Szenario birgt, neben den ökologischen, große ökonomische und politische Gefahren: Schon heute verzeichnen die Landwirte jährlich Ernteverluste in Millionenhöhe, weil die Pflanzen aufgrund des ausgelaugten Bodens und der klimatischen Bedingungen zu wenig Früchte austragen oder absterben. Um dem entgegenzuwirken, forschen Unternehmen auf der ganzen Welt daran, Pflanzenmutanten zu erzeugen, die besser mit dem vorhandenen Stress umgehen können. Bei Bayer CropScience etwa laufen derzeit mehrere Forschungsprojekte, die sich mit der Züchtung stresstoleranter Linien für Raps, Baumwolle, Reis und Mais befassen. Dabei werden moderne biotechnologische Verfahren eingesetzt, die sowohl gentechnologische als auch nicht-gentechnologische Methoden einschließen. Derzeit verheißt den größten Erfolg, durch gezielte Manipulation einzelner Gene die biochemischen Stoffwechselwege zu verändern.

Um erfolgreiche Neuzüchtungen zu entwickeln, müssen hunderttausende Samen behandelt, Einzelpflanzen angezüchtet und analysiert werden. Diese Messungen an einer größeren Population von Einzelpflanzen sind enorm zeit- und arbeitsaufwendig. Obschon zahlreiche Parameter wie Flächendichte, Struktur und Verteilung von Leitbündeln, Chlorophyllgehalt und noch viele weitere Kriterien wichtig sind für eine Auswahl, sind solch aufwendige Analysen aus Zeitgründen oft nicht möglich. Darüber hinaus ist es erforderlich, dass die Pflanzen erst in ein bestimmtes Wachstumsstadium kommen, bevor mit Sicherheit entschieden werden kann, dass eine erfolgreiche Mutation vorliegt. "Diese Strategie", so Prof. Gerhard Artmann vom Institut für Bioengineering (IfB) der FH, "steht und fällt mit der Möglichkeit, viele 10.000 Pflanzen zu screenen. Will man das gewissenhaft machen, ist das nur mit einem Pflanzen-Screening-Roboter zu erreichen, der rasch und automatisiert anzeigt, ob die Bündelscheidenzellen sich vergrößern, ergrünen und der die Photosyntheserate ermittelt." Einen solchen Roboter gibt es jedoch nicht. In einem Gemeinschaftsprojekt des IfB und dem Institut für Biologie I der RWTH entwickeln Artmann und sein Kollege Prof. Fritz Kreuzaler mit ihren Teams daher zurzeit einen Scanner, der die Blätter analysiert und so die stressresistenten Pflanzen erkennt. Hierbei sollen wesentlich mehr Parameter Berücksichtigung finden, als dies bislang möglich ist. Ein weiteres Ziel ist, pro Blattanalyse nicht mehr als zehn Sekunden zu benötigen. "Das Highthroughput Pflanzenblattscanning wird bereits in sehr frühem Stadium der Forschung zu der Entscheidung beitragen, ob ein bestimmter Mutant erfolgreich war oder nicht und ermöglicht es demzufolge, schneller entscheiden zu können, ob eine bestimmte Strategie zur Mutantenerzeugung erfolgreich war", erklärt Artmann zuversichtlich. An der RWTH werden bereits erste Arbeiten durchgeführt, die dazu dienen sollen, die CO2-Aufnahme von Mais und Zuckerrohr zu erhöhen.

Seit Kurzem arbeitet Artmanns Gruppe auch an einem weiteren, tragbaren Pflanzenblattscanner. Dieser ist in der Lage, das Volumen einzelner Blätter auf ein Zehntel Promille genau zu messen, sodass Umwelteinflüsse wie etwa Wasserentzug oder Salzzufluss unmittelbar in wenigen Sekunden am Blattvolumen abgelesen werden können.

Das BMBF-FHProfUnd-Projekt ist auf drei Jahre angelegt. Es wird von einem Wissenschaftler und einem Doktoranden betreut und bietet zahlreichen Diplomanden und Masterstudierenden beider Hochschulen Stoff für Semester- und Abschlussarbeiten. So entwickeln die beiden Biomedical Engineering-Studentinnen Martina Krystek und Katharina Wendt in ihrem Bachelorprojekt unter anderem das Design für den tragbaren Scanner. Dieser soll, an ein Notebook angeschlossen, auf dem Feld und im Gewächshaus nutzbar sein. "Wenn unser Projekt erfolgreich ist", so Artmann, "würde der Scanner die Pflanzenstressforschung um Millionenbeträge preiswerter und die Auslese treffsicherer machen."

Dr. Roger Uhle | idw
Weitere Informationen:
http://www.fh-aachen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bienen brauchen es bunt
20.08.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Künstliche Enzyme aus DNA
20.08.2018 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Quantenverschränkung erstmals mit Licht von Quasaren bestätigt

20.08.2018 | Physik Astronomie

1,6 Millionen Euro für den Aufbau einer Forschungsgruppe zu Quantentechnologien

20.08.2018 | Förderungen Preise

IHP-Technologie darf in den Weltraum fliegen

20.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics