Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln

24.07.2017

Wie Lupinen mit ihren Wurzeln Wasser aus dem Boden ziehen, haben Wissenschaftler der Universität Potsdam an der Berliner Neutronenquelle BER II erstmals in 3D fotografiert. Dafür verbesserten sie zusammen mit Kollegen vom Helmholtz-Zentrum Berlin die Zeitauflösung der Neutronentomografie gleich um mehr als das Hundertfache: Alle zehn Sekunden erstellten sie eine detaillierte 3D-Aufnahme. Die Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Böden und wurden in „Scientific Reports“ veröffentlicht.

Erstmals konnten die Potsdamer Forscher in 3D beobachten, wie Wasser aus dem Boden in die Höhe steigt und von den Wurzeln aufgenommen wird. „Dies war bislang mit dieser Zeitauflösung nur in Durchsicht durch die Probe, also in 2D, möglich“, erklärt Dr. Christian Tötzke, Erstautor der Studie, die nun in „Scientific Reports“ erschienen ist.


Zeitaufgelöste Tomographie einer Lupinenwurzel (gelbgrün), nachdem deuteriertes Wasser (D2O) von unten zugegeben wurde. Der Zeitverlauf zeigt die aufsteigende Wasserfront (H2O, dunkelblau), die durch das D2O von unten verdrängt wird. Die komplette Abfolge ergibt ein Video.

Foto: Christian Tötzke / Universität Potsdam

Die Ergebnisse erweitern das Verständnis von Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Böden, was sich bis hin zur Zucht und zum Anbau solcher Nutzpflanzen auswirken könnte. Die neue Aufnahmetechnik, die gut 100mal schneller ist als bisherige Verfahren, könnte es auch in anderen Proben ermöglichen, schnelle Prozesse in Echtzeit zu beobachten, etwa in Brennstoffzellen, Batterien oder Baustoffen.

Bodenforscher um Prof. Dr. Sascha Oswald von der Universität Potsdam sind regelmäßig an der Neutronenquelle BER II für Messungen zu Gast. Neutronen eignen sich hervorragend, um den Wassertransport im Boden und Pflanzenwurzeln zu beobachten.

Dafür nutzen die Wissenschaftler zusätzlich schweres, sogenanntes deuteriertes Wasser, das sich mithilfe von Neutronen sehr gut von normalem Wasser unterscheiden lässt. Mindestens eine Stunde Messzeit war bisher nötig, um an der Bildgebungsanlage CONRAD-2 mit Neutronentomografie eine detaillierte dreidimensionale Karte der Wasserverteilung zu erstellen.

Nun brachen die Forscher mit dem Paradigma, dass sich das Bild-Objekt während der Aufnahme möglichst wenig bewegen sollte, wie dies auch in der Fotografie die Regel ist. Sie ließen die Lupinenpflanze im Bodenzylinder langsam, aber durchgängig rotieren, während fortlaufend sehr kurze Aufnahmen gemacht wurden. Mit passgenauen technischen Veränderungen an CONRAD-2 durch die HZB-Experten Dr. Nikolay Kardjilov und Dr. Ingo Manke erreichte es das Team, dass solche 3D-Kartierungen nun in nur zehn Sekunden gelingen.

Die Ergebnisse sind erschienen in:
C. Tötzke, N. Kardjilov, I. Manke, S. E. Oswald, Capturing 3D Water Flow in Rooted Soil by Ultra-fast Neutron Tomography, Scientific Reports, 2017; 7:6192. DOI:10.1038/s41598-017-06046-w.
http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-06046-w

Kontakt: Prof. Dr. Sascha E. Oswald, Institut für Erd- und Umweltwissenschaften
Telefon: 0331 977-2675
E-Mail: sascha.oswald@uni-potsdam.de
Dr. Christian Tötzke, Telefon: 0331 977-2966


Medieninformation 24-07-2017 / Nr. 123
Dr. Barbara Eckardt

Universität Potsdam
Referat Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Am Neuen Palais 10
14469 Potsdam
Tel.: +49 331 977-2964
Fax: +49 331 977-1130
E-Mail: presse@uni-potsdam.de
Internet: www.uni-potsdam.de/presse

Edda Sattler | Universität Potsdam

Weitere Berichte zu: Lupinen Neutronen Neutronentomografie Paradigma Wassertransport

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht In Form bleiben
16.08.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Intelligente Fluoreszenzfarbstoffe
16.08.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: 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...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

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

Schatzkammer Datenbank: Digitalisierte Schwingfestigkeitskennwerte sparen Entwicklungszeit

16.08.2018 | Informationstechnologie

Interaktive Software erleichtert Design komplexer Gussformen

16.08.2018 | Informationstechnologie

Fraunhofer HHI entwickelt Quantenkommunikation für jedermann im EU-Projekt UNIQORN

16.08.2018 | Informationstechnologie

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