3-D-Analyse zeigt Spinat unter Stress

17. Juni 2002, 19:16
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Grazer Forscher betrachten die Folgen von Trockenheit für Pflanzen

Graz - Pflanzenzellen werden schon seit längerem mit dem Elektronenmikroskop untersucht. Erstmals ist es nun aber gelungen, ganze Zellorgane zu rekonstruieren. "Für die herkömmliche Methode waren manche Organellen (die Bestandteile einer Zelle wie etwa deren Kern, Anm.) schlicht zu groß", erläutert Günther Zellnig vom Grazer Institut für Pflanzenphysiologie. Nun wurden Serien von etwa 100 übereinander liegenden Schnitten mikroskopisch untersucht und mit einem Bildverarbeitungsprogramm wieder zusammengefügt.

Dazu muss das Pflanzenmaterial zuerst in ein spezielles Kunstharz gegossen werden, um daraus Ultradünnschnitte herzustellen - gerade einmal ein Zehntausendstel eines Millimeters dick. Diese Schnitte werden einzeln mikroskopiert, vermessen und statistisch erfasst, dann wird mit dem Computer ein Gesamtbild in 3-D erstellt.

Chloroplasten haben das besondere Interesse des Grazer Teams auf sich gezogen. In diesen Zellorganen spielt sich die Photosynthese ab, also jener Prozess, bei dem die Energie der Sonnenstrahlen in chemische Energie (als Zucker) umgewandelt wird.

Chloroplasten finden sich zwar in allen Pflanzen, das Projekt konzentriert sich jedoch auf drei Arten: Spinat, Kiefer und Fichte. "Weil Spinat einen herkömmlichen Blattaufbau hat und ganz anders reagiert als Nadelbäume", erläutert Günther Zellnig.

Bevor die Blätter und Nadeln unters Mikroskop kommen, müssen sie noch einiges über sich ergehen lassen. Denn die Pflanzenphysiologen wollen vor allem wissen, wie sich die Organellen verändern, wenn die Pflanze unter Trockenstress steht, also zu wenig Wasser bekommt. Die 3-D-Bilder zeigen, dass dann keine Stärke (ein Photosynthese-Produkt) mehr produziert wird.

Energie im Speicher

Die Pflanze muss auf andere Energiespeicher zurückgreifen, um zu überleben. Um die Daten miteinander vergleichen zu können, müssen immer dieselben Bedingungen herrschen. Deshalb werden die Pflanzen in der Klimakammer aufgezogen, einem Gewächshaus, in dem Licht, Temperatur und Luftfeuchtigkeit exakt geregelt werden und wo der Tagesablauf von Morgen- bis Abenddämmerung simuliert wird.

Denn die 3-D-Ultrastruktur der Zellorgane verändert sich im Lauf des Tages: Zum Beispiel hat sich gezeigt, dass sich Lage, Anzahl und Zusammensetzung der Membranen im Inneren der Chloroplasten verändern. Im nächsten Schritt sollen die Ergebnisse aus dem vom Wissenschaftsfonds geförderten Projekt mit Freilandversuchen verglichen werden. Das Ziel: mit freiem Auge nicht erkennbare Veränderungen oder Schäden schon frühzeitig exakt durch Ultradünnschnitte zu erfassen. (Kirsten Commenda/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 18. 6. 2002)

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