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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Gestresste Pflanzen in 3D |
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| | | Stress ist Pflanzen äußerlich nicht unbedingt sofort anzusehen. In den feinen Strukturen pflanzlicher Zellorganellen hingegen zeichnet sich jeder Einfluss sofort ab. Bislang konnten Wissenschaftler diese Vorgänge nur beschränkt beobachten oder in theoretischen Modellen erfassen. |
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Ein Grazer Forschungsteam von Pflanzenphysiologen hat nun gefördert vom Wissenschaftsfonds (FWF) eine Methode entwickelt, mit der man erstmals tagesrhythmische oder Stress-bedingte Veränderungen im Pflanzeninneren dreidimensional darstellen und vermessen kann.
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Pflanzenstress |
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Ungünstige Umweltbedingungen wie Wasser-, Licht- oder Nährstoffmangel verursachen bei Pflanzen Stress, der sich unter anderem in einer verminderten Photosynthese niederschlägt: Die Pflanze kann nicht mehr ausreichend chemische Energie in Form von Kohlehydraten aus der Sonnenenergie umwandeln und droht abzusterben.
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Untersuchungen an Spinat, Kiefer und Fichte |
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Um einen Einblick in die dabei ablaufenden Prozesse zu gewinnen, untersuchten Günther Zellnig und sein Mitarbeiter Andreas Perktold vom Grazer Institut für Pflanzenphysiologie anhand von drei Arten - Spinat, Kiefer und Fichte - bestimmte Organellen, das sind Bestandteile der Pflanzenzelle, auf ihre Veränderungen im Tagesrhythmus und unter Stresseinwirkung.
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Vor allem Organellen von Stress betroffen |
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"Organellen wie die Mitochondrien, Chloroplasten oder Peroxisomen werden durch die Stressfaktoren am meisten belastet oder verändert", erläutert der Pflanzenphysiologe die Analysen der Pflanzen aus einem speziell klimatisierten Gewächshaus.
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Bisherige Analysen mit Elektronen-Mikroskop unzureichend |
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"Vor allem die Chloroplasten, das sind jene Strukturen in den Zellen der grünen Blätter, in denen die Photosynthese abläuft, werden stark beeinflusst. Bislang war es mit der herkömmlichen Untersuchungsmethode, dem 'Transmissions-Elektronen-Mikroskop' (TEM), aber nicht möglich, vollständige Organellen zu erfassen. Die Chloroplasten beispielsweise sind schlichtweg zu groß, um sie mit dem TEM im ganzen abbilden zu können", so Zellnig.
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"Wir brauchen dreidimensionale Daten" |
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"Zudem arbeitet diese Methode nur mit zweidimensionaler Auflösung. Um die Veränderungen in der Feinstruktur sinnvoll festzustellen und in weiter Folge Schädigungen zu unterscheiden, brauchen wir dreidimensionale Daten", so Zellnig weiter.
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Mikroskopische Strukturen...
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Zweidimensionale Mikroskop-Aufnahme eines Blattquerschnittes.
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...in der zweiten Dimension
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Zweidimensionale Mikroskop-Aufnahme eines Chloroplasten.
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Neue Einsichten durch 3D-Bilder |
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Mit der vom Forschungsteam weiter entwickelten Technik können nun 2D-Messungen mit 3D-Ansichten kombiniert und damit tatsächlich existierende Zellstrukturen realisiert werden. Das erste Zwischenergebnis:
"Wir konnten deutliche Unterschiede innerhalb der Chloroplasten und Mitochondrien im Tagesverlauf und unter Stress feststellen, wobei die drei Pflanzenarten unterschiedlich auf die äußeren Einflüsse reagieren", resümiert der Wissenschaftler.
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Detailreichtum in der dritten Dimension
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Blattquerschnitt (links) und Chloroplast (rechts) in der dreidimensionalen Darstellung. Im Blattqueschnitt werden die verschiedenen Zellteile sichtbar, im Chloroplasten sind sogar die Feinstrukturen der Organellen zu erkennen.
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"Basis für weitere physiologische Analysen" |
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"Die gewonnen Daten dienen uns jetzt nicht nur als Grundlage für ein Folgeprojekt mit Freilandpflanzen, sondern liefern auch eine wertvolle Basis für weitere physiologische Analysen", so Zelnig.
Eva-Maria Gruber, Universum Magazin
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01.01.2010 |
