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Internet-Sonden

Internet-aktive Sonden messen die Wasserversorgung von Pflanzen

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Die Turgormesssonde nach Zimmermann (s. Abb. 2B) ist die einzige Methode, mit der der Turgor direkt in einer Blattzelle gemessen werden kann. Bei dieser Sonde wird der Turgor über eine mit Öl gefüllte Mikroglaskapillare erfasst. Die Kapillare wird unter dem Mikroskop mithilfe von Manipulatoren in eine Blattzelle eingeführt. Der Turgor schiebt Zellsaft in die Kapillare. Die Öl/Wasser-Grenzschicht lässt sich über eine, mit einem Metallstab verbundene Mikrometerschraube optimal einstellen. Der sich in der Ölphase einstellende, dem Turgor entsprechende Gleichgewichtsdruck wird mit einem Drucksensor gemessen. Die Turgormesssonde liefert sehr genaue Messwerte, erfordert aber große Erfahrung und ist nicht feldtauglich, da bereits geringe Bewegungen des Blattes zu Vibrationen der Mikrokapillare führen, die die Zelle zerstören.

Magnetische Turgormesssonde

Die neue nicht-invasive, universell einsetzbare, magnetische Turgormesssonde, die in Abbildung 3A unter Messbedingungen an einem Bananenblatt zu sehen ist, misst relative Turgoränderungen im Blatt. Für wissenschaftliche Fragestellungen, bei denen die Absolutgröße des Turgors von Interesse ist, kann die Sonde vorab mit der Turgorsonde (s. Abb. 2B) geeicht werden [5-7]. Die magnetische Sonde (wissenschaftlicher Name: leaf patch clamp pressure probe; kommerzieller Name: ZIM- probe; ZIM: Zimmermann Irrigation Monitoring) erfüllt alle Anforderungen eines optimalen Bewässerungs-Sensors [5-7]: Sie ist kostengünstig, nutzerfreundlich, robust gegen Regen, Sturm, Sandböen und starke Sonneneinstrahlung. Kleinste dynamische Turgoränderungen werden mit hoher Präzision in Echtzeit erfasst. Die Messungen erfolgen nicht-invasiv, ohne das Blatt zu schädigen und sind somit über die gesamte Vegetationsperiode möglich (s. Abb. 4). Die Sonden sind mit kleinen Funksendern versehen, die die Turgorsignale zu einer zentralen Datenfernübertragungsstation schicken. Diese überträgt die Signale über Mobilfunk zu einem Server im Internet (s. Abb. 1).

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Als Sensorelement fungiert bei der Magnetsonde ein kleiner Blattfleck, dessen Stomata abgedeckt sind. Turgoränderungen im freien Blattgewebe werden im Bruchteil einer Sekunde auf die Zellen im Blattfleck übertragen, da diese hydraulisch mit dem umgebenden Gewebe gekoppelt sind. Realisiert wird dieses Sensorelement, indem ein Blatt in situ zwischen zwei kleine kreisrunde Platten aus Aluminium geklemmt wird (s. Abb. 3B). Die Platten sind jeweils mit einem Magneten verbunden. Turgor-änderungen im Sensorelement werden mit einem in Silikon eingebetteten, hochempfindlichen Miniatur-Drucksensor, der in die untere Platte integriert wurde, gemessen. Über ein Gewinde lässt sich der Abstand zwischen der oberen Platte und dem mit ihm verbundenen Magneten verändern. Über die Änderung der Distanz zwischen den beiden Magneten lässt sich der magnetische Druck optimal und konstant an die Dicke und an die mechanische Festigkeit eines Blattes anpassen.

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