Potsdam/Berlin – Wissenschafter von der Universität Potsdam haben anhand von Lupinen erstmals in 3D-Bildern festgehalten, wie Pflanzen mit ihren Wurzeln Wasser aus dem Boden ziehen. Dafür verbesserten sie die Zeitauflösung der sogenannten Neutronentomografie gleich um mehr als das Hundertfache: Alle zehn Sekunden erstellten sie eine detaillierte dreidimensionale Aufnahme. Die Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Böden.

"Dies war bislang mit dieser Zeitauflösung nur in Durchsicht durch die Probe, also in 2D, möglich", erklärt Christian Tötzke, Erstautor der in den "Scientific Reports" veröffentlichten Studie. 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 100 Mal schneller ist als bisherige Verfahren, könnte es auch in anderen Proben ermöglichen, schnelle Prozesse in Echtzeit zu beobachten, etwa in Brennstoffzellen, Batterien oder Baustoffen.

Schweres Wasser

Die Bodenforscher 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 Wissenschafter 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 am Helmholtz-Zentrum Berlin 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 erreichte es das Team, dass solche 3D-Kartierungen nun in nur zehn Sekunden gelingen. (red, 25.7.2017)