Mit fast 40 Prozent Eiweißgehalt ist die Lupine nicht nur eine hochkarätige Proteinquelle. Darüber hinaus wird die Hülsenfrucht als Stickstoffsammler für die natürliche Düngung der Böden geschätzt. Die an den Wurzeln sitzenden Knöllchenbakterien binden aber nicht nur Stickstoff, sondern ziehen selbst aus schwierigen und tiefen Böden Wasser. Wie die Lupine das macht, konnten Forscher der Universität Potsdam nun erstmals anhand von 3D-Aufnahmen nahezu in Echtzeit beobachten.

Zeitauflösung der Technik verbessert

Möglich wurde das durch die Weiterentwicklung einer Neutronenstrahl-Analysetechnik, die  am Helmholtz-Zentrum Berlin etabliert ist. Gemeinsam mit den Berliner Forschern ist dem Potsdamer Team um Christian Tötzke gelungen, die Zeitauflösung der Neutronentomographie-Bildgebungsanlage um mehr als das Hundertfache zu verbessern.

3D-Bilder im Zehn-Sekunden-Abstand

Mindestens eine Stunde Messzeit war bisher nötig, um an der Bildgebungsanlage mit Neutronentomografie eine detaillierte dreidimensionale Karte der Wasserverteilung zu erstellen. Nunmehr lieferte die Analysetechnik alle zehn Sekunden 3D-Aufnahmen, die in enger Folge ein Video ergeben, wie die Forscher im Fachjournal „Scientific Reports“ berichten. Durch den „Film“ wird deutlich, wie das Wasser aus dem Boden in die Höhe steigt und von den Lupinenwurzeln aufgenommen wird. „Dies war bislang mit dieser Zeitauflösung nur in Durchsicht durch die Probe, also in 2D, möglich“, erklärt Christian Tötzke.

Routieren statt verharren

Um den Wassertransport in Boden und Pflanzenwurzeln zu beobachten nutzen die die Wissenschaftler zusätzlich schweres, sogenanntes deuteriertes Wasser, das sich mithilfe von Neutronen von normalem Wasser gut unterscheiden lässt. Anders als sonst, musste das Bild-Objekt, die Lupine, für die Aufnahme nicht wie bei einer Fotografie regungslos verharren. Der Studie zufolge ließen die Forscher die Lupinenpflanze im Bodenzylinder langsam, aber durchgängig rotieren, während die Anlage fortlaufend sehr kurze Aufnahmen machte. Damit liefern die Potsdamer Forscher neue Erkenntnisse, die zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Böden beitragen. Sie sind überzeugt, dass die neue Highspeed -Analysetechnik auch geeignet ist, um Prozesse wie in Brennstoffzellen, Batterien oder Baustoffe schneller zu beobachten.

bb