Pflanzenaufnahme von Umweltchemikalien

Vorgehensweise, Bedeutung und unterschiedliche Testdesigns.
Die Pflanzenaufnahme von Umweltchemikalien wie z.B. Schwermetallen und Pflanzenschutzmitteln und deren Abbauprodukte ist ein wichtiger Prozess, der ihre Verfügbarkeit für Verlagerung, Oberflächenabfluss und Verflüchtigung limitieren kann. Darüber hinaus sind Kenntnisse zum Prozess der Pflanzenaufnahme bedeutsam für die Sanierung von Altlasten durch Pflanzen (Bioremidation) und im Kontext von Rückständen in Nahrungsmittelpflanzen.
Die gewünschte Pflanzenart wird zunächst in natürlichem Boden vorkultiviert, bis sich ein ausgeprägtes Wurzelsystem entwickelt hat (siehe Abb. 1). Die Erde wird dann vorsichtig mit Wasser abgespült. Anschließend werden die Pflanzen mit den freigespülten Wurzeln in das hydroponische System überführt (siehe Abb. 2).
Im Folgenden werden drei Testsysteme vorgestellt, mit denen in der Abteilung Umweltchemie Pflanzenaufnahmefaktoren bestimmt werden.
Testdesign A:
In Boden angezogene Pflanzen inkubiert in applizierter wässriger Lösung inkubiert.
Die gewünschte Pflanzenart wird zunächst in sandiger Erde vorkultiviert bis sich ein ausgeprägtes Wurzelsystem entwickelt hat (siehe Abb. 1). Die Erde wird dann vorsichtig mit Wasser abgespült. Anschließend werden die Pflanzen mit den freigespülten Wurzeln in das hydroponische System überführt (siehe unten).
Das hydroponische System verhindert weitgehend Abbau- und Sorptionsprozesse, so dass die Abnahme der Substanzmenge in der Testlösung eindeutig der Pflanzenaufnahme zugeordnet werden kann. Durch die Wahl eines geeigneten Puffersystems kann der Einfluss des pH-Wert auf die Pflanzenaufnahme einer dissoziierenden Substanz untersucht werden.
Abb. 1: Weizenwurzel mit Boden
Abb. 2: Beispielpflanzen im Testsystem
Testdesign B:
In Perlite® kultivierte Pflanzen inkubiert in applizierten künstlichen Bodenwasserlösungen.
Um Pflanzengesundheit sicher zu gewährleisten, wurde ein Testdesign mit "schwebenden Töpfen" entwickelt. Dazu werden Pflanzen in einem mit Perlite® gefüllten Topf herangezogen. Nach Erreichen eines bestimmten BBCH-Stadiums wird das Testsystem gemäß Abb. 3 aufgebaut. Um eine ausreichende Sauerstoffzufuhr zu gewährleisten, wird das System kontinuierlich belüftet und die Nährlösung regelmäßig erneuert.
In Abhängigkeit vom gewünschten BBCH-Stadium können Stützstäbe der Pflanze nötigen Halt geben. Die Pflanzen verbleiben über die gesamte Dauer der Anzucht und des anschließenden Tests ungestört im Aufzuchtgefäß (Abb. 4).
Abb. 5: Schema des Systems
Abb. 4: Beispiel von in Perlite® kultivierten Pflanzen
Testdesign B:
In Quarzsand herangezogene Pflanzen mit applizierter Lösung bewässert.
In diesem Higher-Tier Testsystem (Abb. 5) erfolgt die Pflanzenanzucht direkt in inertem Quarzsand. Durch die spezielle Versuchsanordnung kann die Pflanzenaufnahme von der Keimung bis zur Ernte einer Pflanze untersucht werden. Die Bewässerung, zu Beginn mit Nährlösung, später mit der Testlösung, erfolgt im Wurzelbereich und wird über eine Peristaltikpumpe kontrolliert. Die Höhe des Wasserstandes kann variiert werden.
Dieses Testsystem ermöglicht aerobe Bedingungen, eine Minimierung der Wasserverdunstung und eine kontrollierbare Bodenporenwasserlösung. Die Pflanzen können darüber hinaus über einen langen Zeitraum herangezogen und getestet werden (Abb. 6).
Abb. 3: Schema des Systems
Abb. 6: Beispielpflanzen in Quarzsand kultiviert.
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