Das DIY-Potometer hilft den Trocknungsstress von Pflanzen abzuschätzen. Natürlich geht das auch technisch aufwändiger, aber besser werden die Daten dadurch auch nicht. Ein Potometer ist geeignet den Wasserverbrauch von Pflanzenteilen zu ermitteln. Im gezeigten Beispiel wurde ein frisch unter Wasser angeschnittener Zweigabschnitt auf der einen Seite luftblasenfrei mit einem Gummischlauch (durchsichtiges Silikon wäre besser gewesen) verbunden. Die Dichtigkeit der Verbindungsstelle zwischen Schlauch und Zeigstück sicherte ein Streifen dehnbare Verschlussfolie. Auf der anderen Seite wurde anschließend eine Pipette (Nennvolumen 2 ml) ebenso luftblasenfrei montiert. In diesem Fall war der Schlauchinnendurchmesser so weit, dass die trockene Pipette zunächst eine Wickel aus Verschlussfolie erhielt, um den Schlauch dicht füllen zu können. Die Dichtigkeit des Aufbaus entscheidet über die Qualität der gelieferten Daten. Zudem würde der Einschluss von Luftblässchen zu einer Embolie im Zweigelement führen und damit den Flüssigkeitsstrom unterbrechen.
Kennzeichnend für die Änderung der klimatischen Bedingungen scheint außer den ertragsstarken Niederschlagsepisoden auch eine Zunahme des Windes zu sein. Luftbewegung wurde als zu variierender Parameter gewählt. Damit die Luftbewegung reproduzierbar und über den gesamten Versuchszeitraum (jeweils 20 Minuten) konstant gehalten werden konnte wurde ein erster Versuchszeitraum mit Windstille und ein zweiter Versuchszeitraum im Anschluss an eine 5minütige Umstellungsphase mit mäßig ventilatorbewegter Luft gewählt.
Der Wasserverbrauch pro Zeiteinheit hat sich annähernd verdoppelt. Die Ablesegenauigkeit bei der verwendeten Pipette war offensichtlich hinreichend, wie auch der Korrelationskoeffizient bestätigt.
Pflanzenteile verlieren vorwiegend durch das Blattwerk Wasser, denn Blätter enthalten Spaltöffnungen durch die die Pflanze Wasser an die Umgebung abgibt. Auf diese Weise entsteht ein Transpirationssog, der unter anderem Nährsalze aus der Bodenlösung (dem feuchten Erdboden) in die Pflanze trägt und zum anderen das für die Photosynthese erforderliche Wasser nachliefert, wobei die Pflanze freiwerdenden Sauerstoff nach außen abgeben muss.
Die Blätter der Lorbeerkirsche besitzen eine glänzende Oberseite mit einer dicken Wachsschicht. Sie besitzt kaum zählbare Spaltöffnungen. Anders verhält es sich mit der Blattunterseite. Die Spaltöffnungsdichte eine Blattes ist keine unveränderbare Größe. Junge Blätter besitzen weniger Spaltöffungen als ausgereifte Blätter, Standort und -bedingungen können ebenfalls Anpassungen bedingen. Mikroskopisches Licht durchdringt die reifen Blätter nicht. Die Blattunterseite besitzt zudem keine für das Zählen ausreichend plane Oberfläche. Mittels farblosem Nagellack lässt sich nach zweifachem Auftrag und Trocknung eine hinreichend stabile Schicht des durchsichtigen Lackes erzeugen, die mithilfe eine Pinzette nach oberflächlichem Anritzen abziehen lässt. Um eine Skala für geeignete Abmessung des Areals zu schaffen wurde ein Millimeterpapier auf eine Overheadfolie kopiert und 1 cm² ausgeschnitten. Auf einem Objektträger wurden als unterste Schicht die Millimeterpapierkopie und anschließend der Nagellackabzug mit einem Streifen klarer Klebefolie fixiert. Dieser Aufbau lässt eine Bestimmung der Spaltöffnungsdicht zu.
Die an Kaffeebohnen erinnernden Strukturen sind Spaltöffnungen. Sie sind sichtbar, weil der farblose Nagellack sich an die Blattoberfläche gut angepasst hat und eine glatte Oberfläche besitzt, sodass die auf dem ehemals auf dem Blatt befindliche Seite unterschiedliche Steigungen und Dicken aufweist, was für Lichtbrechung sorgt. Leider führt dieser Aufbau in Verbindung mit dem verwendeten Mikroskop zu Farbsäumen.
Auf dem Bild nicht zu sehen sind die schwarzen Tonerflecke aus dem Kopiervorgang. Auch glattrandig und gleichmäßig erscheinende Linien und Flächen eines kopierten oder lasergedruckten Textes erscheinen nicht glatt. Die Umgrenzungen waren jedoch eindeutig zu erkennen. Je 5 Flächen von 1 mm² Größe wurden ausgezählt und die Ergebnisse arithmetisch gemittelt. Beim Zählvorgang war der Umgang mit auf der Grenze liegenden Spaltöffnungen zu regeln. Es wurde entsprechend des biologieüblichen Verfahren jede Spaltöffnung mitgezählt, die auf der linken beziehungsweise unteren Begrenzung lag. Im Mittel wurden 80 Spaltöffnungen pro mm² gezählt, was einer „normalen“ Dichte entspricht.
Viel Blatt, viel Transpirationsfläche! Die Einordnung des Wasserverbrauchs benötigt auch eine ungefähre Oberflächenbestimmung der im Versuch transpirationsaktiven Blätter. Die Blattflächenbestimmung erfolgt nach einem planimetrischen Verfahren. Nach Versuchsende wurde ein als typisches Blatt erachtetes Blatt vom Zweig entfernt, dessen Umriss auf ein Blatt Papier übertragen und die so markierte Fläche möglichst genau ausgeschnitten. Als Vergleichsfläche diente ein Ausschnitt eines Elementes von 10 cm x 10 cm des gleichen Papiers. Beide Papierstücke wurden genau gewogen. Die Blattschablone wog 0,3087 g und das 10×10-Element 0,7273 g. Das 10×10-Element weist eine Fläche von 100 cm² auf. Aus dem Verhältnis der Gewichte von Blattschablone zu 10×10-Element lässt sich eine Fläche von 42,4 cm² für das Blattelement schätzen.
Ausgehend von diesen Angaben und unter Berücksichtigung der Anzahl Blätter (hier 14) lässt sich die stomatäre Transpirationsrate für den Ruhe und für den Fall mit bewegter Luft ermitteln.
Versuch und Wirklichkeit
Mit zunehmender Luftgeschwindigkeit kommt die stomatäre Transpirationsrate an physiologische Grenzen. Die Pflanze kann dem stomatären Trocknungsverlust mit einem aktiven Schließen der Spaltöffnungen entgegenwirken. Der Schließvorgang lässt sich unter anderem durch die unmittelbar mit der verstärkten Luftbewegung Messung des Wasserverlustes bestätigen. Einsetzende, starke Luftbewegung führt zunächst zu einem sehr hohen Wasserverbrauch pro Minute, der aber nach wenigen Minuten in einen geringeren minütlichen Wasserverbrauch abgeregelt wird.
Neben der Transpiration über die Spaltöffnungen verlieren Pflanzen auch durch ihre geschlossene Oberfläche Wasser. Abhängig von Pflanzenart, Alter und Vorgeschichte besitzen Pflanzen auf ihren Blättern eine Schutzschicht aus einer wachsartigen Substanz: Das Cutin. Die Epidermiszellen bilden diese Substanz und schütten sie gerichtet nach außen hin in die Zellwand aus.
Auf 11 Uhr ist auf der Blattoberfläche eine Spaltöffnung sowie die darunterliegende Atemhöhle zu sehen. Die nach außen gerichtete, abschließende Zellschicht trägt zudem eine im Bild rötlich scheinende, abgenzende Schicht (Epidermis) nach außen, die sich auf der Innenseite der Epidermis nicht findet. Die Bildung des Wachses erfolgt somit zielgerichtet. Vor der Abgabe in den Verkauf müssen Jungpflanzen im Gewächshaus zunächst abgehärtet werden. Dies kann mittels Wind und Berührung geschehen. Zuweilen verbringen die jungen Pflanzen einen Teil des Tages draußen bei Sonnenlicht. Die Abhärtung von Pflanzen erfolgt demnach als Reaktion der Pflanze auf äußere Reize.
Diese Vorversuche könnten umfassendere Untersuchungen vorbereiten, wie sie für BTA als Facharbeiten / Projekte oder Studierende der Biologie für Bachelor und Master vorgesehen sind. Solche Arbeiten stoßen wegen des Zeitbedarfs jedoch schnell an Grenzen, wenn wesentliche Wirkeinflüsse gelichmäßig und rückführbar aufgezeichnet werden müssen. Sie sind im Rahmen von Züchtung und anpassung, von Entwicklung von Maßnahmen zu Kultur und Durchmischung ….. jedoch unverzichtbar. Wäre es nicht nett, wenn ein Teil der Untersuchungen automatisiert ablaufen und aufgezeichnet werden könnten? Diese Frage stellt sich in allen Bereichen von Medizin und Biotechnik (zu der letztlich auch die Aufbereitung von Wasser und Nahrung gehört). Die letzten Jahre brachten enorme Fortschritte in Bezug auf Automatisierung und Dokumentation, auf Qualitätssicherung in der Forschung. Aktuelle ausbildung arbeitet leider oft noch mit semiaktuellen Lehrplänen. Wie gut, dass Institutionen wie die Technik-Garage an solche Vorgaben nicht gebunden ist. Biokunststoff aus Algen, Cybridherstellung … Massimo Banzi hat die Mikrocontrollertechnik und damit deren Nutzung in Unterricht, Forschung und Hobby unglaublich stimuliert und für die Allgemeinheit, also DICH und MICH geöffnet.