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Alle Umweltparameter unter Kontrolle Beste Bedingungen für Pflanzenforschung durch neue Pflanzenforschungsräume
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Alle Umweltparameter unter Kontrolle

Beste Bedingungen für Pflanzenforschung durch neue Pflanzenforschungsräume

Mit den modernen P anzenforschungslaboren hat sich die Forschungs äche mit einem Schlag auf 6 x 12 m2 verdreifacht. Die alten Anlagen mussten ersetzt werden, weil sie zu klein geworden waren und die Klimaregulierung nicht der Präzision der modernen P anzengenetik genügte. Forscher Dr. Stefan Weinl der Forschungsgruppe Molekulare Genetik und Zellbiologie der P anzen nennt die Investition einen Gewinn für die wissenschaftliche Forschung: „Im alten Institut hatten wir Forschungsräume aus den sechziger Jahren. Wir hatten nicht genug Platz und die Anlagen waren veraltet.”
Die westfälische Wilhelm-Universität in Münster hat sechs P anzenforschungslabore für molekulargenetische und zellbiologische Forschung in Betrieb genommen. Mit diesen hochmodernen Anlagen kann das Institut für Biologie und Biotechnologie der P anzen sich zu den besten Deutschlands zählen. Redation: LABinsights | Fotogra e: FOODnote | Übersetzung aus dem Niederländischen: TaalKrachtig Mit den modernen P anzenforschungslaboren hat sich die Forschungs äche mit einem Schlag auf 6 x 12 m2 verdreifacht. Die alten Anlagen mussten ersetzt werden, weil sie zu klein geworden waren und die Klimaregulierung nicht der Präzision der modernen P anzengenetik genügte. Forscher Dr. Stefan Weinl der Forschungsgruppe Molekulare Genetik und Zellbiologie der P anzen nennt die Investition einen Gewinn für die wissenschaftliche Forschung: „Im alten Institut hatten wir Forschungsräume aus den sechziger Jahren. Wir hatten nicht genug Platz und die Anlagen waren veraltet. Jetzt können wir mit den neuen Anlagen in der Forschung nach Arabidopsis, unserem Hauptforschungsobjekt, Fortschritte machen. Wir versuchen das Wissen aus dieser Modellp anze auf kommerzielle P anzen zu übertragen. Das ist Grundlagenforschung. Bei Arabidopsis können wir in acht Wochen von der ersten zur nächsten Generation gehen, während das bei Acker- oder Gartenbaup anzen wie Reis, Tomate, Kartoffel und Tabak ein ganzes Jahr dauert. Wenn wir P anzen dürrebeständiger machen wollen, dann nehmen wir die Forschung nach dürreregulierenden Genen in Arabidopsis als Ausgangspunkt. Wir identi zieren analoge Gene für Dürretoleranz in Tomaten und ersetzen sie mittels Biotechnologie durch Arabidopsis-Gene. So beschleunigt man die Forschung enorm.“ Signalwege Alle P anzenforschungslabore bieten dieselben klimatischen Basisfunktionen, was der Forschung Flexibilität verleiht. Zur Messung der Hitzebeständigkeit kann die Temperatur auf bis 50 oC eingestellt werden und zur Messung der Kältebeständigkeit können die Räume auf bis -3 oC abgekühlt werden. „Eine P anze kann sich verglichen mit einem Tier gut an sich verändernde Bedingungen anpassen. Sie verfügen über ein enormes Reper- toire an Taktiken um sich gegen hohe oder niedrige Temperatu- ren, Dürre oder Salzstress zu wehren. Letzteres ist ein Problem in trockenen Gebieten. Wir untersuchen, welche Signale P anzen ‘Die Anlagen dürfen auf keinen Fall ausfallen’ 10 LABinsights | Februari 2018 Februari 2018 | LABinsights 11 Arabidopsis Dieser Artikel wurde ursprünglich in LABinsights, März 2017, veröffentlicht. www.labinsights.nl ©maXusmedia IM HINTERGRUND IM HINTERGRUND Forscher Dr. Stefan Weinl der Forschungsgruppe Molekulare Genetik und Zellbiologie der P anzen steht in dem mit blauem und rotem LED-Licht ausgestatteten Klimaraum zur Erforschung von u.a. der speziellen Lichtrezeptoren von Arabidopsis. Eines der Labore ist mit einem System ausgestattet um den Ein- uss von CO2-Konzentration auf das Wachstum zu studieren. „Normalerweise enthält Luft 400 - 500 ppm CO2, aber wir können auf 2.000 erhöhen. So können wir den Effekt von CO2-Konzentra- tion auf die Photosynthese erforschen. Je höher die Konzentra- tion, desto mehr Wachstum wird erwartet.“ An der Wand neben der Tür hängt ein Warnhinweisschild vor Erstickungsgefahr durch CO2-Gas. Diese Gefahr besteht bei den verwendeten Konzentra- tionen nicht, aber sicherheitshalber wird die Gaskonzentration überwacht. Bei Überschreiten der als sicher erachteten Konzen- tration wird ein Alarm aus Ton und Licht ausgelöst. Rezeptoren Durch ein Bullauge sieht man, dass eines der Labore in vio- lettes Licht gehüllt ist. Dieser Raum ist mit blauem und rotem LED-Licht ausgestattet. Drinnen stehen Arabidopsis-Sämlinge, die Weinl mit einem Gartenschlauch mit Duschkopf bewässert. Die P änzchen scheinen sich in diesem violetten Licht prima zu entwickeln. „Hier können wir erforschen, wie blaues und rotes Licht von speziellen Fotorezeptoren wahrgenommen wird. Indem man die Farbe ein- oder ausschaltet, kann man die Rezeptoren ein- oder ausschalten. So kann man je nach Farbe und Lichtin- tensität die Effekte auf das Wachstum der P anzen erforschen.“ Unikum Die Anlagen wurden von Bronson Climate entworfen und gebaut. Die Universität stellte hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Klimaregulierung. Die Kühlinstallation wurde deshalb mit Redundanzsicherung ausgeführt. Sollte einer der drei Kompressoren ausfallen, könnten die beiden anderen die Kühlfunktion gänzlich übernehmen. So bleiben die Temperaturen immer konstant. Das Steuerungssystem ist mit einem Reserve-Akku verbunden, sodass das System im Falle einer Stromstörung nicht ausfällt, was beim erneuten Hochfahren Probleme verursacht. Außerdem gelten sehr strenge Temperaturtoleranzen von +/- 0,5 oC in den Klimaräumen. Diese gleichmäßige Klimakontrolle ermöglicht reproduzierbare Forschungsbedingungen. „Für uns stand Zuverlässigkeit und Robustheit beim Bau der Anlagen an erster Stelle“, schließt Weinl. „Die Anlagen dürfen auf keinen Fall ausfallen. Des Weiteren wollten wir die Klimabedingungen genauestens einstellen können. Bei den alten Anlagen störten uns Temperaturschwankungen. Die gleichmäßige Temperatur in den Klimaräumen ist eine enorme Verbesserung, genauso wie der große Bereich und die Präzision für die Einstellung von Lichtintensität, Luftfeuchtigkeit und CO2- Konzentration. Jetzt können wir wirklich alle Umweltfaktoren regulieren. Was das betrifft, so sind diese Anlagen mit der Vielfalt an Möglichkeiten fast ein Unikum in Deutschland. Die ersten Forschungsergebnisse erwarten wir im Laufe des Jahres.“ ‘Indem man die Farbe ein- oder ausschaltet, kann man die Rezeptoren ein- oder ausschalten’ in Stresssituationen bekommen, um sich dagegen zu wappnen und wie sie auf Umweltveränderungen reagieren. Arabidopsis ist wegen der kurzen Reproduktionszeit und des kleinen Genoms eine ideale Modellp anze um diese Signalwege zu verstehen. Das heißt allerdings nicht, dass es einfach ist sie im Labor zu züchten. Sie wird nämlich schnell von Läusen oder Krankheiten befallen, die die Wurzeln angreifen.“ Reisforschung Die Lichtintensität in den Räumen beträgt maximal 1.000 μmol. Beim Eintreten schmerzen die Augen von so viel Licht. „Das ist in Gebieten rund um den Äquator normal. Reis blüht nicht einmal bei geringerer Lichtintensität.“ Die Reisforschung richtet sich u.a. auf Dürre- und Salztoleranz. Der Hintergrundgedanke ist die Entwicklung von neuen Arten, die extreme Bedingungen besser vertragen. Das wird nämlich durch den Klimawandel, die Versalzung und den Druck auf Landwirtschafts ächen immer wichtiger. Durch den Zuwachs der Weltbevölkerung wird der Reisanbau in immer marginaleren Gebieten statt nden. Reis muss für seine Entwicklung eine Weile unter Wasser stehen. Einer der Forschungsräume bietet die Möglichkeit dazu: „Wir benutzen einen Tisch mit einem besonders tiefen Behälter und können mit einer automatischen Installation die Wurzeln 15 cm unter Wasser setzen.“ Während der Forschung wachsen die P anzen natürlich. „Tabak und Tomaten können 2 m hoch werden, darum sind die Tische in vier Räumen höhenverstellbar.“ Photosynthese SPEZIFIZIERUNG • Die Anlage der Pflanzenforschung der Wilhelm-Universtität in Münster umfasst sechs Forschungslabore von circa 12 m2. Die Basis ist ein Plattensystembau von Viessmann mit einer Höhe von 2,90 m, 30 cm höher als Standardplatten, Dies ermöglicht die Zucht von P anzen von bis zu 2 m, wie z.B. Tomaten und Tabak. Vier Räume sind mit höhenverstellbaren Tischen ausgestattet. Das Licht kann auf eine Kapazität von maximal 1.000 μmol und einem Abstand von 20 cm eingestellt werden, vergleichbar mit der Lichtintensität am Äquator. • In fünf der sechs Labore gibt es Neonröhren- beleuchtung. Jeder Beleuchtungskörper umfasst 22 Neonröhren von Ø 16 mm von 80 Watt und zwei LED-Module: rot und tiefrot. Ein Raum ist mit einem Beleuchtungskörper ausgestattet, der aus 20 Neonröhren besteht, kombiniert mit LED-Mo- dulen in rot, tiefrot und blau. Diese sind durch einen Programmable Logical Controller (PLC) von Siemens bis auf das Micro-Mol regelbar. • Die Steuerung der Klimaanlagen in den Räumen durch PLC ist durch einen Anschluss an zwei Not- Akkus auch bei einer Stromstörung gewährleistet. Der PLC wird also nie abrupt ausgeschaltet, sondern fährt sich bei Kalamitäten stufenweise herunter, wodurch alle Einstellungen beim Hochfahren erhalten bleiben. • Über eine VPN-Verbindung ist es möglich die Anlage auf Abstand zu überwachen, Störungen zu analysieren und eventuell die Funktion der Anlage zu optimieren. Die Grundlage der Anlage bilden drei Kompressoren. • Der erste fängt bei 30 Hz an und erhöht dann die Drehzahl auf 60 Hz. Das ist der primäre Kompressor. Die beiden anderen laufen auf niedrigeren Touren und können zusammen die komplette Reservefunktion übernehmen. Die verwendete Kühl üssigkeit Glykol be ndet sich einem 1.500 Literfass. Insgesamt hat das System 2.200 l. Es dauert ca. eine Stunde um den Inhalt auf - 6 oC zu kühlen. Diese Temperatur braucht man um die Forschungsräume auf -3 oC zu halten.
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