DE112006000480B4 - Method for evaluating the vitality of chlorophyll-bearing biological samples - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bewertung der Vitalität chlorophylltragender biologischer Proben mit einer Zeitverlaufsmessung einer Sauerstoffkonzentration (c) in einer unmittelbaren räumlichen Umgebung der biologischen Probe bei wechselnder Beleuchtung mittels Messung einer Reaktionszeit (D) zwischen dem Zeitpunkt eines abrupten Beleuchtungswechsels und dem Zeitpunkt eines lokalen Extremwertes in der zeitabhängigen Sauerstoffkonzentration zur Bestimmung des Adaptionsverhaltens der Photosyntheseleistung, wobei die Zeitverlaufsmessung der Sauerstoffkonzentration (c) in einer unmittelbaren räumlichen Umgebung der biologischen Probe bei wechselnder Beleuchtung mit folgenden Verfahrensschritten ausgeführt wird: – einer Messung einer zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration (c) während einer Dunkelzeit (tD) bei einer abgeschalteten Beleuchtung, – einer Messung der Reaktionszeit (D) zwischen einem Einschaltzeitpunkt (ton) der Beleuchtung und einem Zeitpunkt (tmin) eines auf den Einschaltzeitpunkt folgenden lokalen Minimums der Sauerstoffkonzentration, – einer Messung einer zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration während einer Hellzeit bei eingeschalteter Beleuchtung, – einer Bestimmung eines sich bei eingeschalteter Beleuchtung einstellenden Sättigungswertes (M) der Sauerstoffkonzentration, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration (c) während der Dunkelzeit (tD) ein diese zeitliche Veränderung beschreibender Respirationsparameter (R) und aus der zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration (c) während der Hellzeit ein diese zeitliche Veränderung beschreibender Slope-Parameter (S) ermittelt wird, wobei aus dem negativen Verhältnis des Slope-Parameters „S” und des Respirationsparameters „R” ein Koeffizient der photosynthetischen Aktivität KphA = –S/R bestimmt wird.Method for evaluating the vitality of chlorophyll-bearing biological samples with a time course measurement of an oxygen concentration (c) in an immediate spatial environment of the biological sample with changing illumination by measuring a reaction time (D) between the time of an abrupt change of illumination and the time of a local extreme in the time-dependent oxygen concentration for determining the adaptation behavior of the photosynthetic power, wherein the time course measurement of the oxygen concentration (c) in an immediate spatial environment of the biological sample is carried out with changing illumination with the following method steps: - a measurement of a temporal change in the oxygen concentration (c) during a dark time (tD) a switched off illumination, - a measurement of the reaction time (D) between a switch-on time (ton) of the lighting and a time (tmin) of a switch-on time following local minimum of the oxygen concentration, - a measurement of a temporal change in the oxygen concentration during a bright time when the lighting is switched on, - a determination of a set when the lighting illumination saturation value (M) of the oxygen concentration, characterized in that from the temporal change of the oxygen concentration (c ) during the dark time (tD), this temporal change descriptive Respirationsparameter (R) and from the temporal change of the oxygen concentration (c) during the bright time, this time change descriptive slope parameter (S) is determined, wherein from the negative ratio of the slope Parameters "S" and the respiratory parameter "R" a coefficient of photosynthetic activity KphA = -S / R is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Vitalität (Lebensenergie) chlorophylltragender biologischer Proben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for evaluating the vitality (life energy) of chlorophyll-carrying biological samples according to the preamble of claim 1.

Grüne Pflanzen sind autotrophe Organismen. Das heißt, dass diese mit Hilfe von Lichtenergie, insbesondere aus dem Strahlungsspektrum des Sonnenlichtes anorganische Substanzen aufnehmen und in organische Substanzen, insbesondere Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße überführen. Dabei nehmen die Pflanzen bekanntermaßen Kohlendioxid aus der Luft sowie Wasser und Mineralsalze aus dem Boden auf und geben molekularen Sauerstoff in die Umgebung ab. Dieser Prozess der autotrophen Assimilation wird als Photosynthese bezeichnet und läuft innerhalb der Chloroplasten der Pflanzenzellen ab. Im Folgenden werden unter dem Begriff der Pflanzen oder Pflanzenteile sämtlich autotrophe Organismen bzw. Teile derartiger Organismen verstanden.Green plants are autotrophic organisms. This means that they absorb inorganic substances with the aid of light energy, in particular from the radiation spectrum of sunlight, and convert them into organic substances, in particular carbohydrates, fats and proteins. The plants are known to take carbon dioxide from the air and water and mineral salts from the soil and release molecular oxygen into the environment. This process of autotrophic assimilation is called photosynthesis and occurs within the chloroplasts of plant cells. In the following, the term "plants or plant parts" is understood to mean all autotrophic organisms or parts of such organisms.

Die Grundreaktionen im Kreislauf von Auf- und Abbau von organischem Material können – stark vereinfacht – folgendermaßen formuliert werden: Photosynthese (Assimilation) 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 wobei CO2 aufgenommen und Sauerstoff abgegeben wird (Austausch gasförmiger Produkte). Zellatmung (Dissimilation) C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O wobei Sauerstoff aufgenommen und CO2 freigesetzt wird (Austausch gasförmiger Produkte).The basic reactions in the cycle of the assembly and disassembly of organic material can be formulated as follows: Photosynthesis (assimilation) 6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 CO 2 is taken up and oxygen is released (exchange of gaseous products). Cellular respiration (dissimilation) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O whereby oxygen is taken up and CO 2 is liberated (exchange of gaseous products).

Zunächst erscheint aus diesen Beziehungen der Nachweis von Sauerstoff oder Kohlendioxid in den angegebenen Prozessen gleichwertig und gleichermaßen aussagekräftig. Oben genannte Reaktionsgleichungen sind stark vereinfacht.First of all, the evidence of oxygen or carbon dioxide in these processes appears to be equivalent and equally meaningful in these processes. The above-mentioned reaction equations are greatly simplified.

Bei der Beurteilung der Wirkungen gewisser agrochemischer Wirkstoffe oder Düngemittel, beispielsweise Herbizide oder Insektizide sowie diverser Kunstdüngerpräparate, ist es notwendig, die sogenannte Vitalität der Pflanzen unter der Wirkung der genannten Stoffe zu beurteilen. Dabei ist dieses Beurteilungskriterium gegenwärtig nicht scharf umrissen und ergibt sich bislang aus einer subjektiven Bonitur durch Landwirte, Gärtner, Forstwirte oder sonstige Experten, die aufgrund einer langjährigen Erfahrung einschätzen können, ob eine jeweils getestete Pflanze auf die Behandlung mit dem entsprechenden Wirkstoff „gut”, „weniger gut” oder „nachteilig” anspricht oder sich hinreichend widerstandsfähig gegenüber dem Wirkstoff verhält. Hierzu wird vorwiegend auf visuelle Eindrücke zurückgegriffen, die naturgemäß eine ausschließlich qualitative und sehr stark subjektive Bewertungsgrundlage bieten. Außerdem werden bei dieser Art der Bewertung fast nur ausschließlich optische Eindrücke der Pflanzen beobachtet und ins Bewertungskalkül übernommen. Des weiteren führen Bonituren durch „in Augenscheinnahme” nur dann zum Ergebnis, wenn die Pflanze in der Regel bereits den Einflüssen positiv oder negativ erlegen ist.In assessing the effects of certain agrochemical active ingredients or fertilizers, for example herbicides or insecticides and various artificial fertilizer preparations, it is necessary to assess the so-called vitality of the plants under the effect of the substances mentioned. This assessment criterion is currently not clearly defined and so far results from a subjective rating by farmers, gardeners, foresters or other experts who can estimate on the basis of many years of experience, whether a respective tested plant on the treatment with the appropriate drug "good", "Less good" or "detrimental" responds or behaves sufficiently resistant to the drug. For this purpose, the focus is primarily on visual impressions, which naturally provide an exclusively qualitative and very highly subjective evaluation basis. Moreover, in this type of evaluation almost exclusively optical impressions of the plants are observed and taken over into the evaluation calculation. Furthermore, assessments by "eye-sighting" only lead to the result if the plant is usually already succumbing to the influences positively or negatively.

Als Kriterium der Wirkung gilt z. B. der Ertrag, aber eine Frühindikation ist nicht möglich; ein anderes Kriterium sind bereits vorhandene Krankheitssymptome, aber eine Früherkennung ist auch hier nicht möglich. Es versteht sich, dass ein derartiges Vorgehen hinsichtlich der Exaktheit und Objektivierbarkeit äußerst unbefriedigend ist und nur Resultate liefern kann, die mit Vorsicht zu vergleichen und zu verallgemeinern sind. Die Beurteilungen (Bonituren) führen zur Kennzeichnung „Pflanzenvitalität”. Vitalitätsbonituren (z. B. Anzahl und Qualität der Blätter und des Wuchses im Vergleich zum Normzustand) sind letztendlich qualitative Aussagen der Energiebereitstellung in den Pflanzenzellen und deren Nutzung für den Aufbau von Reservestoffen, Biomasse und Resistenzausprägung. Insofern ist es mehr als natürlich, dass für quantitative Aussagen zur Pflanzenvitalität der Nachweis der Reaktionsprodukte zu favorisieren ist, die ein direktes Kennzeichen für die Energiebereitstellung in den Pflanzenzellen sind. Im o. g. Vergleich CO2 und O2 fällt deshalb die Wahl deutlich zu Gunsten von O2 aus, da dieses Produkt bei der Freisetzung von Protonen entsteht, die die Energiespeicherung besorgen. Deshalb sind Methoden gesucht, die die Energiebereitstellung messen (Produktion und Verbrauch).As a criterion of effect z. B. the yield, but a premature indication is not possible; another criterion is already present disease symptoms, but early detection is not possible here. It is understood that such an approach in terms of accuracy and objectivity is extremely unsatisfactory and can only provide results that are to be compared and generalized with caution. The assessments (scores) lead to the labeling "plant vitality". Vitality ratings (eg number and quality of leaves and growth in comparison to the norm state) are ultimately qualitative statements of the energy supply in the plant cells and their use for the development of reserve resources, biomass and resistance. In this respect, it is more than natural for quantitative statements on plant vitality to favor the detection of the reaction products, which are a direct indicator of the energy supply in the plant cells. In the above comparison of CO 2 and O 2 , therefore, the choice turns out clearly in favor of O 2 , since this product is formed in the release of protons that provide the energy storage. Therefore methods are sought, which measure the energy supply (production and consumption).

Zur Messung der Photosyntheseaktivität von Pflanzen als Kennzeichen der Vitalität sind aus dem Stand der Technik eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen bekannt. So wird beispielsweise in der DE 43 32 290 C2 oder der DE 10 2004 058 402 A1 eine Reihe dafür geeigneter Vorrichtungen vorgeschlagen, bei der die Sauerstoffbilanz einer in einer transparenten Messzelle eingeschlossenen Pflanze oder eines Pflanzenteils unter dem Lichteinfall einer Hochleistungs-Lumineszenzdiode mittels einer Sauerstoffmesssonde erfasst wird. Die erwähnten Druckschriften schlagen hierzu eine Reihe von Vorrichtungen vor, die in dem einen Fall für normale Laubblätter bzw. Laubblattabschnitte und in anderen Fällen für von Nadelgehölzen stammende Nadeln bzw. auch für Algen geeignet sind.To measure the photosynthetic activity of plants as a hallmark of vitality, a number of methods and devices are known from the prior art. For example, in the DE 43 32 290 C2 or the DE 10 2004 058 402 A1 proposed a number of suitable devices in which the oxygen balance of a trapped in a transparent measuring cell plant or a plant part under the light incidence of a high-power light emitting diode by means of an oxygen measuring probe is detected. The cited documents propose for this purpose a number of devices which are suitable in the one case for normal leaves or Laubblattabschnitte and in other cases for needles derived from conifers or even for algae.

Aus der DE 43 32 163 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren vorbekannt, wobei es dort darum geht, eine parallele Ermittlung verschiedener Messgrößen umzusetzen, nämlich einerseits der Fluoreszenz sowie andererseits der Sauerstoffentwicklung, um letztendlich den physiologischen Zustand eines Algen-Wasser-Gemisches beurteilen zu können. In Abhängigkeit von einer Dauerlichtbestrahlung wird der Verlauf der Sauerstoffentwicklung und der von dem Gemisch emittierten Fluoreszenzsignale erfasst. Die Messwerte der Fluoreszenz und der Sauerstoffentwicklung werden dann als Basis für eine Schadstoffanalyse verglichen.From the DE 43 32 163 A1 a generic method is previously known, where it is about to implement a parallel determination of different variables, namely on the one hand the fluorescence and on the other hand, the evolution of oxygen to ultimately assess the physiological state of an algae-water mixture can. Depending on a continuous light irradiation, the course of the evolution of oxygen and the fluorescence signals emitted by the mixture are detected. The measured values of fluorescence and oxygen evolution are then compared as the basis for a pollutant analysis.

Gemäß dem Verfahren zur Erfassung und Auswertung von lichtinduzierten Veränderungen der Chlorophyllfluoreszenz nach DD 300 049 A7 ist es bekannt, mittels einer elektronischen Steuerung einen Zyklus mit definierter Vorbelichtung und definierter Dunkelpause zu erzeugen und anschließend die erfassten Kennwerte zu verarbeiten. Konkret wird nicht der dunkel adaptierte Zustand der zu untersuchenden Pflanze, sondern ein durch Vorbelichtung und kurze Dunkelpause definierter Zwischenzustand genutzt.According to the method for detecting and evaluating light-induced changes in chlorophyll fluorescence DD 300 049 A7 It is known to generate a cycle with defined pre-exposure and defined dark break by means of an electronic control and then to process the detected characteristic values. Specifically, not the dark adapted state of the plant to be examined, but a defined by pre-exposure and short dark break intermediate state is used.

Bei dem Verfahren zur Charakterisierung des Photosynthesesystems von Pflanzen nach DE 44 27 438 A1 wird nach einer Dunkelpause eine Bestrahlung mit rechteckförmigen Lichtimpulsen vorgenommen, wobei die induzierte Fluoreszenzstrahlung erfasst wird. Nach der dortigen Lehre ist die Dunkelphase kürzer als eine Sekunde und es wird der rechteckförmige Lichtimpuls von einem Laser erzeugt, wobei die Impulsdauer zwischen einer und 30 msec liegt.In the method for characterizing the photosynthetic system of plants DE 44 27 438 A1 After a dark break, an irradiation with rectangular light pulses is performed, whereby the induced fluorescence radiation is detected. According to the teaching there, the dark phase is shorter than one second and the rectangular light pulse is generated by a laser, the pulse duration being between one and 30 msec.

Es besteht somit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein quantitatives Verfahren zur Bestimmung der Vitalität von Pflanzen oder Pflanzenteilen anzugeben, das unter genau definierten Bedingungen eine objektive Bewertung der Pflanzenvitalität gewährleistet.It is therefore the object underlying the invention to provide a quantitative method for determining the vitality of plants or parts of plants, which ensures an objective assessment of plant vitality under well-defined conditions.

Die Lösung erfolgt mit einem Verfahren zur Bewertung der Vitalität chlorophylltragender biologischer Proben nach den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei der Anspruch 2 eine zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens beschreibt.The solution is carried out with a method for assessing the vitality of chlorophyll-carrying biological samples according to the features of claim 1, wherein the claim 2 describes a convenient and advantageous embodiment of the method.

Es erfolgt bei diesen Verfahren eine Zeitverlaufsmessung einer Sauerstoffkonzentration in einer unmittelbaren räumlichen Umgebung der biologischen Probe bei wechselnder Beleuchtung in Verbindung mit der Messung einer Reaktionszeit zwischen dem Zeitpunkt eines Beleuchtungswechsels und dem Zeitpunkt des Durchlaufens eines Extremwertes in der zeitabhängigen Sauerstoffkonzentration.In these methods, a time course measurement of an oxygen concentration in an immediate spatial environment of the biological sample with changing illumination in conjunction with the measurement of a reaction time between the time of a change of illumination and the time of passing through an extreme value in the time-dependent oxygen concentration.

Das Verfahren baut auf der experimentell bestätigten Erkenntnis auf, dass sich die Vitalität von Pflanzen ganz besonders an Hand ihres Adaptationsverhaltens der Photosyntheseleistung zeigt. Zweckmäßiger Weise wird hier zu einer Systembeschreibung durch reaktionskinetische Kennwerte übergegangen, wodurch Systemeigenschaften wie Elastizität bei der Reaktion der Pflanze, potenzielle Überlastbarkeit (Stress), aktueller Systemstatus der Pflanze u. a. m. ermittelt werden. In diesem Zusammenhang sei erneut auf den oben angeführten Zusammenhang von CO2- bzw. O2-Nachweis hingewiesen. Vergleiche des Verhaltens von CO2 und O2 weisen aus, dass die Löslichkeit von CO2 23 mal so groß ist wie die von O2, woraus sich im Fall von CO2 eine Art Puffer ergibt, der zu einer verzögerten Dynamik bei Lichtwechsel führen kann. Und da CO2 ein höheres Molekulargewicht besitzt, diffundiert CO2 bei gleichem Konzentrationsgradienten etwa 20 mal besser als O2. Diese Eigenschaften sprechen deutlich für einen Nachweis von O2 gegenüber CO2 beim Vergleich reaktionskinetischer Kennwerte. In der dem Verfahren zugrundeliegenden Situation wird die Photosyntheseleistung in Form der Sauerstoffkonzentration sowohl unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen, als auch bei einem abrupten, in der natürlichen Umgebung nur selten stattfindenden Beleuchtungswechsel untersucht und in Form objektivierbarer Parameter festgehalten, die unabhängig von der rein visuellen Beurteilung des Pflanzenzustandes sind.The method is based on the experimentally confirmed finding that the vitality of plants is particularly evident in their adaptive behavior of photosynthesis performance. Appropriately, a system description is hereby transferred to reaction kinetic parameters, whereby system properties such as elasticity in the reaction of the plant, potential overloadability (stress), current system status of the plant, etc. are determined. In this connection, reference should again be made to the above-mentioned context of CO 2 or O 2 detection. Comparisons of the behavior of CO 2 and O 2 show that the solubility of CO 2 is 23 times greater than that of O 2 , resulting in a kind of buffer in the case of CO 2 , which can lead to delayed light-change dynamics , And since CO 2 has a higher molecular weight, CO 2 diffuses about 20 times better than O 2 at the same concentration gradient. These properties clearly indicate a detection of O 2 over CO 2 when comparing reaction kinetic parameters. In the situation underlying the method, the photosynthetic performance in the form of oxygen concentration under both different lighting conditions, as well as an abrupt, rarely occurring in the natural environment lighting changes studied and recorded in the form of objectivable parameters that are independent of the purely visual assessment of the state of the plant ,

Es erfolgt die Zeitverlaufsmessung der Sauerstoffkonzentration in einer unmittelbaren räumlichen Umgebung der biologischen Probe bei wechselnder Beleuchtung mit folgenden Verfahrensschritten. In einem ersten Schritt wird eine Messung einer zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration während einer Dunkelzeit bei einer abgeschalteten Beleuchtung ausgeführt. Sodann wird eine Verzögerungszeit zwischen einem Einschaltzeitpunkt der Beleuchtung und einem Zeitpunkt eines auf den Einschaltzeitpunkt folgenden Extremwertes im Zeitverlauf der Sauerstoffkonzentration gemessen. Im Anschluss daran erfolgt eine Messung einer zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration während einer Hellzeit bei eingeschalteter Beleuchtung. Der sich danach bei eingeschalteter Beleuchtung einstellende Sättigungswert wird ebenfalls bestimmt. Schließlich werden in einer datenverarbeitenden Auswertung die gemessenen Veränderungen der Sauerstoffkonzentrationen analysiert.The time course measurement of the oxygen concentration in an immediate spatial environment of the biological sample with changing illumination takes place with the following method steps. In a first step, a measurement of a temporal change in the oxygen concentration during a dark time is performed when the lighting is switched off. Then, a delay time between a switch-on time of the illumination and a time of an extreme value following the switch-on time is measured over the course of time of the oxygen concentration. This is followed by a measurement of a change over time in the oxygen concentration during a bright time with the lighting switched on. The saturation value which then occurs when the lighting is switched on is also determined. Finally, the measured changes in the oxygen concentrations are analyzed in a data-processing evaluation.

Eine derartige Vorgehensweise lässt sich in einer sehr einfachen Weise in ein Messprogramm zur automatisierten Vitalitätsbeurteilung übertragen und realisieren, wobei die dabei zu ermittelnden Messgrößen eindeutig definiert sind.Such a procedure can be transferred and implemented in a very simple manner into a measurement program for the automated assessment of vitality, wherein the measured variables to be determined are clearly defined.

Erfindungsgemäß wird aus der zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration während der Dunkelzeit ein diese zeitliche Veränderung beschreibender Respirationsparameter ermittelt. Weiterhin wird aus der zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration während der Hellzeit ein diese zeitliche Veränderung beschreibender Slope-Parameter bestimmt.According to the invention, a temporal change of the oxygen concentration during the dark time is used to determine a respiration parameter describing this temporal change. Furthermore, a temporal change of the oxygen concentration during the clearing time is used to determine a slope parameter describing this temporal change.

Beide Parameter beschreiben die Art und Weise der Konzentrationsveränderung des molekularen Sauerstoffs in der Umgebung der Probe während der betreffenden Zeitabschnitte in einer eindeutig definierten Weise.Both parameters describe the manner of changing the concentration of molecular oxygen in the environment of the sample during the respective periods in a clearly defined manner.

Aus dem Verhältnis des Slope-Parameters und des Respirations-Parameters wird ein Photosynthetischer Aktivitätskoeffizient bestimmt. Dieser Koeffizient beschreibt das Verhältnis der Photosyntheseleistung während der Hellzeit zum Respirationsvorgang der Pflanzenprobe während der Dunkelzeit und gibt damit einen Aufschluss über das Verhältnis beider Aktivitätszustände der Pflanze im Hellen wie im Dunkeln.From the ratio of the slope parameter and the respiration parameter, a photosynthetic activity coefficient is determined. This coefficient describes the ratio of the photosynthesis performance during the light-time to the respiration process of the plant sample during the dark period and thus provides an indication of the relationship between the two states of activity of the plant in the light and in the dark.

Der Respirationsparameter und/oder der Slope-Parameter werden in einfacher Weise durch das Anpassen einer linearen Funktion an die gemessenen zeitlich veränderlichen Sauerstoffkonzentrationswerte während der Dunkel- bzw. der Hellzeit ermittelt. Lineare Anpassungen können durch das mathematische Verfahren der linearen Regression in besonders einfacher Weise programmiert und automatisiert werden.The respiration parameter and / or the slope parameter are readily determined by fitting a linear function to the measured time-varying oxygen concentration values during the dark and light periods, respectively. Linear adjustments can be programmed and automated in a particularly simple way by the mathematical method of linear regression.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den 1 bis 12 näher erläutert werden. Es werden für gleiche bzw. gleichwirkende Teile und Verfahrensschritte die selben Bezugszeichen verwendet.The inventive method will be described below with reference to embodiments and the 1 to 12 be explained in more detail. The same reference numbers are used for identical or equivalent parts and method steps.

Es zeigt:It shows:

1 eine beispielhafte Anordnung zum Ausführen des Verfahrens, 1 an exemplary arrangement for carrying out the method,

2 eine beispielhafte, während des Verfahrensablaufs gemessene zeitabhängige Sauerstoffkonzentration, 2 an exemplary time-dependent oxygen concentration measured during the process,

3 ein Diagramm zur Reproduzierbarkeit der durch das Verfahren ermittelten Messergebnisse am Beispiel des Slope-Parameters, gemessen an Weizenblättern von Pflanzen, die unter der Einwirkung verschiedener äußerer Einflüsse stehen. 3 a diagram for the reproducibility of the results obtained by the method using the example of the Slope parameter, measured on wheat leaves of plants that are under the influence of various external influences.

4 ein Diagramm über eine beispielhafte Korrelationsanalyse einzelner Messreihen des Slope-Parameters „S” am Beispiel von Weizenblättern, 4 a diagram of an exemplary correlation analysis of individual measurement series of the slope parameter "S" using the example of wheat leaves,

5 ein beispielhaftes Diagramm über eine Reihe zeitabhängiger Sauerstoffkonzentrationen, gemessen an Weizenblättern bei unterschiedlichen Inokulationsvarianten mit einer Reihe von Pilzen am Ende einer ersten Versuchswoche, 5 an exemplary diagram of a series of time-dependent oxygen concentrations, measured on wheat leaves with different inoculation variants with a number of fungi at the end of a first trial week,

6 ein beispielhaftes Diagramm über eine Dynamik der photosynthetischen Aktivität von Weizenblättern einzelner Varianten im Verlauf der Ontogenese, 6 an exemplary diagram of a dynamics of the photosynthetic activity of wheat leaves of individual variants in the course of ontogenesis,

7 ein beispielhaftes Diagramm über die photosynthetische Aktivität von Weizenblättern verschiedener Inokulationsvarianten in einem Versuchszeitraum zwischen der vierten und neunten Versuchswoche, 7 an exemplary diagram of the photosynthetic activity of wheat leaves of various inoculation variants in a trial period between the fourth and ninth trial week,

8 ein Diagramm zu einem Vergleich einer Vitalitätsdynamik der einzelnen Inokulationsvarianten im Verlauf über 14 Tage, 8th a diagram comparing the vitality dynamics of the individual inoculation variants over 14 days,

9 ein Diagramm zu einem Vergleich einer Vitalitätsdynamik der einzelnen Inokulationsvarianten im Verlauf über 39 Tage, 9 a diagram for a comparison of a vitality dynamics of the individual inoculation variants over the course of 39 days,

10 ein Diagramm über die Einwirkung von Huminstoffen unterschiedlicher Konzentration auf ein Algenwachstum innerhalb eines Zeitraumes von 21 Tagen, 10 a diagram of the effect of humic substances of different concentrations on algae growth within a period of 21 days,

11 Verlauf der Sauerstoffbilanz in Abhängigkeit vom Eintrag organisch gebundenen Kohlenstoffs (siehe Kasten) über die Huminstoffe. Als entscheidender Parameter wird hier der Vitalitätsparameter „S” für die weitere Auswertung herangezogen. 11 Course of the oxygen balance as a function of the entry of organically bound carbon (see box) on the humic substances. The decisive parameter used here is the vitality parameter "S" for further evaluation.

12 ein Korrelationsdiagramm zwischen einem herkömmlichen biologischen Zustandsparameter (hier die Anwesenheit von Wasserstoffperoxyd mit Konzentrationsangabe) und der erfindungsgemäß ermittelten Photosyntheseleistung (Parameter „S”) der einzelligen Algen. 12 a correlation diagram between a conventional biological state parameter (here the presence of hydrogen peroxide with concentration) and the inventively determined photosynthesis performance (parameter "S") of the unicellular algae.

1 zeigt eine beispielhafte Anordnung zum Ausführen des Verfahrens. In einem gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere Lichteinfall und Temperaturschwankungen abgeschirmten Messplatz 10 befindet sich eine Messzelle 20 mit einer darin eingeschlossenen biologischen Probe 15. Als biologische Probe können sowohl wässrige Lösungen mit Phytoplankton, beispielsweise Grünalgen in Süß- oder Salzwasser, Abschnitte von Sproßpflanzen, beispielsweise Teile von Laubblättern oder Nadeln oder auch Mikrokulturen in einem dafür geeigneten Pflanzsubstrat, insbesondere Keimlinge aus einer Keimschale, verwendet werden. Für aussagekräftige Messergebnisse reicht im allgemeinen eine Fläche der chlorophylltragenden biologischen Probe, zum Beispiel eines Laubabschnittes oder einer Algenlösung, mit einer Oberfläche zwischen 5 bis 20 mm2 aus. Es erfolgt weiterhin eine Erfassung der Temperatur sowohl am Sensor als auch in der Probenhalterung. Des weiteren ist die Lichtquelle so angeordnet, dass sie die Unterseite der Probe beleuchtet. 1 shows an exemplary arrangement for carrying out the method. In a protected against environmental influences, especially light and temperature fluctuations measuring station 10 there is a measuring cell 20 with a biological sample enclosed therein 15 , As biological sample both aqueous solutions with phytoplankton, for example green algae in fresh or salt water, sections of shoot plants, for example parts of leaves or needles or microcultures in a suitable plant substrate, in particular seedlings from a germ husk, can be used. For meaningful measurement results, in general, one area of the chlorophyll-carrying biological sample, for example a leaf section or an algae solution, with a surface area between 5 and 20 mm 2 is sufficient. Furthermore, the temperature is recorded both at the sensor and in the sample holder. Furthermore, the light source is arranged to illuminate the underside of the sample.

Die Messzelle 20 besteht aus einem lichtdurchlässigen biologisch neutralen Glas- oder Kunststoffmaterial, das insbesondere im Bereich des sichtbaren roten Lichtspektrum im Wellenlängenbereich von ca. 620 nm bis 700 nm eine besonders hohe Transparenz aufweist. Die Messzelle kann die Probe entweder vollständig oder teilweise zur Gewährleistung einer über der Probe sich einstellenden Mikroumgebung überdecken. Als Messzelle kann insbesondere eine Küvette verwendet werden. In den Innenbereich der Messzelle ragt unmittelbar in die Umgebung der biologischen Probe ein elektrochemischer Sensor 25. Bevorzugt wird hier auf einen Sensor vom Clark-Typ zurückgegriffen.The measuring cell 20 consists of a translucent biologically neutral glass or plastic material, which has a particularly high transparency especially in the visible red light spectrum in the wavelength range of about 620 nm to 700 nm. The measuring cell may cover the sample either completely or partially to ensure a microenvironment above the sample. As a measuring cell, in particular a cuvette can be used. Into the interior of the measuring cell protrudes directly into the environment of the biological sample, an electrochemical sensor 25 , Preference is given here to a sensor of the Clark type.

Die Lichtquelle 30 besteht vorzugsweise aus einer Hochleistungs-LED, die Licht im vorwiegend roten Spektralbereich zwischen 620 nm und 700 nm emittiert. Zweckmäßigerweise ist die LED unmittelbar benachbart zur Messzelle 20 angeordnet, in einer Weise, dass die Lichtquelle, die Probe und der Detektor auf einer gemeinsamen Achse liegen. Eine Anordnung für eine gleichmäßige Bestrahlung, die mindestens die Probe 15 auf einer Seite homogen ausleuchtet, ist besonders vorteilhaft.The light source 30 preferably consists of a high-power LED that emits light in the predominantly red spectral range between 620 nm and 700 nm. Conveniently, the LED is immediately adjacent to the measuring cell 20 arranged in such a way that the light source, the sample and the detector are on a common axis. An arrangement for uniform irradiation, which is at least the sample 15 Homogeneous illumination on one side is particularly advantageous.

Den genannten Bestandteilen ist eine Reihe von Ansteuerungs- bzw. Auswerteeinheiten zugeordnet. Ein Zeitgeber 35, insbesondere eine Zeitschaltuhr oder ein ein Zeitsignal generierendes Softwareprogramm, gibt sowohl einen Zeittakt an eine Ansteuerungselektronik 36 für die Lichtquelle 30, als auch an eine Protokolleinheit 45 aus. Weiterhin ist eine Messwerterfassungseinheit 40 für den elektrochemischen Sensor 25 vorgesehen, die die Sensorsignale gemäß einer internen Eichfunktion in Messwerte für die Sauerstoffkonzentration und die Messtemperatur am Target innerhalb der Messzelle 20 überführt. In der Protokolleinheit 45 werden die von der Messwerterfassungseinheit 40 gelieferten Sauerstoffkonzentrations- und Temperaturmesswerte zusammen mit dem Zeittakt (t1, t2, ..., tn) des Zeitgebers 35 als eine Messreihe 50 in Form eines tabellarischen Wertevorrats c(t1), c(t2), ..., c(tn) sowie T(t1), T(t2), ..., T(tn) gespeichert und stehen für eine nachfolgende Auswertung, insbesondere für eine graphische Darstellung oder eine Datenverarbeitung, zur Verfügung.The named components are assigned a series of control or evaluation units. A timer 35 , In particular, a timer or a time signal generating software program, both gives a timing to a control electronics 36 for the light source 30 , as well as to a protocol unit 45 out. Furthermore, a measured value acquisition unit 40 for the electrochemical sensor 25 provided that the sensor signals according to an internal calibration function in measured values for the oxygen concentration and the measurement temperature at the target within the measuring cell 20 transferred. In the protocol unit 45 are those of the data acquisition unit 40 supplied oxygen concentration and temperature readings together with the timing (t 1 , t 2 , ..., t n ) of the timer 35 as a series of measurements 50 stored in the form of a tabular value store c (t 1 ), c (t 2 ), ..., c (t n ) and T (t 1 ), T (t 2 ), ..., T (t n ) and are available for a subsequent evaluation, in particular for a graphical representation or a data processing.

Die Komponenten 35, 36, 40 und 45 können auch in Form entsprechender Softwareroutinen und Treiberprogramme realisiert sein, die in einem PC mit einer dafür typischen Gerätekonfiguration ausgeführt werden.The components 35 . 36 . 40 and 45 can also be implemented in the form of appropriate software routines and driver programs, which are executed in a PC with a typical device configuration.

Die Messzelle 20 wird durch eine thermische Stabilisierung in Form eines Regelkreis 60 mit einem in unmittelbarem thermischen Kontakt mit der Messzelle stehenden Peltierelement 65, einem in der Messzelle angeordneten Temperaturfühler 66 und einer Steuerelektronik 67 bei einer konstanten Temperatur gehalten. Dadurch wird eine die Messbedingungen verfälschende Erwärmung der Probe 15 verhindert und zum anderen kann durch den Betreiber eine gewünschte Messtemperatur, abweichend von der Umgebungstemperatur, gewählt werden.The measuring cell 20 is due to a thermal stabilization in the form of a control loop 60 with a Peltier element in direct thermal contact with the measuring cell 65 , a temperature sensor located in the measuring cell 66 and an electronic control system 67 kept at a constant temperature. As a result, the measurement conditions falsifying heating of the sample 15 prevented and on the other hand can be selected by the operator a desired measurement temperature, different from the ambient temperature.

2 zeigt ein beispielhaftes, mit der Anordnung aus 1 aufgenommenes Messergebnis. Nach einer Messwerterfassung der zeitabhängigen Sauerstoffkonzentration unter Verwendung des elektrochemischen Sensors 25, der Messwerterfassungseinheit 40 und der Protokolleinheit 45 und einer Signalverarbeitung in einer entsprechenden, für dieses System vorgesehenen Software erscheint auf dem Bildschirm eines angeschlossenen Computers ein in der Figur gezeigter beispielhafter Kurvenverlauf. Die Sauerstoffkonzentration „c” wird in diesem Diagramm in mg/l bzw. als Partialdruck in mbar auf der Ordinate angegeben, die Zeit bildet die Abszisse mit einer Einteilung in Sekunden oder Minuten. 2 shows an example, with the arrangement 1 recorded measurement result. After a measurement of the time-dependent oxygen concentration using the electrochemical sensor 25 , the data logger 40 and the protocol unit 45 and signal processing in a corresponding, provided for this system software appears on the screen of a connected computer shown in the figure exemplary curve. The oxygen concentration "c" in this diagram is given in mg / l or as partial pressure in mbar on the ordinate, the time forms the abscissa with a division into seconds or minutes.

Die Messkurve stellt den Zeitverlauf der am elektrochemischen Sensor gemessenen Sauerstoffkonzentration dar. Dabei bezeichnet der durch den Parameter „R” gekennzeichnete Teil der Messkurve einen zeitlichen Abschnitt, in welchem die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung der Probe auf Grund der im Dunkeln stattfindenden Atmung des pflanzlichen Materials abnimmt. Dieser Teil der Messkurve wird als Respirationsphase bezeichnet. Er gibt eine erste Information über die Vitalität der Probe bzw. der Pflanze, der die Probe entnommen wurde.The measurement curve represents the time course of the oxygen concentration measured at the electrochemical sensor. In this case, the part of the measurement curve marked by the parameter "R" designates a time segment in which the oxygen concentration in the surroundings of the sample decreases due to the breathing of the plant material occurring in the dark , This part of the trace is called the respiratory phase. It provides initial information about the vitality of the sample or plant from which the sample was taken.

Der Parameter „R” wird üblicherweise in den Einheiten mg/l·s bzw. in mbar/s, d. h. entweder in Einheiten der Konzentrationsänderung je Zeiteinheit oder einer Partialdruckänderung je Zeiteinheit angegeben. Er beschreibt den linearen Abfall der zeitabhängigen Sauerstoffkonzentration durch Atmungs- bzw. Respirationsvorgänge der Pflanzenprobe während einer abgeschalteten Lichtquelle 30. Dieser Parameter ist stets negativ.The parameter "R" is usually given in the units mg / l · s or in mbar / s, ie either in units of the change in concentration per unit time or a partial pressure change per unit time. It describes the linear decrease in the time-dependent oxygen concentration by respiratory or respiratory processes of the plant sample during a switched off light source 30 , This parameter is always negative.

Zu einem Zeitpunkt ton, der vom Bedienungspersonal frei gewählt werden kann und somit durch die Versuchsplanung bekannt ist oder vom Messwerterfassungssystem bei Erreichen eines im Voraus zu wählenden Versuchsparameters bestimmt wird, wird die Lichtquelle 30 eingeschaltet. In diesem Moment unterliegt die Probe einer starken Lichteinwirkung, die die Pflanzenprobe zu Adaptierungsprozessen veranlasst. Innerhalb der Zellen läuft nunmehr im Verlauf einer gewissen Zeitspanne die Photosynthese an und die Respiration wird mit gleichen oder veränderten Parametern weitergeführt. Als Folge dieser sich überlagernden Prozesse durchläuft die Sauerstoffkonzentration ein lokales Minimum, das mit einer gewissen Zeitverzögerung nach dem Einschaltzeitpunkt der Lichtquelle durchlaufen wird. Diese Verzögerung wird durch den zeitlichen Parameter „D” (Delay) beschrieben. Er ist definiert als die Zeitspanne zwischen dem bekannten Einschaltzeitpunkt ton des Lichtes und dem Zeitpunkt tmin des Durchlaufens des Kurvenminimums und wird üblicherweise in Sekunden oder Minuten gemessen.At a time t on , which can be chosen freely by the operator and is thus known by the experimental design or is determined by the measured value detection system upon reaching a test parameter to be selected in advance, the light source becomes 30 switched on. At this moment, the sample is subject to strong exposure to light, causing the plant sample to undergo adaptation processes. Photosynthesis now takes place within the cells over a certain period of time and respiration is continued with the same or altered parameters. As a result of these overlapping processes, the oxygen concentration passes through a local minimum, which is traversed with a certain time delay after the light source is turned on. This delay is described by the time parameter "D" (delay). It is defined as the time between the known switch-on time t on of the light and the time t min of passing through the curve minimum and is usually measured in seconds or minutes.

Nach der Adaptation des pflanzlichen Probenmaterials steigt die Sauerstoffkonzentration bei der nunmehr eingeschalteten Lichtquelle 30 zunächst kontinuierlich an. Diese Konzentrationszunahme wird durch die nun ablaufende Photosynthese im Probenmaterial, d. h. durch die dabei ablaufende Photolyse des Wassers bewirkt. Der Anstieg der Messkurve erfolgt in erster Näherung linear. Die lineare Zunahme der Sauerstoffkonzentration wird durch einen Slope-Parameter „S” beschrieben. Die physikalische Einheit von „S” wird ebenso wie die des Parameters „R” in mg/l·s oder mbar/s gemessen. Der Wert für „S” ist stets positiv.After the adaptation of the vegetable sample material, the oxygen concentration in the now switched-on light source increases 30 initially continuously. This increase in concentration is caused by the now proceeding photosynthesis in the sample material, ie by the thereby occurring photolysis of the water. The rise of the measurement curve is linear in a first approximation. The linear increase in oxygen concentration is described by a slope parameter "S". The physical unit of "S" is measured as well as that of the parameter "R" in mg / l · s or mbar / s. The value for "S" is always positive.

Die hier aufgeführten Dimensionen für „R” und „S” sind geräteabhängig. Für „R” und „S” können gegebenenfalls die Dimension mmol/m2·s bzw. davon abgeleitete Dimensionen, wie z. B. μmol/m2·s, verwendet werden. Diese sind im allgemeinen geräteunspezifisch, da in die Umrechnung Geräteparameter, beispielsweise das Volumen innerhalb der Messzelle, eingehen, sie können deshalb sehr vorteilhaft für einen Vergleich der Werte mit anderen Parametern sein, die mit anderen Geräten und/oder mit anderen Verfahren gemessen werden.The dimensions listed here for "R" and "S" are device-dependent. For "R" and "S" optionally the dimension mmol / m 2 · s or derived therefrom dimensions such. B. μmol / m 2 · s, can be used. These are generally device-unspecific, since the conversion takes into account device parameters, for example the volume within the measuring cell, and can therefore be very advantageous for comparing the values with other parameters measured with other devices and / or with other methods.

Im weiteren Verlauf geht die Messkurve in einen Sättigungsbereich der Sauerstoffkonzentration über und weist einen im wesentlichen zeitlich konstanten Sättigungswert auf. Dieser ergibt sich aus einem Gleichgewicht zwischen Sauerstoffproduktion und Sauerstoffaufnahme durch die Pflanzenprobe sowie Schwund und einer sich daraufhin einstellenden, nahezu unveränderlichen Sauerstoffkonzentration in der Nähe des Sensorkopfes. Der Sättigungswert liefert einen Parameter „M”. Dieser beschreibt das in der Hellzeit zeitlich konstante Maximum der Messkurve und wird in mg/l bzw. in mbar angegeben.In the further course of the curve goes into a saturation region of the oxygen concentration and has a substantially constant temporal saturation value. This results from a balance between oxygen production and oxygen uptake by the plant sample as well as shrinkage and a resulting, almost constant oxygen concentration in the vicinity of the sensor head. The saturation value provides a parameter "M". It describes the maximum time of the trace that is constant in the bright time and is given in mg / l or mbar.

Aus einer Verknüpfung von „R” und „S” lässt sich der Koeffizient der photosynthetischen Aktivität durch einen Quotienten KphA = –S/R bilden. Es zeigt sich, dass dieser Koeffizient in bestimmten Fällen deutlicher noch als „R” und „S” allein die Vitalität/Photosynthetische Aktivität der untersuchten Probe beschreibt.From a combination of "R" and "S", the coefficient of photosynthetic activity can be formed by a quotient K phA = -S / R. It turns out that in certain cases this coefficient still more clearly describes the vitality / photosynthetic activity of the examined sample as "R" and "S".

Die genannten Parameter „R”, „S”, „D” und „M” bzw. der Koeffizient der photosynthetischen Aktivität „KphA” stehen als objektiv bestimmbare Indikatoren für die Beschreibung qualitativer und/oder quantitativer Zustände bzw. prognostische Aussagen über die weitere vegetative und/oder generative Entwicklung der untersuchten Pflanze zur Verfügung. Beispielsweise können damit Entwicklungen der Grünmasse und der Wurzelmasse oder reproduktive bzw. generative Entwicklungsprozesse wie etwa die Herausbildung von Fruchtansätzen des Chlorophyll tragenden Systems beurteilt und eingeschätzt werden, die allein aus subjektiven visuellen Bonituren gar nicht zu erkennen oder nur durch unvergleichbaren höheren messtechnischen Aufwand zu ermitteln sind. Dies betrifft beispielsweise die optimale Bestimmung des Erntezeitpunktes bestimmter Marktfrüchte, bei denen bisher nach der Methode der langjährigen Erfahrung mit der bereits erwähnten überproportionalen Dominanz des subjektiven Faktors verfahren wird. Im Folgenden werden hierzu einige Ausführungsbeispiele angegeben.The aforementioned parameters "R", "S", "D" and "M" or the coefficient of the photosynthetic activity "K phA " are objectively determinable indicators for the description of qualitative and / or quantitative states or prognostic statements about the others vegetative and / or generative development of the examined plant. For example, developments in green matter and root mass or reproductive or generative development processes, such as the development of fruiting processes of the chlorophyll-bearing system, can be assessed and assessed solely on the basis of subjective factors visual assessments are not recognizable or can only be determined by incomparably higher metrological effort. This concerns, for example, the optimal determination of the harvest time of certain market crops, in which the method of many years of experience already deals with the above-mentioned disproportionate dominance of the subjective factor. In the following some embodiments are given for this purpose.

Ausführungsbeispiel I: Interaktion von Winterweizen und BodenpilzenEmbodiment I: Interaction of winter wheat and soil fungi

In den letzten Jahren sind umfangreiche Forschungsarbeiten über die Wechselwirkung von pathogenen und Bodenpilzen insbesondere bei landwirtschaftlichen Kulturen wie Körner- und Ölfrüchte, aber auch bei Beerenobst durchgeführt worden. Dabei steht eine Verminderung der chemischen Schädlingsbekämpfung und deren Ersatz durch eine biologische Variante als Forschungsziel im Vordergrund. Dies ist insbesondere dadurch notwendig, seitdem im Falle eines Befalls mit Verticillium eine chemische Bodenentseuchung durch neue gesetzliche Bestimmungen verboten ist.In recent years, extensive research has been carried out on the interaction of pathogenic and soil fungi especially in agricultural crops such as grain and oil crops, but also in soft fruit. Here, a reduction of chemical pest control and its replacement by a biological variant as a research goal in the foreground. This is particularly necessary, since in the case of an infestation with Verticillium a chemical soil disinfection is prohibited by new legal provisions.

Von besonderer Bedeutung im Weizenanbau ist die häufig auftretende Krankheit ”Partielle Taubährigkeit”, die hauptsächlich durch Fusarium graminearum verursacht wird und zu hohen Qualitäts- und Ernteverlusten sowie zur Mykotoxinbelastung der Ernteprodukte führt. Diese Verluste können durch den Befall mit Alternaria alternata, einem ebenfalls potentiellen Mykotoxinbildner, noch erhöht werden.Of particular importance in wheat production is the common "Partial Taubährigkeit" disease, which is mainly caused by Fusarium graminearum and leads to high quality and harvest losses and mycotoxin contamination of the harvested products. These losses can be further increased by the infestation with Alternaria alternata, which is also a potential mycotoxin producer.

Alternative Methoden zur chemischen Bekämpfung dieser Pathogene werden benötigt. Die arbuskuläre Mykorrhiza (AM) spielt dabei eine besondere Rolle. Die Mykorrhiza, die Vergesellschaftung von Wurzeln höherer Pflanzen mit Pilzen, ist eine symbiontische Beziehung, die den Pflanzen eine höchst effektive Absorption von Mineralstoffen (Phosphat, gebundener Stickstoff) aus dem Boden ermöglicht und dem Pilz Zugang zu Assimilationsprodukten der Pflanze bietet.Alternative methods of chemical control of these pathogens are needed. The arbuscular mycorrhiza (AM) plays a special role. Mycorrhiza, the association of higher plant roots with fungi, is a symbiotic relationship that allows plants to absorb minerals (phosphate, bound nitrogen) from the soil in the most effective way and provides the fungus access to plant assimilation products.

In mehreren Versuchen wurden nun der Einfluss und die Wechselwirkung dieser Pilze auf die Entwicklung von Winterweizen untersucht. Dabei wurden sowohl traditionelle pflanzenphysiologische als auch mikrobiologische und biochemische Untersuchungen durchgeführt und diese mit den Ergebnissen der Untersuchungen der Pflanzenvitalität nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verglichen. Als besonders bedeutend wurde der erwähnte Parameter „S” gewertet. Es wurden folgende Varianten analysiert:

  • 1. Winterweizen (WW) als Kontrollvariante;
  • 2. WW + Glomus intraradices (WW + Gl);
In several experiments, the influence and the interaction of these fungi on the development of winter wheat were investigated. Traditional plant physiological as well as microbiological and biochemical investigations were carried out and compared with the results of plant vitality studies according to the method of the invention. The above-mentioned parameter "S" was considered particularly significant. The following variants were analyzed:
  • 1. Winter wheat (WW) as a control variant;
  • 2. WW + Glomus intraradices (WW + Gl);

Nach etwa vier Wochen wurden beide Varianten mit den pathogenen Pilzen in folgenden Varianten inokoliert:

  • 3. WW + Fusarium graminearum (WW + Fus);
  • 4. WW + Alternaria alternata (WW + Alt);
  • 5. WW + Glomus intrarad. + Fusarium gramin. (WW + Gl + Fus)
  • 6. WW + Glomus intrarad. + Alternaria altern. (WW + Gl + Alt);
  • 7. WW + Fusarium gramin. + Alternaria altern. (WW + Fus + Alt);
  • 8. WW + Glomus intrarad. + Fusarium gramin. + Altern. altern. (WW + Gl + Fus + Alt).
After about four weeks both variants were inokoliert with the pathogenic fungi in the following variants:
  • 3. WW + Fusarium graminearum (WW + Fus);
  • 4. WW + Alternaria alternata (WW + Old);
  • 5. WW + Glomus intrarad. + Fusarium gramin. (WW + Gl + Fus)
  • 6. WW + Glomus intrarad. + Alternaria aging. (WW + GI + ALT);
  • 7. WW + Fusarium gramin. + Alternaria aging. (WW + Fus + Alt);
  • 8. WW + Glomus intrarad. + Fusarium gramin. + Aging. aging. (WW + Gl + Fus + Alt).

Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ist in 3 dargestellt. Sie liegt im allgemeinen höher als 90%. Unter Verwendung eines geeigneten Softwareprogramms wurde eine statistische Auswertung der Untersuchungsergebnisse, sowohl der Messergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung des Parameters „S”, als auch die der mikroskopischen, pflanzenphysiologischen und biochemischen Untersuchungen ausgeführt.The reproducibility of the results is in 3 shown. It is generally higher than 90%. Using a suitable software program, a statistical evaluation of the test results, both of the measurement results with the method according to the invention using the parameter "S", and of the microscopic, plant physiological and biochemical examinations was carried out.

Das Ergebnis der Korrelationsanalyse einzelner Messreihen an Weizenblättern zeigt 4. Die Tabellen 1a bis 1c zeigen die Mittelwerte der photosynthetischen Aktivität der Weizenblätter über einen Zeitraum von 9 Wochen und Veränderungen Δ gegenüber der Kontrollvariante (O2-Messung, „S” in μmol/m2·s). Tabelle 1a Mittelwerte der photosynthetischen Aktivität anhand des Slope-Parameters „S” bei Weizenblättern von Woche 1 bis Woche 3 und Veränderungen Δ gegenüber der Kontrollvariante Inokulations-Variante 1 Wo. Δ % 2 Wo. Δ % 3 Wo. Δ % WW 10,93 12,22 14,83 WW + Gl 14,78 35,2 14,15 15,8 15,27 3,0 WW + Fus 11,27 3,1 2,17 –82,3 0 –100,0 WW + Alt 8,81 –19,4 11,12 –9,0 13,64 –8,0 WW + Gl + Fus 10,30 –5,8 9,67 –20,8 6,81 –54,1 WW + Gl + Alt 8,49 –22,4 11,93 –2,4 14,85 0,2 WW + Fus + Alt 7,03 –35,7 8,31 –31,9 5,12 –65,5 WW + Gl + Fus + Alt 9,54 –12,8 10,24 –16,2 5,82 –60,7 Tabelle 1b Mittelwerte der photosynthetischen Aktivität anhand des Slope-Parameters „S” bei Weizenblättern von Woche 4 bis Woche 6 und Veränderungen Δ gegenüber der Kontrollvariante Inokulations-Variante 4 Wo. Δ % 5 Wo. Δ % 6 Wo. Δ % WW 13,63 11,77 10,11 WW + Gl 14,34 5,2 14,15 20,2 12,84 27,0 WW + Fus 0 –100,0 0 –100,0 0 –100,0 WW + Alt 15,20 11,6 12,64 7,4 9,89 –2,1 WW + Gl + Fus 2,30 –83,1 0 –100,0 0 –100,0 WW + Gl + Alt 11,36 –16,6 14,67 24,6 14,85 46,9 WW + Fus + Alt 0 –100,0 0 –100,0 0 –100,0 WW + Gl + Fus + Alt 0 –100,0 0 –100,0 0 –100,0 Tabelle 1c Mittelwerte der photosynthetischen Aktivität anhand des Slope-Parameters „S” bei Weizenblättern von Woche 7 bis Woche 9 und Veränderungen Δ gegenüber der Kontrollvariante Inokulations-Variante 7 Wo. Δ % 8 Wo. Δ % 9 Wo. Δ % WW 10,94 10,43 8,87 WW + Gl 13,09 19,6 13,54 29,8 11,05 24,5 WW + Fus 0 –100,0 0 –100,0 0 –100,0 WW + Alt 8,53 –22,0 9,44 –9,5 8,51 –4,1 WW + Gl + Fus 0 –100,0 0 –100,0 0 –100,0 WW + Gl + Alt 12,89 17,9 10,85 4,0 9,82 10,6 WW + Fus + Alt 0 –100,0 0 –100,0 0 –100,0 WW + Gl + Fus + Alt 0 –100,0 0 –100,0 0 –100,0 The result of the correlation analysis of individual measurement series on wheat leaves shows 4 , Tables 1a to 1c show the mean values of the photosynthetic activity of the wheat leaves over a period of 9 weeks and changes Δ compared to the control variant (O 2 measurement, "S" in μmol / m 2 · s). Table 1a Mean values of photosynthetic activity using slope parameter "S" in wheat leaves from week 1 to week 3 and changes Δ versus the control variant Inoculation variant 1 week. Δ% 2 weeks. Δ% 3 weeks. Δ% WW 10.93 12.22 14.83 WW + Eq 14.78 35.2 14.15 15.8 15.27 3.0 WW + foot 11.27 3.1 2.17 -82.3 0 -100.0 WW + Alt 8.81 -19.4 11.12 -9.0 13.64 -8.0 WW + Gl + Fus 10.30 -5.8 9.67 -20.8 6.81 -54.1 WW + GI + ALT 8.49 -22.4 11.93 -2.4 14.85 0.2 WW + Fus + Alt 7.03 -35.7 8.31 -31.9 5.12 -65.5 WW + Gl + Fus + Alt 9.54 -12.8 10.24 -16.2 5.82 -60.7 Table 1b Mean values of photosynthetic activity using the slope parameter "S" in wheat leaves from week 4 to week 6 and changes Δ to the control variant Inoculation variant 4 weeks. Δ% 5 weeks. Δ% 6 weeks. Δ% WW 13.63 11.77 10.11 WW + Eq 14.34 5.2 14.15 20.2 12.84 27.0 WW + foot 0 -100.0 0 -100.0 0 -100.0 WW + Alt 15.20 11.6 12.64 7.4 9.89 -2.1 WW + Gl + Fus 2.30 -83.1 0 -100.0 0 -100.0 WW + GI + ALT 11.36 -16.6 14.67 24.6 14.85 46.9 WW + Fus + Alt 0 -100.0 0 -100.0 0 -100.0 WW + Gl + Fus + Alt 0 -100.0 0 -100.0 0 -100.0 Table 1c Average values of the photosynthetic activity using the slope parameter "S" in wheat leaves from week 7 to week 9 and changes Δ compared to the control variant Inoculation variant 7 weeks. Δ% 8 weeks. Δ% 9 weeks. Δ% WW 10.94 10.43 8.87 WW + Eq 13,09 19.6 13.54 29.8 11.05 24.5 WW + foot 0 -100.0 0 -100.0 0 -100.0 WW + Alt 8.53 -22.0 9.44 -9.5 8.51 -4.1 WW + Gl + Fus 0 -100.0 0 -100.0 0 -100.0 WW + GI + ALT 12.89 17.9 10.85 4.0 9.82 10.6 WW + Fus + Alt 0 -100.0 0 -100.0 0 -100.0 WW + Gl + Fus + Alt 0 -100.0 0 -100.0 0 -100.0

Das Diagramm aus 5 zeigt beispielhaft die zeitabhängige Sauerstoffkonzentration bei den jeweils untersuchten unterschiedlichen Inokulationsvarianten am Ende der ersten Woche. Die mit Fusarium graminearium beimpften Pflanzen zeigten innerhalb der zweiten Woche abfallende Vitalität und waren am Ende der zweiten Woche durchgängig abgestorben.The diagram 5 shows, by way of example, the time-dependent oxygen concentration in the case of the different inoculation variants investigated at the end of the first week. The plants inoculated with Fusarium graminearium showed decaying vitality within the second week and died completely at the end of the second week.

Die erhaltenen Ergebnisse wurden mit pflanzenphysiologischen und mikrobiologischen Messungen verglichen. Es wurden hierzu folgende Parameter gemessen:
Die Grünmasse (Spross FM) und die Trockenmasse der Sprosse (Spross TM), die Frischmasse der Wurzeln (Wurzel FM) und deren Trockenmasse (Wurzel TM) sowie der Grad der Mykorrhizierung der Wurzeln für die einzelnen Varianten in Abhängigkeit von deren Ontogenese. Die Einzelwerte sind hier nicht aufgeführt, es werden lediglich die Ergebnisse der Korrelation der Parameter der statistischen Auswertung mit denen der photosynthetischen Aktivität zum jeweiligen Zeitpunkt dargestellt und in Beziehung gesetzt. Die Resultate der Korrelationsanalyse sind in Tabelle 2 für die drei verschiedene Messreihen dargestellt, bei denen in 4 die Relevanz der Mittelwertbildung nachgewiesen werden konnte: Tabelle 2 Korrelationen. Markierte Korrelationen signifikant für p < 0.05; N = 126 (Fallweiser Ausschluss von MD) O_1 O_2 O_3 Sproß FM 0.1291 0.0802 0.0325 p = 0.150 p = 0.372 p = 0.718 Sproß TM 0.1190 0.0837 0.0265 p = 0.184 p = 0.351 p = 0.769 Wurzel FM –0.0977 –0.1645 –0.1446 p = 0.276 p = 0.066 p = 0.106 Wurzel TM 0.1093 0.0203 0.0426 p = 0.223 p = 0.822 p = 0.636 Mycorrhizierung 0.3748 0.4217 0.4217 p = 0.000 P = 0.000 p = 0.000
The results obtained were compared with plant physiological and microbiological measurements. The following parameters were measured:
The green matter (scion FM) and the dry mass of the shoot (shoot TM), the fresh mass of the roots (root FM) and their dry matter (root TM) and the degree of mycorrhization of the roots for each variant depending on their ontogenesis. The individual values are not listed here, only the results of the correlation of the parameters of the statistical evaluation with those of the photosynthetic activity at the respective time are shown and put into relation. The results of the Correlation analysis is presented in Table 2 for the three different series of measurements in which 4 the relevance of averaging could be demonstrated: Table 2 Correlations. Marked correlations significant for p <0.05; N = 126 (case-by-case exclusion of MD) O_1 O_2 O_3 Sprout FM 0.1291 0.0802 0.0325 p = 0.150 p = 0.372 p = 0.718 Sprout TM 0.1190 0.0837 0.0265 p = 0.184 p = 0.351 p = 0.769 Root FM -0.0977 -0.1645 -0.1446 p = 0.276 p = 0.066 p = 0.106 Root TM 0.1093 0.0203 0.0426 p = 0.223 p = 0.822 p = 0.636 Mycorrhizierung 0.3748 0.4217 0.4217 p = 0.000 P = 0.000 p = 0.000

Tabelle 3 zeigt versuchsbedingte Korrelationen: 100 Stück aus 1 g FM Wurzel, unabhängig von der Wurzelmasse: Tabelle 3. Korrelationen. Markierte Korr. signifikant für p < 0.05 N = 127 (Fallweiser Ausschluss von MD) Sproß FM Sproß TM Wurzel FM Wurzel TM Mycorrhizierung –0.0750 –0.0915 –0.3513 –0.1114 P = 0.402 P = 0.306 p = 0.000 p = 0.212 Table 3 shows experimental correlations: 100 pieces of 1 g FM root, independent of root mass: Table 3. Correlations. Marked corr. Significant for p <0.05 N = 127 (case-by-case exclusion of MD) Sprout FM Sprout TM Root FM Root TM Mycorrhizierung -0.0750 -0.0915 -0.3513 -0.1114 P = 0.402 P = 0.306 p = 0.000 p = 0.212

Tabelle 4 stellt die Korrelationen zwischen photosynthetischer Aktivität und der Mykorrhizierung verglichen mit der Korrelation zur Gesamtmenge der Mykorrhizen dar: Tabelle 4 Korrelationen. Markierte Korr. signifikant für p < ,05000 N = 127 (Fallweiser Ausschluss von MD) Mycorrhizierung O_1 O_2 O_3 0.3852 0.4351 0.4351 p = 0.000 p = 0.000 p = 0.000 0.3145 0.3080 0.2993 p = 0.000 p = 0.000 p = 0.001 Table 4 presents the correlations between photosynthetic activity and mycorrhization compared to the correlation to the total amount of mycorrhizae: Table 4 Correlations. Marked corr. Significant for p <, 05000 N = 127 (case-by-case exclusion of MD) Mycorrhizierung O_1 O_2 O_3 0.3852 0.4351 0.4351 p = 0.000 p = 0.000 p = 0.000 0.3145 0.3080 0.2993 p = 0.000 p = 0.000 p = 0.001

Ergebnis der Auswertung:Result of the evaluation:

  • 1. Es gibt keine signifikanten Zusammenhänge zwischen den Ernteparametern und der photosynthetischen Aktivität der Weizenblätter in den einzelnen Inokulationsvarianten.1. There are no significant correlations between the harvest parameters and the photosynthetic activity of the wheat leaves in the individual inoculation variants.
  • 2. Es gibt dem gegenüber eine signifikante Korrelation zwischen der photosynthetischen Aktivität der Weizenblätter in den einzelnen Inokulationsvarianten und der Mykorrhizierung.2. There is a significant correlation between the photosynthetic activity of the wheat leaves in the individual inoculation variants and the mycorrhization.
  • 3. Die Korrelation ist bei der Betrachtung der Mykorrhizierung größer als bei der gleichen auf die Gesamtwurzelmasse bezogenen Betrachtung, 3. The correlation is greater in considering mycorrhization than in the same total root mass consideration,
  • 4. Der Vitalitätsparameter beschreibt im vorliegenden Falle eine qualitative Beziehung zur untersuchten Pflanze, die Mykorrhizierung.4. The vitality parameter in the present case describes a qualitative relationship to the examined plant, the mycorrhization.

Mit dieser Erkenntnis werden nunmehr die Korrelationen der einzelnen Varianten und die darin enthaltenen mikrobiologischen Wechselbeziehungen betrachtet. Dabei lassen sich für die zweite Versuchswoche folgende Grundaussagen treffen:

  • 1. Durch Inokulation mit Glomus wird die Sauerstoffproduktion der Pflanze erhöht.
  • 2. Durch den Einfluss von Fusarium nimmt die Vitalität stark ab, während gemeinsam mit Glomus das Kontrollniveau wieder erreicht wird.
  • 3. Alternaria hat gegenüber der Kontrollvariante keinen wesentlichen Einfluss, gemeinsam mit Glomus wird ein stabilisiertes Kontrollniveau erreicht.
  • 4. Folgende Antagonismen sind zu erkennen: Gl gegen Fus; Gl gegen Alt, Alternaria steht in Konkurrenz zu Fusarium (kein additiver Effekt!); Gl + Fus + Alt erreicht etwa das Kontrollniveau.
With this knowledge, the correlations of the individual variants and the microbiological correlations contained therein are considered. The following basic statements can be made for the second trial week:
  • 1. Inoculation with Glomus increases the oxygen production of the plant.
  • 2. Due to the influence of Fusarium, the vitality decreases strongly, while together with Glomus the control level is reached again.
  • 3. Alternaria has no significant influence on the control variant; together with Glomus a stabilized control level is achieved.
  • 4. The following antagonisms can be recognized: Gl against Fus; Gl vs Alt, Alternaria competes with Fusarium (no additive effect!); Gl + Fus + Alt reaches about the level of control.

Abschließend soll auf die Dynamik der Wechselbeziehungen mit den in Tabelle 4 dargestellten Resultaten der Korrelationsanalyse verwiesen werden. Diese ist in den Diagrammen in 8 und 9 dargestellt. 8 zeigt einen Vergleich der Dynamik der einzelnen Inokulationsvarianten über einen Zeitraum von 14 Tagen, während das Diagramm in 9 einen Vergleich der Dynamik der einzelnen Inokulationsvarianten über einen Zeitraum von 39 Tagen darstellt. Aus den Diagrammen lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:

  • 1. Es zeigt sich eine parallele Dynamik der Kontrollvariante WW mit den Varianten WW + Glomus und WW + Alternaria.
  • 2. Andererseits liegt eine geänderte Dynamik bei der Kombination WW + Glomus + Alternaria vor.
  • 3. Die Anfangswirkung von Alternaria ist sehr hoch.
  • 4. Die Wirkung von Glomus setzt etwa ab dem 8. Tag ein und erstreckt sich etwa bis zum 30. Tag.
  • 5. Ab dem 30. Tag ist keine Wirkung mehr zu verzeichnen.
Finally, reference should be made to the dynamics of correlations with the results of the correlation analysis presented in Table 4. This is in the diagrams in 8th and 9 shown. 8th shows a comparison of the dynamics of the individual inoculation variants over a period of 14 days, while the diagram in 9 represents a comparison of the dynamics of the individual Inokulationsvarianten over a period of 39 days. From the diagrams, the following conclusions can be drawn:
  • 1. It shows a parallel dynamics of the control variant WW with the variants WW + Glomus and WW + Alternaria.
  • 2. On the other hand, there is a changed dynamic in the combination WW + Glomus + Alternaria.
  • 3. The initial effect of Alternaria is very high.
  • 4. The effect of Glomus begins around the 8th day and extends until about the 30th day.
  • 5. From the 30th day is no longer noticeable.

Ausführungsbeispiel II: Algenwachstum und HuminstoffeExemplary embodiment II: growth of algae and humic substances

Untersuchung der Einwirkung von Huminstoffen (HS) auf das Wachstum von grünen Algen des Typs Monoraphidium convolutumInvestigation of the effect of humic substances (HS) on the growth of green algae of the type Monoraphidium convolutum

Mit der weltweit zunehmenden mineralischen Düngung im Pflanzenbau ist überall ein zunehmender Eintrag von Nährstoffen in die Oberflächengewässer zu verzeichnen. Das wiederum hat einen nachhaltigen Einfluss auf das Wachstum von Algen und höheren Pflanzen in diesem Ökobereich, welches bei Erreichen einer bestimmten Grenze starke negative Auswirkungen auf dieses Ökosystem hat. Es ist deshalb von Bedeutung zu wissen, ob und inwieweit diesem Wachstum auch mit biologischen Mitteln – an Stelle von chemischen Wachstumshemmern – Einhalt geboten werden kann. Diese Untersuchungen führen für jedes individuelle Ökosystem zu ganz spezifischen Schlussfolgerungen im quantitativen Bereich und müssen deshalb für jedes einzelne System gesondert durchgeführt werden.With the increasing use of mineral fertilizers in crop production worldwide, there is an increasing input of nutrients into surface waters everywhere. This, in turn, has a lasting impact on the growth of algae and higher plants in this eco-area, which, when reached a certain limit, has a strong negative impact on this ecosystem. It is therefore important to know whether and to what extent this growth can be stopped by biological means, instead of chemical growth inhibitors. These investigations lead to very specific quantitative conclusions for each individual ecosystem and therefore have to be carried out separately for each individual system.

Es wird ein Beispiel unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, in dem über den Vitalitätsparameter „S”, gemessen mit dem PlantVital®5000, geklärt werden kann, ob und in welcher Größenordnung im Falle von konkreten Algen Huminstoffe als zusätzlicher Nährstoff dienen oder hemmend auf das Algenwachstum wirken. Die Untersuchungen wurden durchgeführt, indem zwischen dem gemessenen Vitalitätsparameter „S” der photosynthetischen Aktivität der Algen und den unter der Einwirkung der Huminstoffe unterschiedlicher Konzentration in den Algen produzierten oxydativen Produkten eine Korrelation hergestellt wurde. In 10 ist das Algenwachstum im Zeitverlauf von 21 Tagen in Abhängigkeit von der Konzentration des organisch gebundenen Kohlenstoffs (siehe Kasten im Bild), eingebracht über die Huminstoffe, dargestellt.It is shown an example of using the method according to the invention can be in the clarified on the vitality parameters "S", as measured by the PlantVital ® 5000, whether and in what order in the case of concrete algae humic substances serve as an additional nutrient or inhibitory effect on the Algae growth act. The investigations were carried out by establishing a correlation between the measured vitality parameter "S" of the photosynthetic activity of the algae and the oxidative products produced in the algae by the action of humic substances of different concentration. In 10 the growth of algae over a period of 21 days is shown as a function of the concentration of the organically bound carbon (see box in the picture), introduced via the humic substances.

11 zeigt den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessenen zeitlichen Verlauf der Sauerstoffkonzentration (vgl. 2) in Abhängigkeit vom Eintrag des organisch gebundenen Kohlenstoffs über die Huminstoffe. 11 shows the measured with the inventive method time course of the oxygen concentration (see. 2 ) depending on the entry of the organically bound carbon over the humic substances.

Mit biochemischen Methoden (Bestimmung von Stress-Enzymen, wie Catalase (CAT), Superoxid-Dismutase (SOD), Peroxidase (POD), Glutathion-S-Transferase (GST) und Wasserstoffperoxid (H2O2)) wurde nunmehr versucht, das gleiche Ergebnis zu erreichen, um die primären Ursachen für das Absinken der photosynthetischen Aktivität zu ermitteln. Letztere Methoden haben in vielen Versuchen eine gute Korrelation zu den Versuchen mit den Huminstoffen ergeben. Es ist bekannt, dass die biologischen Untersuchungen sehr zeit- und materialaufwändig sind und die Verfügbarkeit mehrerer teuerer Geräte erforderlich ist. Des weiteren wird eine große Erfahrung des die Untersuchungen durchführenden Wissenschaftlers vorausgesetzt, um gute Ergebnisse zu erreichen.Using biochemical methods (determination of stress enzymes, such as catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), glutathione-S-transferase (GST) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 )) has now been tried, the to achieve the same result in order to determine the primary causes for the decrease in photosynthetic activity. The latter methods have shown in many experiments a good correlation to the experiments with humic substances. It is known that the biological investigations are very time and material consuming and the availability of several expensive equipment is required. Furthermore, a great deal of experience of the investigating scientist is required to achieve good results.

Das Ergebnis der vergleichenden Untersuchungen ist in 12 dargestellt. Diese Abbildung zeigt die Korrelation zwischen der photosynthetischen Aktivität der Algen, ausgedrückt durch den Vitalitätsparameter „S”, und der Wasserstoffperoxyd-Konzentration im Algenmaterial ermittelt über eine Vielzahl von Versuchen.The result of the comparative investigations is in 12 shown. This figure shows the correlation between the photosynthetic activity of algae expressed by the vitality parameter "S" and the hydrogen peroxide concentration in the algal material as determined by a variety of experiments.

Der Korrelationskoeffizient r2 = 0,90 hat einen durchaus zufriedenstellenden Wert. r2 = 1 wäre der Idealwert. The correlation coefficient r 2 = 0.90 has a quite satisfactory value. r 2 = 1 would be the ideal value.

Das Beispiel zeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr einfach und zweckmäßig Routine-Messungen ausgeführt werden können, wozu man anderenfalls ein Vielfaches an Zeit und einen enormen experimentellen Aufwand benötigt. Es zeigt weiterhin, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Vitalitätsparameter „S”, ermittelt als objektive Größe aus der photosynthetischen Aktivität der untersuchten Spezies, ein das System objektiv und quantitativ beschreibender Parameter ist.The example shows that routine measurements can be carried out very simply and expediently with the method according to the invention, which otherwise requires a multiple of time and enormous experimental effort. It also shows that, with the method according to the invention, the vitality parameter "S", determined as the objective variable from the photosynthetic activity of the examined species, is a parameter which describes the system objectively and quantitatively.

Ausführungsbeispiel III: Vitalität von StraßenbäumenEmbodiment III: Vitality of road trees

Untersuchung des Standorteinflusses auf die Vitalität von Straßenbäumen in Berlin-Charlottenburg und in Strausberg (Grüne Stadt am See) am gleichen TageExamination of the location influence on the vitality of street trees in Berlin-Charlottenburg and in Strausberg (Green City on the lake) on the same day

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden drei Sorten von Straßenbäumen, Kastanien, Eichen und Linden, an jeweils gleichen Tagen sowohl in einer verkehrsreichen Gegend in Berlin-Charlottenburg als auch in einer weniger verkehrsbelasteten Straße in Strausberg (Grüne Stadt am See) bei Berlin untersucht. Es wurde dabei darauf geachtet, dass die Bäume etwa das gleiche Alter hatten und die Proben von etwa der gleichen Höhe und der gleichen Himmelsrichtung entnommen wurden. Auch sonst waren die Lichtverhältnisse bei den jeweils verglichenen Proben vergleichbar.With the method according to the invention, three varieties of road trees, chestnuts, oaks and limes were examined on the same days both in a busy area in Berlin-Charlottenburg and in a less traffic-strained street in Strausberg (Green City on the lake) in Berlin. It was taken care that the trees were about the same age and the samples were taken from about the same height and the same direction. Even otherwise, the lighting conditions were comparable for the samples compared.

Von allen Proben wurden jeweils 5 Exemplare vermessen, aus denen dann jeweils Mittelwerte gebildet wurden.From each sample 5 specimens were measured, from which then averages were formed.

Als Messwerte wurden der Parameter der Respiration „R” und der Parameter der Assimilation „S” ermittelt (entsprechend den Angaben in 2).The parameters of the respiration "R" and the parameter of the assimilation "S" were determined as measured values (as indicated in 2 ).

Die auf diese Weise entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Mittelwerte sind in der angeführten Tabelle 5 enthalten. In der Tabelle sind weiterhin die Koeffizienten der photosynthetischen Aktivität KphA = –S/R dargestellt. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass in einschlägigen Fällen dieser erfindungsgemäße Koeffizient ein brauchbarer, die Vitalitätsverhältnisse noch deutlicher ausdrückender quantitativer Wert zur Beschreibung des Zustandes der Chlorophyll tragenden Untersuchungsobjekte ist. Tabelle 5: Vitalitätsparameter in μmol/m2·s von Straßenbäumen in Strausberg (SRB) und in Berlin (B) sowie deren Quotienten. In der Tabelle sind lediglich die Maßzahlen angegeben Parameter Kastanie Kastanie Kastanie Eiche Eiche Eiche Linde Linde Linde Standort SRB B SRB/B SRB B SRB/B SRB B SRB/B „+S” 1,03 0,70 1,471 4,56 4,06 1,123 6,80 4,91 1,385 „–R” 2,58 3,68 0,701 3,50 3,55 0,986 3,91 7,92 0,494 ”KphA 0,399 0,190 2,098 1,303 1,144 1,139 1,739 0,620 2,805 The mean values determined in this way according to the method according to the invention are contained in Table 5. The table also shows the coefficients of the photosynthetic activity K phA = -S / R. From this table it can be seen that, in relevant cases, this coefficient according to the invention is a useful quantitative value which expresses the vitality ratios even more clearly for the purpose of describing the condition of the chlorophyll-bearing examination objects. Table 5: Vitality parameters in μmol / m 2 · s of road trees in Strausberg (SRB) and in Berlin (B) as well as their quotients. The table only shows the measures parameter chestnut chestnut chestnut Oak Oak Oak lime lime lime Location SRB B SRB / B SRB B SRB / B SRB B SRB / B "+ S" 1.03 0.70 1,471 4.56 4.06 1,123 6.80 4.91 1.385 "-R" 2.58 3.68 0.701 3.50 3.55 0.986 3.91 7.92 0.494 "K phA " 0,399 0,190 2,098 1,303 1,144 1,139 1,739 0,620 2,805

Die Zahlenwerte weisen deutlich aus, dass der Koeffizient der photosynthetischen Aktivität KphA = –S/R vorhandene Unterschiede bei vergleichbaren Objekten deutlicher darstellen kann als die primären Vitalitätsparameter „S” und „R”.The numerical values clearly show that the coefficient of the photosynthetic activity K phA = -S / R can represent existing differences in comparable objects more clearly than the primary vitality parameters "S" and "R".

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
abgeschirmter Messplatzshielded measuring station
1515
biologische Probebiological sample
2020
Messzellecell
2525
elektrochemischer Sensorelectrochemical sensor
3030
Lichtquellelight source
3535
Zeitgebertimer
3636
Ansteuerungselektronikcontrol electronics
4040
MesswerterfassungseinheitData acquisition unit
4545
Protokolleinheitprotocol unit
5050
Messreihemeasurement series
6060
thermischer Regelkreisthermal control circuit
6565
PeltierelementPeltier element
6666
Temperaturfühlertemperature sensor
6767
Steuerelektronikcontrol electronics
cc
Sauerstoffkonzentrationoxygen concentration
DD
zeitlicher Verzögerungsparametertime delay parameter
MM
maximaler Sättigungswertmaximum saturation value
RR
RespirationsparameterRespirationsparameter
SS
SlopeparameterSlope parameter
ton t on
Einschaltzeitpunktswitch-on
tmin min
Zeitpunkt des lokalen MinimumsTime of the local minimum
KphA K phA
= –S/R Koeffizient der photosynthetischen Aktivität= -S / R coefficient of photosynthetic activity

Claims (2)

Verfahren zur Bewertung der Vitalität chlorophylltragender biologischer Proben mit einer Zeitverlaufsmessung einer Sauerstoffkonzentration (c) in einer unmittelbaren räumlichen Umgebung der biologischen Probe bei wechselnder Beleuchtung mittels Messung einer Reaktionszeit (D) zwischen dem Zeitpunkt eines abrupten Beleuchtungswechsels und dem Zeitpunkt eines lokalen Extremwertes in der zeitabhängigen Sauerstoffkonzentration zur Bestimmung des Adaptionsverhaltens der Photosyntheseleistung, wobei die Zeitverlaufsmessung der Sauerstoffkonzentration (c) in einer unmittelbaren räumlichen Umgebung der biologischen Probe bei wechselnder Beleuchtung mit folgenden Verfahrensschritten ausgeführt wird: – einer Messung einer zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration (c) während einer Dunkelzeit (tD) bei einer abgeschalteten Beleuchtung, – einer Messung der Reaktionszeit (D) zwischen einem Einschaltzeitpunkt (ton) der Beleuchtung und einem Zeitpunkt (tmin) eines auf den Einschaltzeitpunkt folgenden lokalen Minimums der Sauerstoffkonzentration, – einer Messung einer zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration während einer Hellzeit bei eingeschalteter Beleuchtung, – einer Bestimmung eines sich bei eingeschalteter Beleuchtung einstellenden Sättigungswertes (M) der Sauerstoffkonzentration, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration (c) während der Dunkelzeit (tD) ein diese zeitliche Veränderung beschreibender Respirationsparameter (R) und aus der zeitlichen Veränderung der Sauerstoffkonzentration (c) während der Hellzeit ein diese zeitliche Veränderung beschreibender Slope-Parameter (S) ermittelt wird, wobei aus dem negativen Verhältnis des Slope-Parameters „S” und des Respirationsparameters „R” ein Koeffizient der photosynthetischen Aktivität KphA = –S/R bestimmt wird.Method for evaluating the vitality of chlorophyll-bearing biological samples with a time course measurement of an oxygen concentration (c) in an immediate spatial environment of the biological sample with changing illumination by measuring a reaction time (D) between the time of an abrupt change of illumination and the time of a local extreme in the time-dependent oxygen concentration for determining the adaptation behavior of the photosynthesis power, wherein the time course measurement of the oxygen concentration (c) in an immediate spatial environment of the biological sample is carried out with changing illumination with the following method steps: - a measurement of a temporal change in the oxygen concentration (c) during a dark time (t D ) with a switched off illumination, - a measurement of the reaction time (D) between a switch-on (t on ) of the lighting and a time (t min ) of a on the on switching time following local minimum of the oxygen concentration, - a measurement of a temporal change in the oxygen concentration during a bright time when the lighting is switched on, - a determination of a set when the lighting illumination saturation value (M) of the oxygen concentration, characterized in that from the temporal change of the oxygen concentration (c ) during the dark time (t D ), this temporal change descriptive Respirationsparameter (R) and from the temporal change of the oxygen concentration (c) during the light time, a time change describing slope parameter (S) is determined, wherein from the negative ratio of Slope parameter "S" and the respiratory parameter "R" a coefficient of photosynthetic activity K phA = -S / R is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Respirationsparameter (R) und der Slope-Parameter (S) durch das Anpassen einer linearen Funktion an die gemessenen zeitlich veränderlichen Sauerstoffkonzentrationswerte während der Dunkel- bzw. der Hellzeit ermittelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the respiration parameter (R) and the slope parameter (S) is determined by fitting a linear function to the measured time-varying oxygen concentration values during the dark and the light time respectively.
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