DE4332290C2 - Vorrichtung zur Messung der Photosynthese-Aktivitäten von Pflanzen - Google Patents
Vorrichtung zur Messung der Photosynthese-Aktivitäten von PflanzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Photo
synthese-Aktivitäten von Pflanzen, insbesondere von Blattmate
rialien, durch Sauerstoffbestimmung, wobei diese ein gerätein
tegriertes Gehäuse umfaßt, das eine Hochleistungs-
Lumineszenzdiode enthält, thermisch stabilisiert ist und einen
Hohlraum zur Aufnahme einer mechanisch getrennten Meßzelle
aufweist gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es ist allgemein bekannt, daß der Vorgang der Atmung von
Pflanzen, der zu einem wesentlichen Teil über deren Blätter,
das heißt über deren Spaltöffnungen und das in den Chloropla
sten eingelagerte Chlorophyll erfolgt, durch die verschieden
sten Umweltfaktoren beeinflußt wird. Weiterhin ist bekannt,
daß die Photosynthese der Pflanzen von der Intensität und der
spektralen Zusammensetzung des Lichts, von der Temperatur so
wie weiteren Faktoren abhängt. In der entsprechenden Literatur
(vgl. U. Metzger, "Untersuchungen des photosynthetischen Elek
tronentransports isolierter Chloroplasten..", Dissertation A,
Halle 1981; G. Wicke, "Rezepturgestaltung bei Herbizidemulsio
nen", Akademie Verlag, Berlin 1992) werden Untersuchungen an
mehr oder weniger stark aufbereitetem Blattmaterial beschrie
ben, die in der Regel von der Messung der Sauerstoffproduktion
oder auch vom Kohlendioxidumsatz ausgehen. Die Meßmethoden
sind für exakte Untersuchungen in entsprechend ausgestatteten
Laboratorien geeignet, können aber die an intakten Pflanzen
ablaufenden sehr komplexen Vorgänge nur eingeschränkt wieder
geben.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Untersuchungen durch Messungen
mit einer speziell gefertigten, mit Lumineszenzdioden beleuch
teten Sauerstoffmeßzelle durchzuführen. Der Stand der Technik
ist gekennzeichnet durch Veröffentlichungen von B. Flaschen
träger, E. Lehnartz, Physiologische Chemie, Springer Verlag,
Berlin 1966; Merbach u. a., Speziell Agrochemie PSM Informati
on, A2 (1978) 8.
Für den praktischen Gebrauch wirkt sich die ungünstige Ausfüh
rung der Beleuchtungseinrichtungen der bekannten Vorrichtungen
nachteilig aus. Um die erforderliche hohe spektrale Leistungs
dichte im Wellenlängenbereich von etwa 600 bis 680 nm unter
Laborbedingungen realisieren zu können, werden üblicherweise
Halogenlampen im Leistungsbereich von 20 bis 50 W eingesetzt.
Diese Lampen erzeugen in der Meßanordnung und insbesondere
auch in den Blättern Temperaturanstiege, die die Meßergebnisse
stark verfälschen, so daß mit Hilfe optischer Filter und tech
nisch aufwendiger thermischer Isolation gearbeitet werden muß.
Die an sich günstige Verwendung der bereits vorgeschlagenen
Lumineszenzdioden bewirkt oftmals eine undefinierte und un
gleichmäßige Beleuchtung der zu untersuchenden Blattmasse
durch die Integration der Beleuchtungseinrichtung in die Sau
erstoffmeßzelle. Dadurch bleibt die Empfindlichkeit der Anord
nung zu gering und insbesondere die in der Natur vorkommende
Lichtintensitäten werden nicht erreicht.
Weiterhin nachteilig ist, daß in den bekannten Meßanordnungen
eine senkrechte Lage der Meßzelle wegen der in ihr beispiels
weise enthaltenen Meßlösung erforderlich ist. Dadurch wird die
Flexibilität der Anordnungen weiter eingeschränkt. Ebenfalls
nachteilig für Untersuchungen in der freien Natur an weitge
hend ungestörtem Blattmaterial wirkt sich aus, daß der Andruck
der Meßsonde an das Blattmaterial vom Geschick des Experimen
tators abhängig ist und daher erhebliche Unterschiede in den
Ergebnissen alleine durch eine mehr oder weniger große Beein
trächtigung der Blattstruktur entstehen.
Die gattungsbildende DE 42 07 361 A1 offenbart ein Gerät zur
Bestimmung der Photosynthese pflanzlichen Materials, wobei
dort darauf hingewiesen wird, die vorhandene Probenschraubkap
pe drucklos gegen eine notwendige Membran zu kontaktieren. Ei
ne drucklose Kontaktierung ist jedoch im praktischen Einsatz
nicht möglich. Vielmehr kommt es je nach Blattdicke bzw. dem
Geschick des Bedienenden zu mehr oder weniger verteilten, un
gleichmäßigen, nicht wiederholbaren Druckkräften mit der Folge
ungenauer Messungen.
Die DE 41 40 414 A1 wiederum greift auf eine Fluoreszenzrück
meldung zurück, um Eigenvitalität von Algen zu bestimmen, die
sich in einer Meßkammer definierten Volumens befinden.
Bei der EP 0 242 225 A2 wird ein Detektor zur Bestimmung des
Verschmutzungsgrades von Flüssigkeiten vorgeschlagen, wobei
eine Sensorzelle vorgesehen ist, die eine Bakterienkultur ent
hält. Um die Aktivitäten der Bakterienkultur anzuregen, wird
eine Bestrahlung vorgenommen und hierfür eine lichtemittieren
de Diode verwendet. In eine ähnliche Lösungsrichtung geht die
WO 91/18970 A1, wobei dort das Kultivieren von phototropischen,
im Wasser lebenden Organismen im Mittelpunkt steht.
Gemäß FR 2 646 510 wird eine an sich bekannte Sauerstoffelek
trode zur Photosynthesemessung benutzt. Das Meßobjekt befindet
sich dort in einer drucklosen Kammer, wobei die Beleuchtung
über eine Glasfaseroptik erfolgt. Die US 4,768,390 offenbart
eine Einrichtung, bei der eine lichtemittierende Diode zur Be
leuchtung des Meßobjektes verwendet wird. Sensorseitig wird
auf eine Fluoreszenzemission sowie in Kombination auf eine Ab
sorptionsmessung sowie auf einen Infrarot-Gasanalysator zur
Bestimmung des CO2-Anteiles zurückgegriffen. Dort wird die
Probe bzw. das Blatt quasi freischwebend, auf jeden Fall je
doch drucklos in der Meßvorrichtung bzw. Meßzelle gehalten.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung eine
Vorrichtung zur Messung von Photosynthese-Parametern derart
weiterzubilden, dass reproduzierbare Messungen auch bei
Blättern unterschiedlicher Dicke durchgeführt werden können,
ohne dass es beim Bestücken der Meßzelle maßgeblich auf das Ge
schick oder die Erfahrungen des Bedienpersonals ankommt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die
Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen
darstellen.
Die Vorrichtung besteht darin, daß innerhalb eines thermisch
isolierten und durch eine geeignete elektronische Regelvor
richtung thermisch stabilisierten Gehäuses, das einen Hohlraum
für die Aufnahme der Meßzelle besitzt, eine spezielle Hochlei
stungs-Lumineszenzdiode derart angeordnet ist, daß sie ein zu
untersuchendes Blatt durch eine geeignete hermetisch in die
vornehmlich transparente eigentliche Meßzelle eingepaßte
Glasplatte oder abbildende Linse hindurch nach einem vom Expe
rimentator vorwählbaren Intensitäts-Zeit-Programm gleichmäßig
bestrahlt. Zur Sicherung eines weitgehend konstanten Andrucks
der handelsüblichen Meßsonde, die die Sauerstoffproduktion des
Blattes bei Bestrahlung mißt, an das zu untersuchende Blatt
ist eine weitere Glasplatte auf einer Tellerfeder derart ange
ordnet, daß das Licht ungehindert das Blatt treffen kann. Beim
Einführen der Meßsonde wird die Meßflüssigkeit zur Ausnehmung
hin verdrängt.
In einer weiteren Ausnehmung befindet sich ein elastischer
Ring, der an einer Stelle derart aufgetrennt ist, daß Luft
während des beschriebenen Beschickungsvorgangs entweichen
kann. Zur Fixierung der Gesamtanordnung der eigentlichen Meß
zelle wird ein Stopfen abschließend in die Meßzelle derart
eingepaßt, daß die Meßsonde festgestellt wird und sich der
Spalt des genannten elastischen Ringes schließt. Dadurch ist
die Meßzelle abgedichtet und die Messungen können in nahezu
beliebiger, beispielsweise horizontaler Lage der Meßzelle
durchgeführt werden, wodurch die Integration in ein elektroni
sches Meßgerät erleichtert wird.
Die Lumineszenzdiode kann für den Wellenlängenbereich von 600
bis 680 nm auch durch einen Diodenlaser ersetzt werden, wenn
besonders hohe Lichtintensitäten oder spektrale Leistungsdich
ten erforderlich sind.
Die Vorrichtung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein von einem
Peltierkühler 13 thermisch stabilisiertes Gehäuse 1, umhüllt
von einer geeigneten thermischen Isolierung 14, das einen
Hohlraum 15 für die Aufnahme der Meßzelle 4 besitzt und in das
die spezielle Lumineszenzdiode 2 integriert ist. Temperatur-
und Lichtmeßsonden sind nicht dargestellt. Üblicherweise wird
dieses Gehäuse 1 in einem Meßgerät fest installiert, so daß
die Messung vorbereitende Untersuchungen der Temperatur und
der Lichtintensität sowie der spektralen Verteilung ohne die
eigentliche Meßzelle 4 vorgenommen werden können.
In der Meßzelle 4 ist gemäß Fig. 2 lediglich die als Fenster
dienende Glasplatte 5 fest integriert. Die Tellerfeder 8 mit
geeigneter Druck-Weg-Charakteristik trägt eine weitere
Glasplatte 7, auf die ein üblicherweise kreisförmiger
Blattausschnitt 3 gelegt wird. Die Federcharakteristik führt
bei Dickendifferenzen der Blätter 3 und üblichen Einbautole
ranzen zu einem nahezu gleichen Anpreßdruck der Meßsonde 6 auf
das Blatt 3, der im Meßzustand nur definiert gering ist und
die Meßergebnisse nicht verfälscht. Im dargestellten Beispiel
füllt die Meßflüssigkeit 3 die Ausnehmung 10 soweit aus, daß
Kapillarkräfte in dem zwischen der Meßsonde 6 und der Wandung
der Meßzelle 4 gebildeten Spalt ausreichen, um die Meßflüssig
keit 9 auch in beispielsweise horizontaler Lage der Meßzelle 4
nicht aus dem größeren Hohlraum, der von der Glasplatte 7 und
der Meßsonde 6 begrenzt ist, austreten zu lassen. Die Abdich
tung der Meßzelle 4 erfolgt durch den im fixierten Fall ge
schlossenen elastischen Ring 11.
Durch die vorzugsweise Fertigung der Meßzelle 4 aus transpa
rentem Material und die üblicherweise außerhalb des Gehäuses 1
vorzunehmende Beschickung der Meßzelle mit geeigneten Blättern
ergibt sich eine sehr exakte und schnelle Möglichkeit der Meß
vorbereitung.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Messung der Photosynthese-Akvivitäten von
Pflanzen, insbesondere von Blattmaterialien durch Sauerstoffbestimmung, wobei diese ein
geräteintegriertes Gehäuse umfaßt, das eine Hochleistungs-
Lumineszenzdiode enthält, thermisch stabilisiert ist und einen
Hohlraum zur Aufnahme einer mechanisch getrennten Meßzelle
aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßzelle (4) eine transparente Platte (7) aufweist, welche
die Blattmaterialien (3) mittels einer Feder (8) mit nahezu
gleichem Anpreßdruck gegen eine Sauerstoffmeßsonde (6) drückt,
welche die Sauerstoffproduktion der Blattmaterialien (3) bei
Bestrahlung mißt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hochleistungs-Lumineszenzdiode (2) zwei getrennt ansteuer
bare Lumineszenzdioden in den Spektralbereichen 400 bis 470 nm
und 600 bis 680 nm umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
für den Wellenlängenbereich 600 bis 680 nm anstelle einer
Lumineszenzdiode ein Diodenlaser eingesetzt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich in der Meßzelle (4) eine Ausnehmung (10) sowohl zur
Aufnahme eines Teiles von Meßflüssigkeit (9) als auch zum
Druckausgleich befindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Fixierung der Meßsonde (6) in der Meßzelle (4) ein auf
getrennter elastischer Ring (11) angeordnet ist, dessen Spalt
im fixierten Zustand geschlossen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßzelle (4) transparent ausgestaltet ist.
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DE19934332290 DE4332290C2 (de) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Vorrichtung zur Messung der Photosynthese-Aktivitäten von Pflanzen |
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Publications (2)
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DE4332290A1 DE4332290A1 (de) | 1995-03-23 |
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ID=6498358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19934332290 Expired - Lifetime DE4332290C2 (de) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Vorrichtung zur Messung der Photosynthese-Aktivitäten von Pflanzen |
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DE (1) | DE4332290C2 (de) |
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WO2006094748A2 (de) * | 2005-03-08 | 2006-09-14 | Inno-Concept Gmbh | Verfahren zur bewertung der vitalität chlorophylltragender biologischer proben |
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- 1993-09-20 DE DE19934332290 patent/DE4332290C2/de not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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