Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23

Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 23: 231 (2011)
Wurzelunterscheidung bei Nutzpflanzen und Unkräutern
mittels FTIR-ATR-Spektroskopie
Catharina Meinen und Rolf Rauber
Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Abteilung Pflanzenbau, Göttingen. E-Mail: rrauber@unigoettingen.de
Einleitung
Nutzpflanzen und Unkräuter konkurrieren auf dem Feld häufig um die gleichen
Ressourcen. Dabei zeigt die unterirdische Konkurrenz um Wasser und Nährstoffe oft
stärkere Effekte als der Wettbewerb um Licht. Um unterirdische Konkurrenz zu
untersuchen, ist eine Voraussetzung, dass Wurzeln von Nutzpflanzen- und Unkrautarten
unterschieden werden können. Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie
(FTIR) mit abgeschwächter Totalreflektion (ATR) repräsentiert die chemische Zusammensetzung
der Wurzeln wie ein Fingerabdruck und wurde erfolgreich zur
Wurzelunterscheidung bei Erbsen und Hafer eingesetzt (Naumann et al., 2010). In
diesem Versuch möchten wir die Wurzelunterscheidung mittels FTIR-Spektroskopie
bei näher verwandten Arten aus gleichen Pflanzenfamilien testen.
Material und Methoden
In einem Gefäßversuch wurden jeweils 9 Nutzpflanzen- und Unkrautarten
angezogen: Winterraps-Hirtentäschelkraut, Winterweizen-Ackerfuchsschwanz, Sommergerste-Flughafer,
Zuckerrübe-Weißer Gänsefuß, Mais-Hühnerhirse. Die Absorptionsspektren
der Wurzeln sind mittels FTIR-ATR Spektroskopie an frischen und
getrockneten Wurzelstücken (Spitze, Mitte, Basis, Pfahlwurzel) aufgenommen worden.
Durch eine Clusteranalyse sind die Spektren der Wurzeln hinsichtlich ihrer Ähnlichkeit
gruppiert.
Ergebnisse und Diskussion
Die getrockneten Wurzeln zeigen in allen Kombinationen der Nutzpflanzen- und
Unkrautarten eine deutlichere Gruppierung entsprechend ihrer Art als die frischen
Wurzelstücke. Wasser absorbiert die Infrarot-Strahlung stark und kann daher
charakteristische Unterschiede bei näher verwandten Arten überlagern.
Die getrockneten Wurzelsegmente gruppieren sich artspezifisch, wobei die
Wurzelspitzen die geringsten Artunterschiede aufweisen. Die Kombinationen
Winterweizen-Ackerfuchsschwanz und Sommergerste-Flughafer zeigen nur geringe
spektroskopische Unterschiede, während sich Zuckerrübe und Weißer Gänsefuß,
Mais und Hühnerhirse sowie Raps und Hirtentäschelkraut in jeweils deutliche Art-
Cluster aufteilen. Bestimmte Wurzelabschnitte, besonders die Wurzelbasis und die
Pfahlwurzel, gruppieren sich bei Raps, Hirtentäschelkraut und Mais klar innerhalb
des Art-Clusters. Dieses Ergebnis spiegelt die unterschiedlichen Aufgaben dieser
Wurzelsegmente wider – die Stoffspeicherung in der Pfahlwurzel und den Wasser-
und Nährstofftransport der Wurzelbasis.
Die FTIR-ATR Spektroskopie zeigt selbst bei Arten aus einer Pflanzenfamilie
vielversprechende Ergebnisse bei der Wurzelidentifizierung.
Literatur
Naumann, A. Heine, G., Rauber, R. 2010: Efficient discrimination of oat and pea roots by cluster
analysis of Fourier transform infrared (FTIR) spectra. Field Crops Res. 119:78-84.