Funktionsweise

Wie funktioniert ein Floranion?

Pflanzen-Aktivitäten und Signale

Grundsätzlich kann zwischen zwei unterschiedlichen biologischen Aktivitäten in einer Pflanze unterschieden werden, welche Signale aussenden: Primäre und sekundäre Stoffwechselprozesse.

Zu den Primären Stoffwechselprozessen (Primärmetaboliten) zählen Fotosynthese, Ionenaustausch an den Zellmembranen (Anionen/Kationen), Reizweiterleitungen über Aktionspotenziale sowie auch die Kommunikation über elektrische Signale durch die Nährstoff-Bahnen (Phloem). Signale, die durch primäre Stoffwechselprozesse ausgelöst werden, lassen sich allerdings nur mit viel Aufwand messen. Dazu werden extrem feine Elektroden benötigt die direkt in die Nährstoff Bahnen eingebracht werden können, ohne dabei über die feuchte Außenhaut der Pflanze „kurzgeschlossen“ zu werden. Ein Beispiel ist die „Blattlaus-Bio-Elektrode“ (Ja – Sie haben richtig gelesen!). Eine Kohlblattlaus wird mit einem sehr feinen Golddraht verbunden. Da die Blattlaus auf die Nährstoffe der Pflanze aus ist, dringt sie mit ihrem Stachel in die Nährstoff-Bahn (Phloem) ein und stellt durch Saugen eine direkte elektrische Verbindung zum Phloem her. Ob die Blattlaus merkt, dass sie als Elektrode missbraucht wird, ist unbekannt.

Sekundäre Stoffwechselprozessen (Sekundärmetaboliten) erzeugen pflanzliche Stoffe wie phenolische und isoprenoide Verbindungen, Alkaloide (Koffein, Nikotin) und Aminosäuren wie Alliin oder Canavanin. Diese Prozesse wirken sich auf die elektrolytischen Eigenschaften der Pflanze aus und können deshalb mittels Elektroden an der Außenhaut der Pflanze elektrisch gemessen werden.

Das Funktionsprinzip des Floranions ist ähnlich eines EKG Gerätes im medizinischen Bereich: Über einen hochohmigen Widerstand wird eine kleiner Strom im uA Bereich auf ein Blatt gegeben, der durch die Pflanze gegen Erde abfließt. Gleichzeitig wird die Spannung dann zwischen Blatt und Erde verstärkt, gefiltert und mittels Analog-Digital Wandler von einem Mikrocontroller gemessen.

floraniumHowItWorks002s

Der Mikrocontroller wandelt die Messwerte in ein RGB Farbspiel um. Im Prinzip ähnlich der Funktionsweise des Zeigers einer mechanischen Messuhr, bei dem der rotierende Zeiger quasi eine volle Umdrehung macht pro Millimeter Nadeldistanz. Somit lassen sich trotz großem Spannungshub (Dynamik Bereich) auch sehr kleine Signaländerungen beobachten.

messuhr00

Zusätzlich werden die Messwerte als seriellen Daten-Stream am USB Port ausgegeben bzw. beim Floranion Scientific über das Display angezeigt. Zur Vermeidung von elektrostatischen- oder elektromagnetischen Störungen empfiehlt es sich, die Pflanze in eine abgeschirmte Messkammer zu setzen.

 

flrmGlobeShield2s2

 

Die über die USB Schnittstelle seriell übertragenen Daten können mittels eines Terminal Programms wie beispielsweise Putty (Windows) oder gtkTerm (Linux) und dem Programm KST live angezeigt, oder in einer Datei aufgezeichnet werden.

 

kstScreenShotAlpenveilchen

Bild: Typischer Messkurvenverlauf der Aktivitäten eines Alpenveilchens. Gemessen mit einem Floranion Discovery.

 

 

Kommentare sind geschlossen.