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Zucker und Stärkemessungen in Pflanzenmaterial

Unser Technikerteam arbeitet eng mit Wissenschaftler*innen aus den unterschiedlichen Arbeitsgruppen zusammen. Wir unterstützen sie bei der Planung, der Umsetzung von Feld- und Gewächshausversuchen und bei der Beprobung. Im Labor werden die  Proben für die Analyse vorbereitet, getrocknet und extrahiert. Die Probenbehandlung und Extraktionsmethode ist immer abhängig von der wissenschaftlichen Fragestellung, Pflanzenherkunft, der Pflanzenart und der Gewebeart (Baum-, Strauch- oder Kräuter) und werden je nach Fragestellung in Zusammenarbeit mit dem WissenschaftlerInnen angepasst und validiert. Zum Beispiel haben wir unsere Standardmethode für die Analysen von stabilen Isotopen und Radiokohlenstoff adaptiert.

Wasserlösliche Zucker und Stärke auch „Nicht-strukturelle Kohlenhydrate“ genannt (NSC) haben eine zentrale Funktion im Metabolismus der Pflanzen. Zucker sind das Hauptprodukt der Photosynthese, Energieträger und Baustein im pflanzlichen Stoffwechsel.

Pflanzen speichern Zucker und Stärke (z. B. an einem sonnigen Sommertag). Diese Speicher werden in Zeiten mit geringer Photosynthese (z. B. nachts oder im Winter) oder wenn der Bedarf die Produktion übersteigt (z. B. Knospenaustrieb im Frühjahr oder Insektenabwehr) genutzt. Die Zucker- und Stärkekonzentrationen sind daher ein guter Indikator für den Kohlenstoffhaushalt der Pflanze. Wir können somit erfassen, wie Pflanzen auf Umweltveränderungen reagieren. Dazu extrahieren wir die verschiedenen Pflanzenteilen (z.B. Blätter, Zweige, Wurzeln, Holz) und bestimmen die Zucker- und Stärkekonzentration mit einer Hochleistungsflüssigchromatographie (isokratischer Hochleistungs-Anionenaustausch Chromatographie mit gepulster amperometrischer Detektion, kurz: HPAEC-PAD genannt).

Bei der Messung der Zucker und Stärke konzentrieren wir uns auf die vier wichtigsten wasserlöslichen Kohlenhydrate Glukose, Fruktose Saccharose sowie die Stärke, die wichtigste nicht wasserlösliche Kohlenhydratverbindung. Die HPLC (HPAEC-PAD) ermöglicht uns die präzise und empfindliche Bestimmung dieser Verbindungen aber auch anderer relevanter Kohlenhydratverbindungen. (z.B. Zuckeralkohole und Raffinose, Arabinose, Fucose). Zur Validierung und als Standardsubstanz nutzen wir drei verschiedene Blattproben und Reismehl.

Publikationen

Landhäusser, S. M.; Chow, P. S.; Dickman, L. T.; Furze, M. E.; Kuhlmann, I.; Schmid, S.; Wiesenbauer, J.; Wild, B.; Gleixner, G.; Hartmann, H. et al.; Hoch, G.; McDowell, N. G.; Richardson, A. D.; Richter, A.; Adams, H. D.: Standardized protocols and procedures can precisely and accurately quantify non-structural carbohydrates. Tree Physiology 38 (12), S. 1764 - 1778 (2018)
Hilman, B.; Muhr, J.; Helm, J.; Kuhlmann, I.; Schulze, E. D.; Trumbore, S. E.: The size and the age of the metabolically active carbon in tree roots. Plant, Cell and Environment 44 (8), S. 2522 - 2535 (2021)
D'Andrea, E.; Rezaie, N.; Battistelli, A.; Gavrichkova, O.; Kuhlmann, I.; Matteucci, G.; Moscatello, S.; Proietti, S.; Scartazza, A.; Trumbore, S. E. et al.; Muhr, J.: Winter's bite: beech trees survive complete defoliation due to spring late-frost damage by mobilizing old C reserves. New Phytologist 224 (2), S. 625 - 631 (2019)
Raessler, M.; Wissuwa, B.; Breul, A.; Unger, W.; Grimm, T.: Chromatographic analysis of major non-structural carbohydrates in several wood species - an analytical approach for higher accuracy of data. Analytical Methods 2 (5), S. 532 - 538 (2010)

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