Diffusionsverhalten von Wurzeln mit Tinte. Karin Möckli, Nadine Brunschwiler Witold Ming Kantonsschule Kreuzlingen

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1 Diffusionsverhalten von Wurzeln mit Tinte Karin Möckli, Nadine Brunschwiler Witold Ming Kantonsschule Kreuzlingen Naturwissenschaftliche Woche der Kantonsschule Kreuzlingen Kreuzlingen

2 Diffusionsverhalten von Wurzeln mit Tinte Karin Möckli, Nadine Brunschwiler Witold Ming Kantonsschule Kreuzlingen Zusammenfassung Im Rahmen einer Naturwissenschaftlichen Woche an der Kantonsschule Kreuzlingen wurde das Diffusionsverhalten von Wurzeln mit Tinte untersucht. Es interessierte, ob es möglich wäre auch ganze Pflanzen einzufärben und nicht nur einzelne Schnittblumen. Dies könnte für die Floristik von grosser Bedeutung sein, da Schnittblumen bekanntlich relativ schnell verwelken. Um dieses Experiment durchzuführen, wurden Bohnenpflanzen als Versuchsobjekte und Pelikanschreibtinten (rote, blaue und schwarze) mit Wasser gemischt verwendet. Erstaunlicherweise waren schon am zweiten Tag erste Resultate zu sehen. Die rote Tinte war bereits bis in die Blattadern gestiegen. Die blaue Tinte konnte nur bis in den Stängel transportiert werden. Die schwarze Tinte wurde überhaupt nicht aufgenommen. Dabei spielte das Mischverhältnis von Wasser und Tinte eine grosse Rolle. Summary In the frame of the science week of the Kantonsschule Kreuzlingen was searched the manner of diffusion of roots with ink. The interest was, if it is possible to dye the whole plant not only a single cut flower. This could be of great interest for the floristics because cut flowers shrivel very fast. To do this experiment were taken beans as experiment objects and Pelikan ink in red, blue and black mixed with water. Surprisingly there was seen a result at the second day. The red ink was already in the leaf veins. The blue ink was only in the stems. The black ink wasn't taken into the roots. There the mixture of water and ink is very important.

3 1. Einleitung In der Floristik wird die Fähigkeit der Schnittblumen benützt, Farbe in die Blüten zu transportieren. Das gefärbte Wasser wird durch das Xylem mit Hilfe der Kapillarwirkung nach oben gesogen. Somit kann man auch gewünschte Farben in Sträusse und Gestecke einbringen, die man in der Natur so nicht antrifft. Ein Beispiel sind blaue Rosen. Um nicht nur einzelne Blumen einfärben zu können, interessiert es, ob die Möglichkeit besteht, auch ganze Pflanzenstöcke einzufärben. Anstatt nur einzelne abgeschnittene Rosen einzufärben, soll der ganze Stock einfach in Tinte eingestellt werden. Die Frage stellt sich nun, ob die Wurzel die Tintenmoleküle im Wasser als unerwünschte Stoffe zurückhält oder nicht. Die Pflanze kann nämlich Salze und andere Nährstoffe aktiv aufnehmen und weiterleiten. Zudem nimmt sie nur diese auf, die sie will und braucht. Da Schnittblumen relativ schnell welken und man eine bestimmte Farbe von einer bestimmten Blumensorte aufstellen möchte, liegt es nahe, den ganzen Stock einzufärben. Es soll in Erfahrung gebracht werden, wie hoch die Konzentration der Tinte im Wasser sein muss, um ein möglichst gutes Farbresultat zu erhalten. Man möchte ja tiefe Kosten für die Tinte haben. Diese Arbeit ist Teil der Naturwissenschaftlichen Woche der Kantonsschule Kreuzlingen im Herbst 2004 der Forschungsgruppe Tintenpflanze. Untersucht wurden folgende Frage und Hypothesen. Fragestellung: Wie gut funktioniert die Diffusion von Tinte in die Wurzel? Hypothese 1: Die Moleküle sind zu gross, um überhaupt in die Wurzel aufgenommen zu werden. Hypothese 2: Die Moleküle werden in der Wurzel zurückgehalten.

4 2. Material und Methoden Materialliste: 24 Bohnenpflanzen (Feuerbohnen Lady Di (Phaseolus coccineus) blaue, rote und schwarze Tinte Filter Wasser Messgefässe Pipette Gefässe zum Einstellen der Pflanzen Mikroskop Zubehör zum Mikroskop Chromatographie: 2 Glasgefässe mit Aufhängevorrichtung Trägerpapier Ethanol mit destilliertem Wasser Benzin, Benzol, Chloroform, Aceton, Propanol Methode Eine bis zwei Wochen vor Versuchsbeginn muss mit dem Keimen lassen der Pflanzen begonnen werden. Am Morgen des ersten Tages werden die Wurzeln der Bohnenpflanzen in Tinte eingestellt. Dazu wird eine Vorrichtung konstruiert, die die Pflanzen hält, so dass sich nur die Wurzeln in der Tinte befinden. Beide werden in Tintenwasser gestellt und das geschieht mit jeder der drei Farben. Es werden zwei verschiedene Konzentrationen von 1:1 und 1:4 verwendet. Für jede Möglichkeit werden vier Pflanzen benötigt, um die Resultate besser vergleichen zu können. Danach wird mindestens zwei Tage abgewartet, um zu beobachten, was geschieht. Jede sichtbare Veränderung an den Pflanzen wird beobachtet, nachdem das Stadium der Pflanzen vor Versuchsbeginn beschrieben wurde. Am dritten Tag werden die Pflanzen herausgenommen und untersucht. Dazu werden Präparate von Wurzel, Stängeln und Blättern hergestellt. Daneben wird die Molekülgrössen der drei Tinten untersucht, um auch verstehen zu können, wieso das Experiment funktioniert oder eben nicht. Die Tinten werden zu diesem Zweck gefiltert und chromatographisch aufgetrennt. Dazu werden zwei verschiedene Laufmittel verwendet, nämlich ein Ethanol-Wassergemisch und Chromatographierflüssigkeit (Benzin, Benzol, Chloroform, Aceton, Propanol)

5 3. Resultate Beobachtete Veränderungen Rot Blau Schwarz 1:1 1:4 1:1 1:4 1:1 1:4 1. Tag - Wurzeln werden rot 2. Tag Keim mit Blattadern rot --- Blatt wirkt Blatt rot leicht blau 3. Tag --- Blätter Blätter 1 Stängel werden welk schwarzer schwarzrot und röter, Rand Stängel bis fast ganz oben rot Resultate nach Mikroskopie Wurzel: Aussen Färbung wie 2 Zell- Leicht blau 2 Zell- Chromato- schichten schichten grafie- rot ergebnisse Wurzel: Innen Roter Ring Grössere und 1 Ort mit kleinere, roten blaue Punkten Punkte Stängel Dicke rote Leitbündel Aussen rote Schwarze Aussen rote Leitbündel blau Punkte Einschlüsse Punkte aussen rote in der Mitte, aussen Punkte rot gepunktet Blatt Partielle Adern und Adern mit Adern Adern Einfärbung Bereich um roten (hinten) (hinten) Adern rot Punkten mit roten rote Punkte (hinten) Punkten, Rand leicht schwarz

6 4. Diskussion Das ganze Experiment schien erfolgreich, obwohl einige Pflanzen zum Schluss etwas mitgenommen aussahen (ausgetrocknete Blätter etc.) Die erzielten Resultate waren dennoch sehr aussagekräftig. Eine Überraschung gab es bereits am Morgen des zweiten Versuchstages als die Blattadern der Konzentration 1:4 rot heraus stachen. Auch mit den unter dem Mikroskop untersuchten Wurzel-, Stängel- und Blattquerschnittpräparaten konnte klar festgestellt werden, dass das Farbergebnis besser ist, wenn die Tintenkonzentration kleiner ist. Die Diffusion hängt nicht nur von der Konzentration sondern auch stark von der Molekülgrösse und von dessen chemischen Eigenschaften ab. Die Diffusion funktioniert gut, wenn der Konzentrationsunterschied der intrazellulären Teilchenmenge und der extrazellulären Flüssigkeit gross ist. Das führt zur Annahme, dass die Tintenkonzentration nicht zu gross sein sollte, um ein gutes Ergebniss zu erhalten. Ansonsten wird kein Wasser aufgenommen, sondern ausgeschieden. Wenn es mehr Ionen in den Wurzelzellen hat als Tintenmoleküle im Wasser, fliesst Wasser ein und nimmt Tintenmoleküle mit sich. Dies ist das Prinzip der Osmose. Hier wären jetzt weitere Experimente angebracht, um die optimale Konzentration ausfindig zu machen. Auch könnte versucht werden, das Molekül zu verändern um sie Diffusion zu erleichtern. Die Molekülgrösse spielt eine untergeordnete Rolle (sind bei Rot und Blau fast gleich), wichtiger scheinen die chemischen Eigenschaften. Bei Rot fällt auf, dass es mehr freie Elektronenpaare gibt als bei Blau. Dies ist insbesonders bei den ringförmigen C6-Körpern der Fall. Auch hat Rot einen polareren Charakter als Blau, da es mehr freie doppeltbesetzte Elektronenwolken hat. Anhand früher Beobachtungen an den Pflanzen konnte schon sehr früh vermutet werden, dass das rote Farbstoffmolekül kleiner ist als das von blau und schwarz. Diese Vermutung wurde während der Durchführung der Experimente durch Informationen von U. Mika (2004) bestätigt. Mit diesen Informationen und den beobachteten Veränderungen kann die erste Hypothese teilweise bestätigt werden. Die roten und blauen Moleküle wurden aufgenommen. Aber nur die roten wurden bis in die Blätter transportiert, weil sie die kleinsten verwendeten Tintenmoleküle waren. Das blaue Molekül gelangte nur bis in den Stängel. Das schwarze Molekül muss riesengross sein, da es nicht einmal in die Wurzel aufgenommen wurde. Die Summenformel zur roten Tinte lautet: C20 H6 I4 Na2 O5 und die zur blauen Tinte: C37 H28 N3 Na3 S3 O9. Zur schwarzen Tinte konnte die Summenformel nicht in Erfahrung gebracht werden, da der Hersteller diese geheim hält. (Mika 2004) Entgegen unserer zweiten Hypothese: wurden die aufgenommenen Moleküle auch weiter transportiert: Die Moleküle wurden nicht in der Wurzel zurückgehalten. Dies verleitet zur Annahme, dass die Tintenmoleküle von den Pflanzen gebraucht werden können. Dem ist nicht so: Einmal in den Leitgefässen angelangt, werden die gelösten Stoffe unselektiv zu den Blättern transportiert. Noch genauere Resultate wären wahrscheinlich bei mehreren verschiedenen Konzentrationen zu

7 erwarten. Jetzt stellt sich die Frage, ob diese Methode auch bei Topfpflanzen Erfolg hätte. Das heisst, ob man einfach die Pflanze mit Tintenwasser giessen könnte. Bei den Wurzelschnitten konnte festgestellt werden, dass die Tinten aus nicht nur einem Farbpigment zusammengesetzt sein konnten. Daher war es zu empfehlen, die genauen Farbzusammensetzung der Tinten mittels einer Papierchromatographie herauszufinden. Es wurden zwei Versuche angesetzt mit Alkohol und einem Gemisch aus Benzin, Benzol, Chloroform, Aceton, Propanol. Das Gemisch brachte keine Ergebnisse. Der Alkohol hingegen lieferte sehr schöne Ergebnisse, die bei den Schlussfolgerungen sehr hilfreich waren.

8 Literaturverzeichnis Mika, U. (2004): Mittelung per vom , Pelikan PBS-Produktgesellschaft mbh in Peine (D) Bührer, M. (2003): mündliche Mitteilung in den Biostunden vom Herbstsemester 2003, Kreuzlingen Danksagung An dieser Stelle möchten wir ganz herzlich Herrn Mika für seine Auskunft am Telefon und seiner Informationssendung per danken. Auch unserem Betreuer Herrn Ming wollen wir unseren Dank aussprechen.