Botanisten en laserdeskundigen hebben samen een nieuwe techniek ontwikkeld om de wortels van een plant te bestuderen. De techniek levert gedetailleerde 3D-beelden op van het deel van de plant dat normaal gesproken in donkere aarde gehuld gaat.
Bron: James Hutton instituut/universiteit van Abertay Dundee
Het is lastig de wortels van een plant te bestuderen, gezien je ze onder de grond niet in de gaten kunt houden. Daarbij beschadigen de wortels van een plant wanneer je hem uit de grond haalt. Deze beschadigingen hebben weer hun invloed op de groei. Eventueel kunnen röntgenfoto’s een licht werpen op de wortels in de aarde, maar röntgentechnieken zijn langzaam en duur.
Vorig jaar wisten botanisten van de James Hutton instituut in het Verenigd Koninkrijk een deel van het wortelprobleem op te lossen door transparante aarde te ontwikkelen. Nu heeft hetzelfde team de handen ineengeslagen met beeldspecialisten van de universiteit van Dundee, om met laserlicht sterk vergrote 3D-beelden van de wortels in de transparante aarde te maken.
Mieren zijn magnifieke navigators
Mieren zijn in staat tot verbazingwekkende navigatieprestaties. Misschien kan waardering hiervoor helpen om deze insectensoorten te behouden.
De transparante aarde bestaat uit doorzichtige plastic deeltjes die in een heldere vloeistof zijn opgelost. Omdat het plastic en de vloeistof dezelfde brekingsindex hebben, zal licht dat door de ‘aarde’ heen reist niet afbuigen. Voor het licht lijken de vloeistof en de plastic deeltjes een en hetzelfde materiaal. Daardoor is helder te zien hoe plantenwortels in de aarde groeien. Voorheen voegden wetenschappers fluorescente kleuren toe aan de plant om op deze manier heldere beelden te krijgen. Maar ook dat gooit roet in het eten als de wetenschappers de groei willen bestuderen, omdat de kleurstoffen een effect hebben het metabolisme van de plant.
Lagen stapelen
Nu hebben Zhengyi Yang en zijn collega’s de oplossing gevonden: ze gebruiken lasers om de wortels te bestuderen. Een simpel optisch systeem verspreidt de laserstraal van een blauw-groene laser in een dunne laag. Het licht reist moeiteloos door de transparante aarde, maar weerkaatst op de plantenwortels. Het licht weerkaatst dan alle kanten op, net als bij de kleine waterdruppels in mist.
‘Door loodrecht op het lichtvlak te kijken, kunnen we met een enkele meting een 2D-beeld krijgen’, zegt Yang. Vervolgens plaatsen de wetenschappers het lichtvlak wat hoger of wat lager, waardoor opnieuw een 2D-beeld van de plantenwortels ontstaat. Door op deze manier elke laag in beeld te brengen, bouwen de botanisten langzaam maar zeker een 3D-plaatje van de wortels op, net zoals dat in een CT-scanner gebeurt.
De gebruikte laser beschadigt de plantenwortels niet. Daardoor kon de onderzoeksgroep achttien uur lang beelden maken van de wortels, voordat deze uit het bereik van de laser groeiden. De techniek is zo gedetailleerd dat zelfs de haartjes op de wortels te zien zijn. Daarbij is de lasertechniek geschikt voor talloze plantensoorten, en is het relatief goedkoop.
Door de wortelgroei in kaart te brengen, zullen de onderzoekers beter begrijpen welke planten succesvol water en voedingsstoffen absorberen. Daardoor kunnen de wetenschappers gericht fokken op succesvolle planten die een goede oogst opleveren.
Robin Walker, een landbouwkundige die niet meewerkte aan het onderzoek, noemt de techniek ‘bruikbaar’. ‘Het laat je zien waar de wortels groeien, en hoe dat in verband staat met de absorptie van water en voedingsstoffen. Maar je moet wel in gedachten houden dat een plant in een pot anders groeit dan die in een veld’, aldus Walker.