Neue Einblicke in die Kernholzbildung auf der Mikro- und Nanoebene

Aufgrund der globalen Erwärmung wird eine Erhöhung der Durchschnittstemperaturen erwartet, demzufolge werden sich mehr Dürre-resistente Arten wie Eiche und Kiefer in den österreichischen Wäldern durchsetzen. Da diese in der Lage sind Extraktstoffe während der sogenannten „Kernholzbildung“ in die Mikrostruktur der einzelnen Zellen einzubauen, weisen diese Bäume eine erhöhte natürliche Dauerhaftigkeit auf. Abgesehen davon, dass diese Extrakte den Baum ein langes Leben ermöglichen, sind sie für Konstruktionsholz im Außenbereich essentiell um das Holz vor mikrobiellen Abbau zu schützen. In Zukunft werden diese Extrakte auch eine große Rolle für die Bioraffinerie spielen um neue Produkte für Medizin und Kosmetik zu erschließen. Die Kehrseite der Medaille ist aber, dass Extrakte in der Papier und Holzindustrie nicht immer erwünscht sind, da technische Prozesse wie Aufschluss oder Verleimung gestört werden. Wissenschaftler erforschen seit langem die Verkernung der Bäume und zeigen auf, dass sie eine hohe Variabilität aufweist, sie ist artspezifisch, standortabhängig und durch Umweltbedingungen beeinflusst. Bei manchen Holzarten kann man diesen Prozess mit einem Trocknungs- und Imprägnierungsprozess vergleichen. Bei der Untersuchung der Kernzholzbildung wurden oft unterschiedliche nasschemische und chromatographische Methoden verwendet, wobei die natürliche Holzmikrostruktur verloren geht und auch die Verknüpfung einzelner Komponenten. Deshalb ist die Wechselwirkung der einzelnen Zellwandkomponenten mit den Extrakten auf der Mirko- und Nanoebene nicht restlos geklärt. Eine Wissenslücke besteht besonders bei der Biosynthese der Extrakte sowie deren Transport zu den einzelnen Zellen, offene Fragen sind z.B.: ob die radialen Holzstrahlen die Hauptrolle übernehmen oder es ein komplexes Zusammenspiel unterschiedlicher Komponenten und Prozesse auf Mirkoebene ist? Ist es ein schneller oder langsamer Polymerisationsprozess, von der Jahreszeit, Umweltbedingungen und dem Alter abhängig? Mit diesem Projekt sollen diese Wissenslücken mittels Untersuchung von nativen, nie getrockneten Kernholzproben durch moderne bildgebende und spektroskopische Analysemethoden gefüllt werden. Dabei soll die Fluoreszenzmikroskopie einen Überblick über die Verteilung der Extrakte geben. Darüber hinaus wird mittels Raman-Mikroskopie und TOF-SIMS ein detaillierteres Bild über die chemische Zusammensetzung in Kontext mit der Mikrostruktur gegeben. Co-lokalisiertes ESEM wird die Ultrastruktur der wechselnden Zellwände bei der Kernholzbildung aufklären. Mit diesen Ansätzen werden wir die Kernholzbildung von Kiefern-, Douglasie- und Eichenbäumen untersuchen, indem wir 1) den Extrakten von der Biosynthese bis zur Zellwandimprägnierung folgen, 2) die Wechselwirkungen der Extrakte mit anderen Zellwandkomponenten studieren und 3) die Rolle der natürlichen sowie künstlichen Trocknung bestimmen, da sich bei Vorversuchen mit der Trocknung von natürlichen Proben eine Art „self-sealing“ von Mikrorissen und Tüpfel gezeigt hat. Diese in-situ Studien werden die Verteilung der Extrakte im Zusammenhang mit der Mikro- und Nanostruktur, sowie Veränderungen, Löslichkeit und Wechselwirkungen entschlüsseln und neue Einblicke in die Biologie der Kernholzbildung geben. Geplante Trocknungversuche werden neue wissenschaftliche Erkenntnisse auf dem Gebiet der Pflanzenphysiologie aber auch hinsichtlich der Optimierung von industriellen Anwendungen und Prozessen geben.