Eislakunen in pflanzlichen Geweben

Gefrierereignisse beeinträchtigen das Pflanzenleben erheblich. Biophysikalische Aspekte des Einfrierens sind weniger erforscht als molekulare Reaktionen, sind aber grundlegend für das Verständnis der Gefrierbeständigkeit. Während des harmlosen Einfrierens von Pflanzengeweben sammelt sich extrazellulär Eis an und die Zellen gefrieren im dehydrierten Zustand. Wie das Eiswachstum kontrolliert wird und wie das zelluläre Wasser an das Eis abgegeben wird, ist nach wie vor ein Rätsel. Da Pflanzen zu einem großen Teil aus Wasser bestehen, muss die Menge des gebildeten Eises beträchtlich sein. Während die Reduzierung des Wassergehalts Teil der Kälteakklimatisierung ist, überleben Frühlings- und Alpenpflanzen das Einfrieren mit hohem Wassergehalt. Es ist kaum etwas darüber bekannt, wie die wachsenden Eismassen verwaltet werden. Es gibt jedoch neuere Hinweise darauf, dass sich Eis in vorbestimmten Räumen ansammelt. Einige davon scheinen schon vorher zu existieren, andere werden durch Geweberisse gebildet. Wir stellen die Hypothese auf, dass 1) die räumliche Eingrenzung von Eismassen durch gezielte Eisabscheidung an bestimmten Stellen gesteuert werden muss. 2) Eismassen ein temperaturabhängiges Wachstum zeigen und 3) das Eismassenwachstum durch eisbeeinflussende Moleküle reguliert wird, die die Eismassenbildung lokal fördern oder hemmen, die gezielte Eissegregation erleichtern und die Eiskristallmorphologie beeinflussen. Mit neuen innovativen Methoden werden nun erstmals die biophysikalischen und chemischen Aspekte des Eiswachstums in Pflanzengeweben entschlüsselt: (1) Ein neues Kryo-Mikroskop mit reflektiert-polarisiertem Licht (CMrpl) erlaubt eine eindeutige und schnelle Visualisierung von Eismassen und die Analyse der Eiskristallform und ihrer Anhaftung an Zellwände. 2) Aktuelle Ergebnisse mit einem neuen Kalorimeter (µDSC 7 Evo) decken bisher unsichtbare, sehr geringe Gefrierprozesse in Blättern auf. 3) Mittels GC-MS werden molekulare Bestandteile von Eiskristallen und mittels RAMAN-Mikroskopie auch molekulare Bestandteile von Zellwänden und Zelllumina in der Nähe von Eis unstersucht.