@phdthesis{Kaufmann2008,
  author    = {Kaufmann, Ilja},
  title     = {Funktionelle NMR-Mikroskopie an Pflanzenwurzeln},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-34150},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Als nicht-invasive Methode bietet die magnetische Kernspinresonanztomographie durch ihre Vielzahl an messbaren Gr{\"o}ßen wie Wassergehalt und Flussgeschwindigkeiten gute Voraussetzungen, um funktionelle Abl{\"a}ufe in Pflanzen und insbesondere Pflanzenwurzeln zu untersuchen. F{\"u}r funktionelle NMR-Mikroskopie notwendige Hardware und Methoden wurden in dieser Arbeit entwickelt und angewendet. Aufgrund der starken Suszeptibilit{\"a}tsunterschiede in den Proben und der notwendigen Zeitaufl{\"o}sung f{\"u}r funktionelle Studien, lag das Hauptaugenmerk dabei auf Turbospinechomethoden (auch als RARE bekannt). Im Rahmen des Hardwareaufbaus wurde ein neuartiges, modulares Probenkopfkonzept entwickelt. Außerdem war es notwendig geeignete Probengef{\"a}ße und Pflanzenhandlingsysteme zu entwerfen, die die Anbringung einer HF-Spule im Wurzelbereich erlauben. F{\"u}r die Auswertung gemessener Parameterkarten wurde eine Software geschrieben, mit der interaktiv Mittelwerte entlang geschlossener Pfade berechnet werden k{\"o}nnen, angepasst an den grob radialsymmetrische Aufbau der Pflanzenwurzeln. Als Grundlage f{\"u}r biologische Aussagen anhand von T1-, T2- und Spindichtekarten wurden aus einer umfangreichen Literaturrecherche die bekannten Zusammenh{\"a}nge zwischen diesen Parametern und physiologischen Gr{\"o}ßen zusammengestellt. Erg{\"a}nzend wurde das Verhalten einer monoexponentiellen Beschreibung der Relaxation von mehr-Kompartimentsystemen und von deren Durchmischung untersucht. Eine Computersimulation der Diffusion zwischen Volumenschichten mit unterschiedlichen Relaxationszeiten wurde implementiert. Damit konnte gezeigt werden, dass die Reichweite der Durchmischung der messbaren Relaxationszeiten bei freier Diffusion abh{\"a}ngig ist von der Diffusionsweite, die nach der Einstein-Smoluchowski-Gleichung aus der jeweils lokalen Relaxationszeit resultiert. Damit ergibt sich eine grunds{\"a}tzliche Limitierung der r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung von Relaxationszeitkarten und auch des jeweiligen Relaxationszeitkontrastes in NMR-Bildern. Daneben erkl{\"a}rt der Effekt der durch Diffusion vermittelten Relaxation auch den hellen Ring, der in NMR-Bildern die Wurzeln in N{\"a}hrl{\"o}sung umgibt. Die haupts{\"a}chliche Anwendung der entwickelten Methodik auf biologische Fragestellungen bestand in der Untersuchung der Reaktion von Maiswurzeln auf Trockenstress. Erstmals konnten dabei im Rahmen dieser Arbeit Kavitationen der Wassers{\"a}ule im Xylem von Wurzeln sowie deren Wiederbef{\"u}llung nach Wiederbew{\"a}sserung der Pflanzen direkt beobachtet werden. Bei der weiteren systematischen Untersuchung zu Kavitationen gelang es auch, die bislang unbekannte Geschwindigkeit zu bestimmen (Gr{\"o}ßenordnung 1mm/min) mit der die kavitierten Bereiche von unten mit einer neuen Wassers{\"a}ule gef{\"u}llt werden. Außerdem konnte mit Hilfe von Flussgeschwindigkeitskarten nachgewiesen werden, dass Gef{\"a}ße mit Kavitationen nach der Wiederbef{\"u}llung ihre volle Funktionalit{\"a}t wiedererlangen k{\"o}nnen. Aus solchen Flusskarten konnte auch der Volumenfluss berechnet und z.B. mit der Transpirationsrate verglichen werden. Die gemessenen T1- und Spindichtekarten bieten viele Hinweise auf die Funktion der unterschiedlichen Gewebetypen der Wurzel w{\"a}hrend des Trockenstresses und bei der Wiederbef{\"u}llung. Insbesondere T1 erwies sich als aussagekr{\"a}ftiger Parameter f{\"u}r die Beurteilung von aufgetretenen Gewebesch{\"a}den. Als Grundlage f{\"u}r zuk{\"u}nftige Studien wurden verschiedene Messungen mit Kontrastmittel im Umgebungsmedium der Wurzeln durchgef{\"u}hrt, sowie eine 3D-Turbospinechosequenz implementiert, mit der auch die interne Struktur der Wurzeln und ihrer Verzweigungen dargestellt werden konnte.},
  subject      = {Magnetresonanzmikroskopie},
  language  = {de}
}