Schwefel-K-Kanten-Absorptionsspektroskopie an ausgewählten biologischen Systemen

Abstract

<p>Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Anwendung der Schwefel-XANES-Spektroskopie auf biologische Probensysteme. Nach einer kurzen Begründung der besonderen Eignung des Verfahrens werden die physikalischen Grundlagen der Messmethodik dargelegt. Ausführlich ist der experimentelle Aufbau unter Nutzung eines Synchrotrons als Lichtquelle beschrieben. Die spektrale Selektion erfolgte durch Doppelkristallmonochromatoren. Für ortsauflösende Messungen wurde eine sog. Mikrosonde in Betrieb genommen. Die Messungen wurden in Baton Rouge / Louisiana am Center for Advanced Microstructures and Devices (CAMD) durchgeführt. <br /> Ortsauflösende Messungen dienten zur Untersuchung des Rostpilzbefalls von Weizenblättern, einer landwirtschaftlich relevanten Pflanzenkrankheit. Die Experimente liefern Informationen über die Beeinflussung des Stoffwechsels der Wirtspflanze durch den Parasiten und über die Ausdehnung des Befalls optisch gesunder Bereiche.<br /> Des weiteren wurden Messungen an mikrobiellen Matten aus sulfidischen Höhlenquellen durchgeführt. In diesen Matten herrschen Mikroorganismen vor, die eine entscheidende Rolle für den Schwefelkreislauf in diesen (verglichen mit Tiefseeobjekten) leicht zugänglichen lichtlosen Lebensräumen spielen. Außerdem wurde mit Hilfe der XANES-Spektroskopie untersucht, wie sich wurzelseitiger Sulfatmangel und eine Begasung mit H2S auf Schwefelverbindungen in Speisezwiebeln auswirken. Um Einblick in die thermische Zersetzung organischen Materials zu gewinnen, wurde das Rösten von Kaffeebohnen untersucht. Die Röntgenabsorptionsspektren erlauben einen neuen Einblick in die wirksamen Prozesse.<br /> Insgesamt zeigt die Arbeit, dass die Schwefel-XANES-Spektroskopie ein effizientes Werkzeug zur Analyse biologischer Systeme darstellt. Das Verfahren ermöglicht den ´in situ´ Einblick in Vorgänge, die auf andere Weise kaum experimentell zugänglich sind.</p>

<p><b>Sulfur-K-Edge Absorption Spectroscopy of selected Biological Systems</b><br /> In this thesis investigations of sulfur compounds in biological samples by XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) spectroscopy are reported. After a short elucidation of the special advantages of this method the physical basis of the technique is presented. The experimental setup including the synchrotron light source, the double crystal monochromator and a so-called microprobe for spatially resolved measurements is described in detail. The measurements were carried out in Baton Rouge / Louisiana at the Center for Advanced Microstructures and Devices (CAMD). <br /> Spatially resolved measurements using a Kirkpatrick-Baez mirror focusing system were carried out to investigate the infection of wheat leaves by rust fungi - a plant disease of considerable economic relevance. The results give information about changes in the sulfur metabolism of the host induced by the parasite and about the extension of the infection into visibly uninfected plant tissue.<br /> Furthermore, XANES spectra of microbial mats from sulfidic caves were measured. These mats are dominated by microbial groups involved in cycling sulfur. They are of great importance for the ecosystem in these easily accessible (compared to deep sea areas) aphotic habitats. Additionally, the influence of sulfate deprivation and H2S exposure on sulfur compounds in onion was investigated. To gain an insight into the thermal degradation of organic material the influence of roasting on sulfur compounds in coffee beans was studied. Several differences between XANES spectra of green and roasted coffee beans could be observed.<br /> Altogether this thesis shows that sulfur XANES spectroscopy is an efficient tool for the analysis of biological systems. The technique enables ´in situ´ insight into processes experimentally almost inaccessible by other methods.</p>