Fortschritte in der phänologischen Modellierung auf der Basis metabolomischer Ansätze

• Antragsteller: Professor Dr. Frank-Michael Chmielewski; Professor Harshadrai M. Rawel, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258550787

Die Modellierung phänologischer Entwicklungsstadien, wie beispielsweise der Blühbeginn von Obstgehölzen, basiert seit vielen Jahrzehnten auf Temperatursummen, die sowohl den winterlichen Kältereiz als auch das Wärmebedürfnis der Gehölze bis zum Blühbeginn beschreiben. Diese Ansätze gehen auf Reaumur (1735) zurück, der ursprünglich das Konzept der Growing Degree Days vorgeschlagen hat. In jüngster Zeit mehren sich zunehmend Stimmen, die neue Wege in der phänologischen Modellierung und tiefergehende Untersuchungen zur Winterruhe der Gehölze fordern. Diese Forderung wird umso verständlicher, wenn man sich die breite Anwendung phänologischer Modelle vor Augen hält, die selbst die Ergebnisse von Klimamodellrechnungen beeinflussen können. Bisher werden in phänologischen Modellen immer noch eine Vielzahl von Parametern an Beobachtungsdaten optimiert, wobei einige physiologische Grundkenntnisse über das Kälte- und Wärmebedürfnis der Pflanzen bereits Berücksichtigung finden (semi-mechanistische Ansätze). Limitierend für die grundlegende Verbesserung der Modelle ist das fehlende Wissen über den Verlauf der Dormanz bei Gehölzen, der nicht beobachtet werden kann und in der Literatur ebenfalls nur unzureichend beschrieben ist. Moderne metabolomische Verfahren bieten hierfür einen Lösungsansatz und ermöglichen sowohl die exakte Validierung bisher verwendeter phänologischer Modelle als auch die Entwicklung neuer mechanistischer Ansätze. Hierzu ist es notwendig, während der Winterruhe der Gehölze, die Konzentrationsänderungen ausgewählter Phytohormone (Abscisinsäure) und deren Präkursor (Carotinoide) in hoher zeitlicher Auflösung zu verfolgen, um die bisher in phänologischen Modellen optimierten Termine für das Ende der Dormanz und für den Beginn der ontogenetischen Entwicklung durch analytische Befunde ersetzen zu können. Weiterführend soll der Zusammenhang freier Aminosäuren mit der Dormanz sowie den sich anschließenden Wachstums- und Entwicklungsprozessen von Blütenknospen abgeleitet werden. Für neue phänologische Modellierungsansätze sind Veränderungen dieser Metabolite (Konzentration, zeitlicher Verlauf) mit der Variabilität der Umwelt (Witterung, Tageslänge, etc.) in Verbindung zu setzten. Dies erfordert zwangsweise mehrjährige, hochaufgelöste Datensätze über den Verlauf der relevanten Substanzen und der steuernden Umweltparameter. Diese Untersuchungen sind heute realisierbar, jedoch wissenschaftlich noch nicht umgesetzt. Die Durchführbarkeit dieser Herangehensweise wurde bereits in einer 2-jährigen Pilotstudie an der Süßkirsche überprüft und soll in dem geplanten Vorhaben weitergeführt und vertieft werden. Die in dem Projekt verfolgte Strategie ist nicht nur auf den Blühbeginn der Obstgehölze beschränkt, sondern kann auf Baumarten der natürlichen Vegetation übertragen werden, wo teilweise noch größere Defizite in der phänologischen Modellierung bestehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen