Detailseite
Projekt
Relevanz von Wurzelwachstum und assoziierter Bodenstruktur für raum-zeitliche Muster chemischer und biologischer Parameter und emergente Systemfunktionen
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Robert Mikutta; Dr. Steffen Schlüter; Professorin Dr. Doris Vetterlein
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403640293
Eine Voraussetzung für die Identifizierung von Mustern in der Rhizosphäre ist die Lokalisierung von Wurzeln in situ während ihres Wachstums. Wurzeln sind als Senke und/oder Quelle von radialen Transportprozessen der Ausgangspunkt für die Musterbildung. Gleichzeitig verändern sie ständig die Randbedingungen für den Transport, insbesondere die Bodenstruktur in der Rhizosphäre.In Phase 1 untersuchten wir die Architektur des Wurzelsystems über die Zeit und inwieweit das Fehlen von verlängerten Haaren zu kompensatorischen Mechanismen auf der Skala einzelner Wurzelsegmente oder auf Wurzelsystemskala führt und ob Unterschiede in der Musterbildung (physikalisch und chemisch) in Abhängigkeit vom Bodensubstrat (Sand vs. Lehm) auftreten. Wir setzten die beobachteten Veränderungen auf der Skala des Pflanzensystems mit der Nährstoffaufnahme, der Biomasseproduktion und der Bodeninfiltration als emergente Eigenschaften in Beziehung.Das Substrat zeigte einen überraschend großen Effekt auf Wurzelmerkmale im Allgemeinen (P1) und auf den Wurzeldurchmesser und den Wurzelabbau im Besonderen. Daher werden wir uns in Phase 2 darauf konzentrieren, die Mechanismen zu entschlüsseln, die diesen Veränderungen des Wurzeldurchmessers und des Wurzelabbaus zugrunde liegen. Wir werden untersuchen welche Konsequenzen veränderte Durchmesser und Abbauraten für die Musterbildung haben, d.h. Ausbildung chemische Gradienten, Bioporenrecycling und Kohlenstofffluss. Der Phänotyp 'erhöhter Wurzeldurchmesser' kann durch Ethylen induziert werden. Änderungen in der Ethylenkonzentration können aus Änderungen in der Ethylenproduktion und/oder Änderungen in der Ethylendiffusion in der Rhizosphäre resultieren. In einer Reihe von Laborexperimenten werden wir testen, ob solche Veränderungen tatsächlich auftreten und ob sie mit den mechanischen Eigenschaften des Bodens oder dem Wurzel-Boden-Kontakt in Verbindung gebracht werden können. Letzterer soll sich systematisch zwischen den beiden Substraten unterscheiden. Unterschiede im Wurzelabbau könnten auch mit Ethylen zusammenhängen, da sowohl eine veränderte Geometrie als auch eine veränderte chemische Zusammensetzung den Abbau und damit den Kohlenstofffluss beeinflussen.In den Laborexperimenten werden wir die Ethylenkonzentration in der Bodenluft und die Wurzel-Boden-Kontaktfläche für Wurzeln verschiedener Durchmesserklassen sowie den Wurzelabbau messen. Wir werden auch die Wurzeldurchmesser in Bioporen untersuchen und wie radiale chemische Gradienten beeinflusst werden. Die Experimente werden in Kooperation mit P7, P8 (Genetik) P14, P17 (Mikrobiom), P23 (Mechanik), P11 (Exsudation), P4 (Modellierung) und P19 (Kohlenstofffluss) durchgeführt.Den Feldversuch nutzen wir um Langzeitänderungen in der Bodenstruktur zu untersuchen. Unser Augenmerk liegt auf Bioporenbesatz im Boden sowie dessen Einfluss auf Infiltrationskapazität und Wasserhaltevermögen als emergente Eigenschaften auf der Feldskale.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
