Auswirkungen von Wurzelhaaren auf die Interaktion zwischen Pflanze, Boden und Wasser auf der Pflanzenskala

• Antragsteller: Professor Dr. Mutez Ali Ahmed; Professor Dr. Jan Vanderborght
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403670197

Die Bedeutung von Wurzelhaaren für Nährstoff- und Wasseraufnahme ist unumstritten, ihre genaue Funktion am Aufnahmeprozess jedoh unklar. Wir konnten in der ersten Phase zeigen, dass Maiswurzelhaare in keinem der Böden die hydraulischen Bedingungen des Boden-Pflanzen-Systems beeinflussten – ein Ergebnis das im Gegensatz zum kürzlich berichteten Einfluss von Wurzelhaaren in Gerste steht. Das Ziel dieses Antrages ist, die Rolle von Wurzelhaaren auf unterschiedlichen Ebenen herauszustellen, von der Rhizosphäre bis zum Feld. Wir planen Feld- und Modellierungsexperimente, um zu quantifizieren ob, und unter welchen Bedingungen, sowie durch welche Mechanismen Wurzelhaare unterschiedlicher Pflanzenarten die Wasserleitfähigkeit zwischen Boden und Wurzel und dadurch die Boden-Pflanzen-Wasserbeziehungen beeinflussen. Wir vermuten, dass (i) Wurzelhaarlänge, -dichte, -verteilung, -alter, -schrumpfen und -regenerierung und der Kontakt zwischen Boden und Pflanze von der jeweiligen Spezies und den Bodenbedingungen abhängen und dass (ii) wurzelhaarlose Mutanten ein hydraulisch anders ausgeprägtes Wurzelsystem und dadurch auch unterschiedliche Bodenwasseraufnahmemuster entwickeln, um das Fehlen von Wurzelhaaren zu kompensieren.Das Projekt ist in 4 Arbeitspakete unterteilt. Im WP1a wird eine Quantifizierung der Wurzelhaare in Mais und Gerste, in Sand und Lehm mittels Synchrotron X-ray CT angestrebt. Darüber hinaus erfolgt die Untersuchung der zeitlichen Dynamik von Wurzelhaaren (Absterben, Wachsen, Schrumpfen, Regenerieren etc.) im Prozess des Trocknens und Wiederbewässerns des Bodens. Im WP1b wollen wir den Einfluss von Wurzelhaaren auf die Wasseraufnahme anhand von zwei Gerstengenotypen (WT vs. brb) im sandigen und lehmigen Boden erfassen und diese mit den Ergebnissen aus der ersten Phase (Mais) vergleichen. Des Weiteren werden wir ein Wurzelhaarmodell zur funktionellen Erfassung des Einflusses von Wurzelhaaren auf die Wasseraufnahme erstellen (WP1c). Im WP2 wird mittels Neutronenradiographie untersucht, ob die wurzelhaarlosen Mais- und Gerstenmutanten ihre Wurzelarchitektur oder -leitfähigkeit zum Ausgleich der Wurzelhaare hydraulisch wirksam verändern. Im WP3 soll der Einfluss von Wurzelhaaren in Mais auf die Wasseraufnahme in langen Säulen getestet werden, unter gut kontrollierten Konditionen, die noch über die Vielfalt von möglichen Konditionen im Feld hinausgehen (beispielsweise die Interaktion von Nährstoff- und Wasserknappheit). Dieses WP ermöglicht es nicht nur aus dem zentralen Säulen- und Feldexperiment hochzuskalieren, sondern auch die Balance zwischen hydraulischer Wurzelarchitektur und Rhizosphäreneigenschaften aufzuklären, indem ein System geschaffen wird, welches es ermöglicht, Wurzelhaare in feldnahen aber gut kontrollierbaren Konditionen zu evaluieren. Im WP4 werden wir mit den Messungen und Modellierungen der Effekte von Wurzelhaaren und Bodentextur auf Transpiration und Blattwasserpotenzial im Feld über eine gesamte Anbauperiode fortfahren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2089: Rhizosphere Spatiotemporal Organisation - a Key to Rhizosphere Functions
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Mathieu Javaux, Ph.D.
• Kooperationspartner: Professor Dr. Andrea Carminati