Die Funktionen von phänotypischer Plastizität in Pflanzen-Pflanzen-Interaktionen und Bestandesproduktivität

• Antragsteller: Professor Dr. Tsu-Wei Chen
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442020478

Sowohl in Produktionspflanzenbeständen als auch in den Selektionsparzellen der Züchter reagieren die wachsenden Pflanzen aufgrund ihrer morphologischen und physiologischen Anpassungsfähigkeiten kontinuierlich auf das von den Nachbarpflanzen geschaffene Mikroklima. Diese Anpassungsfähigkeit, auch als phänotypische Plastizität bezeichnet, ist für die Ressourcenaufnahme und die Leistung einzelner Pflanzen im Bestand von wesentlicher Bedeutung. Die phänotypische Plastizität kann jedoch die Konkurrenz zwischen Pflanzen fördern und so die Gesamtproduktivität des Bestandes beeinträchtigen. Experimentelle Methoden zur quantitativen Untersuchung der Auswirkungen der Pflanzen-Pflanzen-Interaktionen auf die Produktivität der Einzelpflanze und des Bestandes mit physiologisch interpretierbaren Parametern sind bis heute erstaunlich selten. In diesem Projekt werden wir die neusten Entwicklungen in der Phänomik mit einem 3D-Modellierungsansatz verbinden, um die Strategien der phänotypischen Plastizität für Pflanzen-Pflanzen-Interaktion und ihre funktionalen Auswirkungen auf die Produktivität des Bestandes zu verstehen. Insgesamt 228 Genotypen von Winterweizen werden untersucht, um sieben Haupthypothesen zu testen, welche sich auf die Auswirkung der plastischen Anpassungsfähigkeiten von Blatt-, Halm- und Wurzelmerkmalen auf die Ressourcenaufnahme, die Leistungsfähigkeit des einzelnen Genotyps im heterogenen Bestand und die Gesamtproduktivität des Bestandes beziehen. Mit einer genomweiten Assoziationsstudie sollen Genomregionen identifiziert werden, die für die plastische oder invariante Reaktion eines Merkmals auf Umweltschwankungen verantwortlich sind. Dazu wird ein mechanistisches funktional-strukturelles Pflanzenmodell (FSPM) aufgebaut, um die dynamischen morpho- physiologischen Anpassungen von Blättern, Stängeln und Wurzeln auf das Mikroklima im Bestand zu integrieren. Mit dem FSPM werden groß angelegte virtuelle Experimente durchgeführt, um die idealen Strategien zur Minimierung der Pflanzen-Pflanzen-Konkurrenz und Maximierung der Produktivität des Bestandes unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu identifizieren. Darüber hinaus stellen wir ein theoretisches Rahmenwerk (TR) auf, mit dem die Leistung eines Genotyps in einem homogenen Bestand aus der Leistung dieses Genotyps im heterogenen Bestand und seiner Konkurrenzfähigkeit geschätzt werden kann. Es wird erwartet, dass es mit Hilfe des FSPM und TR gelingt, die Beziehungen zwischen biologischer Diversität und Produktivität von Pflanzenbeständen, die Umsetzungsmöglichkeiten auf der Ebene landwirtschaftlicher Systeme (z. B. Sortenmischung) und eine mögliche Beeinträchtigung des Selektionserfolgs durch die Pflanzen-Pflanzen-Konkurrenz besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: High Resolution Spectroradiometer
• Gerätegruppe: 1790 Spektrometer (Massen-, NMR-, außer 170-178)