Einfluss des Nitrat- und Chloridgehaltes im Boden auf die Transpiration von Kulturpflanzen (An-Trans)

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph-Martin Geilfus; Professor Rob Roelfsema, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498546397

Die Landwirtschaft steht in vielen Teilen Europas vor zwei großen Herausforderungen: Die zunehmende Verknappung des verfügbaren Bodenwassers und eine gleichzeitige Stickstoffreduktion, als Maßnahme die eine Verunreinigung des Grund- und Oberflächenwassers durch Nitrate verhindern soll. Beide Herausforderungen stehen in Wechselwirkung, da eine geringe Verfügbarkeit von Bodenwasser zum einen die Transpiration und die Massenfluss-getriebene Aufnahme von Nährstoffen wie Nitrat (NO3−) und Chlorid (Cl−) verringert. Im Gegenzug hat sich gezeigt, dass die Aufnahme, d. h. das Vorhandensein von NO3− und Cl− im Blatt, die stomatären Bewegungen beeinflussen und somit wiederum einen wichtigen Einfluss auf den Wasserverbrauch der Pflanzen haben. In dem geplanten Projekt soll die Beziehung zwischen dem NO3−-zu-Cl−-Verhältnis im Boden und der stomatären Bewegung an zwei Kulturpflanzen untersucht werden; der dikotylen Ackerbohne und dem Getreide Gerste. Beide Kulturen unterscheiden sich vermutlich hinsichtlich einer Abhängigkeit von NO3− und Cl− für die Regulierung der stomatären Leitfähigkeit, da der stomatäre Schluss in Gerste von apoplastischem NO3− abhängt, während diese Abhängigkeit bei dikotylen Pflanzen nicht gefunden wurde. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob Gersten- oder Ackerbohnenschließzellen die Aufnahme von NO3− gegenüber Cl− bevorzugen, um die stomatäre Öffnung voranzutreiben. Das Projekt soll den Einfluss des NO3−-zu-Cl−-Verhältnisses im Boden auf die Stomata in vier Arbeitspaketen (APs) untersuchen, in deren Umfang Versuche auf den Organisationsebenen der Gesamtpflanzen (AP1), von Organ-/Gewebeebene (AP2), auf Einzelzellebene (AP3) und abschließend an individuellen Transportproteinen (AP4) durchgeführt werden sollen. Im AP1 werden verschiedene NO3−-zu-Cl−-Verhältnisse im Boden mit der Fähigkeit unserer Modellpflanzen, die Stomata sowie die Hydratisierung des Blattes zu regulieren, in Beziehung gesetzt. In AP2 werden wir untersuchen, inwieweit unterschiedliche NO3−-zu-Cl−-Verhältnissen im Boden die Ionen-, Metaboliten- und Hormonkonzentration (ABA) im Blattapoplasten und im Schließzellsymplasten beeinflussen, während AP3 zeigen soll, in welchem Maße das Anionenangebot (NO3−, Cl−) die stomatären Bewegungen beeinflusst. Im Zuge dessen soll geprüft werden, ob Schließzellen der Ackerbohne und Gerste NO3− oder Cl− für die osmotischen Prozesse bevorzugen, die die stomatären Bewegungen antreiben. Schließlich werden wir uns im WP4 auf die Rolle von NPF-Transportern für der Aufnahme von NO3− und Cl− in Schließzellen sowie auf die Rolle der SLAC1-ähnlichen Anionenkanäle, die diese Anionen wieder aus den Schließzellen herausschleusen können, konzentrieren. Obgleich gezeigt wurde, dass SLAC1-ähnliche Kanäle eine wichtige Rolle bei der Regulation der stomatären Bewegungen spielen, gibt es nur wenige Informationen über die Bedeutung einer NPF-vermittelten Aufnahme von NO3− und Cl− in die Schließzellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Dietmar Geiger