Dynamische Anpassung der Quellenkapazität an fluktuierende Licht- und Temperaturumgebungen

• Antragsteller: Professor Dr. Tsu-Wei Chen
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518863370

Weizen ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen weltweit und hohe Erträge von Weizen tragen maßgeblich zur globalen Ernährungssicherheit bei. Erfolgreiche Züchtung hat die Erträge im letzten Jahrhundert kontinuierlich gesteigert, doch die Ausschöpfung des Ertragspotenzials wird zunehmend durch klimatische Herausforderungen und regulatorische Beschränkungen im Pflanzenbau limitiert. Unsere umfangreichen Vorarbeiten zeigten, dass in erster Linie kontextabhängige Senke-Quelle-Beziehungen das Ertragspotenzial einschränken. Ziel dieses Teilprojekts im Paketantrag "Weizen Senke-Quelle-Beziehungen und Grenzen (WheatSouSi)" ist es, die Auswirkungen von Umweltfluktuationen auf die Formation, Akklimatisierung und Limitierung der Quellenkapazität zu verstehen.Pflanzen passen ihre photosynthetische Kapazität ständig an fluktuierende Licht- und Temperaturumgebungen an. Diese Anpassung (Akklimatisierung) beruht auf dynamischen physiologischen Prozessen, die Größe und Leistungsfähigkeit der photosynthetischen Organe beeinflussen. Daher ist Akklimatisierung ein entscheidender Faktor, der die Quellenkapazität für die Kornfüllung von Winterweizen bestimmt. Obwohl die Licht- und Temperaturakklimatisierung der Photosynthese unter konstantem Licht und konstanter Temperatur gut untersucht wurde, ist unser Wissen über die Akklimatisierung an fluktuierende Licht- und Temperaturbedingungen sehr begrenzt. Basierend auf der Hypothese, dass die Syntheseraten der photosynthetischen Proteine nichtlinear von Licht und Temperatur abhängen, stellen wir in diesem Projekt zunächst ein mechanistisches Modell des photosynthetischen Protein-Turnovers dar, um die Akklimatisierungsprozesse an fluktuierendes Licht und Temperatur zu beschreiben. Zweitens ist eine Reihe von Experimenten in Klimakammern geplant, um das dargestellte Modell in 50 Winterweizensorten zu parametrisieren und zu validieren. Die Unterschiede in den photosynthetischen Akklimatisierungsstrategien zwischen Sorten werden durch ihre Modellparameter charakterisiert. Außerdem werden die kombinierten Auswirkungen von Licht- und Temperaturveränderungen auf die Koordination zwischen der Morphologie der Schließzellen, photosynthetischer Induktion und Wassernutzungseffizienz auf Blattebene quantifiziert und in statische sowie dynamische funktional-strukturelle Pflanzenmodelle (FSPMs) integriert, um zu verstehen, wie die Quellenkapazität der Pflanzenbestände durch photosynthetische Akklimatisierungsstrategien maximiert werden kann. Um die Ergebnisse zu synthetisieren, werden Strukturgleichungsmodelle verwendet, um die Stärke und Signifikanz kausaler Wechselwirkungen zwischen physiologischen Merkmalen, Quelle-Stärke, Senke-Stärke und Kornertrag systematisch zu testen. Der Erkenntnisgewinn wird ein besseres Verständnis der Physiologie der Bestandesphotosynthese ermöglichen und Pflanzenwachstumsmodelle verbessern, die die Quelle-Senke-Dynamik beschreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen