Entkommen einjährige Pflanzen dem ‚root economic space‘? Anpassungen des Wurzelsystems an zunehmende Trockenheit bei Brachypodium hybridum, einer Modellart für annuelle Gräser.

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes Metz
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535094127

Wurzeln sind für Pflanzen von entscheidender Bedeutung, da sie die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen gewährleisten. Jedoch sind Wurzeln weitaus weniger erforscht als oberirdische Organe. Darüber hinaus basieren die meisten empirischen und theoretischen Studien über Wurzelsysteme auf interspezifischen Ansätzen, also auf Vergleichen von Wurzelmerkmalen über zahlreiche Arten hinweg. Bisher ist kaum erforscht, wie Wurzelmerkmale innerhalb einer Art variieren, insbesondere zwischen verschiedenen Populationen entlang natürlicher Umweltgradienten. Das hier vorgeschlagene Projekt untersucht mithilfe eines umfangreichen Gewächshausexperimentes die intraspezifische Anpassung von Wurzelmerkmalen entlang eines natürlichen Niederschlagsgradienten in Israel. Das Rückgrat des Projekts bilden 15 Populationen der einjährigen mediterranen Grasart Brachypodium hybridum. Diese Populationen entsprechen einer Niederschlagsspanne von 89 - 926 mm und zeigen die langfristige evolutionäre Anpassung der Art an zunehmende Trockenheit. Die Studie wird diese Hauptdimension des Niederschlagsgradienten erstmals mit drei weiteren Dimensionen kombinieren: Eine Dimension ist die plastische Reaktion auf hohe bzw. niedrige Wasserverfügbarkeit, eine weitere ist die ontogenetische Verschiebung von Wurzelmerkmalen von Jungpflanzen zu adulten Pflanzen, sowie die Veränderung von Wurzelmerkmalen durch hohe bzw. niedrige Besiedlung mit Mykorrhizapilzen. Zu diesem Zweck werden 1.800 Pflanzen von 300 Genotypen und 15 Populationen angezogen. Wurzelmessungen erfolgen i) für Pflanzen unter hoher und niedriger Bewässerung, ii) für junge, mittlere und reife Individuen, iii) und mit und ohne Mykorrhiza-Inokulation. Insgesamt werden 14 Wurzelmerkmale gemessen, unter anderem Wurzelmassenanteil, spezifische Wurzellänge und Mykorrhiza-Besiedlung. Diese 14 Merkmale widerspiegeln wesentliche Theorien zu Anpassungen des Wurzelsystems an zunehmende Trockenheit (optimal resource partitioning, root economics spectrum, root economics space). Ausgehend von diesen Theorien werden folgende Hypothesen überprüft: Der relative Anteil der Wurzelbiomasse steigt sowie Wurzelmerkmale einer langsameren, konservativeren Strategie werden dann ausgeprägt, wenn Wasser stärker limitiert ist, demnach also in arideren Populationen entlang des Niederschlagsgradienten, bei geringer Bewässerung, in älteren ontogenetischen Lebensstadien und bei geringer Mykorrhiza-Besiedlung. Das vorgeschlagene Projekt bietet die umfassendste intraspezifische Studie zu Anpassungen des Wurzelsystems an zunehmende Trockenheit. Sie wird das Verständnis funktioneller Wurzelmerkmale sowie allgemeiner der Anpassung von Pflanzen an zunehmende Trockenheit deutlich vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen