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FOR 5820:  Der Einfluss der Hydraulik von Boden und Pflanze auf Transpiration und Pflanzenwachstum in Reaktion auf Trockenheit [SOPHY]

Fachliche Zuordnung Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin
Biologie
Förderung Förderung seit 2026
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538902328
 
Durch Evapotranspiration wird mehr als die Hälfte des terrestrischen Niederschlags recycelt, was sie zu einem entscheidenden Prozess für das Leben auf der Erde macht. m Zuge des Klimawandels sind Pflanzen immer häufiger trockener Luft und austrocknenden Böden ausgesetzt. Diese Bedingungen sind in Landwirtschaft und natürlichen Ökosystemen eine enorme Herausforderung mit Folgen für Ernährungssicherheit und massivem Baumsterben. Eine der evolutionären Schlüsselinnovationen der Gefäßpflanzen im Umgang mit Trockenstress ist ihre Fähigkeit, den Gasaustausch durch das Öffnen und Schließen der Stomata zu regulieren. Basierend auf einem Modell, das annimmt, dass Stomata unter Trockenheit von der Beziehung zwischen Transpirationsrate und Blattwasserpotenzial abhängen, wurde gezeigt, dass kritisch niedrige Bodenwassergehalte, bei denen Pflanzen ihre Transpiration durch Stomataverschluss reduzieren, global vorhergesagt werden können. Dies berücksichtigt kleinräumige Prozesse, die den Wasserstatus im Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum bestimmen. Unsere zentrale Hypothese ist, dass Pflanzen ihre Transpirationsrate bei zunehmender Trockenheit so anpassen, dass die Beziehung zwischen Transpiration und Blattwasserpotenzial weitgehend linear bleibt. Wie genau Pflanzen diese hydraulische Linearität mechanistisch erreichen, ist bislang unklar und erfordert synchronisierte Messungen relevanter Umweltvariablen, des pflanzlichen Wasserstatus sowie verschiedener morphologischer, anatomischer und ökophysiologischer Merkmale. Die vorgestellte interdisziplinäre Forschungseinheit zielt darauf ab, ein mechanistisches Verständnis zu gewinnen, wie Pflanzen den Wassertransport zwischen Boden, Pflanze und Atmosphäre steuern. Zudem soll ein Vorhersagemodell für die Transpirationsrate in Abhängigkeit von Bodentrockenheit für verschiedene Bodentypen, Klimabedingungen und Pflanzenarten entwickelt werden. Wir nehmen an, dass der Wasserstatus der Rhizosphäre, der Atmosphäre und die hydraulische Leitfähigkeit der Pflanze auf kurz- und langfristigen Zeitskalen koordiniert wird, um ein konstantes Verhältnis zwischen Transpirationsrate und Wasserpotenzialgradienten zwischen Boden und Pflanze aufrechtzuerhalten und das Risiko irreversibler Trockenheitsschäden zu minimieren. Dies impliziert, dass das Blattwasserpotenzial, bei dem die Stomata sich schließen, von der Wasserversorgung im Boden und in den Wurzeln sowie vom atmosphärischen Wasserbedarf abhängig ist. Wir begegnen diesen Fragestellungen mit einem interdisziplinären Ansatz, der Bodenphysik, Pflanzenphysiologie, Morphologie und Ökohydrologie mit Labor- und Feldmessungen sowie Modellierung verbindet. Der mit diesem Projekt angestrebte Erkenntnisgewinn ist nicht nur für die Beantwortung grundlegender Fragen zur Regulation der Wassernutzung von Pflanzen unter Trockenstress bedeutend, sondern besitzt angesichts aktueller und künftiger Herausforderungen des Klimawandels auch erhebliche gesellschaftliche Relevanz.
DFG-Verfahren Forschungsgruppen
Internationaler Bezug Schweiz, USA

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