Funktion von Muzilage für Wasser- und Phosphoraufnahme unter semi-ariden Bedingungen: Von Theorien auf der Porenskala zu emergenten Verhalten auf der Pflanzenebene (WurzelMuzilage)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Mutez Ali Ahmed; Professorin Dr. Michaela Dippold; Dr. Mathilde Knott; Professorin Dr. Andrea Schnepf
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567033511

Es wird postuliert, dass Muzilage, ein polymeres, stark wasserbindendes Biogel, das an der Wurzelspitze freigesetzt wird, die Wasser- und Nährstoffaufnahme insbesondere aus trockenen Böden erleichtert. Bislang wurde diese Hypothese nur unter artifiziellen Bedingungen und durch numerische Simulationen getestet, weshalb die Rolle von Muzilage im System Pflanze-Boden spekulativ bleibt. Dieser Antrag bündelt die Expertise von vier sich ergänzenden Antragstellern, welche 150 Maislinien einsetzen, um die seit langem bestehenden Fragen zu klären, i) wie sich die Muzilagesekretion auf die Wasser- und P-Aufnahme auswirkt und ii) wie diese Auswirkung von der Bodenart und den physiko-chemischen Eigenschaften der Muzilage beeinflusst werden. Dieses Ziel erfordert einen multidisziplinären Ansatz aus Pflanzenphysiologie, Biogeo- und Physikochemie und Modellierung. Das Projekt ist in vier eng miteinander verknüpfte Arbeitspakete (WP) gegliedert. In WP1a,b werden wir die Muzilagesekretion der 150 Maislinien und deren physiko-chemische Eigenschaften in Interaktion mit den Bodenbedingungen charakterisieren. In WP1c werden wir 10 kontrastierende Maislinien unter feldähnlichen Bedingungen in Lysimetern bei unterschiedlicher Bodentextur (Sand vs. Lehm) und Wasserverfügbarkeit vergleichen. In WP2 werden wir die Auswirkung der Muzilageeigenschaften auf die Wasseraufnahme unter kontrollierten Laborbedingungen untersuchen. In WP2a werden drei kontrastierende Muzilageeigenschaften (die in WP1 identifiziert wurden) in ihrem Effekt auf die Transpiration und das Wasserpotenzial der Blätter unter boden- versus atmosphärenbedingter Trockenheit untersucht. In WP2b werden wir Neutronenbildgebung nutzen, um die Wurzelarchitektur, die Wasserflüsse und die Wasserdynamik in der Rhizosphäre zu visualisieren. Diese werden dann in ein funktionell-strukturelles Wurzelarchitekturmodell integriert, um die Auswirkungen der Wurzelarchitektur, der dynamischen Bodenbedingungen und der Muzilage auf die Wasseraufnahme zu eruieren (WP2c). In WP3 werden wir die Effekte von Muzilageeigenschaften auf die P-Mobilisierung und -Aufnahme untersuchen. In WP3a,b wird der Zusammenhang zwischen den physikalisch-chemischen Muzilageeigenschaften und der P-Diffusion (WP3a) sowie der Aktivierung mikrobieller P-Mobilisierung (WP3b) untersucht. Ziel von WP3c ist es, das Modell von WP2c um die Phosphataufnahme von Mais zu erweitern, um so die kombinierten Auswirkungen von Wurzelarchitektur, Bodenbedingungen und Muzilage auf die Wasser- und P-Aufnahme zu erfassen. In WP4 werden die Effekte von Muzilage auf kombinierten Wasser- und P-Mangel im Feld unter Simulation verschiedener Umweltbedingungen untersucht. Dieses Projekt wird ein tiefgreifendes mechanistisches Verständnis von der Funktion von Muzilage für die interagierenden Prozesse der Wasser- und P-Aufnahme auf Pflanzenebene generieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen