SP01: Bodenhydraulische Einschränkungen der Wasseraufnahme und Anpassungen in Rhizosphäre und Wurzeln

• Antragsteller: Professor Dr. Mutez Ali Ahmed
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538902328

Pflanzen sind einem stündlich schwankenden Wasserbedarf aus der Atmosphäre sowie einer variierenden Wasserversorgung aus dem Boden ausgesetzt. Um sich an eine so dynamische Umgebung anzupassen, müssen sie ein effizientes und gleichzeitig sicheres hydraulisches System entwickeln, das Wachstum ermöglicht und gleichzeitig die "Kosten" für Wasser (ausgedrückt durch das Blattwasserpotenzial) nachhaltig hält. Wir vermuten, dass eine optimale Wasserregulierung besteht, solange die Beziehung zwischen Transpirationsrate und Blattwasserpotenzial linear bleibt. Sobald diese Beziehung nichtlinear wird, das heißt, wenn schon eine geringe Steigerung des Gasaustauschs mit der Atmosphäre einen unverhältnismäßigen Abfall des Blattwasserpotenzials verursacht, wird das Transpirieren (und das Wachsen) zunehmend ineffizient. Diese Annahme, dass Pflanzen eine lineare Beziehung zwischen Wasserfluss und Wasserpotenzial anstreben, setzt eine koordinierte Regulation voraus: Das Schließen der Stomata reguliert den Wasserverlust während der Photosynthese in Abhängigkeit von der atmosphärischen Nachfrage, während die hydraulischen Leitfähigkeiten des Boden-Pflanzen-Systems den Wasserpotenzialgradienten bestimmen, der benötigt wird, um den Wasserfluss aufrechtzuerhalten. Wir vermuten, dass die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens und seiner Schnittstelle mit den Wurzeln - der sogenannten Rhizosphäre - eine zentrale Rolle bei der Regulierung der gesamten hydraulischen Leitfähigkeit des Boden-Pflanzen-Systems spielt, besonders in grobkörnigen Böden wie Sand. Deshalb untersuchen wir in diesem interdisziplinären Vorhaben die hydraulischen Eigenschaften des Bodens und seiner Schnittstelle mit den Wurzeln sowie deren Einfluss auf die Wasserleitfähigkeit der Pflanze und auf die stomatäre Regulation des Gasaustauschs. Wir planen eine Reihe von komplementären Experimenten, die vom einzelnen Wurzelabschnitt bis zum gesamten Boden-Pflanzen-System reichen. Dabei wollen wir Zusammenhänge bildlich erfassen: 1) den Wurzel-Boden-Kontakt, um herauszufinden, bei welchem Bodenwasserpotenzial Wurzeln schrumpfen, 2) die Wasserdynamik in der Rhizosphäre im Vergleich zum nicht-wurzelbeeinflussten Boden, um herauszufinden, ab welchem Wasserpotenzial der Boden den Wassertransport zur Wurzel zu begrenzen beginnt, und 3) wo entlang des Wurzelsystems Wasser bevorzugt aus dem Boden aufgenommen wird. Zu diesem Zweck werden wir Synchrotron-basierte Röntgentomographie und Neutronen-Radiographie einsetzen. Zusätzlich werden wir Experimente durchführen, in denen Boden- und Blattwasserpotenziale sowie die Transpirationsrate während des Austrocknens des Bodens gemessen werden. Die Erkenntnisse aus diesen komplementären Experimenten werden Licht auf die Koordination zwischen Blatt-, Wurzel- und Bodenhydraulik sowie auf die hydraulischen Mechanismen werfen, mit denen Pflanzen mit Wasserknappheit umgehen und sich anpassen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5820: Der Einfluss der Hydraulik von Boden und Pflanze auf Transpiration und Pflanzenwachstum in Reaktion auf Trockenheit [SOPHY]
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Mitverantwortlich(e): Dr. Tina Köhler
• Kooperationspartner: Professor Dr. Andrea Carminati