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Erhöhung des Harvest Index von Körnermais zur Verbesserung der Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienz für eine nachhaltigere Pflanzenproduktion
Projekt
Förderkennzeichen: DFG-405581090
Laufzeit: 01.01.2018
- 31.12.2020
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Der Harvest Index (HI = Kornertrag/gesamte oberirdische Biomasse) vieler landwirtschaftlicher Kulturpflanzen ist in den letzten Jahrzehnten stark angestiegen. Der HI von Körnermais hat sich seit Einführung von Hybrid-Saatgut jedoch kaum verbessert. In Gegensatz zu anderen Nutzpflanzen besteht bei Mais eine enge positive Korrelation zwischen der Produktion von Biomasse und dem Kornertrag. Die Produktion von vegetativer Biomasse bei Körnermais verbraucht jedoch große Mengen an Wasser und Nährstoffen. Somit kann ein Anstieg im HI die Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienz verbessern und zu einer nachhaltigeren Produktion beitragen. Dies wird in Zukunft besonders wichtig sein, da die Wasservorräte begrenzt sind und die Applikation von Düngemitteln zur Einhaltung von Grenzwerten reduziert werden muss. Wir schlagen zwei Möglichkeiten zur Verbesserung des Mais-HI vor: Anstieg des Kornansatzes und Reduktion der vegetativen Spross-Biomasse. Zur Erzielung eines besseren Kornansatzes konzentriert sich das beantragte Forschungsvorhaben auf den Effekt von Salzstress und die Rolle von Auxinen bei der Kornentwicklung. Unsere Arbeitsgruppe war als erste in der Lage, die Aktivität der Plasmalemma-H+-ATPase in den Körnern kurz nach der Bestäubung zu messen. Dieses Schlüssel-Enzym ist für die Hexose-Aufnahme durch H+-Cotransport aus dem Apoplasten in die Körner verantwortlich. Im beantragten Projekt werden Maispflanzen in großen Containern unter feldähnlichen Bedingungen angebaut und mit Substanzen zur Förderung der Plasmalemma-H+-ATPase (Auxin, Fusicoccin) behandelt, um den Kornansatz zu verbessern. Im ersten Versuchsjahr wird die optimale Dosierung bestimmt, im zweiten Jahr werden zusätzliche Applikationstermine getestet. Zwei Tage nach kontrollierter Bestäubung wird in beiden Jahren eine Zwischenernte durchgeführt und die Zuckerkonzentrationen sowie die Parameter der H+-ATPase Aktivität im apikalen und basalen Teil des Maiskolbens gemessen. Zur Vollreife werden die Ertragsparameter erfasst und die Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienz bestimmt. Im dritten Versuchsjahr wird der Apoplasten-pH-Wert in den sich entwickelnden Körnern in vivo gemessen, da dieser von der Plasmalemma-H+-ATPase unmittelbar beeinflusst wird. Weiterhin wird durch Applikation eines Gibberellin-Biosynthese-Inhibitors die vegetative Spross-Biomasse reduziert und geprüft, ob es möglich ist die enge Korrelation zwischen vegetativem und generativem Wachstum zu brechen. Um Interaktionen zwischen Sorten und Inhibitor zu untersuchen, wird die optimale Dosierung des Wirkstoffs Paclobutrazol, der bereits positive Effekte zeigte, bei sechs Maissorten bestimmt. Auch der Applikationstermin wird variiert, um das optimale Wachstumsstadium für die Behandlung herauszufinden. Schließlich werden drei Sorten, die am besten bei HI und Kornertrag abschnitten, ausgewählt und der Effekt reduzierter Düngerapplikation auf die Nährstoffnutzungseffizienz wird getestet.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Pflanzenernährung
- Klimawandel
