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Bor-Aufnahme in der Rhizosphäre unter wiederholtem Trockenstress und Wiederbewässerung
Projekt
Förderkennzeichen: DFG-403626025
Laufzeit: 01.01.2018
- 31.12.2020
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Wurzelexudate verändern die Aufnahme mancher Nährstoffe unter Mangelbedingungen. Es ist bislang nicht bekannt (i) ob dies auch bei guter Versorgung relevant ist, (ii) ob diese Interaktionen duch Trockenzyklen/Wiederbewässerung beeinflusst werden, und (iii) mit welchem raum-zeitlichen Muster Wurzeln auf lokalen Stress reagieren. Bor (B) hat die chemische Eigenschaft mit cis-Diolen Komplexe auszubilden. Solche Diole sind in relativ hohen Konzentrationen in Exudaten/Mucilage vorhanden. Die B-Aufnahme erfolgt entweder durch passive Diffusion, oder durch Kanäle/Transporter; beide Aufnahmewege werden durch B-Komplexierung behindert, daher ist eine reduzierte B-Aufnahme in der Rhizosphäre zu erwarten.Während der gesamten Wuchsperiode kann wiederholt Trockenstress auftreten. Dabei wird die Produktion von Exudaten erhöht, um ein Wachstum der Wurzel in den trocknenden Boden zu ermöglichen. Dies kann zu verstärkter B-Komplexierung, reduzierter B-Aufnahme und bei anschließender Wiederbewässerung zu induziertem B-Mangel führen. Ohne ausreichende Erholungsphasen führen wiederholte Trockenstresse zu Veränderungen des Primär-Metabolismus, die die Zusammensetzung von Exudaten in einem raum-zeitlichen Muster beeinflussen sollten, in Abhängigkeit von externen Bedingungen und Wurzelalter. Selbst-Organisation der Pflanzen führt dann zu metabolischen Anpassungen und Umverteilung von Ressourcen. Dieses Teilprojekt behandelt vier Hypothesen: (1) erhöhte B-Komplexierung in der Rhizosphäre verringert die B-Aufnahme; (2) dieser Prozess wird unter mildem Trockenstress verstärkt; (3) bei Wiederbewässerung führt dies zu einem induzierten B-Mangel; (4) wiederholte Trockenstresszyklen verändern Metabolismus, Zusammensetzung der Exudate und B-Aufnahme; Pflanzen reagieren hierauf mit metabolischen Anpassungen. Im Projekt werden Exudate gesammelt und mögliche B-komplexierende sowie B-haltige Komplexe mittels Affinitätschromatographie und 11B NMR analysiert. Die Bildung von B-Komplexen wird in vitro getestet und mit B Aufnahmeraten unter Bedingungen normaler und erhöhter Exudation korreliert. Nach lokaler Applikation von 10B und 11B Isotopen werden Aufnahmeraten verschiedener Wurzelzonen in Topf- und Rhizobox-Versuchen erfasst (Analyse mit LC-ICP-MS). Zugleich werden Exudate und Pflanzenmaterial exakt an den Stellen der B-Applikation gesammelt und das Metabolom/Proteom bestimmt. Verschiedene Trockenstress-Szenarien werden impliziert, und das Auftreten von B-Mangel wird mittels Expression B-responsiver Gene kontrolliert. Diese Versuche werden durch Versuche in großen Rhizoboxen sowie nicht-destruktive Sammlung von Mucilage im Feld ergänzt.Die Ergebnisse liefern Informationen über die raum-zeitlichen Muster des „crosstalks“ zwischen gestressten und ungestressten Wurzelteilen, und verbessern das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen, welche zu systemischen Antworten der Gesamtpflanze und zur möglichen Umverteilung von Ressourcen unter wiederholtem Trockenstress führen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Pflanzenbau
- Pflanzenernährung
- Klimawandel
