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Kleiner Maßstab - große Wirkung: Rhizosphärenprozesse als Schlüssel für P-Effizienz im Trockenreisanbau
Projekt
Förderkennzeichen: DFG-430055652
Laufzeit: 01.01.2020
- 31.12.2022
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Reis ist Grundnahrungsmittel für mehr als die Hälfte der Erdbevölkerung. Insbesondere im Trockenreisanbau ist das Wachstum der Pflanzen häufig durch geringe P-Verfügbarkeit der Böden, sowie durch fehlende P-Dünger eingeschränkt. Es ist daher wichtig zu verstehen, welche Prozesse zu einer hohen P-Akquisitionseffizienz (PAE) der Pflanzen führen. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass Unterschiede in der PAE in Reislinien (Trockenreisanbau) weder durch morphologische Wurzelparameter (Wurzelsystemgröße, Wurzelhaare) noch durch Wurzelphysiologie (P-Depletionsseffizienz) erklärt werden können. Die Vermutung liegt daher nahe, dass biogeochemische Prozesse in der Rhizosphäre, eine wichtige Rolle in der P Aufnahmeeffizienz bei Reis spielen. Ziel des Projektes ist es das Zusammenspiel der Rhizosphärenprozesse von vier Reisgenotypen mit gegensätzlichen PAE- und Wurzelhaareigenschaften zu untersuchen (Oryza sativa DJ123 - hohe PAE, hohe Wurzelhaarlänge und -dichte (RLD); Nerica4 - niedrige PAE, niedrige RLD, Santhi Sufaid - hohe PAE, niedrige RLD; Sadri Tor Misri - niedrige PAE, hohe RLD). Wir vermuten, dass eine hohe PAE durch folgende Prozesse erklärt werden kann: (i) hohe Wurzelexsudationsraten pro Wurzeloberfläche, (ii) hohe Freisetzung von Verbindungen wie Phenolen, Phosphatasen und Mucilage (iii) eine Rhizosphären-Mikrobiomzusammensetzung mit einem großen Anteil and Mikroorganismen, die P löslich machen (iv) einen hohen Mykorrhizierungsgrad. In Zusammenarbeit mit dem Pflanzengenetiker Matthias Wissuwa (JIRCAS) werden wir die Wurzelexsudation, den Grad der Genotyp-spezifischen Mykorrhizierung sowie die Zusammensetzung der Rhizosphären-Mikrobengemeinschaft der ausgewählten Reislinien unter niedriger und hoher P Verfügbarkeit in einem Feldversuch in Tsukuba, Japan untersuchen. In einem zweiten Schritt werden wir die P-Mobilisierungseffizienz von Wurzelexsudaten aus dem Feldversuch in Batch-Experimenten bestimmen, um herauszufinden ob Unterschiede in der Zusammensetzung der Wurzelexsudate zwischen den Genotypen Unterschiede in der PAE erklären können. In einem dritten Schritt werden wir uns auf das räumlich-zeitliche Zusammenspiel von P-Akquisition und biogeochemischen Rhizosphärenprozessen konzentrieren und verschiedene bildgebende Verfahren (Phosphor-Imaging, Zymographie, Optodenmessungen) sowie 33P-Markierung unter kontrollierten Bedingungen anwenden. Durch die Kombination von Bildgebungsverfahren und Isotopenmarkierungstechniken können wir nicht nur Wurzeltypen und -regionen, mit erhöhter Wurzelausscheidung und Enzymaktivität, mit den Regionen korrelieren, in denen P aufgenommen wird, sondern auch den Beitrag der Mykorrhiza zur P-Aufnahme quantifizieren. Unsere Ergebnisse werden offenlegen, welche Rhizosphärenprozesse eine hohe P-Aufnahmeeffizienz im Trockenreisanbau bewirken. Dies wird es ermöglichen, Rhizosphärenprozesse in Züchtungsprogrammen zu berücksichtigen, um die Erträge in landwirtschaftlichen Systemen mit niedrigem Input aufrecht zu erhalten
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Pflanzenbau
- Pflanzenernährung
- Bodenkunde
