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Mysterium Wurzelexsudate - Neue Einblicke in ökologisch relevante Exsudat-Beprobungsansätze

Projektleitung
Oburger Eva, Projektleiter/in
Laufzeit:
01.09.2018-31.12.2022
Art der Forschung
Grundlagenforschung
Mitarbeiter*innen
Hann Stephan, Projektmitarbeiter/in
Hummel Christina, Projektmitarbeiter/in
Santangeli Michael, Projektmitarbeiter/in
Tognacchini Alice, Projektmitarbeiter/in
Stein Lisa, Projektmitarbeiter/in (bis 30.11.2021)
Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten
Institut für Analytische Chemie (DCH/AC)
Institut für Bodenforschung
Gefördert durch
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Kennedyallee 40, D-53175 Bonn, Deutschland
Abstract
Wurzelexsudate sind die treibende Kraft der zeitlich-räumlichen Selbstorganisation der Rhizosphäre. Detailliertes Wissen über Qualität und Quantität der von der Wurzel ausgeschiedenen Metabolite ist essentiell um die komplexen biogeochemischen Interaktionen an der Boden-Pflanze Schnittstelle zu entschlüsseln. In der Vergangenheit wurden Wurzelexsudate entweder als große Unbekannte diskutiert oder mehrheitlich in Nährlösungskulturen (Hydroponik) untersucht, deren Fokus sich auf einzelne Exsudate bzw. Exsudatklassen beschränkte. Auch wenn Hydroponikkulturen klare operative Vorteile haben, bleibt die Frage, ob die resultierenden Exsudatergebnisse ökologisch relevant sind im Bezug auf natürliche Bodenwachstumsbedingungen.
In diesen Projekt werden wir unterschiedliche Wurzelexsudatsbeprobungsansätze anwenden um die räumlich-zeitlichen Veränderungen sowie die Rolle von Wurzelhaaren in der Wurzelexsdation von Mais (Zea mays Wildtyp und der Wurzelhaarlose Mutant rht3) zu untersuchen. Im Gegensatz zu Studien der Vergangenheit liegt unser Fokus auf Boden-basierten Methoden, die die Beprobung von Exsudaten ermöglichen, die nicht durch Sorption an die Bodenmatrix oder mikrobiellen Abbau verändert wurden. Zusätzlich wird die gesamte Komplexität der ausgeschiedenen Metabolite mittels hochauflösendem, LC-MS basierten Metaboliten-Profiling erfasst werden. Die Exsudationsbeprobungen werden im Rahmen der Zentralen Plattform Experimente des Schwerpunktprogrammes 2089 in Wachstumskammern sowie im Feld durchgeführt werden. Experimentelle Strategien umfassen Boden-Hydroponik-Hybrid-Ansätze, Rhizoboxen in Kombination mit einem innovativen Exsudationsbeprobungsmodul, sowie speziell angefertigte Exsudationsfallen, um individuelle Wurzelsegmente zu beproben. Des Weitern werden wir Exsudate mit dem traditionellen Hydroponik Ansatz beproben, der den Vergleich zu den Studien der Vergangenheit ermöglichen soll. Alle Experimente werden in enger Zusammenarbeit mit anderen Teilnehmern des Schwerpunktprogrammes durchgeführt werden, um die Korrelation von ausgeschiedenen metabolitenprofilen mit spezifischen, räumlich-zeitlich aufgelösten Rhizosphärenprozesse zu ermöglichen. Zusätzlich werden wir in diesen Projekt wichtige Pionierarbeit im Bezug auf Methoden bedingte, potentielle Artefakte leisten und damit einen Paradigmenwechsel in der Wurzelexsudatforschung herbei führen. Der Einsatz von ökologisch relevanten Wurzelexsudatbeprobungsmethoden wird uns ermöglichen, das fehlende Bindeglied in Boden-Pflanze-Mikroorganismen Interaktion offen zu legen, das die zeitlich - räumliche Selbstorganisation der Rhizosphäre antreibt.
Schlagworte
Analytische Chemie; Pflanzenphysiologie; Pflanzenernährung; Bodenkunde;
Bodenlösung; organische Säuren; Rhizosphäre; Wurzelexsudate; Wurzeln;
Publikationen
Vorträge

Christina Roschitz, Nataliya Bilyera, Gabrielle Daudin, Xuechen Zhang, Michael Santangeli1, Sandra Spielvogel2, Isabelle Bertrand4, Eva Lippold, Steffen Schlueter, Doris Vetterlein, Bahar S. Razavi and Eva Oburger (2021): Bio-chemical imaging of phosphorus-related maize rhizosphere processes in the field.

Goldschmidt 2021, July, 4-9, 2021, online

Hummel, C; Bilyera, N; Daudin, G; Santangeli, M; Zhang, X; Santner, J; Lippold, E; Schlüter, S; Bertrand, I; Wenzel, W; Spielvogel, S; Vetterlein, D; Razavi, B; Oburger, E (2021): Co-localised Phosphorus Mobilization Processes in the Rhizosphere of Field-grown Maize Jointly Contribute to Plant Nutrition .

Eurosoil 2021, AUG 23-27, 2021, Geneva, SWITZERLAND (online)

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