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Mysterium Wurzelexsudate 2 – Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die Wurzelexsudation

Projektleitung
Oburger Eva, Projektleiter/in
Laufzeit:
01.01.2021-31.12.2023
Programm:
Schwerpunktprogramme
Art der Forschung
Grundlagenforschung

Weitere Informationen: https://www.ufz.de/spp-rhizosphere/index.php?en=45081

Mitarbeiter*innen
Hann Stephan, Projektmitarbeiter/in
Santangeli Michael, Projektmitarbeiter/in
Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten
Institut für Analytische Chemie (DCH/AC)
Institut für Bodenforschung
Gefördert durch
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Kennedyallee 40, D-53175 Bonn, Deutschland
Abstract
Wurzeln geben eine große Vielfalt löslicher oder flüchtiger organischer Moleküle (Wurzelexsudate) an den umgebenden Boden ab während sie gleichzeitig Wasser und Nährstoffe aufnehmen. Auch wenn die wichtige funktionelle Bedeutung von Wurzelexsudaten für die unterirdischen Wechselwirkungen zwischen Pflanzenwurzeln, Bodenmikroben und Bodenmatrix längst anerkannt ist, sind Studien zur Untersuchung der Qualität und Quantität von Exsudaten unter natürlichen Wachstumsbedingungen noch relativ selten und wir wissen nur sehr wenig darüber wie sich die Wurzelexsudation auf Grund von geänderten Umweltbedingungen verändert. In Phase 1 haben wir die Exsudation von Maiswurzeln unter den standardisierten Versuchsbedingungen in den beiden Versuchsplattformen des DFG Schwerpunktprogrammes (SPP) 2089 (Bodensäulenversuch & Bodenfeldversuch) charakterisiert und die Wirkung verschiedener Exsudationsbeprobungsbedingungen evaluiert. Aufbauend auf dem, was wir gelernt haben, werden wir nun die Auswirkungen von Veränderungen der Bodenumwelt auf die Wurzelausscheidung von Mais (Zea mays WT & rth3) untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf Trockenstress und Veränderungen der Bodenstruktur liegt. Beide Umweltparameter wurden in Phase 1 als Hauptfaktoren für die Ausbildung und Eigenschaften von Rhizosphären-Parametern identifiziert. In gemeinsamen Experimenten mit mehreren anderen SPP-Partnern (die alle unterschiedliche Pflanzen- bzw. Bodenparameter untersuchen) werden wir die Veränderung der Wurzelexsudation der beiden Maislinien (WT, rth3) bei mittlerem bzw. starkem Trockenstress untersuchen. Wir werden auch saisonale Unterschiede in der Exsudation auf dem Feld untersuchen und einen möglichen Konditionierungseffekt bewerten, der durch mehrjährige Maismonokultur verursacht wird. Darüber hinaus werden wir unter kontrollierten Bedingungen im Labor die Veränderung der Maiswurzelexsudation in Abhängigkeit von der Bodenstruktur erforschen, einschließlich Bodenverdichtung sowie unterschiedlicher Anzahl der Wurzel-Boden-Kontaktpunkte. Wie in Phase 1 werden wir uns auf bodenbasierte Exsudations-Probenahmeansätze im Labor und im Feld konzentrieren und diese ökologisch relevanten Probenahmetechniken mit einer ungezielten metabolomischen Analyse mittels UHPLC-QTOFMS und GC-QTOFMS kombinieren, um die gesamte Vielfalt der exsudierten Metabolite aufzudecken. Unsere Ergebnisse werden wichtige mechanistische Erkenntnisse darüber liefern, wie sich die Wurzelexsudation unter geänderten Umweltbedingungen verändert. Darüber hinaus werden wir wichtige Basis-Informationen für alle exsudationsgetriebenen Rhizosphärenprozesse liefern, die von anderen Teilnehmern im Rahmen des PP 2098 untersucht werden, und somit einen wesentlichen Beitrag zur gesamtheitlichen Entschlüsselung aller Rhizosphärenprozesse und deren Wechselwirkungen liefern.
Schlagworte
Biologie; Pflanzenernährung; Bodenkunde;
Bodeneigenschaften; Klimatische Bedingungen; Rhizosphäre; Wurzelexudation;
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