Das ungenutzte Potential von Sorghum Landrassen: Untersuchung ihrer Anpassungsmechanismen an Dürre angesichts des Klimawandels

Stipendiatin/Stipendiat: Anna Sauer

Die Überwindung von Wasserknappheit in der Landwirtschaft ist eine der größten Herausforderungen für die künftige Ernährungssicherung. Dieses Problem wird insbesondere in semiariden und ariden Regionen der Welt immer dringlicher, da Risiko und Intensität von Dürreperioden und damit Konkurrenz um Wasserressourcen sich durch den fortschreitenden Klimawandel weiter verstärken. Durch große Zuchtprogramme wurden in den letzten Jahrzehnten deutlich ertragreichere Sorten von Kulturpflanzen hervorgebracht. Jedoch sind diese hauptsächlich auf dieselben, idealen Bedingungen angewiesen, unter denen sie gezüchtet wurden, und bedürfen eines großen Einsatzes von Nährstoffen und Wasser. Unterirdische Merkmale, das heißt Anpassungen von Wurzeln und Rhizosphäre, sind jedoch ein entscheidender Faktor für die Überwindung von Dürreperioden und die gleichzeitige Aufrechterhaltung der Ernte und wurden bei der Zucht größtenteils vernachlässigt. Wurzeln kanalisieren Wasser und Nährstoffe und fungieren dementsprechend als wesentliche Schnittstelle zwischen Pflanze und Boden.

In der Rhizosphäre, dem Boden in unmittelbarer Nähe der Wurzeln, haben Pflanzen verschiedene Strategien entwickelt, um die hydraulische Leitfähigkeit und somit den Wasserfluss aufrechtzuerhalten. Die hohe genetische Variabilität lokal adaptierter Sorghum Landrassen bietet die Möglichkeit, diese Anpassungsmechanismen zur Überwindung von Wasserlimitierung zu untersuchen.  

Meine Hypothese ist, dass Sorghum Landrassen im Vergleich zu kultivierten Arten durch drei Hauptstrategien eine verbesserte Wasserversorgung erreichen: 1) Eine erhöhte Anzahl von Kronenwurzeln, die in der Lage sind, Wasser aus tiefen Bodenschichten zu extrahieren; 2) Eine vermehrte Mucilage-Ausscheidung, welche die Bodenfeuchtigkeit in der Rhizosphäre erhöht und damit die hydraulische Leitfähigkeit zwischen Bodenmatrix und Wurzel aufrecht erhält; 3) Symbiose mit arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen (AM), welche die Pflanze mit Wasser aus weiter entfernten Quellen versorgen.

Um die Bedeutung dieser Mechanismen zu verstehen, werde ich vier Sorghum-Landrassen und zwei Kultur-Varianten auswählen und diese in Laborexperimenten in zwei Bodentexturen  (sandig und lehmig) kultivieren. Anschließend werden alle Sorten in drei Experimenten unter wasserlimitierten Bedingungen auf ihre Anpassungsstrategien getestet. Im ersten Teil werde ich die hydraulische Leitfähigkeit des Boden-Rhizosphäre-Wurzel-Kontinuums unter kontrollierten Bedingungen mithilfe einer Wurzel-Druckkammer untersuchen. Zusätzlich werde ich hier den Effekt von AM-Pilzen auf die Wasseraufnahme ermitteln. Im zweiten Teil werde ich Neutronenradiographie verwenden, um die Rolle von Wurzelarchitektur und Mucilage-Sekretion zu analysieren, indem ich die Wasseraufnahme der Wurzeln bei verschiedener Bodenfeuchteverteilung  messe. Im dritten Teil werde ich die sechs Genotypen in einer Feldstudie in Kenia unter trockenen und ideal bewässerten Bedingungen anbauen und damit die Laborergebnisse mithilfe realer landwirtschaftlicher Verhältnisse validieren.

Die Ergebnisse dieser Studien werden dazu beitragen, die Bedeutung der verschiedenen Wurzel- und Rhizosphärenmerkmale von Sorghum Landrassen besser zu verstehen und kann so Hilfestellung für die Auswahl von Pflanzeneigenschaften in künftigen Züchtungsprogrammen bieten.

Förderzeitraum:
01.01.2021 - 31.12.2023

Institut:
Universität Bayreuth
Agrarökologie

Betreuer:
Prof. Dr. Johanna Pausch

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