WheatSouSi
Weizen ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen weltweit und hohe
Erträge von Weizen tragen maßgeblich zur globalen
Ernährungssicherheit bei. Erfolgreiche Züchtung hat die Erträge im
letzten Jahrhundert kontinuierlich gesteigert, doch die Ausschöpfung
des Ertragspotenzials wird zunehmend durch klimatische
Herausforderungen und regulatorische Beschränkungen im
Pflanzenbau limitiert. Unsere umfangreichen Vorarbeiten zeigten,
dass in erster Linie kontextabhängige Source-Sink-Beziehungen das
Ertragspotenzial einschränken. Ziel dieses Teilprojekts im
Paketantrag "Weizen Source-Sink-Beziehungen und Grenzen
(WheatSouSi)" ist es, die Auswirkungen von Umweltfluktuationen auf
die Formation, Akklimatisierung und Limitierung der Source-Kapazität
zu verstehen. Pflanzen passen ihre photosynthetische Kapazität
ständig an fluktuierende Licht- und Temperaturumgebungen an. Diese
Anpassung (Akklimatisierung) beruht auf dynamischen
physiologischen Prozessen, die Größe und Leistungsfähigkeit der
photosynthetischen Organe beeinflussen. Daher ist Akklimatisierung
ein entscheidender Faktor, der die Source-Kapazität für die
Kornfüllung von Winterweizen bestimmt. Obwohl die Licht- und
Temperaturakklimatisierung der Photosynthese unter konstantem
Licht und konstanter Temperatur gut untersucht wurde, ist unser
Wissen über die Akklimatisierung an fluktuierende Licht- und
Temperaturbedingungen sehr begrenzt. Basierend auf der Hypothese,
dass die Syntheseraten der photosynthetischen Proteine nicht-linear
von Licht und Temperatur abhängen, stellen wir in diesem Projekt
zunächst ein mechanistisches Modell des photosynthetischen
Protein-Turnovers dar, um die Akklimatisierungsprozesse an
fluktuierendes Licht und Temperatur zu beschreiben. Zweitens ist eine
Reihe von Experimenten in Klimakammern geplant, um das
dargestellte Modell in 50 Winterweizensorten zu parametrisieren und
zu validieren. Die Unterschiede in den photosynthetischen
Akklimatisierungsstrategien zwischen Sorten werden durch ihre
Modellparameter charakterisiert. Außerdem werden die kombinierten
Auswirkungen von Licht- und Temperaturveränderungen auf die
Koordination zwischen der Morphologie der Schließzellen,
photosynthetischer Induktion und Wassernutzungseffizienz auf
Blattebene quantifiziert und in statische sowie dynamische funktionalstrukturelle
Pflanzenmodelle (FSPMs) integriert, um zu verstehen, wie
die Source-Kapazität der Pflanzenbestände durch photosynthetische
Akklimatisierungsstrategien maximiert werden kann. Um die
Ergebnisse zu synthetisieren, werden Strukturgleichungsmodelle
verwendet, um die Stärke und Signifikanz kausaler
Wechselwirkungen zwischen physiologischen Merkmalen, Source-
Stärke, Sink-Stärke und Kornertrag systematisch zu testen. Der
Erkenntnisgewinn wird ein besseres Verständnis der Physiologie der
Bestandesphotosynthese ermöglichen und
Pflanzenwachstumsmodelle verbessern, die die Source-Sink-
Dynamik beschreiben.