Auswirkungen der Magnesiumversorgung auf die Photosynthese- und Wassernutzungseffizienz in Weizen, der unter Trockenstress leidet

Die weltweit steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln erhöht die Notwendigkeit einer effizienteren Pflanzenproduktion. Diese jedoch wird durch biotische und abiotische Stressfaktoren, wie zum Beispiel Trockenheit, eingeschränkt. Wenn in Zukunft Dürreereignisse häufiger und intensiver auftreten, wird dies die Pflanzenproduktion immer stärker beeinträchtigen. Trockenstress als eine der wichtigsten Einschränkungen der Pflanzenproduktivität wird noch mehr in den Fokus rücken. Eine Verbesserung der Wassernutzugseffizienz wäre ein wichtiger Beitrag zu einer stabilen Produktivität bei limitierten Wasserressourcen in Anbausystemen. 

Die Wassernutzungseffizienz (WUE) dient als Maß für die Effizienz bei der Optimierung der Assimilation von Kohlenstoffdioxid (CO₂) bei gleichzeitiger Minimierung des Wasserverbrauchs. Pflanzen streben eine Maximierung der CO₂-Assimilation bei einer bestimmten Menge an Wasserverlust an. Dieses Verhältnis zwischen CO₂-Assimilation und Wasserverbrauch wird als WUE beschrieben. Eine Veränderung dieses Verhältnisses in Richtung verringerter bzw. gleichbleibender Transpiration und relativ höherer Assimilation könnte dazu beitragen, die Erträge unter Bedingungen von abnehmender Wasserverfügbarkeit und steigendem Nahrungsbedarf zu stabilisieren.

Das Nährstoffmanagement wirkt sich dabei indirekt auf die WUE aus, indem es die Physiologie der Pflanzen beeinflusst. Magnesium (Mg) als ein essentieller Makronährstoff ist für das Pflanzenwachstum und die Produktivität unverzichtbar. Es hat zahlreiche Funktionen in der Pflanzenphysiologie, wie zum Bespiel die Bindung in Chlorophyllmolekülen oder die CO₂-Fixierung. Ein Mg-Mangel führt zu reduzierten Photosyntheseraten und ist mit einer verringerten Assimilattranslokation verbunden, welche zu einem verringerten Wurzelwachstum und einem veränderten Spross-Wurzel-Verhältnis führt. Ein verringertes Wurzelwachstum ist insbesondere nachteilig bei Trockenstress, welcher wiederum die Aufnahme von Mg reduziert. Ein optimiertes Management der Mg-Ernährung unter Trockenstress kann dazu beitragen, die WUE zu verbessern. Dafür ist ein genaues Verständnis der Wasser- und Kohlenstoffflüsse, der Veränderungen der Quelle-Senke-Beziehungen und der WUE auf verschiedenen Skalen nötig, was bisher jedoch nicht ausreichend erforscht ist. 

Ziel des Forschungsvorhabens ist daher ein detailliertes Verständnis der physiologischen Mechanismen, wie Mg negative Effekte, die durch Trockenstress induziert werden, abmildern und die WUE verbessern kann.

Die Finanzierung des für drei Jahre angelegten Promotionsprojektes erfolgt durch das Chinese Scholarship Council und K+S Minerals and Agriculture GmbH.