Institut für Epidemiologie und Pathogendiagnostik
Das Projekt beschäftigt sich mit der Aufklärung und Quantifizierung von Rhizosphärenprozessen, die zu Ertragsunterschieden von Weizen nach verschiedenen Vorfrüchten führen sowie Ansätzen, die Ertragsreduktion von Weizen in Selbstfolge zu mindern. Das Zielsystem wird sowohl in Feldversuchen als auch in Versuchen mit Rhizoboxen und Bodensäulen im Freiland auf verschiedenen Skalenebenen mit komplementären Methoden untersucht, die von DNA/RNA-Profiling des Boden- und Rhizosphärenmikrobioms und der Pflanzengesundheit bis zur Fernerkundung reichen. Aufbauend auf Ergebnissen der ersten Projektphase liegt im Anschlussvorhaben der Schwerpunkt auf der physiologischen, biogeochemischen als auch molekularbiologischen Untersuchung von Weizensorteneffekten, die zu unterschiedlichen Ertragsreaktionen führen. Außerdem wird ein erweitertes Spektrum an Vorfrüchten untersucht (Weizen, Raps, Mais, Ackerbohne und Zuckerrübe). Ziel ist es, die Effekte der unterschiedlichen Kulturen als Vorfrucht zu Winterweizen aufzuklären und in Kontrast zu Weizen in Selbstfolge zu setzen. Hierfür wird das Rhizosphärenmikrobiom untersucht mit dem Ziel, Potenziale der Vorfrüchte hinsichtlich pflanzennützlicher Mikroorganismen zu beschreiben, die den darauffolgenden Anbau von Weizen fördern. Ober- und unterirdisches Pflanzenwachstum, Bodenstickstoffdynamik, Bodenstruktur sowie Strahlungs-, Wasser-, und Stickstoffnutzungseffizienz werden ebenfalls erhoben. Mikroorganismen, die sich in der ersten Projektphase als vielversprechend für die Wurzelgesundheit gezeigt haben, sowie Kompostzusätze sollen in Rhizobox- und Bodensäulen- Experimenten als Managementoptionen des Bodenmikrobioms getestet werden. Schließlich sollen Erkenntnisse aus den Feld-, Rhizobox- und Säulenversuchen in Szenarioberechnungen einfließen und die Effekte von unterschiedlichen Genotypen, Vorfrüchten und Stickstoffversorgungsniveaus auf Pflanzenwachstum und Erträge unter aktuellen und zukünftigen klimatischen Bedingungen simuliert werden.Zum Erreichen der Forschungsziele werden bestehende Fruchtfolgeversuche, ein neu angelegter Sortenversuch sowie Versuche in Rhizoboxen und Bodensäulen genutzt. Um die Ziele innerhalb von drei Jahren zu erreichen, wird bereits zur Ernte 2023 mit den Vorarbeiten begonnen. In den Versuchen wird eine skalenübergreifende Auswahl von Parametern untersucht, die von molekularbiologischen Methoden bis zu Fernerkundung reicht. So wird das Wachstum der Pflanzenbestände drohnengestützt mittels Multispektralaufnahmen beobachtet und es werden Bestandestemperaturen über Thermalbilder erfasst. Die Wasserversorgung wird mit FDR-Sonden gemessen und das Wurzelwachstum über Bohrkerne sowie auch mittels Minirhizotrontechnologie im Feld erfasst. Boden- und Pflanzenproben aus den Feldversuchen stehen den molekularbiologisch arbeitenden Gruppen zur Verfügung. Hier wird beispielsweise die Enzymkinetik in Boden und Rhizosphäre untersucht sowie die Zusammensetzung der Bakterien/Archaeenund Pilzgemeinschaften charakterisiert. Größere Mengen Boden werden für die Rhizoboxversuche zur Verfügung gestellt. In diesen Versuchen werden zwei Genotypen nach unterschiedlichen Vorfrüchten, sowie mikrobielle Saatgutbehandlungen und Kompostzusätze getestet. Hier wird unter anderem die Zusammensetzung von Wurzelexsudaten bestimmt und deren Quantifizierung vorgenommen. Die Häufigkeit von pilzlichen Schaderregern sowie von nützlichen Bakterien soll mittels qPCR bestimmt werden. In ausgewählten Behandlungen wird eine Metagenom-Shotgun-Sequenzierung durchgeführt, um Einblicke in das funktionelle Potential des Mikrobioms in Folge der Kompost- und Saatgutbehandlungen zu bekommen. Simulationsmodelle auf unterschiedlichen Skalen werden genutzt, um das erzielte Prozesswissen zu integrieren und auf höhere Aggregationsebenen in quantitativer Weise zu skalieren. Letztlich sollen hiermit Prognosen des Ertragsabfalls von Winterweizen in Selbstfolge für verschiedene Umweltbedingungen ermöglicht werden.
Bundesministerium für Bildung und Forschung
