Projektleiter: Prof. Dr. Andreas Fangmeier, Institut für Landschafts- und Pflanzenökologie, Fachgebiet Pflanzenökologie und Ökotoxikologie

Förderzeitraum: 2015-2018

Kohlendioxid (CO₂) wird durch anthropogene Aktivitäten wie Verbrennung von fossilen Brennstoffen in großem Umfang emittiert. Dies verursacht einen Anstieg der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre und dadurch wiederum eine potenzielle Klimaerwärmung sowie Veränderungen in den Niederschlagsmustern mit entsprechenden Folgen für Agrarökosysteme.

Neben den primär düngenden Effekten der CO₂-Erhöhung auf Erträge von Kulturpflanzen können jedoch auch negative Folgen auf die Ertragsqualität von Weizen auftreten. Derzeit sind jedoch die zugrundeliegenden physiologischen Prozesse in Kulturpflanzen nicht eindeutig identifiziert.

Ziel des Projektes ist die Bereitstellung neuer experimenteller Daten, um das mechanistische Verständnis von Pflanzenreaktionen in Bezug auf Ertragsbildung und -qualität unter klimatischen Veränderungen zu vertiefen. Weizen wird als Modellpflanze genutzt, um auch Daten aus vorherigen Experimenten einbeziehen zu können, mit dem Ziel, einige der derzeit immer noch bestehenden Lücken im Prozessverständnis physiologischer Reaktionen von Kulturpflanzen unter dem Aspekt des Klimawandels zu schließen.

Hierzu werden zwei kontrastierende Weizengenotypen in einem Freiland-CO₂-Expositionssystem (FACE) hinsichtlich der Akquisition und Verteilung von Nährstoffen untersucht. Messungen von Wasserhaushalt und Photosyntheseleistung erfolgen porometrisch auf Blattebene und Saftflussmessungen geben Einblick in die Transpiration auf Pflanzenebene. Messungen von C- und N-Umverteilung sowie integrierte Bestimmungen von Wassernutzungseffizienz und Wasserhaushalt erfolgen anhand stabiler Isotope (¹³C, ¹⁵N). Neben gezielten Analysen von Inhaltsstoffen werden anhand metabolomischer und proteomischer Ansätze Behandlungseffekte auf die Qualität in Weizen verfolgt.

Eine umfassende Datenanalyse (z.B. durch Meta-Analysen), in die auch Daten zu den Folgen ausgewählter Klimafaktoren aus vorherigen Experimenten einbezogen werden (z.B. Extremereignisse wie Hitze- und Trockenstress sowie verschiedene Stickstoffformen), soll vertiefende Einblicke in die zugrundeliegenden pflanzenphysiologischen Prozesse ermöglichen. Diese Daten werden auch verwendet, um die Folgen des Klimawandels auf Wachstum und Ertragsqualität in Bezug auf die Modellierung pflanzeninterner Transportprozesse abzubilden.

Das Projekt wird darüber hinaus Messungen zur Pflanzenentwicklung und zum Ertrag an den Untersuchungsstandorten und für „neue Kulturarten“ durchführen. Die gewonnenen Daten werden dem gesamten Konsortium zugänglich gemacht und gehen in Modellentwicklung und -validierung ein.

Phase 1: Wirkungen von Klimaveränderungen auf Ertrag und Ertragsqualität ausgewählter Kulturpflanzen – Experimente zum mechanistischen Verständnis von CO₂-, Hitze- und Trockenstresseffekten bei Weizen (Förderzeitraum 2012-2015)