Einfluss des Nitrat- und Chloridgehaltes im Boden auf die Transpiration von Kulturpflanzen

Description: Die Landwirtschaft steht in vielen Teilen Europas vor zwei großen Herausforderungen: Die zunehmende Verknappung des verfügbaren Bodenwassers und eine gleichzeitige Stickstoffreduktion, als Maßnahme die eine Verunreinigung des Grund- und Oberflächenwassers durch Nitrate verhindern soll. Beide Herausforderungen stehen in Wechselwirkung, da eine geringe Verfügbarkeit von Bodenwasser zum einen die Transpiration und die Massenfluss-getriebene Aufnahme von Nährstoffen wie Nitrat (NO3-) und Chlorid (Cl-) verringert. Im Gegenzug hat sich gezeigt, dass die Aufnahme, d. h. das Vorhandensein von NO3- und Cl- im Blatt, die stomatären Bewegungen beeinflussen und somit wiederum einen wichtigen Einfluss auf den Wasserverbrauch der Pflanzen haben. In dem geplanten Projekt soll die Beziehung zwischen dem NO3--zu-Cl--Verhältnis im Boden und der stomatären Bewegung an zwei Kulturpflanzen untersucht werden; der dikotylen Ackerbohne und dem Getreide Gerste. Beide Kulturen unterscheiden sich vermutlich hinsichtlich einer Abhängigkeit von NO3- und Cl- für die Regulierung der stomatären Leitfähigkeit, da der stomatäre Schluss in Gerste von apoplastischem NO3- abhängt, während diese Abhängigkeit bei dikotylen Pflanzen nicht gefunden wurde. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob Gersten- oder Ackerbohnenschließzellen die Aufnahme von NO3- gegenüber Cl- bevorzugen, um die stomatäre Öffnung voranzutreiben. Das Projekt soll den Einfluss des NO3--zu-Cl--Verhältnisses im Boden auf die Stomata in vier Arbeitspaketen (APs) untersuchen, in deren Umfang Versuche auf den Organisationsebenen der Gesamtpflanzen (AP1), von Organ-/Gewebeebene (AP2), auf Einzelzellebene (AP3) und abschließend an individuellen Transportproteinen (AP4) durchgeführt werden sollen. Im AP1 werden verschiedene NO3--zu-Cl--Verhältnisse im Boden mit der Fähigkeit unserer Modellpflanzen, die Stomata sowie die Hydratisierung des Blattes zu regulieren, in Beziehung gesetzt. In AP2 werden wir untersuchen, inwieweit unterschiedliche NO3--zu-Cl--Verhältnissen im Boden die Ionen-, Metaboliten- und Hormonkonzentration (ABA) im Blattapoplasten und im Schließzellsymplasten beeinflussen, während AP3 zeigen soll, in welchem Maße das Anionenangebot (NO3-, Cl-) die stomatären Bewegungen beeinflusst. Im Zuge dessen soll geprüft werden, ob Schließzellen der Ackerbohne und Gerste NO3- oder Cl- für die osmotischen Prozesse bevorzugen, die die stomatären Bewegungen antreiben. Schließlich werden wir uns im WP4 auf die Rolle von NPF-Transportern für der Aufnahme von NO3- und Cl- in Schließzellen sowie auf die Rolle der SLAC1-ähnlichen Anionenkanäle, die diese Anionen wieder aus den Schließzellen herausschleusen können, konzentrieren. Obgleich gezeigt wurde, dass SLAC1-ähnliche Kanäle eine wichtige Rolle bei der Regulation der stomatären Bewegungen spielen, gibt es nur wenige Informationen über die Bedeutung einer NPF-vermittelten Aufnahme von NO3- und Cl- in die Schließzellen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Chloridgehalt ? Gerste ? Getreide ? Nitrat ? Kulturpflanze ? Stomata ? Transpiration ? Bodenwasser ? Laubblatt ? Pflanzenproduktion ? Wasserverbrauch ? Pflanzenverfügbarkeit ? Hydratisierung ? Leitfähigkeit ? Pflanzenernährung ? Pflanze ? Europa ? Landwirtschaft ? Agrartechnik ? Plant Cultivation ?

Region: Bavaria Hessen

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49° 9° .. 9° x 50.55° .. 50.55°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Hochschule Geisenheim (Projektverantwortung)
• Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2022-01-01 - 2025-11-20

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Impact of soil nitrate and chloride content on transpiration of crop plants
  Description: In many parts of Europe, agriculture is facing two major challenges: crop plants are likely to encounter progressive soil water scarcity and, at the same time, crops in some areas must be supplied with less nitrogen to prevent groundwater and surface water pollution by nitrates. Both challenges are interrelated, since low soil water availability will reduce transpiration and the mass-flow driven uptake of nutrients such as nitrate (NO3-) and chloride (Cl-). In return, the uptake, i.e. the presence of NO3- and Cl- in the leaf, has been shown to affect stomatal movements and thus will have an important impact on water usage by crops. In the envisaged project, the relationship between the soil NO3--to-Cl- ratio and stomatal movements will be studied on two crop plants; the dicotyledonous legume broad bean and the cereal barley. Both crops are likely to differ in their dependence on NO3- and Cl- for regulation of the stomatal conductance, since stomatal closure in barley depends on NO3- in the apoplast, while this requirement has not been found for dicotyledonous plants. Moreover, it is not known if barley or broad bean guard cells prefer the uptake of NO3- over Cl-, to drive stomatal opening.The project will study the impact of the NO3--to-Cl- ratio in the soil on stomata in four work packages (WPs), which span the range of experiment with whole plants (WP1) via ion, metabolite and hormone analysis (WP2), single cell experiments (WP3) to the analysis of single transport proteins (WP4). In WP1, the relation between different NO3--to-Cl- ratios in the soil will be linked to the ability of our model plants to regulate both stomatal movements and leaf hydration. In WP2, we will study to which extend different NO3--to-Cl- ratios affect the ion, metabolite and hormone (ABA) concentration of the leaf apoplast and the guard cell symplast, while WP3 will show to which extend the anion composition (NO3-, Cl-) can affect stomatal movements. We will test if guard cells of broad bean and barley prefer NO3-, or Cl-, to accompany the osmotic processes that drive stomatal movements. Finally, WP4 will focus on the role of NPF transporters in the uptake NO3- and Cl- into guard cells and the SLAC1-like anion channels that can release these anions. While SLAC1-like channels have been shown to play a major role in regulation of stomatal movements, only little information is available for uptake of NO3- and Cl- into guard cells by NPF-proteins. The results of our project will help to predict both the impact of progressive soil drying and a reduction of NO3--N input in soils on transpiration by dicotyledonous and cereal crop plants. In this way, mechanistic information is provided that can be integrated into breeding programs for crops with superb regulatory capabilities for stomatal conductance and water consumption. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140664

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/498546397 (Webseite)

Status

Aktiv

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