Kornertrag von Weizen unter dem Einfluss von einzelnem oder kombiniertem Hitze- und Trockenstress während verschiedener Wachstumsstadien unter besonderer Berücksichtigung der Source/Sink-Beziehungen

Description: Weltweit wird mit Anstieg der Temperaturen und abnehmendem Wasserangebot gerechnet, was Depressionen in der Pflanzenproduktivität zur Folge hat. Im Feld treten beide Stressoren gleichzeitig auf, jedoch ist über ihren kombinierten Einfluss auf Pflanzen bisher wenig bekannt. Das Kornertragspotential von Weizen, einer relativ Hitze-empfindlichen Pflanze, wird durch drei Parameter bestimmt: Anzahl ährentragender Halme pro Pflanze bzw. pro Fläche, Kornzahl pro Ähre und Einzelkorngewicht. Diese Parameter werden zu den folgenden Wachstumsstadien spezifisch beeinflusst: Bestockung, Schossen, Blüte und Kornfüllung. Somit müssen verschiedene Phasen der Weizenentwicklung untersucht werden, um die entscheidenden Determinanten für die Kornertragsbildung unter Stress zu identifizieren. Bisher konzentrierten sich die meisten Studien auf die Kornfüllungsphase, Untersuchungen zu einzelnen und insbesondere kombinierten Effekten von Hitze- und Trockenstress während des vegetativen Wachstums und zur Blüte sind rar. Unsere vorausgegangene Studie zeigte, dass unter kontinuierlichem Hitzestress die Anzahl an ährentragenden Halmen pro Weizenpflanze stark zunahm. Dieses Potential zur Ertragsstabilisierung konnte nur teilweise ausgeschöpft werden, da der Kornansatz stark reduziert war. Die angelegten Körner zeigten jedoch eine gute Kornfüllung. Source-Limitierung trat nicht auf, aber die Sinkkapazität war reduziert (weniger und kleinere Körner) und vermutlich auch die Sinkaktivität. Dies erfordert weitere Untersuchungen der beteiligten Enzyme, insbesondere der Sauren Invertase, der Plasmalemma H+-ATPase, und der Stärke-Synthase. Im beantragten Projekt wird individueller oder kombinierter Hitze- und Trockenstress zu zwei Weizensorten entweder während des vegetativen Wachstums, zur Blüte oder während der Kornfüllung appliziert. Außerdem werden die Einflüsse von kurzzeitigem Trockenstress während des vegetativen Wachstums auf die Kornertragsentwicklung von während der Blüte gestressten Pflanzen untersucht, und die Fähigkeit der Weizenpflanzen sich nach Stress zu erholen wird ausgewertet. Source- und Sinkstärke werden durch die Untersuchung zahlreicher Parameter charakterisiert, entweder durch Messungen an lebenden Pflanzen oder durch Analysen verschiedener Pflanzenorgane, die in Ernten zum Stadium der Kornfüllung oder zur Vollreife gewonnen werden. Dieses Projekt adressiert die wichtige Frage: welches ist der limitierende Faktor für die Kornertragsbildung, wenn Pflanzen während verschiedener Wachstumsstadien Stress ausgesetzt sind. Diese Kenntnis trägt dazu bei, Merkmale der Resistenz gegen Hitze bzw. Dürre zu identifizieren und kann in Züchtungsprogrammen zur Erhöhung der Ertragsstabilität unter Stress genutzt werden. Die Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienzen können verbessert werden, was dem Schutz begrenzter Ressourcen dient und eine nachhaltige Weizenproduktion fördert.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Weizen ? Blüte ? Pflanzenproduktion ? Dürre ? Wasserstress ? Bestockung ? Nicht erneuerbare Ressource ? Pflanzenernährung ? Studie ? Pflanze ? Pflanzenorgan ? Agrartechnik ? Stress ? Plant Cultivation ?

Region: Hessen

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

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Justus-Liebig-Universität Gießen (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-12-03

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Grain yield of wheat as affected by individual and combined heat and drought stress during different growth stages with emphasis on source/sink relations
  Description: In many world regions, higher temperatures and reduced water supply to plants are expected, most likely causing depressions in crop productivity. Both stress conditions occur in the field simultaneously, and incidences of combined stress will increase in the near future. However, relatively little is known about their combined impacts on plants. The grain yield potential of wheat, a rather heat-sensitive crop, is determined by three parameters: number of ear-bearing culms per plant or per area, kernel number per ear, and individual grain weight. These yield determinants are specifically affected at defined growth stages: tillering, stem elongation, flowering, and grain filling. Thus, various phases of wheat development need to be investigated in order to identify the decisive determinants for grain yield performance under stress conditions. So far, most studies focused on the grain-filling period, whereas investigations on individual and particularly combined heat and drought stress effects during vegetative growth and at anthesis are rare. Depressions in wheat grain yield caused by stress conditions can either be due to restricted availability of assimilates (source limitation), or by reduced sink strength. In our previous study, we found that under continuous heat stress wheat plants were able to strongly increase the number of ear-bearing tillers. This potential for yield stabilization could only partly be exploited as kernel setting was strongly reduced, yet the established kernels showed good grain filling. No source limitation was observed, but sink capacity was reduced (fewer and smaller kernels), and probably also sink activity. This merits further studies of the enzymes involved, particularly of acid invertase, plasma membrane H+-ATPase, and starch synthase. In the proposed project, individual or combined heat and drought stress will be applied to two wheat cultivars either during vegetative growth, at anthesis, or during grain-filling. In addition, the effects of drought priming during vegetative growth on grain yield performance of plants stressed during anthesis will be tested, and the ability of the wheat plants to recover from stress is evaluated. Various parameters which determine source or sink strength will be investigated, either with measurements at the growing plants or with analyses of different plant organs derived from harvests during grain filling or at physiological maturity. This study addresses the important question: What is the liming factor for grain yield development when plants are prone to the various stresses during different growth stages. This knowledge will contribute to the identification of traits which determine heat and/or drought resistance, and can be incorporated in breeding programs for higher yield stability under stress. The water- and nutrient-use efficiencies can be improved in order to protect limited resources and favor a more sustainable wheat production. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140307

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/528277520 (Webseite)

Status

Aktiv

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