Dynamische Anpassung der Quellenkapazität an fluktuierende Licht- und Temperaturumgebungen

Description: Wheat is one of the most important staple food crops and high grain yields are essential for global food security. Breeding raised yields continuously over the past century, however yield potential is increasingly suppressed by challenges associated with climate change and regulatory restrictions on crop inputs. Our extensive previous work confirmed that limitations to wheat yield potential are primarily determined by traits implicated in source-sink relations. The aim of this subproject in the Package Proposal “Wheat source-sink relationships and limitations (WheatSouSi)” is to understand the effects of environmental fluctuations on the formation, acclimation and limitation of canopy source capacity.Plants constantly acclimatize their photosynthetic capacity to fluctuating light and temperature environments. Acclimations are dynamic physiological processes affecting the size and the capacity of photosynthetic organs, which determine source capacity of winter wheat for grain filling. Although light and temperature acclimation of photosynthesis have been well studied using constant light and temperature environments, our knowledge about the acclimation to fluctuating light and temperature conditions is rare. Based on the hypothesis that synthesis rates of photosynthetic proteins depend non-linearly on light and temperature, we first propose a mechanistic model of photosynthetic protein turnover to describe the acclimation to fluctuating light and temperature. Second, a series of growth chamber experiments are planned to parameterize and to validate the proposed model in 50 winter wheat cultivars. The differences in photosynthetic acclimation strategies between cultivars can be characterized by their parameters in the model. Additionally, the combined effects of light and temperature on the coordination between stomatal morphology, photosynthetic induction and water use efficiency at leaf level will be quantified and integrated into static and dynamic functional-structural plant models (FSPMs) to understand how canopy source capacity can be maximized by photosynthetic acclimation strategies. To synthesize the outcomes of all results, structural equation modelling will be used to systematically test the strength and significance of causal interdependencies between physiological traits, source strength, sink strength and grain yield. The knowledge gain will facilitate a better understanding of crop physiology and improve crop models describing source and sink dynamics.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Weizen ? Morphologie ? Phytopathologie ? Nahrungspflanze ? Akklimatisation ? Pflanzenbestand ? Pflanzenproduktion ? Photosynthese ? Pflanzenzüchtung ? Ernährungssicherheit ? Züchtung ?

Region: Berlin

Bounding boxes: 10.44908° .. 10.44908° x 54.03518° .. 54.03518°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften (Projektverantwortung)
• Humboldt-Universität zu Berlin (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2022-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Dynamic acclimation of source capacity in fluctuating light and temperature environments
  Description: Weizen ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen weltweit und hohe Erträge von Weizen tragen maßgeblich zur globalen Ernährungssicherheit bei. Erfolgreiche Züchtung hat die Erträge im letzten Jahrhundert kontinuierlich gesteigert, doch die Ausschöpfung des Ertragspotenzials wird zunehmend durch klimatische Herausforderungen und regulatorische Beschränkungen im Pflanzenbau limitiert. Unsere umfangreichen Vorarbeiten zeigten, dass in erster Linie kontextabhängige Senke-Quelle-Beziehungen das Ertragspotenzial einschränken. Ziel dieses Teilprojekts im Paketantrag "Weizen Senke-Quelle-Beziehungen und Grenzen (WheatSouSi)" ist es, die Auswirkungen von Umweltfluktuationen auf die Formation, Akklimatisierung und Limitierung der Quellenkapazität zu verstehen.Pflanzen passen ihre photosynthetische Kapazität ständig an fluktuierende Licht- und Temperaturumgebungen an. Diese Anpassung (Akklimatisierung) beruht auf dynamischen physiologischen Prozessen, die Größe und Leistungsfähigkeit der photosynthetischen Organe beeinflussen. Daher ist Akklimatisierung ein entscheidender Faktor, der die Quellenkapazität für die Kornfüllung von Winterweizen bestimmt. Obwohl die Licht- und Temperaturakklimatisierung der Photosynthese unter konstantem Licht und konstanter Temperatur gut untersucht wurde, ist unser Wissen über die Akklimatisierung an fluktuierende Licht- und Temperaturbedingungen sehr begrenzt. Basierend auf der Hypothese, dass die Syntheseraten der photosynthetischen Proteine nichtlinear von Licht und Temperatur abhängen, stellen wir in diesem Projekt zunächst ein mechanistisches Modell des photosynthetischen Protein-Turnovers dar, um die Akklimatisierungsprozesse an fluktuierendes Licht und Temperatur zu beschreiben. Zweitens ist eine Reihe von Experimenten in Klimakammern geplant, um das dargestellte Modell in 50 Winterweizensorten zu parametrisieren und zu validieren. Die Unterschiede in den photosynthetischen Akklimatisierungsstrategien zwischen Sorten werden durch ihre Modellparameter charakterisiert. Außerdem werden die kombinierten Auswirkungen von Licht- und Temperaturveränderungen auf die Koordination zwischen der Morphologie der Schließzellen, photosynthetischer Induktion und Wassernutzungseffizienz auf Blattebene quantifiziert und in statische sowie dynamische funktional-strukturelle Pflanzenmodelle (FSPMs) integriert, um zu verstehen, wie die Quellenkapazität der Pflanzenbestände durch photosynthetische Akklimatisierungsstrategien maximiert werden kann. Um die Ergebnisse zu synthetisieren, werden Strukturgleichungsmodelle verwendet, um die Stärke und Signifikanz kausaler Wechselwirkungen zwischen physiologischen Merkmalen, Quelle-Stärke, Senke-Stärke und Kornertrag systematisch zu testen. Der Erkenntnisgewinn wird ein besseres Verständnis der Physiologie der Bestandesphotosynthese ermöglichen und Pflanzenwachstumsmodelle verbessern, die die Quelle-Senke-Dynamik beschreiben. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140288

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/518863370 (Webseite)

Status

Aktiv

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