Verknüpfung der Wurzelanatomie von Weizen mit der hydraulischen Funktion unter unterschiedlichen Stickstoffbehandlungen
Masterarbeit
Forschungsbereich
Pflanzenbau, Data Science, Bild Analyse
Motivation / Hintergrund
Informationen über Pflanzenwurzeln sind entscheidend, um Prozesse der Wasser- und Nährstoffaufnahme von Kulturpflanzen besser zu verstehen. Aufgrund der methodischen Herausforderungen bei der Beprobung von Wurzeln ist jedoch bislang nur wenig über die Variabilität physiologischer Wurzeleigenschaften zwischen Winterweizensorten und unterschiedlichen Stickstoffdüngungsstufen bekannt. Um zu untersuchen, wie Sortenwahl und Stickstoffdüngung die Wasseraufnahmekapazität der Wurzeln von Winterweizen beeinflussen, wurde ein zweijähriger Feldversuch mit mehreren Winterweizensorten unter kontrastierenden Stickstoffdüngungsbehandlungen durchgeführt.
Ziele
Ziel dieses Projekts ist es zu untersuchen, wie Genotyp und Stickstoffverfügbarkeit zusammenwirken und anatomische Wurzelmerkmale von Winterweizen beeinflussen sowie welchen Einfluss diese Merkmale auf die Wurzelhydraulik auf unterschiedlichen Skalen haben.
Methodik / Vorgehensweise / Arbeitsumfang
Querschnittsbilder aus drei Experimenten mit unterschiedlichen Genotypen und Stickstoffbehandlungen werden analysiert, um zentrale anatomische Merkmale wie die Anzahl der Xylemgefäße sowie Gewebedimensionen (z. B. die Dicke verschiedener Wurzelschichten, die am Wassertransport beteiligt sind) zu extrahieren. Diese Merkmale werden anschließend genutzt, um das Modell GRANAR–MECHA zu parametrisieren und sowohl die radiale Wasserbewegung (Wassereintritt in die Wurzel) als auch die axiale Wasserbewegung (Wassertransport entlang der Wurzelachse) zu simulieren. Daraus werden hydraulische Eigenschaften auf Segmentebene abgeleitet.
Im nächsten Schritt werden diese hydraulischen Eigenschaften als Eingangsdaten für das Gesamtpflanzenmodell CPlantBox verwendet, um zu analysieren, wie Veränderungen auf Gewebeebene den Wassertransport im gesamten Wurzelsystem beeinflussen. Durch die Kombination von Bildanalyse, mechanistischer Modellierung und Sensitivitätsanalysen soll der Einfluss von Genotyp × Stickstoff Interaktionen auf die Wurzelhydraulik von der Gewebe- bis zur Pflanzenebene quantifiziert werden. Die Arbeit baut lose auf vorherigen Studien zu verschiedenen Sorten unter einheitlichen Stickstoffbedingungen auf (https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf166; https://doi.org/10.1093/jxb/erag177; https://doi.org/10.1002/csc2.70263).
Erwartete Ergebnisse
Es wird erwartet, Unterschiede in den physiologischen Eigenschaften der Wurzeln zwischen den Sorten sowie in deren Reaktion auf unterschiedliche Stickstoffdüngung nachweisen zu können.
Zeitraum
6 Monate
Sprache
Deutsch oder Englisch
Bisherige Kenntnisse
Interesse an Wurzeln. Grundkenntnisse von R oder Phython zur Datenanalyse sind hilfreich.
Betreuer
Dominik Behrend, Juan C. Baca Cabrera, Thomas Gaiser