08. Oktober 2018

Bodenforschung an den Wurzeln gepackt Bodenforschung an den Wurzeln gepackt

DFG-Schwerpunktprogramm zur Rhizosphärenforschung startet

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert mit sechs Millionen Euro ein neues Schwerpunktprogramm. Darin wird erforscht, welche Bedeutung die Wechselwirkungen zwischen Wurzel und Boden für Wasser- und Stoffkreisläufe in der Umwelt haben. Koordiniert wird es am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), 18 deutsche Forschungseinrichtungen sind mit 25 Vorhaben daran beteiligt. Darunter befinden sich auch drei Projektpartner vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn.

Die Rhizosphäre –
Die Rhizosphäre – - der unmittelbar durch eine lebende Wurzel beeinflusste Raum im Boden – steht im Mittelpunkt des DFG-Schwerpunktprogramms, das jetzt startet. © André Künzelmann/UFZ

Prof. Dr. Frank Hochholdinger und Dr. Peng Yu untersuchen das Zusammenspiel von Maiswurzeln mit den Mikroorganismen, die sich außerhalb der Pflanze im Boden befinden. Aber auch die Wechselwirkungen der Pflanzenzellen mit Bakterien und Pilzen, die sich im Inneren der Wurzeln befinden, stehen im Fokus. „Dazu untersuchen wir, wie Bodentextur und Genotyp der Maispflanzen diese Interaktion regulieren, indem wir die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften sowie die globalen Genexpressionsmuster der Maiswurzeln bestimmen“, berichten die Wissenschaftler. Zum Studium der Vorgänge im Inneren der Wurzel isolieren die Forscher einzelne Zelltypen aus den Zellverbänden und analysieren die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften sowie die Genexpression dieser Wurzelzellen.

„Beträchtliche Mengen des in den Blättern assimilierten Kohlenstoffs werden von Pflanzen unter die Erde transportiert“, sagt Prof. Dr. Claudia Knief. Der Kohlenstoff wird dort von den Pflanzenwurzeln zum Wachstum und zur Nährstoffaufnahme benötigt; ein Teil wird jedoch auch in den angrenzenden Boden abgegeben und dort von Mikroorganismen assimiliert. Im Teilprojekt von Prof. Knief sollen raumzeitliche Muster der Kohlenstoffverteilung in der Pflanzenwurzel, im angrenzenden Boden und in der dort befindlichen Rhizosphärenmikrobiota studiert werden. Die Arbeiten erfolgen in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen aus dem Forschungszentrum Jülich. Dabei kommen bildgebende Verfahren wie die Magnetresonanztomographie (MRT), die aus der Medizin bekannt ist, zur Dokumentation der Wurzelentwicklung im Boden zum Einsatz.

Die Bodenkundlerin Dr. Martina Gocke erforscht räumlich-zeitliche Muster der Rhizosphärenbiogeochemie, indem sie Ablagerungen von Wurzeln und Mikroorganismen untersucht. „Außerdem werden wir differenzieren, in welchem Umfang diese Gradienten ein Resultat der Selbstorganisation - Wurzelalter und Entwicklungsstadium - sind oder durch externe Faktoren wie Wurzelarchitektur und Bodenart gesteuert werden“, sagt die Forscherin. Mit einer innovativen Kombination verschiedener Verfahren sollen Kohlenstoff-Gehalte, -Umsatz und Gradienten verschiedener wurzel- und mikroorganismen-bürtiger Substanzen auf räumlichen Skalen von Millionstel Meter bis Millimeter ermittelt werden.

Mikrobielle Gesellschaften im Boden, bestehend aus Bakterien und Pilzen, sind wichtig für das Wachstum der Pflanzen, weil sie die Nährstoffzufuhr beeinflussen können. In den letzten Jahren wird Mikroorganismen, die an Pflanzenwurzeln leben, eine zunehmende Bedeutung für die Entwicklung und Gesundheit der Pflanzen beigemessen. Darüber hinaus ist es wichtig zu wissen, wie das Treibhausgas Kohlendioxid in den Pflanzen gebunden und von den Wurzeln und Mikroorganismen im Boden weiterverbreitet und umgesetzt wird oder aber längerfristig zurückgehalten wird.

Von den Fördermitteln von insgesamt 6,5 Millionen Euro fließen rund 900.000 Euro an das Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn.

Informationen:http://www.ufz.de/spp-rhizosphere/



Dreidimensionale Darstellung der Altersverteilung des Wurzelsystems
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