Screening auf Trockentoleranz

Screening for drought tolerance

Das Screening auf Trockentoleranz bei Weizenarten ist schwieriger als es scheint. Viele Gewächshaus-Trockenheitsscreenings leiden unter verwirrenden Faktoren wie der Bodenart und dem daraus resultierenden Feuchtigkeitsgehalt des Bodens, der Schüttdichte und genetischen Unterschieden bei Merkmalen wie Wurzelmasse, Wurzeltiefe und Pflanzengröße.

Und weil es so schwierig ist, Trockenstress zu isolieren, glauben einige Wissenschaftler, dass es nahezu unmöglich ist, eine wiederholbare Screening-Methode zu finden. Eine kürzlich durchgeführte Pilotstudie des Forschers Andrew Green könnte sie jedoch eines Besseren belehren.

DAS STREBEN NACH WIEDERHOLBARKEIT

Green sagt: "Es gab schon früher Versuche, Trockenheitsstress intensiv zu untersuchen, aber es ist schwer, Trockenheitsstress von Hitze, Krankheiten und anderen Dingen zu isolieren." Green und seine Berater, Dr. Gerard Kluitenberg und Dr. Allan Fritz, sind der Meinung, dass die Überwachung des Wasserpotenzials im Boden die einzige quantifizierbare Möglichkeit ist, eine konsistente und wiederholbare Behandlung durchzusetzen. Mit der Entwicklung einer Bodenfeuchte-Retentionskurve für ein homogenes Wachstumsmedium könnte die Feuchtigkeitsbehandlung ihrer Meinung nach beibehalten werden, um Trockenstress zu isolieren. Green sagt: "Unser Ziel ist es, ein wiederholbares Screening-System zu entwickeln, mit dem wir sicher sein können, dass es sich bei dem, was wir sehen, um eine tatsächliche Reaktion auf Trockenheit handelt, bevor wir uns an die Integration dieser Gene machen, denn das ist ein sehr langer und mühsamer Prozess.

WARUM WURDE DAS NICHT SCHON FRÜHER GEMACHT?

Andrew Green, ein Pflanzenzüchter, glaubt, dass das Problem in der Tatsache liegt, dass die meisten Genetiker keine Bodenwissenschaftler sind. Er sagt: "In früheren Experimenten bestand das anspruchsvollste Dürre-Screening darin, die Pflanzen bis zu einem bestimmten Punkt wachsen zu lassen, dann die Bewässerung einzustellen und zu sehen, welche am längsten leben. Es gab nie einen gemeinschaftlichen Ansatz, an dem Physiologen und Bodenwissenschaftler beteiligt waren. Die Forscher haben also diesen harten, biologisch irrelevanten Stress auferlegt, bei dem es sich im Grunde um eine Abnutzungsstudie handelte. Green sagt, dass er hofft, in seiner Forschung den Boden als Rückkopplungsmechanismus zu nutzen, um ein Stressniveau aufrechtzuerhalten, das dem in der Natur vorkommenden ähnelt.

A photograph of a research scientist holding a TEROS 21 sensor over rows of soil in a field

DIE PILOTSTUDIE

Green verwendete METER-Sensoren für den volumetrischen Wassergehalt, METER-Sensoren für das Matrixpotenzial sowie Säulen-Tensiometer zur Überwachung der Bodenfeuchtigkeit in einem Gewächshaus-Experiment mit 182 cm hohen Wachstumsröhren aus Polyvinylchlorid (PVC) und homogenen Wachstumsmedien. Die Messungen wurden viermal täglich durchgeführt, um den volumetrischen Wassergehalt, das Bodenwasserpotenzial, die Seneszenz, die Biomasse, den Spross, das Wurzelverhältnis, die Bewurzelungseigenschaften, die Ertragskomponenten, das Wasserpotenzial der Blätter, den relativen Wassergehalt der Blätter und andere physiologische Beobachtungen zwischen den feuchtigkeitsarmen und den Kontrollbehandlungen zu bestimmen.

BODENMEDIEN: VOR- UND NACHTEILE

Um das Problem der unterschiedlichen Bodentypen zu lösen, wählten Andrew und sein Team ein homogenes Bodenverbesserungsmedium namens Profile Greens Grade, das ausgiebig für den Einsatz in der Raumfahrt und anderen Anwendungen untersucht worden ist. Green sagt: "Es ist ein sehr poröses Material mit einer großen Partikelgröße. Es ist ein großartiges Wachstumsmedium, denn am Ende des Experiments können Sie die Wurzeln der Pflanze vom Bodenmedium trennen und diese Wurzeln können gemessen, abgebildet und in Verbindung mit den gesammelten Daten untersucht werden." Green fügt jedoch hinzu, dass die Arbeit mit Bodenmedien nicht perfekt ist: Es gab Probleme mit der hydraulischen Leitfähigkeit, und die Medien müssen genau überwacht werden.

WAS IST DAS BESONDERE AN DIESER STUDIE?

Green ist der Meinung, dass das Substrat sehr spezifisch war und seine Sensoren für das Wasserpotenzial und die Bodenfeuchtigkeit an der gleichen Stelle angebracht waren, so dass er feststellen konnte, ob alle seine Kurven zur Feuchtigkeitsabgabe konsistent waren. Er sagt: "Wir versuchen, diese Säulen auf eine einheitliche Schüttdichte zu verdichten und behalten die Dinge im Auge, wenn wir wässern, in der Hoffnung, dass sie in jeder Tiefe gleich bleiben. Bis jetzt hat das ziemlich gut funktioniert: Der Wassergehalt und das Wasserpotenzial sind in den verschiedenen Säulen reproduzierbar."

PLÄNE FÜR DIE ZUKUNFT

Greens Pilotstudie wurde im Frühjahr abgeschlossen und er bereitet sich auf die erweiterte Version des Projekts vor: einen replizierten Versuch mit wilden Verwandten des Weizens. Er hofft, mit Hilfe von Bodenfeuchtigkeitssensoren automatische Bewässerungsentscheidungen treffen zu können: d.h. das Wasserpotenzial der Säulen wird zwölf Magnetventile aktivieren, die das Wasser verteilen, um die Materialien in ihrer Zielstresszone bzw. ihrem idealen Wasserpotenzial zu halten. DAS ULTIMATIVE ZIEL Das ultimative Ziel von Greens Forschung ist es, wilde Weizenarten in produktive Formen zu züchten, die von den Landwirten angebaut werden können. Er ist optimistisch, was die Ergebnisse seiner Pilotstudie angeht. Er sagt: "Auf der Grundlage der sehr kleinen, nicht replizierten Daten, die wir bisher haben, denke ich, dass es möglich sein wird, eine wiederholbare Methode zum Screening dieser Materialien zu entwickeln. Mit den Daten, die wir jetzt sehen, und den Informationen, die wir über die Vorgänge unter der Erde erfassen, denke ich, dass es möglich sein wird, diese Dinge in einer biologisch relevanten Stresszone zu halten."

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