Rhizosphärenprozesse als Schlüssel für P-Effizienz in Reis

Reis ist Grundnahrungsmittel für mehr als die Hälfte der Erdbevölkerung. Insbesondere im Trockenreisanbau ist das Wachstum der Pflanzen häufig durch geringe P-Verfügbarkeit der Böden mit ausgeprägter P-Fixierung, sowie durch fehlende P-Dünger eingeschränkt. Es ist daher wichtig zu verstehen, welche Prozesse zu einer hohen P-Akquisitionseffizienz (PAE) der Pflanzen führen. Ziel des Projektes ist es das Zusammenspiel biogeochemischer Prozesse in der Rhizosphäre von vier Reisgenotypen mit gegensätzlichen PAE- und Wurzelhaareigenschaften zu untersuchen. Wir vermuten, dass eine hohe PAE durch folgende Prozesse erklärt werden kann: (i) hohe Ausscheidungsraten von Pflanzenmetaboliten über die Wurzel (sogenannte Wurzelexsudate) (iii) eine Rhizosphären-Mikrobiomzusammensetzung, mit einem großen Anteil and Mikroorganismen, die P löslich machen und das Pflanzenwachstum fördern (iv) und einen hohen Mykorrhizierungsgrad. In einer internationalen Zusammenarbeit von ZALF (Germany: Maire Holz), BOKU (Austria: Eva Oburger) and JIRCAS (Japan: Matthias Wissuwa) werden wir die Wurzelexsudation, den Grad der Genotyp-spezifischen Mykorrhizierung sowie die Zusammensetzung der Rhizosphären-Mikrobengemeinschaft der ausgewählten Reislinien unter niedriger und hoher P Verfügbarkeit in einem Feldversuch in Tsukuba, Japan untersuchen. In einem zweiten Schritt werden wir die P-Mobilisierungseffizienz von genotypspezifischen Wurzelexsudaten aus dem Feldversuch in Batch-Experimenten bestimmen, um herauszufinden ob Unterschiede in der Zusammensetzung der Wurzelexsudate zwischen den Genotypen die Unterschiede in der PAE erklären können. In einem dritten Schritt, werden wir uns auf das räumliche und zeitliche Zusammenspiel von P-Akquisition und biogeochemischen Rhizosphärenprozessen konzentrieren und verschiedene bildgebende Verfahren (Phosphor- Imaging, Zymographie, planare Optodenmessungen) sowie 33P-Markierung unter kontrollierten Bedingungen anwenden. Unsere Ergebnisse werden offenlegen, welche Rhizosphärenprozesse eine hohe P-Aufnahmeeffizienz im Trockenreisanbau bewirken. Dies wird es ermöglichen, Rhizosphärenprozesse in Züchtungsprogrammen zu berücksichtigen, um die Erträge in landwirtschaftlichen Systemen mit niedrigem Input aufrecht zu erhalten.

Reis (Oryza sativa) ist ein Grundnahrungsmittel für mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung. Im Trockenreisanbau wird der Ertrag jedoch häufig durch eine geringe Verfügbarkeit von Phosphor (P) eingeschränkt, was auf stark P-fixierende Böden und den begrenzten Einsatz von P-Düngern zurückzuführen ist. In diesem Projekt haben wir untersucht, wie Wurzel- und Rhizosphärenmerkmale - einschließlich Wurzelexsudation, Mykorrhizierung und des assoziierten Rhizosphärenmikrobioms - die genotypische P-Akquisitionseffizienz unter Bedingungen hoher und niedriger P-Düngung beeinflussen. Unsere Ergebnisse bestätigen die entscheidende Bedeutung eines ausgedehnten Wurzelsystems für eine effiziente P-Aufnahme, insbesondere unter Bedingungen eingeschränkter P-Verfügbarkeit. Interessanterweise konnten wir einen Trade-off zwischen der Wurzelexsudation sowie dem Mykorrhizierungsgrad und der Wurzelbiomasseproduktion beobachten. Dies deutet darauf hin, dass, obwohl Wurzelexsudation und Mykorrhizierung eine Reihe wertvoller Ökosystemdienstleistungen im Boden unterstützen, die Investition in ein umfangreiches Wurzelsystem für Reis in stark P-fixierenden Böden eine überlegene Strategie zur effizienten P-Akquisition darstellt. Diese Erkenntnisse liefern wertvolle Ansätze für die Selektion und Entwicklung von Kulturpflanzensorten mit verbesserter P-Akquisitionseffizienz und leisten damit einen Beitrag zur Ertragssicherung in ressourcenschonenden Anbausystemen.