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2275Funktionen der Rhizosphäre bei der Wasseraufnahme von Pflanzen: Mechanische Verbindung zwischen Kohlenstoff- und Wasserflüssen im System Pflanzen-BodenRhizosphere functions in plant water uptake: Mechanistic link between carbon and water fluxes in the plant-soil system01.01.2022 00:00:0031.12.2024 00:00:00laufendcurrentProgrammbereich 1 „Landschaftsprozesse“Research Area 1 „Landscape Functioning“x3x12xHolz, Mairex2399x<div class='ntm_PB1'>PB1</div>  2022 Funktionen der Rhizosphäre bei der Wasseraufnahme von Pflanzen: Mechanische Verbindung zwischen Kohlenstoff- und Wasserflüssen im System Pflanzen-Boden Rhizosphere functions in plant water uptake: Mechanistic link between carbon and water fluxes in the plant-soil system Programmbereich 1 „Landschaftsprozesse“ Holz, Maire Drittmittel Research Area 1 „Landscape Functioning“ current laufend <div class="ExternalClassC30F694D23D445068DA02E5B8C0FC20B"><p>Bis heute haben wir nur bruchstückhaftes Wissen über das räumlich-zeitliche Muster des Kohlenstoffflusses in einzelne Wurzeln und ihre Rhizosphäre und auch darüber, wie solche Muster mit der Funktionsweise von Wurzeln in Bezug auf die Wasseraufnahme zusammenhängen. Der Mangel an Informationen hängt vor allem mit den technischen Schwierigkeiten zusammen, Wasser- und Kohlenstoffflüsse auf der Skala einzelner Wurzeln und ihrer Rhizosphäre zu quantifizieren, sowie mit der dynamischen Natur der Wasseraufnahme und der Wurzelexsudation in im Boden wachsenden Pflanzen.</p><p>In diesem Projekt zielen wir daher darauf ab, die Wasser- und Kohlenstoffflüsse entlang des Wurzelsystems zu quantifizieren und dann das Muster der Kohlenstoffallokation in verschiedene Wurzelsegmente (d.h. Wurzeltypen und -regionen) und ihre Rhizosphäre mechanistisch mit der Funktion der Wurzeln bei der Wasseraufnahme aus dem Boden zu verbinden. Unsere zentrale Hypothese ist, dass Pflanzen mehr Kohlenstoff für die Produktion und den Erhalt einzelner Wurzeln (Typ und Regionen) mit größerer Funktionalität bei der Wasseraufnahme allozieren.</p><p>Dieser Antrag umfasst drei Hauptarbeitspakete (WP). In WP1 planen wir, das Wurzelwachstum und die Wasserflussprofile entlang der Wurzel-Spross-Systeme mit Hilfe von Neutronenradiographie zu quantifizieren. Diese Ergebnisse werden mit der Modellierung des Wasserflusses und mikroskopischen Querschnitten von Wurzeln und Sprossen kombiniert, um das Profil der hydraulischen Leitfähigkeiten der Pflanzen abzuschätzen. In WP2 werden wir die Kohlenstoffflüsse durch das Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum mechanistisch quantifizieren, indem wir eine Kombination von <sup>13</sup>C- und <sup>14</sup>C-Markierungsexperimenten verwenden. In WP3 werden wir schließlich ein prozessbasiertes Modell des Wasser- und Kohlenstoffflusses über das Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum entwickeln, mit dem Ziel, die Verbindung zwischen der Kohlenstoffallokation in verschiedenen Wurzelsegmenten und ihrer Rhizosphäre und der Funktion der Wurzeln bei der Wasseraufnahme zu untersuchen. Wir werden zwei Maissorten (Wildtyp und wurzelhaarlose Mutante rth3) verwenden und sie in zwei kontrastierenden Bodentexturen (Lehm und Sand) unter variierenden Bodenwassergehalten (0,20,, 0,12 und 0,06 cm<sup>3</sup> cm<sup>-3</sup>) anbauen.</p><p>Die Kombination von Wasser- und Kohlenstoffflüssen über das Boden-Pflanzen-Atmosphäre-Kontinuum wird es uns ermöglichen, das Muster des Kohlenstoffflusses zu den einzelnen Wurzeln und ihrer Rhizosphäre mechanistisch mit der Funktion der Wurzeln bei der Wasseraufnahme zu verbinden. Diese Informationen werden ein tieferes Verständnis der Rückkopplungen zwischen Kohlenstoff- und Wasserkreisläufen über das Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum hinweg liefern.<br></p></div> <div class="ExternalClass20CF86D6A9664F19957B114458A66B63"><p>Up to date, we have fragmented knowledge on the spatiotemporal carbon flux pattern into individual roots and their rhizosphere and also how such patterns may link to the functioning of roots regarding water uptake. The lack of information is mainly related to the technical difficulties of monitoring water fluxes and carbon fluxes at the scale of individual roots and their rhizosphere and also the dynamic nature of root water uptake and root exudation in soil-grown plants. </p><p>In this project, we aim to quantify water and carbon fluxes along the root system and then mechanistically link the pattern of carbon allocation into different root segments (i.e., root types and locations) and their rhizosphere to the functioning of roots in water acquisition from the soil. Our central hypothesis is that plants allocate more carbon to the production and maintenance of individual roots (type and regions) with greater functionality in water uptake. </p><p>This proposal comprises three main work packages (WP). In WP1, we plan to quantify root growth and water flux profiles along the root-shoot systems using a neutron radiography technique. These results will be combined with modeling of water flow and microscopic cross-sections of roots and shoots to estimate the profile of plant hydraulic conductivities. In WP2, we will mechanistically quantify carbon fluxes across the soil plant atmosphere continuum using a combination of <sup>13</sup>C and <sup>14</sup>C labeling experiments. In WP3 we will finally develop a process-based model of water and carbon flow across the soil plant atmosphere continuum, aiming to explore the link between carbon allocation into different root segments and their rhizosphere to the functioning of roots in water uptake. We will use two maize varieties (wildtype and root hairless mutant <em>rth3</em>) and grow them in two contrasting soil textures (loam and sand) under varying soil water contents (0.20 cm<sup>3</sup> cm<sup>-3</sup>, 0.12, and 0.06 cm<sup>3</sup> cm<sup>-3</sup>). </p><p>The combination of water and carbon fluxes across the soil plant atmosphere continuum will allow us to mechanistically link the pattern of carbon flux to the individual roots and their rhizosphere to the functioning of roots in water uptake. This information will provide a deeper understanding of feedbacks between carbon and water cycles across the soil plant atmosphere continuum.<br></p></div> Water and carbon transport (Rh <div class="ExternalClass2639354F-B472-49A5-BE55-9D1DA08DE587"></div> <div class="ExternalClass1F58A9AB-29D1-4FAC-B51E-9917BDB0DB19"></div> <div class="ExternalClass9E131F70-4750-4EF3-80FF-6CD6CC0E8D6E"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> <div class="ExternalClass371BEAEC-E3F7-4934-AB10-CF1843485163"><ul><li>DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div> <div class="ExternalClass66066EB4-BFBF-4D33-AB65-E6DB9526D3FA"><ul><li>Pausch, Johanna, Prof. Dr.</li><li>Zarebanadkouki, Mohsen, Dr.</li></ul></div><div class="ExternalClassC30F694D23D445068DA02E5B8C0FC20B"><p>Bis heute haben wir nur bruchstückhaftes Wissen über das räumlich-zeitliche Muster des Kohlenstoffflusses in einzelne Wurzeln und ihre Rhizosphäre und auch darüber, wie solche Muster mit der Funktionsweise von Wurzeln in Bezug auf die Wasseraufnahme zusammenhängen. Der Mangel an Informationen hängt vor allem mit den technischen Schwierigkeiten zusammen, Wasser- und Kohlenstoffflüsse auf der Skala einzelner Wurzeln und ihrer Rhizosphäre zu quantifizieren, sowie mit der dynamischen Natur der Wasseraufnahme und der Wurzelexsudation in im Boden wachsenden Pflanzen.</p><p>In diesem Projekt zielen wir daher darauf ab, die Wasser- und Kohlenstoffflüsse entlang des Wurzelsystems zu quantifizieren und dann das Muster der Kohlenstoffallokation in verschiedene Wurzelsegmente (d.h. Wurzeltypen und -regionen) und ihre Rhizosphäre mechanistisch mit der Funktion der Wurzeln bei der Wasseraufnahme aus dem Boden zu verbinden. Unsere zentrale Hypothese ist, dass Pflanzen mehr Kohlenstoff für die Produktion und den Erhalt einzelner Wurzeln (Typ und Regionen) mit größerer Funktionalität bei der Wasseraufnahme allozieren.</p><p>Dieser Antrag umfasst drei Hauptarbeitspakete (WP). In WP1 planen wir, das Wurzelwachstum und die Wasserflussprofile entlang der Wurzel-Spross-Systeme mit Hilfe von Neutronenradiographie zu quantifizieren. Diese Ergebnisse werden mit der Modellierung des Wasserflusses und mikroskopischen Querschnitten von Wurzeln und Sprossen kombiniert, um das Profil der hydraulischen Leitfähigkeiten der Pflanzen abzuschätzen. In WP2 werden wir die Kohlenstoffflüsse durch das Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum mechanistisch quantifizieren, indem wir eine Kombination von <sup>13</sup>C- und <sup>14</sup>C-Markierungsexperimenten verwenden. In WP3 werden wir schließlich ein prozessbasiertes Modell des Wasser- und Kohlenstoffflusses über das Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum entwickeln, mit dem Ziel, die Verbindung zwischen der Kohlenstoffallokation in verschiedenen Wurzelsegmenten und ihrer Rhizosphäre und der Funktion der Wurzeln bei der Wasseraufnahme zu untersuchen. Wir werden zwei Maissorten (Wildtyp und wurzelhaarlose Mutante rth3) verwenden und sie in zwei kontrastierenden Bodentexturen (Lehm und Sand) unter variierenden Bodenwassergehalten (0,20,, 0,12 und 0,06 cm<sup>3</sup> cm<sup>-3</sup>) anbauen.</p><p>Die Kombination von Wasser- und Kohlenstoffflüssen über das Boden-Pflanzen-Atmosphäre-Kontinuum wird es uns ermöglichen, das Muster des Kohlenstoffflusses zu den einzelnen Wurzeln und ihrer Rhizosphäre mechanistisch mit der Funktion der Wurzeln bei der Wasseraufnahme zu verbinden. Diese Informationen werden ein tieferes Verständnis der Rückkopplungen zwischen Kohlenstoff- und Wasserkreisläufen über das Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum hinweg liefern.<br></p></div><div class="ExternalClass20CF86D6A9664F19957B114458A66B63"><p>Up to date, we have fragmented knowledge on the spatiotemporal carbon flux pattern into individual roots and their rhizosphere and also how such patterns may link to the functioning of roots regarding water uptake. The lack of information is mainly related to the technical difficulties of monitoring water fluxes and carbon fluxes at the scale of individual roots and their rhizosphere and also the dynamic nature of root water uptake and root exudation in soil-grown plants. </p><p>In this project, we aim to quantify water and carbon fluxes along the root system and then mechanistically link the pattern of carbon allocation into different root segments (i.e., root types and locations) and their rhizosphere to the functioning of roots in water acquisition from the soil. Our central hypothesis is that plants allocate more carbon to the production and maintenance of individual roots (type and regions) with greater functionality in water uptake. </p><p>This proposal comprises three main work packages (WP). In WP1, we plan to quantify root growth and water flux profiles along the root-shoot systems using a neutron radiography technique. These results will be combined with modeling of water flow and microscopic cross-sections of roots and shoots to estimate the profile of plant hydraulic conductivities. In WP2, we will mechanistically quantify carbon fluxes across the soil plant atmosphere continuum using a combination of <sup>13</sup>C and <sup>14</sup>C labeling experiments. In WP3 we will finally develop a process-based model of water and carbon flow across the soil plant atmosphere continuum, aiming to explore the link between carbon allocation into different root segments and their rhizosphere to the functioning of roots in water uptake. We will use two maize varieties (wildtype and root hairless mutant <em>rth3</em>) and grow them in two contrasting soil textures (loam and sand) under varying soil water contents (0.20 cm<sup>3</sup> cm<sup>-3</sup>, 0.12, and 0.06 cm<sup>3</sup> cm<sup>-3</sup>). </p><p>The combination of water and carbon fluxes across the soil plant atmosphere continuum will allow us to mechanistically link the pattern of carbon flux to the individual roots and their rhizosphere to the functioning of roots in water uptake. This information will provide a deeper understanding of feedbacks between carbon and water cycles across the soil plant atmosphere continuum.<br></p></div>  <div class="ExternalClassD170647C-9BE1-4EE2-8AF5-F5621B6A29FF">Dr. Maire Holz</div>Holz, Maire<div class="ExternalClassFBBC5335-A41E-4E6E-A1C6-A5765067F83F">Dr. Maire Holz</a></div>     <div class="ExternalClass9E131F70-4750-4EF3-80FF-6CD6CC0E8D6E"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft<div class="ExternalClass371BEAEC-E3F7-4934-AB10-CF1843485163"><ul><li>DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div><div class="ExternalClass66066EB4-BFBF-4D33-AB65-E6DB9526D3FA"><ul><li>Pausch, Johanna, Prof. Dr.</li><li>Zarebanadkouki, Mohsen, Dr.</li></ul></div>22 <div class="ExternalClassE1B97C93-D6B1-48E5-B644-4E751AD1B5D8"><ul><li>Isotopen-Biogeochemie & Gasflüsse</li></ul></div><div class="ExternalClass56BF9693-68F3-43FF-A27D-62D706C42FE8"><ul><li>Isotope Biogeochemistry & Gas Fluxes</li></ul></div>
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