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2168Small-scale processes, large effect: rhizosphere traits as key for P efficiency in upland riceKleine Prozesse, große Wirkung: Merkmale der Rhizosphäre als Schlüssel für die P-Effizienz von Hochlandreis01/01/2021 00:00:0031/12/2023 00:00:00laufendcurrentProgrammbereich 1 „Landschaftsprozesse“Research Area 1 „Landscape Functioning“x3x12xHolz, Mairex2399x<div class='ntm_PB1'>PB1</div>  2021 Small-scale processes, large effect: rhizosphere traits as key for P efficiency in upland rice Kleine Prozesse, große Wirkung: Merkmale der Rhizosphäre als Schlüssel für die P-Effizienz von Hochlandreis Programmbereich 1 „Landschaftsprozesse“ Holz, Maire Drittmittel Research Area 1 „Landscape Functioning“ current laufend <div class="ExternalClass7AF57711FF804E3191A23D1971879FF5"><p>​</p> <p class="MsoNormal" style="text-align&#58;justify;line-height&#58;130%;"><span lang="DE" style="color&#58;black;">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, sowie durch fehlende P-Dünger eingeschränkt. </span><span lang="DE">Es ist daher wichtig zu verstehen, welche Prozesse zu einer hohen P-Akquisitionseffizienz (PAE) der Pflanzen führen. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass Unterschiede in der PAE in Reislinien (Trockenreisanbau), weder durch morphologische Wurzelparameter (Wurzelsystemgröße, Wurzelhaare) noch durch Wurzelphysiologie (P-Depletionsseffizienz) erklärt werden können. Die Vermutung liegt daher nahe, dass biogeochemische Prozesse in der Rhizosphäre, eine wichtige Rolle in der P Aufnahmeeffizienz bei Reis spielen.</span><span lang="DE" style="color&#58;black;"> </span><span lang="DE"><br></span></p><p class="MsoNormal" style="text-align&#58;justify;line-height&#58;130%;"><span lang="DE">Ziel des Projektes ist es das Zusammenspiel der Rhizosphärenprozesse von vier Reisgenotypen mit gegensätzlichen PAE- und Wurzelhaareigenschaften zu untersuchen (Oryza sativa DJ123 - hohe PAE, hohe Wurzelhaarlänge und -dichte (RLD); Nerica4 - niedrige PAE, niedrige RLD, Santhi Sufaid - hohe PAE, niedrige RLD; Sadri Tor Misri - niedrige PAE, hohe RLD). Wir vermuten, dass eine hohe PAE durch folgende Prozesse erklärt werden kann&#58; (i) hohe Wurzelexsudationraten pro Wurzeloberfläche, (ii) hohe Freisetzung von Verbindungen wie Phenolen, Phosphatasen und Mucilage (iii) eine Rhizosphären-Mikrobiomzusammensetzung, mit einem großen Anteil and Mikroorganismen, die P löslich machen (iv) einen hohen Mykorrhizierungsgrad. In Zusammenarbeit mit dem Pflanzengenetiker Matthias Wissuwa (JIRCAS) 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 <span>&#160;</span>in Tsukuba, Japan untersuchen.In einem zweiten Schritt werden wir die P-Mobilisierungseffizienz von Wurzelexsudate aus dem Feldversuch in Batch-Experimenten bestimmen, um herauszufinden ob Unterschiede in der Zusammensetzung der Wurzelexsudate zwischen den Genotypen Unterschiede in der PAE erklären können. In einem dritten Schritt, werden wir uns auf das räumlich-zeitliche Zusammenspiel von P-Akquisition und biogeochemischen Rhizosphärenprozessen konzentrieren und verschiedene bildgebende Verfahren (Phosphor-Imaging, Zymographie, Optodenmessungen) sowie <sup>33</sup>P-Markierung unter kontrollierten Bedingungen anwenden. Durch die Kombination von Bildgebungsverfahren und Isotopenmarkierungstechniken können wir nicht nur Wurzeltypen und -regionen, mit erhöhter Wurzelausscheidung und Enzymaktivität, mit den Regionen korrelieren, in denen P aufgenommen wird, sondern auch den Beitrag der Mykorrhiza zur P-Aufnahme quantifizieren. 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.</span><span lang="DE" style="color&#58;black;"></span></p></div> <div class="ExternalClass6737093F184A4D80A6CA3288FE676145"><p></p><div> Rice is staple food for more than half of the earth’s population. Particularly in upland systems its growth is frequently challenged by low P availability due to high P-fixing soils and the lack of P fertilizers. Consequently, understanding which processes confer high P acquisition efficiency (PAE) is crucial to sustain crop yields in low-input systems. Previous work showed that contrasting PAE in upland rice lines can neither be explained by root morphological parameters (root system size, root hairs) nor by root physiology (P depletion efficiency). We therefore suggest that biogeochemical processes induced at the root-soil interface, i.e. the rhizosphere, play an important role in rice PAE.</div><br> <p class="MsoNormal" style="text-align&#58;justify;line-height&#58;130%;">In this project, we aim to elucidate the role and interplay of biogeochemical processes in the rhizosphere of four rice genotypes with contrasting PAE and root hair properties (Oryza sativa DJ123 - high PAE, high root hair length and density (RLD); Nerica4 - low PAE, low RLD, Santhi Sufaid - high PAE, low RLD, Sadri Tor Misri - low PAE, high RLD). We hypothesize that high PAE is driven either by (i) high root exudation rates per root surface, (ii) high release of compounds such as phenolics, phosphatases and mucilage which are suggested to play a role in P mobilization (iii) a rhizosphere microbiome composition favoring high abundances of P solubilizing and plant growth promoting microorganisms or by (iv) a high degree of mycorrhization. In collaboration with plant geneticist Matthias Wissuwa (JIRCAS), we will investigate root exudation, the degree of genotype-specific mycorrhization as well as the rhizosphere microbial community composition of the selected rice lines under low and high P conditions in a field trial typical for upland growth conditions in Tsukuba, Japan. In a second step, we will thoroughly investigate the P solubilization capacity of genotype specific root exudates collected from the field trial in batch experiments to conclude whether differences in root exudate composition between the genotypes can explain differences in P acquisition efficiency. Focusing on spatio-temporal interplay of P acquisition and related biogeochemical processes we will also apply various rhizosphere imaging approaches (phosphor imaging, zymography, planar optode measurements) as well as 33P labelling in laboratory trials under controlled conditions. Combining imaging and isotopic labelling techniques will allow us not only to correlate root types and regions showing increased root exudation and enzyme activity with those regions where P is taken up but also to quantify the contribution of mycorrhiza to P uptake. Taken together our results will elucidate which rhizosphere processes confer high P acquisition efficiency in upland rice. This will enable the transfer of rhizosphere traits to breeding programs of upland rice lines and improve selection of crops with highly efficient P acquisition to sustain yields in low-input agricultural systems.</p><br></div> <div class="ExternalClassC187A1CA-B46C-4FDD-80B9-E950EAC52A4B"></div> <div class="ExternalClass28EB91B5-375C-479F-864B-0F8433CDB2F4"></div> <div class="ExternalClass6E2C212F-A6A5-4EE9-996A-DAE97DD0A267"></div> <div class="ExternalClass056E0FE5-C78A-46D2-8C5E-4A3C02D9E28F"></div> <div class="ExternalClassFAA5E624-F43C-420D-B7F3-138157ADBBB3"></div><div class="ExternalClass7AF57711FF804E3191A23D1971879FF5"><p>?</p> <p class="MsoNormal" style="text-align&#58;justify;line-height&#58;130%;"><span lang="DE" style="color&#58;black;">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, sowie durch fehlende P-Dünger eingeschränkt. </span><span lang="DE">Es ist daher wichtig zu verstehen, welche Prozesse zu einer hohen P-Akquisitionseffizienz (PAE) der Pflanzen führen. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass Unterschiede in der PAE in Reislinien (Trockenreisanbau), weder durch morphologische Wurzelparameter (Wurzelsystemgröße, Wurzelhaare) noch durch Wurzelphysiologie (P-Depletionsseffizienz) erklärt werden können. Die Vermutung liegt daher nahe, dass biogeochemische Prozesse in der Rhizosphäre, eine wichtige Rolle in der P Aufnahmeeffizienz bei Reis spielen.</span><span lang="DE" style="color&#58;black;"> </span><span lang="DE"><br></span></p><p class="MsoNormal" style="text-align&#58;justify;line-height&#58;130%;"><span lang="DE">Ziel des Projektes ist es das Zusammenspiel der Rhizosphärenprozesse von vier Reisgenotypen mit gegensätzlichen PAE- und Wurzelhaareigenschaften zu untersuchen (Oryza sativa DJ123 - hohe PAE, hohe Wurzelhaarlänge und -dichte (RLD); Nerica4 - niedrige PAE, niedrige RLD, Santhi Sufaid - hohe PAE, niedrige RLD; Sadri Tor Misri - niedrige PAE, hohe RLD). Wir vermuten, dass eine hohe PAE durch folgende Prozesse erklärt werden kann&#58; (i) hohe Wurzelexsudationraten pro Wurzeloberfläche, (ii) hohe Freisetzung von Verbindungen wie Phenolen, Phosphatasen und Mucilage (iii) eine Rhizosphären-Mikrobiomzusammensetzung, mit einem großen Anteil and Mikroorganismen, die P löslich machen (iv) einen hohen Mykorrhizierungsgrad. In Zusammenarbeit mit dem Pflanzengenetiker Matthias Wissuwa (JIRCAS) 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 <span>&#160;</span>in Tsukuba, Japan untersuchen.In einem zweiten Schritt werden wir die P-Mobilisierungseffizienz von Wurzelexsudate aus dem Feldversuch in Batch-Experimenten bestimmen, um herauszufinden ob Unterschiede in der Zusammensetzung der Wurzelexsudate zwischen den Genotypen Unterschiede in der PAE erklären können. In einem dritten Schritt, werden wir uns auf das räumlich-zeitliche Zusammenspiel von P-Akquisition und biogeochemischen Rhizosphärenprozessen konzentrieren und verschiedene bildgebende Verfahren (Phosphor-Imaging, Zymographie, Optodenmessungen) sowie <sup>33</sup>P-Markierung unter kontrollierten Bedingungen anwenden. Durch die Kombination von Bildgebungsverfahren und Isotopenmarkierungstechniken können wir nicht nur Wurzeltypen und -regionen, mit erhöhter Wurzelausscheidung und Enzymaktivität, mit den Regionen korrelieren, in denen P aufgenommen wird, sondern auch den Beitrag der Mykorrhiza zur P-Aufnahme quantifizieren. 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.</span><span lang="DE" style="color&#58;black;"></span></p></div><div class="ExternalClass6737093F184A4D80A6CA3288FE676145"><p></p><div> Rice is staple food for more than half of the earth’s population. Particularly in upland systems its growth is frequently challenged by low P availability due to high P-fixing soils and the lack of P fertilizers. Consequently, understanding which processes confer high P acquisition efficiency (PAE) is crucial to sustain crop yields in low-input systems. Previous work showed that contrasting PAE in upland rice lines can neither be explained by root morphological parameters (root system size, root hairs) nor by root physiology (P depletion efficiency). We therefore suggest that biogeochemical processes induced at the root-soil interface, i.e. the rhizosphere, play an important role in rice PAE.</div><br> <p class="MsoNormal" style="text-align&#58;justify;line-height&#58;130%;">In this project, we aim to elucidate the role and interplay of biogeochemical processes in the rhizosphere of four rice genotypes with contrasting PAE and root hair properties (Oryza sativa DJ123 - high PAE, high root hair length and density (RLD); Nerica4 - low PAE, low RLD, Santhi Sufaid - high PAE, low RLD, Sadri Tor Misri - low PAE, high RLD). We hypothesize that high PAE is driven either by (i) high root exudation rates per root surface, (ii) high release of compounds such as phenolics, phosphatases and mucilage which are suggested to play a role in P mobilization (iii) a rhizosphere microbiome composition favoring high abundances of P solubilizing and plant growth promoting microorganisms or by (iv) a high degree of mycorrhization. In collaboration with plant geneticist Matthias Wissuwa (JIRCAS), we will investigate root exudation, the degree of genotype-specific mycorrhization as well as the rhizosphere microbial community composition of the selected rice lines under low and high P conditions in a field trial typical for upland growth conditions in Tsukuba, Japan. In a second step, we will thoroughly investigate the P solubilization capacity of genotype specific root exudates collected from the field trial in batch experiments to conclude whether differences in root exudate composition between the genotypes can explain differences in P acquisition efficiency. Focusing on spatio-temporal interplay of P acquisition and related biogeochemical processes we will also apply various rhizosphere imaging approaches (phosphor imaging, zymography, planar optode measurements) as well as 33P labelling in laboratory trials under controlled conditions. Combining imaging and isotopic labelling techniques will allow us not only to correlate root types and regions showing increased root exudation and enzyme activity with those regions where P is taken up but also to quantify the contribution of mycorrhiza to P uptake. Taken together our results will elucidate which rhizosphere processes confer high P acquisition efficiency in upland rice. This will enable the transfer of rhizosphere traits to breeding programs of upland rice lines and improve selection of crops with highly efficient P acquisition to sustain yields in low-input agricultural systems.</p><br></div>  <div class="ExternalClass0AA25C01-82BE-40BA-88BC-4ED84A5C8E5E">Dr. Maire Holz</div>Holz, Maire<div class="ExternalClass018522F1-2FDF-468C-8877-25BEE5602ACE">Dr. Maire Holz</a></div>          22 <div class="ExternalClass6F2FA649-3BA6-4D0F-8FB8-7F66E5C50114"><ul><li>Isotopen-Biogeochemie & Gasflüsse</li></ul></div><div class="ExternalClass456CC35A-D36F-489B-A36A-562305B95C75"><ul><li>Isotope Biogeochemistry & Gas Fluxes</li></ul></div>
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