Erbsen und Linsen investieren unterschiedlich in die Entwicklung des Wurzelsystems

Unter der Oberfläche sind Pflanzenwurzeln fleißig am Werk. Über Wurzeln gewinnen Pflanzen natürlich Wasser und Mineralien aus dem Boden. Aber herauszufinden, wie sich verschiedene Wurzelsysteme auf die Ernteerträge auswirken, war für die Forscher eine Herausforderung.

„Wir wissen so viel weniger über Wurzelmerkmale und wie sie den Ernteertrag beeinflussen im Vergleich zu Blattmerkmalen“, sagt Maryse Bourgault, Forscherin an der University of Saskatchewan, Kanada.

Bourgault ist der Hauptautor einer neuen Studie, in der Forscher Zusammenhänge zwischen Wurzelsystemen und Erträgen bei Linsen- und Erbsenkulturen aufdecken, die in halbtrockenen Gebieten angebaut werden. Diese Studie wurde veröffentlicht in Das Pflanzenphänomen-Journaleine Veröffentlichung der Crop Science Society of America.

Ein großer Prozentsatz der weltweiten Linsenexporte stammt aus den nördlichen Great Plains in den Vereinigten Staaten und Kanada. In diesen halbtrockenen Gebieten werden fast 4,5 Millionen Hektar – mehr Fläche als der Bundesstaat Maryland – für den Anbau von Erbsen und Linsen genutzt.

Bourgault und Kollegen fanden heraus, dass die ertragreichsten Erbsen- und Linsensorten ganz unterschiedliche Wurzelsystemstrukturen aufwiesen.

Bei Linsen waren große Wurzelsysteme gut mit hohen Erträgen korreliert. „Linsenpflanzen sind in der Regel klein. Deshalb haben Züchter versucht, sie größer und höher zu machen“, sagt Bourgault. „Wenn wir auf größere Linsenpflanzen drängen, sollten wir uns auch für größere Linsenwurzelsysteme entscheiden.“

Bei Erbsen war die Situation komplexer. Die ertragreichsten Erbsensorten hatten tendenziell Wurzelsysteme von durchschnittlicher Größe.

„Wir glauben, dass es beim Wurzelwachstum bei Erbsen eher um das Timing während der Vegetationsperiode der Pflanzen gehen könnte“, sagt Bourgault. Die Forscher glauben, dass der Großteil des Wurzelwachstums stattfinden muss, bevor Erbsenpflanzen blühen. „Sobald die Blüte stattfindet, muss die gesamte Energie aus der Photosynthese in die Entwicklung der Erbsenschoten und nicht in das Wurzelwachstum fließen.“

Etwas gegen den Strich ging die Erkenntnis, dass unterschiedliche Wurzelsysteme zu höheren Erträgen in verschiedenen Kulturen führen würden. Das vorherrschende Muster war, dass ein „tiefes, aber schlankes“ Wurzelsystem für alle Pflanzen in halbtrockenen Gebieten am vorteilhaftesten wäre.

„Die Idee ‚deep but lean‘ basierte auf der Erforschung von Weizen“, sagt Bourgault. Eine Studie ergab, dass eine Weizensorte mit einem mageren, aber tiefen Wurzelsystem besser an halbtrockene Gebiete angepasst war.

Das könnte daran gelegen haben, dass Weizenpflanzen mit tiefem Wurzelsystem Zugang zu Wasser hatten, das tiefer im Boden lag. Das magere Wurzelsystem bedeutete jedoch, dass die Pflanzen nicht zu viele Ressourcen in die Wurzeln investiert hatten, was höhere Kornerträge ermöglichte.

„Die Idee ‚deep but lean‘ war sehr beliebt“, sagt Bourgault. „Wir haben gezeigt, dass dies keine universelle Wahrheit ist – was auf Weizen zutreffen könnte, gilt möglicherweise nicht für andere Feldfrüchte.“

Die Ergebnisse von Bourgault unterstreichen auch die Vorteile der direkten Untersuchung von Pflanzenwurzelsystemen, insbesondere in halbtrockenen Gebieten, in denen Wasser oft knapp ist. „Ich denke, wir sind an dem Punkt angelangt, an dem die nächsten großen Ertragsgewinne für halbtrockene Gebiete erzielt werden, wenn wir uns ernsthaft mit Wurzelsystemen befassen und verstehen, wie sie funktionieren“, sagt sie.

Der Untersuchungsort befand sich am Northern Agricultural Research Center der Montana State University. Von 2017 bis 2019 haben die Forscher die Wurzellängen von 29 Erbsen- und 25 Linsensorten gescannt und gemessen.

„Wir haben festgestellt, dass es zwischen Erbsen- und Linsensorten viele Unterschiede darin gibt, wie viel sie in Wurzelsysteme investieren“, sagt Bourgault.

Bourgault und ihre Kollegen versuchen nun, Gene oder genetische Regionen in Linsen und Erbsen zu identifizieren, die mit robusten Wurzelmerkmalsdaten in Verbindung gebracht werden. „Das könnte möglicherweise ein Spielveränderer für die Einführung von Wurzelmerkmalen in Zuchtprogrammen sein“, sagt sie.