Ein Forschungsteam hat die „goldenen Stunden“ am frühen Morgen als entscheidenden Zeitpunkt für das Erreichen einer optimalen Wassernutzungseffizienz (WUE) in Nutzpflanzen beleuchtet und dabei gezeigt, dass Pflanzen bei günstigen Lichtbedingungen und minimalem Dampfdruck niedrigere Transpirationsraten und eine höhere Photosyntheseaktivität aufrechterhalten können Defizit (VPD).
Dieses differenzierte Verständnis des stomatären Verhaltens führt in das Konzept der Golden Hour WUE (GHW) ein und betont die Bedeutung des Gleichgewichts zwischen Wassereinsparung und Biomasseproduktion. Durch die Anwendung fortschrittlicher Phänotypisierungstechniken schlägt das Team eine Methode für das quantitative Hochdurchsatz-Screening des GHW-Merkmals vor, mit dem Ziel, Nutzpflanzensorten zu züchten, die sowohl ertragreich als auch wassereffizient sind.
Diese innovative Strategie zielt darauf ab, die herkömmlichen Kompromisse zwischen Wassereinsparung und Ernteertrag zu überwinden, indem sie die inhärenten wasserregulierenden Eigenschaften der Pflanzen nutzt und eine umweltfreundlichere Alternative zur Erzielung landwirtschaftlicher Produktivität und Wassernachhaltigkeit bietet.
Angesichts der globalen Wasserknappheit und des Klimawandels ist die Verbesserung des WUE bei Nutzpflanzen unerlässlich geworden, um die steigende Nachfrage nach landwirtschaftlicher Produktion zu decken. Trotz der Fortschritte beim Verständnis von Dürrestress stößt die Umsetzung von Laborergebnissen in Feldverbesserungen auf Hindernisse wie variable Umweltbedingungen und komplexe Indikatoren für Dürretoleranz.
Das stomatäre Verhalten, das für den Ausgleich von CO2-Aufnahme und Wasserverlust entscheidend ist, erweist sich als zentraler Schwerpunkt für die Verbesserung von WUE. Allerdings bleibt es eine Herausforderung, die Stomata-Empfindlichkeit zu optimieren, um eine übermäßige Wassereinsparung auf Kosten der Photosynthese und des Ertrags zu vermeiden. Frühere Forschungsarbeiten unterstreichen das Potenzial von Pflanzen mit verringerter Empfindlichkeit gegenüber Dampfdruckdefiziten, die WUE zu verbessern, ohne den Ertrag zu beeinträchtigen, und unterstreichen die Notwendigkeit, die dynamische Natur der WUE zu berücksichtigen, die durch Umwelt- und genetische Faktoren beeinflusst wird.
A neue Studie veröffentlicht in Gemüseforschung schlägt vor, Pflanzen zu untersuchen, die ihre WUE schnell an Umweltveränderungen anpassen können, als Strategie für eine wassersparende Landwirtschaft mit hoher Produktivität.
Das Konzept des GHW ergibt sich aus Beobachtungen tageszeitlicher Schwankungen der Photosynthese und Transpiration (Tr), was auf eine Periode mit maximalem WUE am frühen Morgen schließen lässt. In diesem Stadium können Pflanzen in einer Umgebung mit niedrigem VPD eine höhere Photosyntheseintensität bei niedrigeren Tr-Werten erreichen. Eine präzisere und vernünftigere Regulierung von WUE wird durch die Kontrolle der Stomata erreicht, wodurch ein Gleichgewicht zwischen Wassereinsparung und Ertrag erreicht wird.
Um das GHW-Merkmal zu quantifizieren, entwickelten die Forscher eine Methode, die dynamische Messungen von Photosynthese, Tr und WUE umfasst. Diese Methode nutzt physiologische Phänotypisierungstechnologien mit hohem Durchsatz wie das Plantarray-System zur Überwachung wasserphysiologischer Parameter.
Frühere Studien haben die Wirksamkeit dieses Ansatzes durch die Aufzeichnung von Tr und Dampfdruckdefizit (VPD) in kurzen Abständen gezeigt, um die dynamische WUE und die tägliche Stoffproduktion abzuschätzen, und dabei signifikante genotypische Unterschiede im GHW zwischen verschiedenen Kulturpflanzen aufgedeckt. Dieser innovative Ansatz bietet eine umfassende Quantifizierung des GHW-Merkmals durch die Analyse des Spitzenwerts und des Zeitpunkts während der goldenen Stunde sowie des akkumulierten Tr/VPD.
Laut dem leitenden Forscher der Studie, Prof. Pei zwischen Wassereinsparung und hohem Ertrag in der Pflanzenproduktion, wodurch eine Ertragssteigerung bei angemessenen Wasserbedingungen und eine stabile Produktion bei Wasserknappheit ermöglicht werden.
Die Forschung verdeutlichte das Potenzial von GHW-Merkmalen zur Verbesserung der Wassernutzungseffizienz von Nutzpflanzen und legte den Grundstein für die Auswahl von Genotypen mit überlegenen GHW-Merkmalen. Für das Gleichgewicht zwischen Wassereinsparung und Ertrag wurde die Notwendigkeit hervorgehoben, bei der Phänotypisierung konsistente Umgebungsbedingungen aufrechtzuerhalten, um Chargeneffekte zu minimieren.
Mehr Informationen:
Rujia Jiang et al.: Nutzung der „goldenen Stunde“ WUE zur Entwicklung überlegener Gemüsesorten mit optimalen Wasserspar- und Wachstumseigenschaften, Gemüseforschung (2024). DOI: 10.48130/vegres-0024-0001