Laufende Abschlussarbeiten

Die wachsende Weltbevölkerung und die steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln stellen bedeutende Herausforderungen dar, insbesondere im Kontext des Klimawandels. Da Trinkwasserressourcen zunehmend knapper werden, vor allem in bereits trockenen Regionen, und die Landwirtschaft für annähernd 70% des globalen Trinkwasserverbrauchs verantwortlich ist, wird nach nachhaltigen Lösungen für Landwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion gesucht. Die Untersuchung von im Boden lebenden Mikroorganismen, die mit Pflanzen und ihren Wurzeln interagieren, bietet einen möglichen Ansatz, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Die Symbiose zwischen Pflanzen und Mykorrhizapilzen betrifft etwa 90% der Landpflanzen, insbesondere die Verbindung mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF) ist für Nutzpflanzen interessant. AMF verbessern nicht nur die Nährstoffaufnahme der Pflanzen, sondern auch den Wasserstatus, besonders in trockenen Böden, weshalb Pflanzen in Symbiose ein geringeres negatives Blattwasserpotential und eine längere Wasseraufnahme im Vergleich zu Pflanzen ohne Pilzpartner aufweisen. Angesichts dieses Vorwissens wurden zwei Hypothesen aufgestellt:

• H1: Die Anwesenheit von arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF) beeinflusst die Wasseraufnahme der Pflanzenwurzeln, was zu einer erhöhten Wasseraufnahme durch die Wurzeln führt und somit das Blattwasserpotential der Pflanzen positiv beeinflusst. (Anna Dürringer)
• H2: Die Symbiose zwischen Pflanzen und AMF verändert die bodenhydraulischen Eigenschaften, indem sie die Wasserrückhaltung und die hydraulische Leitfähigkeit im Boden verbessert, was zu einer erhöhten Verfügbarkeit von Wasser für die Pflanzen führt. (Ilvy Steinlein)

Um diese Hypothesen zu testen, wurde ein Experiment mit Sorghum-Pflanzen unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt, in dem repräsentative Sorghum-Pflanzen der gleichen Sorte ausgewählt und in zwei Gruppen unterteilt wurden. Eine Gruppe wurde in sterilisierte Erde ohne AMF-Sporen gepflanzt, während die andere Gruppe in sterilisierte Erde mit AMF-Sporen gepflanzt wurde. In der Klimakammer wurden so vergleichbare Wachstumsbedingungen für Pflanzen mit und ohne AMF-Symbiose sichergestellt. Das Experiment beinhaltet eine Trockenphase, während der die Blattwasserpotentiale und Blattflächen gemessen wurden. Nach dem Experiment werden die Wurzelkolonisierungsraten durch AMF mithilfe von Kaliumhydroxid (KOH) und anschließender Wurzelfärbung mit einer Tinten-Essig-Lösung bewertet. Zusätzlich werden die bodenhydraulischen Eigenschaften für beide Bodenbehandlungen untersucht und dabei Hyprop- und WP4C-Messungen verwendet, um mögliche Veränderungen in den bodenhydraulischen Parametern zu identifizieren.

Die wachsende Weltbevölkerung und die steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln stellen bedeutende Herausforderungen dar, insbesondere im Kontext des Klimawandels. Da Trinkwasserressourcen zunehmend knapper werden, vor allem in bereits trockenen Regionen, und die Landwirtschaft für annähernd 70% des globalen Trinkwasserverbrauchs verantwortlich ist, wird nach nachhaltigen Lösungen für Landwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion gesucht. Die Untersuchung von im Boden lebenden Mikroorganismen, die mit Pflanzen und ihren Wurzeln interagieren, bietet einen möglichen Ansatz, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Die Symbiose zwischen Pflanzen und Mykorrhizapilzen betrifft etwa 90% der Landpflanzen, insbesondere die Verbindung mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF) ist für Nutzpflanzen interessant. AMF verbessern nicht nur die Nährstoffaufnahme der Pflanzen, sondern auch den Wasserstatus, besonders in trockenen Böden, weshalb Pflanzen in Symbiose ein geringeres negatives Blattwasserpotential und eine längere Wasseraufnahme im Vergleich zu Pflanzen ohne Pilzpartner aufweisen. Angesichts dieses Vorwissens wurden zwei Hypothesen aufgestellt:

• H1: Die Anwesenheit von arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF) beeinflusst die Wasseraufnahme der Pflanzenwurzeln, was zu einer erhöhten Wasseraufnahme durch die Wurzeln führt und somit das Blattwasserpotential der Pflanzen positiv beeinflusst. (Anna Dürringer)
• H2: Die Symbiose zwischen Pflanzen und AMF verändert die bodenhydraulischen Eigenschaften, indem sie die Wasserrückhaltung und die hydraulische Leitfähigkeit im Boden verbessert, was zu einer erhöhten Verfügbarkeit von Wasser für die Pflanzen führt. (Ilvy Steinlein)

Um diese Hypothesen zu testen, wurde ein Experiment mit Sorghum-Pflanzen unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt, in dem repräsentative Sorghum-Pflanzen der gleichen Sorte ausgewählt und in zwei Gruppen unterteilt wurden. Eine Gruppe wurde in sterilisierte Erde ohne AMF-Sporen gepflanzt, während die andere Gruppe in sterilisierte Erde mit AMF-Sporen gepflanzt wurde. In der Klimakammer wurden so vergleichbare Wachstumsbedingungen für Pflanzen mit und ohne AMF-Symbiose sichergestellt. Das Experiment beinhaltet eine Trockenphase, während der die Blattwasserpotentiale und Blattflächen gemessen wurden. Nach dem Experiment werden die Wurzelkolonisierungsraten durch AMF mithilfe von Kaliumhydroxid (KOH) und anschließender Wurzelfärbung mit einer Tinten-Essig-Lösung bewertet. Zusätzlich werden die bodenhydraulischen Eigenschaften für beide Bodenbehandlungen untersucht und dabei Hyprop- und WP4C-Messungen verwendet, um mögliche Veränderungen in den bodenhydraulischen Parametern zu identifizieren.

Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln eine große Herausforderung. Während Wasserknappheit und Bodendegradierung bereits jetzt den Ertrag beeinflussen, werden in Zukunft auch die Erweiterung der Agrarflächen in weniger fruchtbare Regionen der Erde und der Klimawandel dieses Problem verschärfen. Die Rhizosphäre als Schnittstelle zwischen Boden und Pflanzenwurzeln stellt durch ihre Anreicherung mit verschiedenen chemischen Verbindungen wie zum Beispiel Mucilage eine besondere Umgebung dar. Mucilage ist eine gelartige Substanz, welche von den Wurzelspitzen abgegeben wird und viele positive Eigenschaften besitzt.

• Die Hypothese ist, dass Wurzelexsudate das Porenvolumen des Bodens verändern und somit die bodenhydraulischen Eigenschaften, den verfügbaren Wassergehalt und Kontakt der Wurzel mit der Bodenmatrix verbessern.

Um möglichen Wasserstress abzuschätzen, werden zwei unterschiedliche Böden (lehmig und sandig) mit verschiedenen Konzentrationen von Mucilage auf Eigenschaften beim Austrocknen untersucht. Dazu werden Messinstrumente wie HYPROP und WP4C verwendet. Der Boden wird mit unterschiedlichen Konzentrationen von gefriergetrockneter Mais-Mucilage versetzt.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) occur ubiquitously in terrestrial and aquatic ecosystems all around the world and are a group of chemicals among the so called “persistent organic pollutants” (POPs). PAHs comprise several hundred chemically related compounds and some of them are known to have toxic, mutagenic, and carcinogenic effects on humans and other living organisms Although PAHs are considered to be very poorly soluble in water, there appears to be transport of molecules in soil that allow them to be distributed, clog pores, or accumulate at the soil plant interface. Especially for high molecular weight PAHs, colloidal and particulate transport is assumed to be an important process. Little is known about the exact transport processes in soil and whether plants can influence this transport by suction

Hypotheses

• H1: PAHs bind to soil particles and can thus be transported in the soil despite their low water solubility.
• H2: Plants influence the distribution of the particle bound PAHs in the soil through their water uptake at the roots, which leads to the accumulation of these particles in the rhizosphere.

Methods

To test the first hypothesis an experiment is to be carried out with undisturbed soil columns without plants. An irrigation head with needles will be used to supply water to the columns, which will also contain any tracers and particles. Three steps are planned: i nvisible tracer (e.g., chloride) chloride), p articles + PAH s, inv isible and visible tracer (brilliant blue) blue). For each step, the drainage at the bottom of the column will be collected and analysed, and at the end the distribution of the particle bound PAHs in the column will be investigated. To test the second hypothesis, undisturbed soil columns with maize plants are to be used. Again, particle bound PAHs will be supplied via the irrigation system; then drying and rewetting phases will follow. The drainage will be collected and analysed and the distribution of particle bo und PAHs around the root will be studied.