Rhizo4Bio (Phase 1): RhizoWheat - Rhizosphärenprozesse und Ertragsdepressionen in Weizenfruchtfolgen - TP B (FZJ)

Abstract

Im Verbundprojekt wurde der Komplex der wurzelbedingten Ertragsminderung von Weizen in Selbstfolge untersucht. Der Ertragsabfall von Weizen in Selbstfolge wurde häufig ausschließlich dem Erreger Gaeumannomyces graminis var. tritici (Ggt) zugeschrieben. Ergebnisse vor Beginn des Vorhabens zeigten jedoch, dass eine vergleichsweise breite Verschiebung des Rhizosphärenmikrobioms als Folge unterschiedlicher Vorfrüchte in Weizen zu beobachten ist. Die primären Ziele des Verbundprojektes lagen in der Aufklärung und Quantifizierung der Schlüsselprozesse, welche zum Ertragsabfall von Weizen in Selbstfolge beitragen, wobei der Fokus auf den Rhizosphärenprozessen lag. Methodisch werden unterschiedliche, komplementäre Ansätze auf unterschiedlichen Skalenebenen kombiniert. Das Zielsystem wurde sowohl in existierenden Langzeit-Feldversuchen als auch in Rhizobox/Container-Versuchen mit Methoden untersucht, die von DNA/RNA-Profiling der Rhizosphäre über die Untersuchung und Modellierung von Stoffflüssen und -umsetzungen in der Rhizosphäre bis zur Fernerkundung reichen. Hierdurch konnten vertiefte Kenntnisse über die komplexen Wechselwirkungen der biologischen, biogeochemischen und physikalischen Prozesse gewonnen werden, die das Ertragsminderungssyndrom in Selbstfolge von Weizen verursachen. Mechanistische, mathematische Simulationsmodelle unterschiedlicher Komplexität wurden in einem Modellverbund genutzt, um die Prozesskenntnisse zu integrieren und zur quantitativen Extrapolation im Hinblick auf Ertragseffekte und deren Wechselwirkung mit den Umweltbedingungen zu nutzen. Perspektivisch können aus dem im Projekt gewonnenen Verständnis agronomische oder züchterische Ansätze entwickelt werden, diesen Ertragsverlust zumindest teilweise zu vermeiden. Hierbei ist z.B. an die Selektion toleranterer Genotypen oder die gezielte Beeinflussung des Rhizosphärenmikrobioms zu denken. Datei-Upload durch TIB In the joint project, the complex of root-induced yield reduction of wheat in self-succession was investigated. The yield decline of wheat in self-succession was often attributed exclusively to the pathogen Gaeumannomyces graminis var. tritici (Ggt). However, results before the start of the project showed that a comparatively broad shift of the rhizosphere microbiome can be observed as a consequence of different preceding crops in wheat. The primary objectives of the joint project were to elucidate and quantify the key processes that contribute to yield loss in self-sown wheat, with a focus on rhizosphere processes. Methodologically, different complementary approaches are combined at different scale levels. The target system was investigated in existing long-term field experiments as well as in rhizobox/container experiments using methods ranging from DNA/RNA profiling of the rhizosphere to the investigation and modeling of material fluxes and transformations in the rhizosphere and remote sensing. This has provided in-depth knowledge of the complex interactions between the biological, biogeochemical and physical processes that cause the yield reduction syndrome in self-sequencing wheat. Mechanistic simulation models of varying complexity were used in a model network to integrate the process knowledge and to use it for quantitative extrapolation with regard to yield effects and their interaction with environmental conditions. In the future, the understanding gained in the project can be used to develop agronomic or breeding approaches to at least partially avoid this yield loss. This could include, for example, the selection of more tolerant genotypes or the targeted influencing of the rhizosphere microbiome