Pflanzen sind in der Lage, während sie wachsen, ihre physische Form zu ändern, indem sie ihre Wachstumsmuster und Physiologie als Reaktion auf Umweltbedingungen verändern. Es ist kompliziert, die Auswirkungen der Umwelt auf die Pflanzenform vollständig zu verstehen, da sich häufig mehrere Merkmale ändern, was dazu führt, dass Reaktionen auf komplexe Weise miteinander interagieren. Ein wichtiges Beispiel dafür sind Pflanzen Reaktionen auf Beschattung B. durch eine Überdachung, die sowohl eine Reduzierung der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) als auch eine Reduzierung des Verhältnisses von rotem zu dunkelrotem Licht (R:FR) umfasst. Diese beiden Faktoren treten gleichzeitig, aber je nach Grad der Beschattung unterschiedlich stark auf und lösen bei Pflanzen unterschiedliche Reaktionen aus. Im Großen und Ganzen führt eine reduzierte PAR zu Veränderungen in der Blattphotosynthese und -atmung, während eine reduzierte R:FR zu Veränderungen in der Pflanzenarchitektur führt, obwohl es bisher schwierig war, diese Phänomene separat zu analysieren, um sie vollständig zu verstehen.

In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in Annals of Botany, versuchten Ningyi Zhang und Kollegen modellieren und separat quantifizieren Sie die Reaktionen verholzter mehrjähriger Rosen auf die Beschattung des Blätterdachs. Die Forscher führten zunächst ein Gewächshausexperiment mit unterschiedlichen Lichtbehandlungen durch und nutzten dies dann als Grundlage für die Erstellung eines funktionell-strukturellen Pflanzenmodells, mit dem die Beschattungsreaktionen individuell bewertet werden konnten.

Unter leichter Beschattung hatte die Reaktion auf reduziertes R:FR den größeren Effekt, während unter stärkerer Beschattung die Reaktionen auf reduziertes PAR dominant wurden. Die Modellierung ergab, dass die gesamte Beschattungsreaktion nicht einfach die Summe dieser beiden Teile war, was auf Wechselwirkungen zwischen einzelnen Komponenten der Reaktion der Pflanze hindeutet, ein Gleichgewicht, das sich mit dem Grad der Beschattung verschiebt. „In den frühen Stadien der Kronenentwicklung könnten Pflanzen sofort signifikante Reduzierungen von R:FR erfahren, wenn die Reduzierungen von PAR noch nicht vorhanden oder relativ gering sind“, schreiben die Autoren. „Daher wird ein niedriges R:FR weithin als Frühwarnsignal für Pflanzen in Bezug auf die Nähe von Nachbarn angesehen, und die darauf folgenden Schattenvermeidungsreaktionen sollen die Pflanzenleistung verbessern, indem sie verhindern, dass Pflanzen beschattet werden.“

Die Autoren weisen darauf hin, dass ihre Modellierung nur die spezifische Situation der Verschattung durch Überdachungen anspricht, wie beispielsweise in einem Unterholz- oder Agroforstsystem. Pflanzen erfahren auch häufig Schatten durch Nachbarn gleicher Höhe, ein Szenario, das in dieser Arbeit nicht untersucht wurde. „In diesen Situationen können Reaktionen auf niedriges R:FR relativ wichtiger sein als die auf niedrigen PAR. Wir haben diese Situationen nicht simuliert, weil unser Experiment es uns nicht erlaubte, vernünftige Annahmen zu treffen, um zuverlässige virtuelle Phänotypen in überfüllten Populationen zu erstellen. In Kombination mit geeigneten Experimenten könnte der in unserer Studie vorgestellte Modellierungsansatz jedoch auch diese Situationen berücksichtigen.“