Höhere Ernteerträge werden benötigt, um die wachsende Weltbevölkerung zu erhalten.

Die zusätzliche Anwendung von Stickstoff (N), der ein Hauptbestandteil von essentiellen Proteinen und Enzymen ist, die an wichtigen Stoffwechselprozessen der Pflanze beteiligt sind, kann die Erträge steigern. Es ist jedoch wichtig zu bestimmen, wie viel N notwendig ist, um den Ertrag zu verbessern – hohe N-Gehalte verbessern nicht unbedingt den Ertrag (Kropf et al., 1993; Murchi et al., 2009; Peng et al., 2010). Außerdem ist Düngemittel für Landwirte teuer und ein übermäßiger Gebrauch kann zu umweltschädlichem Abfluss führen.

Nicht nur die N-Verfügbarkeit wirkt sich aus Photosynthese auf Blattebene, wirkt es sich auch auf die Pflanzenarchitektur wie Blattwinkel, Anzahl der Triebe und Blattflächenindex (LAI; Blattfläche pro Einheitsgrundfläche) aus. Auf der Überdachungsebene können diese Änderungen die Lichtverteilung und damit die Produktivität beeinträchtigen.

In einem neuen Papier veröffentlicht in in silico Asphaltmischanlagen, Professor Erik Murchie von der University of Nottingham und seine Koautoren verwendeten Computermodelle, um den Einfluss von Stickstoff auf die Architektur von Reis besser zu verstehen.

„Die Struktur des Kronendachs beeinflusst die Lichtverhältnisse, denen die Pflanzen ausgesetzt sind. Um den Einfluss von Stickstoff auf die Pflanzenstruktur zu untersuchen und die Ernteproduktivität im gesamten Kronendach abzuschätzen, haben wir einen neuen Ansatz mit 3D-Modellierung gewählt. Es ist nicht praktikabel, einige der komplexeren Parameter, wie beispielsweise den Blattwinkel, manuell zu erfassen“, erklärt Murchie.

Zuerst führten die Forscher Versuche durch, bei denen drei Reislinien (zwei malaysische und eine ertragreiche Indica-Sorte) entweder einen N-Mangel aufwiesen oder einen N-Überschuss erhielten. Sie maßen manuell die Photosynthese auf Blattebene, den Stickstoffgehalt der Blätter und die Grünheit (ein Indikator für den Chlorophyllgehalt). , Bestockungszahl, Blattfläche und Pflanzenhöhe während der gesamten Entwicklung. Alle 2 Wochen wurden ausgewählte Pflanzen abgebildet und in 3D rekonstruiert. Aus diesen Daten konnten sie rechnen.

Die einzelnen Pflanzenrekonstruktionen wurden dann verwendet, um eine ganze Pflanzenkrone zu rekonstruieren. Aus den rekonstruierten Baumkronen konnten die Forscher die Lichtverteilung durch die Baumkronen, die Photosynthese der Baumkronen und den Kohlenstoffgehalt der Baumkronen modellieren.

Die Autoren fanden heraus, dass zwar N die Photosyntheserate der Blätter in diesem Fall nicht beeinflusste, aber Veränderungen in der Baumkronenarchitektur, die durch viel N verursacht wurden, wie erhöhte Biomasse und veränderte Architektur, zu einem höheren Samenertrag bei den malaysischen Sorten führten. Die Indica-Sorte reagierte nicht auf N in Bezug auf Biomasse oder Ertrag.

Diese Arbeit zeigt, dass es Potenzial gibt, den Reisertrag durch Manipulation der Baumkronenarchitektur zu erhöhen, um die Lichtverteilung über die Baumkronen zu verbessern.