Eine wachsende Weltbevölkerung und eine Verschiebung der Ernährungspräferenzen hin zu pflanzlichen Lebensmitteln bedeuten, dass die Pflanzenproduktion in den kommenden Jahrzehnten stark zunehmen muss. Pflanzenwachstum und -ertrag werden letztlich durch die Kohlenhydratversorgung durch die Photosynthese der Baumkronen begrenzt. Bemühungen zur Verbesserung der Photosynthese von Feldfrüchten konzentrieren sich oft auf die Erhöhung der Photosyntheserate der Blätter pro zugeführter Einheit, hauptsächlich Wasser, Licht und Stickstoff. Die Photosynthese im gesamten Kronendach hängt jedoch nicht nur von der Rate pro Eingabeeinheit ab, sondern auch von den Beiträgen der Blätter mit stark variierenden Lichtverhältnissen und Stickstoffgehalten. Obwohl die optimale Stickstoffinvestition ungefähr proportional dazu sein sollte, wie viel Licht jedes Blatt erhält, investieren Pflanzen tendenziell zu wenig in sonnenbeschienene Blätter im oberen Kronendach und zu viel in untere, schattigere Blätter. Dies kann eine Gelegenheit zur Verbesserung der Ernte darstellen. Simulationen deuten darauf hin, dass der Kohlenstoffgewinn der Überdachung ohne zusätzliche Eingaben erhöht werden könnte, wenn die Überdachungsprofile der Photosynthese angepasst würden, um den theoretischen Optima zu entsprechen. Dennoch ist wenig über die vererbbare Variabilität in der Optimalität der photosynthetischen Ressourcenverteilung über Genotypen von Nutzpflanzenarten bekannt.
In unserer neu erschienenen Studie in AoBP, Wir untersuchten zum ersten Mal, ob sich die Suboptimalität innerhalb einer Kulturart unterscheidet, indem wir die Lichtaufnahme- und Photosynthesekapazität in Fahnen- und vorletzten Blättern von 160 auf dem Feld angebauten Weizengenotypen maßen. Dies wurde mit maßgefertigten Lichtsensoren, PARbars und einem photosynthetischen Gasaustauschsystem mit „hohem Durchsatz“ und acht Blattkammern, OCTOflux, erreicht. Mit diesen Tools fanden wir große Unterschiede in der Optimalität der photosynthetischen Stickstoffverteilung in der Bevölkerung. Dies wurde hauptsächlich durch die Variation in der Fähigkeit einer Pflanze verursacht, N vom vorletzten zu den Fahnenblättern zu bewegen, während sich das Blätterdach entwickelt. Eine vorläufige genomweite Assoziationsanalyse identifizierte neun starke Marker-Merkmals-Assoziationen mit diesem Merkmal, die in zukünftigen Arbeiten in anderen Umgebungen und/oder Pflanzenmaterialien validiert werden sollten. Wir sind der Meinung, dass die Auswahl einer weniger suboptimalen Stickstoffverteilung in Pflanzenzüchtungsprogrammen die Photosynthese des Blätterdachs (in unseren Simulationen um bis zu 5 %) und damit das Ernteertragspotenzial steigern könnte. Unsere Ergebnisse unterstützen auch die jüngsten Beweise dafür, dass Bemühungen zur Verbesserung der Photosynthese von Nutzpflanzen über das Fahnenblatt hinausblicken und die Heterogenität innerhalb des Blätterdachs berücksichtigen müssen.
Forscher-Highlight
William (Tam) Salter wuchs in Schottland auf und erwarb 2011 einen BSc in Ecological Science an der University of Edinburgh. Er zog 2012 nach Australien, um an der University of Sydney in Pflanzenökophysiologie zu promovieren. Tam wurde 2016 als Postdoc in ein internationales Wheat Yield Partnership-Projekt mit A/Prof. Tom Buckley berufen und hat derzeit eine Postdoktorandenstelle bei Prof. Margaret Barbour an der School of Life and Environmental Sciences und dem Sydney Institute of Agriculture an der Universität inne von Sydney. Er ist Social Media Editor für AoBP und genoss die Gelegenheit, endlich über seine eigene Arbeit für Botany One zu schreiben.
Tam ist ein Pflanzenökophysiologe, der daran interessiert ist, phänotypische Pflanzenmerkmale zu identifizieren, die für die zukünftige Ernährungssicherheit und die Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen unter dem Klimawandel nützlich sein könnten. Er hat sowohl mit einheimischen australischen Pflanzen als auch mit wichtigen Nutzpflanzenarten gearbeitet. Er interessiert sich auch für die Entwicklung neuer wissenschaftlicher Werkzeuge und Techniken, um Pflanzenmerkmale zu verstehen, die in der Vergangenheit nicht untersucht wurden.
