BZH Halbzwerghybriden haben in einem sehr frühen Stadium der Pflanzenentwicklung ein reduziertes Wurzelsystem, laut einem neuen Artikel in Annals of Botany. Die Pflanzen haben die Fähigkeit, den Stickstoff effizienter zu nutzen, da die Halbzwergpflanze unter N-armen Bedingungen das Sprosswachstum reduziert, um das Wurzel-Spross-Verhältnis zu verbessern, während eine normale Pflanze das Wurzelwachstum erhöhen würde. „Das schlagen wir vor BZH Halbzwerge waren nicht nur N-effizienter als normale Arten bei N-Knappheit aufgrund eines höheren Ernteindex, sondern auch aufgrund eines höheren Wurzel-Spross-Verhältnisses“, schreiben Antke Schierholt und Kollegen in ihrer Arbeit. „Die höhere Wurzelbiomasse (Wurzel-EC) der normalen Arten wird wahrscheinlich bei niedrigem N benötigt, um die Biomasse und den Ertrag aufrechtzuerhalten, während die Halbzwerghybriden weniger Biomasse erhalten müssen.“

Wurzelwachstum in vitro Experiment. Fünf Sämlinge pro Genotyp wurden unter kontrollierten Bedingungen in 12 × 12-cm-Petrischalen gezüchtet. Quelle: Schierholt et al. 2019.

Ironischerweise werden Zwerggene bei vielen Arten verwendet, bei denen Landwirte den Ertrag steigern wollen. Dies geschieht, um das Lagern zu reduzieren, wo sich der Stängel der Pflanze biegt, was die Ernte erschwert. Während die Auswirkungen der Zwergwuchsbildung an den Trieben leicht zu erkennen sind, ist es an anderer Stelle schwieriger, die Auswirkungen zu erkennen. „Da Wurzeln versteckt im Boden wachsen, sind sie im Feld sehr schwer zu charakterisieren. Wurzelbiomasse und Wurzelverteilung im Bodenprofil können destruktiv oder nicht-destruktiv in verschiedenen künstlichen Umgebungen abgeschätzt werden in vitro Gelplatten zu Rhizotronen, wie überprüft von Fiorani und Schürr (2013). Die präziseren Techniken sind jedoch sehr arbeitsaufwändig und teuer und werden daher nicht in der Pflanzenzüchtung angewendet, wo zerstörungsfreie Methoden für eine große Anzahl von Genotypen im Feld erforderlich sind“, sagten Schierholt und Kollegen in ihrer Veröffentlichung.

Elektrische Wurzelkapazitätsmessungen im Feld. Die Pflanzenelektrode wurde mit einer Klemme ca. 2 cm über dem Boden am Hypokotyl der Rapspflanze befestigt und die Erdelektrode ca. 40cm tief in den Boden. Quelle: Schierholt et al. 2019.

Um dieses Problem zu umgehen, wandte sich das Team der elektrischen Wurzelkapazität zu. Dieser Ansatz betrachtet Wurzeln als Leckkondensatoren, so dass die Untersuchung des elektrischen Flusses durch den Boden zeigen kann, wie sich die pflanzliche Biomasse unter der Erde verändert, ohne die Pflanze ausgraben zu müssen. Diese Technik zeigte die überraschend niedrige Wurzelbiomasse der Halbzwerghybriden.

„Wir schließen daraus, dass die entgegengesetzte Wurzelwachstumsreaktion der BZH Halbzwerg- und Normaltyp unter N-Mangel trägt zur höheren N-Effizienz von Halbzwerg-Genotypen aufgrund einer besseren ökonomischen Nutzung von N und Assimilaten bei. Allerdings ist die Wirkung der BZH Das Gen auf dem Wurzelsystem ist komplex und könnte durch ein feineres Wurzelsystem, veränderte Seitenwurzeln, Veränderungen in der Pfahlwurzelbiomasse oder andere Verschiebungen in der Wurzelarchitektur erklärt werden“, sagten Schierholt und Kollegen in ihrer Arbeit, obwohl sie ihre Ergebnisse warnen Einschränkungen.

„Die anfängliche Frage, ob Wurzel-EC die höhere N-Effizienz von erklären kann BZH Halbzwerge kann anhand der vorliegenden Daten nicht abschließend beantwortet werden. Folglich wären eine Analyse der Wurzelarchitektur von Halbzwerg- und Normaltyp-Hybriden sowie eine Analyse der molekularen und physiologischen Pflanzenreaktionen erforderlich, um die Unterschiede in der N-Effizienz zwischen den Wachstumstypen vollständig zu erklären.“