Der Turgor-Druck innerhalb einer Pflanzenzelle stellt den Schlüssel zur mechanistischen Beschreibung des Pflanzenwachstums dar, indem er die Wirkung von Wasser- und Kohlenstoffverfügbarkeit kombiniert. Das hohe Maß an räumlich-zeitlicher Variation und Tagesdynamik des Turgordrucks innerhalb einer einzelnen Pflanze macht es zu einer Herausforderung, diese auf der feinen räumlichen Skala zu modellieren, die für funktional-strukturelle Pflanzenmodelle (FSPMs) erforderlich ist. Ein konzeptionelles Modell für Turgor-getriebenes Wachstum in FSPMs war zuvor erstellt worden, aber seine praktische Anwendung wurde noch nicht untersucht.

Jonas Coussement und Kollegen aufgenommen ein Turgor-getriebenes Wachstumsmodell in einem neu eingerichteten FSPM für Sojabohnen. Das FSPM simuliert die Dynamik von Photosynthese, Transpiration und Turgordruck in direktem Zusammenhang mit dem Pflanzenwachstum. Vergleiche von Simulationen mit Felddaten wurden verwendet, um das Potenzial und die Mängel des Modellierungsansatzes zu bewerten.

Schematischer Aufbau des vollständigen, turgorgetriebenen Wachstums-FSPM einschließlich aller Wechselwirkungen und Einflüsse innerhalb des Modells. Quelle Coussement et al. 2020.

„Implementieren“ das konzeptionelle Turgor-getriebene Wachstumsmodell in das Sojabohnen-FSPM war relativ einfach, da das konzeptionelle Modell von Natur aus in der Lage war, mit der zusätzlichen Komplexität von Verzweigungsstrukturen umzugehen“, schreiben Coussement und Kollegen. „In ähnlicher Weise war die Integration von Transpiration und Photosynthese (P-SC-T-Modell) auf der Grundlage einer realistischen Lichtmodellierung aus Programmiersicht einfach eine Frage des Ersetzens der theoretischen Eingaben, die im konzeptionellen Modell von verwendet wurden Cousement et al."

„Insgesamt hat die Einführung von turgorgetriebenem Wachstum in einem FSPM das Potenzial, als Werkzeug verwendet zu werden, um die Leistung des Pflanzenwachstums in Bezug auf die internen Pflanzeneigenschaften und ihre Reaktion auf Umweltauslöser besser zu verstehen. Die Verwendung dieses Tools in Kombination mit Daten aus zukünftigen Experimenten, die sich speziell auf das Wasserdefizit konzentrieren, um einen Einblick in die simulierte Modelldynamik wie Saftfluss oder Schwankungen des Stammdurchmessers zu erhalten, kann die Notwendigkeit einiger derzeit eingeführter Modellvereinfachungen verringern. Dies wird der nächste grundlegende Schritt sein, bevor ein FSPM als Vorhersagemodell zur Bewertung des Pflanzenwachstums unter einer Vielzahl von Bedingungen wie Dürre eingesetzt werden kann.“