Laufende Projekte
Abgeschlossene Projekte
 
Effizienzsteigerung der Züchtung schnellwachsender Baumarten über Chlorophyll-Fluoreszensmessung als prädiagnostischer Leistungsparameter

(Abkürzung: CF-Projekt)

Kurzbeschreibung: Im CF-Projekt soll der Zusammenhang zwischen Ertrag, Morphologie und Physiologie durch die Gegenüberstellung von Zuwachs und photosynthetischer Leistungsfähigkeit erarbeitet werden. Auf einer hoch standardisierten Fläche werden Pappel- und Weiden-Arten sowie -Hybriden aus Zuchtpopulationen und Naturbeständen klonal (Steckhölzer) vermehrt und in einem Blockversuch abgesteckt und daraufhin  in den Parametern Photo-Effizienz, Chlorophyllgehalt, Blattfläche, Zuwachsraten, Nutzung der Photoperiode, Biomasse und Wuchsmuster analysiert. Ziel dieser Untersuchungen ist die Erstellung von art- und klonspezifischen Wachstumsmodellen, welche einen Zusammenhang zwischen Wasser- und Licht-Nutzungseffizienz bezogen auf die produzierte Biomasse abbilden. Über drei Vegetationsperioden werden Pappel- und Weidenneuzüchtungen, die auf verschiedenen Prüfflächen des Projekts "FastWOOD" angelegt wurden, in ihrer absoluten photosynthetischen Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit von Solarstrahlung, Temperatur und Standort untersucht. Die gemessenen Daten werden zunächst genutzt, um die physiologische Leistungsgrenze zu definieren und später das Energieverteilungsmuster der zugrunde liegenden genotypischen Wachstumsstrategien zu kalibrieren. Es besteht eine deutliche Abhängigkeit zwischen den Standortbedingungen (Boden und Klima) zu den dort erzielten Erträgen. Wir testen die photosynthetische Leistungsfähigkeit der fünf Pappel- und Weidenklone, die im Projekt "ProLoc" auf deutschlandweit verteilten Prüfflächen angebaut werden, um die Klon-Standort-Wechselwirkung zu prüfen. Die fünf ProLoc-Prüfklone werden weiterhin zusammen mit ausgewählten Pappel- und Weidenklonen aus der Züchtung im Klimaschrank durch Kübelversuche unter definierten Bedingungen (Temperatur, Boden und Strahlung) in den genannten Parametern auch unter Trocken- und Nährstoffstress analysiert. Anhand ausgewählter Kreuzungspopulationen, die durch die Züchtung von FastWOOD bereitgestellt wurden, werden die in den bereits beschriebenen Arbeitspaketen entwickelten Leistungsindizes der Photosynthese genutzt, um als prädiagnostische Werkzeuge die potentielle Leistungsfähigkeit von Sämlingen im späteren Anbau zu prognostizieren. Die daraus zu schließenden Selektionskriterien sollen maßgeblich die Züchtungseffizienz von Pappeln und Weiden, aber auch anderer Gehölze, erhöhen.

Zusammenstellung von Leistungs- und Stress-Indizes, welche auf Grundlage der gemessenen Fluoreszenz berechnet werden können und im CF-Projekt weiter entwickelt werden. Abgebildet ist der physiologische Zustand von 4 Pappel und 4 Weidenklonen auf einer Versuchsfläche in Hann. Münden. Je Klon wurden 24 Pflanzen durch 8 Messpunkte (Messclips) innerhalb von 2 Stunden analysiert.

In unserem Projekt wird eine weiterentwickelte biophysikalische Methode auf Basis von CF-Emissionen zur schnellen Erfassung von Leistungsparametern der Photosynthese eingesetzt. Eine Einzelmessung dauert dabei nur eine Sekunde. Innerhalb kürzester Zeit sind dadurch größere Pflanzenbestände erfassbar. Im Gegensatz zu den herkömmlichen CF-Messgeräten, bei denen nur ein einziger verwertbarer Parameter und dessen abgeleitete Parameter je Messvorgang berechnet werden, sind mit dem hier verwendeten feldtauglichen CF-Messgerät „Pocket PEA, Hansatech GB“ mehr als 30 verschiedene Parameter erfassbar. Da pro Einzelmessung 120-140 Messpunkte aufgezeichnet werden (im Gegensatz zu zwei Messpunkten mit der veralteten Methodik), ist eine viel tiefgreifendere Analyse der biophysikalischen Abläufe durch Verrechnung innerhalb neuester Formeln, wie Sie auch schon in der Grundlagenschrift von Strasser et al. 2008 erfolgreich beschrieben und angewandt wurden, möglich. Diese zusätzlichen Informationen über die Gesamtheit aller Photo-Systeme und der dazu gehörigen Elektronen-Transportwege, deren Kapazität und Effizienz, liefern eine sehr genaue Abschätzung des Zustandes und der Photosynthese-Leistung der Pflanzen in Bezug zu ihrer Umwelt und ihres Genotyps.

Hintergrundinformation: Die Neuzüchtung von Gehölzen erfordert wegen des wesentlich längeren Generationswechsels deutlich mehr Zeit als die der Züchtung von herkömmlichen Feld- und Ackerkulturarten. Zudem zeigen die Nachkommen aus Saatgut ausgewählter Herkunft oder  gezielter Kreuzungen ihre Qualitäten wiederum erst nach mehrjährigen Feldprüfungen. Über die Messung der Fluoreszenz des Blattgrüns ist es möglich, Aussagen zur Leistungskapazität und Effizienz der Photo-Systeme eines pflanzlichen Organismus zu treffen. Die in den Photo-Systemen stattfindende Transformation von Lichtenergie in stoffliche Energie ist der grundlegende physiologische Vorgang zur Energiegewinnung aller Pflanzen und demzufolge der maßgebende Engpass für die Ausprägung der Leistung des jeweiligen Genotyps unter den gegebenen Umweltbedingungen. Pappeln und Weiden als schnellwachsende Gehölze sind gekennzeichnet durch ihre klonale Vermehrbarkeit und der im Pflanzenreich unerreichbar hohen photosynthetischen Leistungsfähigkeit. Sie eignen sich durch diese Eigenschaften hervorragend als Modellorganismen und dienen deshalb auch in der Forstgenetik als molekularer Standard.

 

Laufzeit: Januar 2015 bis Dezember 2017 (verlängert bis April 2018)

Beteiligte Abteilung: Waldgenressourcen

Antragsteller der NW-FVA: Dr. Alwin Janßen

Förderung: Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV)

Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)

Kontakt: steffen.fehrenz@nw-fva.de