TY - THES T1 - Analyse von Wachstum und Qualität von Weizen unter ansteigender CO2 Konzentration als Folge des Klimawandels A1 - Dier,Markus Y1 - 2020/10/13 N2 - Die atmosphärische CO2-Konzentration wird in Zukunft voraussichtlich auf 500–620 ppm ansteigen. Während für Weizen Ertragssteigerungen erwartet werden, könnte unter einer solchen erhöhten atmosphärischen CO2-Konzentration (e[CO2]) die N-Konzentration im Gewebe um etwa 9 % abnehmen. Dies könnte die Ernährungssicherheit gefährden. In vorherigen Studien war die Reduktion der Korn-N-Konzentration eng mit der Reduktion von Gluten-Proteinen verbunden, was zudem eine verminderte Backqualität unter e[CO2] vermuten lässt. Die Mechanismen einer Reduktion der N-Konzentration sind unklar und die Anzahl an FACE-Versuchen mit Untersuchung von CO2 x N-Interaktionen auf die Bildung von Ertrag- und Qualität bei Winterweizen ist gering. Das erste Hauptziel dieser Arbeit war die Analyse der Reduktion der Korn-N-Konzentration unter e[CO2]-Bedingungen im Rahmen eines zweijährigen FACE-Versuchs mit variierenden N-Stufen (35–320 kg N ha-1) und verschiedenen N-Formen (NO3- und NH4+). Der Fokus lag auf Schlüsselprozesse der Korn-N-Aneignung, bei denen es sich um NO3--Assimilation, N-Remobilisierung und postanthetische N-Aufnahme handelt. Zugrundeliegende Hypothese waren: (i) e[CO2] hemmt die NO3--Assimilation, (ii) e[CO2] reduziert die N-Remobilisierung (Nrem) durch Reduktion der N-Konzentration im Wachstumsstadium der Anthese und (iii) e[CO2] reduziert die postanthetische N-Aufnahme (Nabs) durch Beschleunigung der Seneszenz oder Hemmung der NO3--Assimilation. Das zweite Hauptziel war die kombinierte Analyse der e[CO2]-Wirkung auf das Korn-Proteom und auf die Backqualität. Hier war die Hypothese, dass e[CO2] Gluten-Proteine beeinträchtigt und dadurch die Backqualität verringert. e[CO2] steigerte den Kornertrag in allen N-Stufen um 10 – 17 %, was hauptsächlich auf der Steigerung der Kornzahl pro m2 Bodenfläche basierte. Dies war auf eine Zunahme der Strahlungsnutzungseffizienz zurückzuführen (Kapitel 2). Jedoch waren diese Steigerungen bei N-Mangel signifikant geringer. Die Gründe hierfür waren eine Reduktion der Photosynthesekapazität durch e[CO2] und eine Senken-Limitierung des Kornertrags durch N-Mangel während des Ährenwachstums. Die Reduktion der Photosynthesekapazität ließ sich auf die Reduktion der Blatt-N-Konzentration durch e[CO2] ungeachtet des grünen Blattflächenindexes bei N-Mangel zurückführen. Ein Hinweis für eine Senken-Limitierung des Kornertrags war die Reduktion des Ernteindex durch e[CO2] aufgrund einer starken Steigerung der Halm- aber einer geringfügigeren Steigerung der Ährenbiomasse durch e[CO2]. Der Korn-N-Ertrag wurde durch e[CO2] in allen N-Stufen gesteigert was auf Steigerungen der Nrem, Effizienz der Nrem und Nabs basierte (Kapitel 3). Dies widerlegt die Hypothesen einer Reduktion der Nrem und Nabs durch e[CO2]. Es gab eine starke lineare Beziehung zwischen dem Korn-N-Ertrag und der Kornzahl, die durch e[CO2] nicht beeinflusst wurde. Die Korn-N-Konzentration war in allen N-Stufen unter e[CO2] geringfügig reduziert (1–6 %), wobei diese bei N-Mangel lediglich um 1 % verringert war. Der Hauptgrund für diese Verminderung war ein Verdünnungseffekt durch eine Steigerung des Einzelkorngewichts durch e[CO2]. Ein weiterer Grund war eine stärkere Steigerung der Kornzahl als des vegetativen N-Ertrags zur Anthese durch e[CO2], was eine Reduktion der N-Quelle relativ zur N-Senke durch e[CO2] bedeutet. Eine Reduktion der NO3--Assimilation durch e[CO2] konnte nicht festgestellt werden (Kapitel 4). Die Hinweise dafür sind: keine Hemmung der Blatt Nitratreduktase-Aktivität durch e[CO2] bei geringen (17 °C) und hohen (28 °C) Temperaturen und keine stärkere Steigerung von Wachstum und N-Aneignung durch e[CO2] bei NH4+ - verglichen mit NO3- betonter Düngung. Die Reduktion der Korn-N-Konzentration durch e[CO2] war in allen N-Stufen mit einer geringfügigen Reduktion der Albumin/Globulin- und Gluten-Konzentration verbunden (Kapitel 5). Bei optimaler N-Versorgung ergab e[CO2] eine Veränderung des Korn-Proteoms mit insgesamt 19 reduzierten und 17 erhöhten Proteinspots. In 15 der 16 identifizierten verminderten Proteinspots wurden Globuline, aber keine Gluten-Proteine festgestellt. Entsprechend gab es in allen N-Stufen unter e[CO2] keine Verminderung der Backqualität. Zusammengefasst, waren unter e[CO2] die Korn-N-Erträge aufgrund der Zunahme von Nrem und Nabs gesteigert. Die Kornzahl war hierfür die treibende Kraft. Die N-Konzentration war unter e[CO2] geringfügig reduziert und die zugrundeliegenden Mechanismen waren ein Verdünnungseffekt durch ein gesteigertes Einzelkorngewicht und eine Reduktion der N-Quelle relativ zur N-Senke. Die Reduktion der Korn-N-Konzentration durch e[CO2] war nicht spezifisch mit einer Reduktion von Gluten-Proteinen assoziiert. KW - Qualitätsentwicklung KW - Stickstoffdüngung KW - Triticum aestivum CY - Hohenheim PB - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim AD - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart UR - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2020/1805 ER -