Lisa Koch (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, FAU)
Lisa Koch misst die Photosynthese mit einem Messgerät. Foto: Franziska Eidloth
Lisa Koch erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) im Jahr 2022 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.
Titel: Einfluss von Hitze und unterschiedlicher Stickstoff-Konzentrationen auf das Wachstum und die Entwicklung von Kartoffelpflanzen
Die inhibierende Wirkung von Hochstickstoff und erhöhter Umgebungstemperatur auf die Knollenbildung von Kartoffelpflanzen lässt sich durch die Überexpression von StSP6A – einem positiven Regulator der Knolleninduktion – umgehen und ermöglicht Ertragssteigerung unter sonst inhibierenden Konditionen.
Wie sich die Kombination aus erhöhter Temperatur und stickstoffhaltigem Dünger auf die Entwicklung und den Ertrag von Kartoffelpflanzen (Solanum tuberosum L.) auswirkt, ist bisher noch nicht beschrieben. Erhöhte Temperaturen von wenigen Grad wirken sich bereits negativ auf den Ertrag aus. Die Erforschung des Einflusses von Hitze auf weltweit relevante Kulturpflanzen ist vor dem Hintergrund der Klimaerwärmung und der steigenden Weltpopulation wichtig, um in Zukunft eine ausreichende Ernährung zu gewährleisten.
Stickstoff ist ein essenzielles Mineral für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. In der Landwirtschaft ist die Ausbringung von Stickstoffdünger gängige Praxis, um den Ertrag von Nutzpflanzen zu steigern. Zu hohe Stickstoffkonzentrationen wirken jedoch hemmend auf die Knolleninduktion bei Kartoffelpflanzen.
In dieser Arbeit wurde der Einfluss von unterschiedlicher Stickstoffdüngung in Kombination mit erhöhter Temperatur auf Kartoffelpflanzen untersucht.
Stickstoffmangel resultierte in verfrühter Blattseneszenz, was durch erhöhte Temperatur zusätzlich verstärkt wurde. Außerdem kam es zu einer sehr frühen Knolleninduktion. Diese setzte unter erhöhter Temperatur später ein. Bei limitierendem Stickstoff hatten die Pflanzen zwar den geringsten absoluten Ertrag, wiesen jedoch relativ zu ihrer geringen oberirdischen Biomasse den höchsten Ertrag auf.
Sehr hohe Stickstoffgabe verzögerte die Knollenbildung und minderte den Ertrag deutlich, was durch hohe Temperatur noch ausgeprägter war. Unter Kontrollbedingungen war der Ertrag bei mittlerer (optimaler) Stickstoffgabe am höchsten, resultierte jedoch in den stärksten Ertragseinbußen unter Hitze.
Interessanterweise war unter erhöhter Temperatur der Ertrag aller Pflanzen unabhängig vom Stickstoffregime etwa ähnlich. Durch Stickstoffdüngung lässt sich also unter erhöhter Temperatur der Ertrag von Kartoffelpflanzen nicht verbessern, was im Kontext der Klimaerwärmung ein Problem darstellt.
Die Inhibition der Knollenbildung durch hohe Stickstoffgabe ließ sich in dieser Arbeit durch die Überexpression von StSP6A – einem positiven Regulator der Knolleninduktion – unter dem StLS1-Promotor (aktiv in grünem Gewebe) unterbinden.
Durch erhöhte Stickstoffgabe konnte mit Hilfe dieser transgenen Pflanzen der Ertrag unter Kontrollbedingungen nicht nur aufrechterhalten, sondern sogar signifikant gesteigert werden. Weiterhin wurde durch hohe Stickstoffgabe der Ertrag auch unter hoher Temperatur erhöht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass hohe Stickstoffgabe, sowie Hitze die Knollenentwicklung additiv inhibieren, was in einem besonders geringen Ertrag resultiert. Durch die verstärkte Expression von StSP6A in Kartoffelpflanzen kann der zugegebene Stickstoff effektiv genutzt werden, um den Ertrag zu steigern – auch unter Hitze.
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Lisa Koch fertigte die Arbeit am Lehrstuhl für Biochemie in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Sophia Sonnewald an.