Stickstoffaufnahme, Stickstoffnutzungseffizienz und Regulation des Ammoniumtransports:
Überschüssiger Stickstoff aus der intensiven Landwirtschaft belastet sowohl die Umwelt als auch das Grundwasser. Unsere Forschung zielt darauf ab, herauszufinden, wie Stickstoff von Modellpflanzen (Arabidopsis) und Nutzpflanzen (Weizen, Mais, Bohnen, Erbsen, Wein) effizienter genutzt werden kann, um die negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren. Neben Nitrat stellt Ammonium eine bevorzugte Stickstoffquelle für Pflanzen dar. Im Mittelpunkt unserer molekularbiologischen Untersuchungen steht die Charakterisierung und Regulation der Transporter, die für die Aufnahme von Ammonium verantwortlich sind. Wir erforschen, wie diese Transporter genetisch und physiologisch reguliert werden, wie ihre Aktivität in das komplexe Netzwerk der Stickstoff- und Nitrataufnahme integriert ist und wie unterschiedliche Stickstoffquellen die Pflanzen-Pathogen-Interaktion beeinflussen. Darüber hinaus untersuchen wir, inwieweit gezielte Management- und Zuchtmaßnahmen dazu beitragen können, die Umweltbelastung durch Stickstoff zu verringern und die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber Pathogenen zu erhöhen.
Phosphor (P) in Form von Phosphat ist ein weiterer wichtiger Makronährstoff für Pflanzen. Angesichts der begrenzten globalen Phosphorreserven und der Tatsache, dass Phosphat im Boden oft nur in sehr geringem Umfang für die Pflanzenwurzeln verfügbar ist, stellt die effiziente Nutzung dieses Nährstoffs eine wichtige Herausforderung dar. In unserer Forschung untersuchen wir genetische Komponenten der Phosphoreffizienz bei modernen und alten Genotypen sowie bei Landrassen von Mais. Dabei konnten bereits neue genetische Marker identifiziert werden, die eine verbesserte Phosphoraufnahme und -nutzung ermöglichen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Rhizosphäre, dem Bodenbereich um die Wurzeln, der stark durch die Pflanzenexsudate beeinflusst wird. Die mikrobiellen Gemeinschaften aus Bakterien und Pilzen in der Rhizosphäre spielen eine entscheidende Rolle für die Phosphorverfügbarkeit und die Pflanzengesundheit.
Mikronährstoffe in Samen und Körnern:
Mikronährstoffmangel, insbesondere an Eisen (Fe) und Zink (Zn), ist in der Weltbevölkerung weit verbreitet und betrifft vor allem Menschen in ärmeren Ländern mit überwiegend vegetarischer Ernährungsweise. Hülsenfrüchte wie Bohnen spielen dort eine zentrale Rolle in der Ernährung und stellen ein großes Potenzial zur Verbesserung der Mikronährstoffversorgung dar. In unserer Forschung untersuchen wir zwei Bohnen-Genotypen, die sich deutlich in ihrer Aufnahme und Akkumulation von Eisen und Zink unterscheiden. Ziel ist es, die zugrunde liegenden physiologischen und genetischen Mechanismen der Mikronährstoffaufnahme, -verteilung und -speicherung besser zu verstehen. Dieses Wissen soll genutzt werden, um die natürliche Variation gezielt für Züchtungsstrategien einzusetzen und Bohnen mit verbesserter Mikronährstoffeffizienz und höherem Nährwert zu entwickeln.
Wechselwirkungen von Nährstoffen und Düngemitteln mit Pflanzengesundheit und -krankheiten:
Die wachsende öffentliche Forderung nach einer Reduktion des Pestizideinsatzes in der Landwirtschaft übt Druck auf Landwirte aus, alternative Methoden zur Krankheitskontrolle zu finden. Ein wichtiger Faktor in diesem Zusammenhang ist die Pflanzenernährung, da Düngemittel und deren Zusammensetzung direkten Einfluss auf die Pflanzengesundheit haben können. Verschiedene Nährstoffe, wie Stickstoff, Phosphor, Kalium und Mikronährstoffe, beeinflussen nicht nur das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen, sondern auch ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheiten. Ein ausgewogenes Nährstoffmanagement kann die natürlichen Abwehrmechanismen der Pflanzen stärken und das Risiko von Krankheitsbefall modulieren. Unsere Forschung untersucht, wie unterschiedliche Nährstoffzusammensetzungen und Düngepraktiken das pflanzliche Abwehrsystem und die Interaktionen mit Pathogenen beeinflussen. Ziel ist es, durch gezielte Anpassungen der Pflanzenernährung die Pflanzengesundheit zu fördern und die Notwendigkeit für chemische Pflanzenschutzmittel zu minimieren.
