Fortschritte in der phänologischen Modellierung auf der Basis metabolomischer Ansätze

Die Modellierung phänologischer Entwicklungsstadien, wie beispielsweise der Blühbeginn von Obstgehölzen, basiert seit vielen Jahrzehnten auf Temperatursummen, die sowohl den winterlichen Kältereiz als auch das Wärmebedürfnis der Gehölze bis zum Blühbeginn beschreiben. Diese Ansätze gehen auf Reaumur (1735) zurück, der ursprünglich das Konzept der „Growing Degree Days“ vorgeschlagen hat. In jüngster Zeit mehren sich zunehmend Stimmen, die neue Wege in der phänologischen Modellierung und tiefergehende Untersuchungen zur Winterruhe der Gehölze fordern. Diese Forderung wird umso verständlicher, wenn man sich die breite Anwendung phänologischer Modelle vor Augen hält, die selbst die Ergebnisse von Klimamodellrechnungen beeinflussen können. Bisher werden in phänologischen Modellen immer noch eine Vielzahl von Parametern an Beobachtungsdaten optimiert, wobei einige physiologische Grundkenntnisse über das Kälte- und Wärmebedürfnis der Pflanzen bereits Berücksichtigung finden (semi-mechanistische Ansätze). Limitierend für die grundlegende Verbesserung der Modelle ist das fehlende Wissen über den Verlauf der Dormanz bei Gehölzen, der nicht beobachtet werden kann und in der Literatur ebenfalls nur unzureichend beschrieben ist. Moderne metabolomische Verfahren bieten hierfür einen Lösungsansatz und ermöglichen sowohl die exakte Validierung bisher verwendeter phänologischer Modelle (Chmielewski et al. 2014) als auch die Entwicklung neuer mechanistischer Ansätze. Hierzu ist es notwendig, während der Winterruhe der Gehölze, die Konzentrationsänderungen ausgewählter Phytohormone (Abscisinsäure) und deren Präkursor (Carotinoide) in hoher zeitlicher Auflösung zu verfolgen, um die bisher in phänologischen Modellen optimierten Termine für das Ende der Dormanz und für den Beginn der ontogenetischen Entwicklung durch analytische Befunde ersetzen zu können. Weiterführend soll der Zusammenhang freier Aminosäuren mit der Dormanz sowie den sich anschließenden Wachstums- und Entwicklungsprozessen von Blütenknospen abgeleitet werden. Für neue phänologische Modellierungsansätze sind Veränderungen dieser Metabolite (Konzentration, zeitlicher Verlauf) mit der Variabilität der Umwelt (Witterung, Tageslänge, etc.) in Verbindung zu setzten. Dies erfordert zwangsweise mehrjährige, hochaufgelöste Datensätze über den Verlauf der relevanten Substanzen und der steuernden Umweltparameter. Diese Untersuchungen sind heute realisierbar, jedoch wissenschaftlich noch nicht umgesetzt. Die Durchführbarkeit dieser Herangehensweise wurde bereits in einer 2-jährigen Pilotstudie an der Süßkirsche überprüft (Götz et al. 2014) und soll in dem geplanten Vorhaben weitergeführt und vertieft werden. Die in dem Projekt verfolgte Strategie ist nicht nur auf den Blühbeginn der Obstgehölze beschränkt, sondern kann auf Baumarten der natürlichen Vegetation übertragen werden, wo teilweise noch größere Defizite in der phänologischen Modellierung bestehen.

Projektleitung
Chmielewski, Frank-M. Prof. Dr. rer. nat. habil. (Details) (Acker- und Pflanzenbau)

Mittelgeber
DFG: Sachbeihilfe

Laufzeit
Projektstart: 07/2014
Projektende: 12/2017

Forschungsbereiche
Pflanzenwissenschaften

Publikationen
Götz KP, Naher J, Fettke J, Chmielerwski FM (2018) Changes of proteins during dormancy and bud development of sweet cherry (Prunus avium L.) Scientia Horticulturae 239, 41–49, https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.05.016

Chmielewski FM, Baldermann S, Götz KP, Homann T, Gödeke K, Schumacher F, Huschek G, Rawel HM (2018) Abscisic Acid Related Metabolites in Sweet Cherry Buds (Prunus avium L.). J Hortic 5: 221. https://doi.org/10.4172/2376-0354.1000221 (open access)

Baldermann S, Homann T, Neugart S, Chmielewski FM, Götz KP, Gödeke K, Huschek G, Morlock GE Rawel HM (2018) Selected plant metabolites involved in oxidation-reduction processes during bud dormancy and ontogenetic development in sweet cherry buds (Prunus avium L.). Molecules 2: 1197, https://doi.org/10.3390/molecules23051197 (open access)

Chmielewski FM, Götz KP (2017) Identification and Timing of Dormant and Ontogenetic Phase for Sweet Cherries in Northeast Germany for Modelling Purposes. J Hortic 4: 205. https://doi.org/10.4172/2376-0354.1000205 (open access)

Chmielewski FM, Götz KP, Homann T, Huschek G, Rawel HM (2017) Identification of endodormancy release for cherries (Prunus avium L.) by absisic acid and sugrars. J Hortic 4: 210. https://doi.org/10.4172/2376-0354.1000210 (open access)

Götz KP, Chmielewski FM, Gödeke K, Wolf K, Jander E, Sievers S, Homann T, Huschek G, Rawel HM (2017) Assessment of amino acids during winter rest and ontogenetic development in sweet cherry buds (Prunus avium L.). Scientia Horticulturae 222: 102-110

Chmielewski FM, Götz KP (2016) Performance of models for the beginning of sweet cherry blossom under current and changed climate conditions. Agricultural and Forest Meteorology 218–219: 85–91

Götz KP, Chmielewski FM, Homann T, Huschek G, Matzneller P, Rawel HM (2014): Seasonal changes of physiological parameters in sweet cherry (Prunus avium L.) buds. Scientia Horticulturae 172:183-190

Zuletzt aktualisiert 2020-14-10 um 13:03