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Den Wurzeln des Anbaus von Kuherbsen unter schwierigen Bedingungen auf den Grund gehen

Die Forscherin Saba Mohammed hat im Rootlab der Pennsylvania State University Wurzelhaarbilder von Sämlingswurzelproben von Langbohnenpflanzen aufgenommen. Die Proben wurden auf Keimpapieren gezüchtet und mit Hilfe einer an einem Präpariermikroskop angebrachten Kamera abgebildet. Die Untersuchung der Wurzeln von Langbohnensämlingen kann helfen, Wurzelmerkmale in reifen Pflanzen zu identifizieren, die für das Wachstum in schwierigen Umgebungen vorteilhaft sind. Bildnachweis: Jimmy Burridge

Cowpea ist eine wichtige Ernte in vielen Teilen der Welt, insbesondere in Afrika südlich der Sahara. Es ist widerstandsfähig und kann in Gebieten mit wenig Niederschlag und minderwertigen Böden wachsen. Aber so robust es auch ist, die Erträge der Langbohnen können durch Dürre und niedrige Phosphorwerte im Boden sinken.


In einer kürzlich durchgeführten Studie bestimmten Forscher Eigenschaften der Kuherbsenwurzel, die dazu beitragen könnten, dass die Pflanzen in trockeneren, phosphorarmen Böden besser wachsen.

„Die Entwicklung von Kuherbsensorten, die unter Stressbedingungen optimal produzieren können, ist von entscheidender Bedeutung“, sagt Saba Mohammed, Hauptautor der Studie an der Ahmadu Bello University in Zaria, Nigeria. “Diese widerstandsfähigen Kuherbsensorten können dazu beitragen, dass mehr Menschen Nahrung und Ernährung sichern.”

Die Studie wurde veröffentlicht in Pflanzenkundeeine Veröffentlichung der Crop Science Society of America.

Kuherbsen sind eine wichtige Kalorienquelle für Millionen von Menschen auf der ganzen Welt. Sie sind reich an Eiweiß und anderen Nährstoffen. Cowpea-Pflanzen haben auch eine Vielzahl anderer Verwendungszwecke. Sie können als Tierfutter und Gründüngung dienen.

Mikroben in Kuherbsenwurzelknollen können die Bodenfruchtbarkeit erhöhen. Diese Mikroben stellen Pflanzen im Boden atmosphärischen Stickstoff zur Verfügung – ein Prozess, der als Stickstofffixierung bezeichnet wird. Die Stickstofffixierung kann für Landwirte von Vorteil sein, die sich stickstoffbasierte Düngemittel nicht leisten können.

Der größte Teil der Produktion von Langbohnen findet in halbtrockenen Regionen statt. Raue Umweltbedingungen und schlechte Böden beeinträchtigen oft die Erträge. „Unsere Arbeit ergab, dass bestimmte Wurzeleigenschaften den Ertrag von Langbohnenpflanzen unter Dürre oder niedrigen Phosphorbedingungen im Boden erhöhten“, sagt Mohammed.

Den Wurzeln des Anbaus von Kuherbsen unter schwierigen Bedingungen auf den Grund gehen

Ein hochauflösendes Wurzelhaarbild, das von einer Wurzelprobe eines Kuherbsensämlings aufgenommen wurde. Das Bild wurde nach 14 Tagen Wachstum auf Keimpapieren aufgenommen. Wurzelhaare spielen eine wichtige Rolle bei der Toleranz von Langbohnen gegenüber Trockenheit und schlechten Böden. Bildnachweis: Saba Mohammed

Zu diesen Wurzelmerkmalen gehören längere Primärwurzeln und eine höhere Anzahl von Seitenwurzeln, die aus Primärwurzeln hervorgehen. Wurzelhaare spielen auch eine wichtige Rolle bei der Toleranz von Langbohnen gegenüber Trockenheit und schlechten Böden.

Zum Beispiel hatten Langbohnenpflanzen mit längeren, dichteren Wurzelhaaren höhere Erträge, wenn sie unter phosphorarmen Bedingungen angebaut wurden. “Das deutet darauf hin, dass diese Wurzelhaarmerkmale eine entscheidende Rolle bei der Gewinnung von Phosphor aus suboptimalen Böden spielen”, sagt Mohammed.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass Wurzeln eine Schlüsselrolle bei der Anpassung von Pflanzen an schwierige Umweltbedingungen spielen. „Das Wurzelsystem ist die Hälfte des gesamten Pflanzensystems“, sagt Mohammed. “Dennoch wurde es relativ wenig erforscht, um Lösungen für landwirtschaftliche Einschränkungen zu finden.”

Wurzelsysteme haben verschiedene Strategien, um Ressourcen aus dem Boden zu extrahieren. „Zum Beispiel produzieren Pflanzen mit tieferen Wurzeln unter Bedingungen mit begrenztem Wasser besser als solche mit flachen Wurzeln“, sagt er. “Auf der anderen Seite sind diejenigen mit flachen Wurzeln möglicherweise besser für Böden mit suboptimalen Nährstoffen geeignet.”

Das liegt daran, dass Nährstoffe – wie Phosphor – oft in der obersten Bodenschicht konzentriert sind.

Für Langbohnenpflanzen, die auf trockenen und nährstoffarmen Böden wachsen, müssen die Wurzeln tiefer gehen und sich breit und flach ausbreiten.

Den Wurzeln des Anbaus von Kuherbsen unter schwierigen Bedingungen auf den Grund gehen

Ein Feldexperiment mit Kuherbsen am Institut für landwirtschaftliche Forschung in der landwirtschaftlichen Forschungsstation Minjibir, Bundesstaat Kano, Nigeria. Kuherbsenpflanzen sind widerstandsfähig und können in Gebieten mit wenig Niederschlag und minderwertigen Böden wachsen. Bildnachweis: Saba Mohammed

„Unsere Studie zeigt, dass wir uns auf Langbohnensorten mit längeren Pfahlwurzeln für Trockenheitstoleranz und einer höheren Anzahl flacherer Basalwurzeln konzentrieren können, um Bodennährstoffe zu extrahieren“, sagt Mohammed.

Während die Wurzelarchitektur wertvolle Informationen liefern kann, kann die Untersuchung der Wurzelmerkmale reifer Pflanzen ein zeitaufwändiger und anstrengender Prozess sein. Mohammed sagt, es sei einfacher und wirtschaftlicher, Wurzeln im Sämlingsstadium zu phänotypisieren.

Die Studie zeigte, dass die Untersuchung der Wurzeln von Langbohnensämlingen helfen könnte, Wurzelmerkmale in reifen Pflanzen zu identifizieren, die für das Wachstum in schwierigen Umgebungen vorteilhaft sind.

„Unser Ziel ist es, die Studienergebnisse zu nutzen, um neue Langbohnensorten zu züchten“, sagt Mohammed. “Diese neuen Sorten würden unter begrenzten Wasser- und Bodenphosphatbedingungen optimal funktionieren.”

Viele Klein- und Subsistenzlandwirte können sich Phosphatdünger möglicherweise nicht leisten. Die neuen Kuherbsensorten, die Mohammed beschreibt, würden diesen Bauern enorm zugute kommen. Er erklärt jedoch, dass die Entwicklung neuer Sorten mit gewünschten Wurzeleigenschaften auch eine wertvolle Ressource in Systemen sein kann, in denen intensive Bewässerung und Düngemittel verwendet werden. Diese Langbohnensorten können dazu beitragen, die Produktionskosten zu senken und die Umweltbelastung durch übermäßigen Düngemitteleinsatz zu minimieren.


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Mehr Informationen:
Saba B. Mohammed et al., Phänotypisierung der Kuherbse für die Wurzelarchitektur von Sämlingen enthüllt Wurzelphene, die für die Züchtung phosphoreffizienter Sorten wichtig sind, Pflanzenkunde (2021). DOI: 10.1002/csc2.20635

Bereitgestellt von der American Society of Agronomy

Zitat: Getting to the root of how to grow cowpea in schwierigen Bedingungen (8. März 2022), abgerufen am 9. März 2022 von https://phys.org/news/2022-03-root-cowpea-difficult-conditions.html

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