Pflanze-Enzym Interaktionen entlang von Gradienten der Ressourcen Stöchiometrie (PEGasuS)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ute Hamer; Professor Dr. Till Kleinebecker; Dr. Alexander Tischer
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512280974

Die Identifikation stöchiometrischer Beziehungen von Makro- und Mikronährstoffen wird als vielversprechendes Werkzeug gesehen, um das Verhalten von Pflanzen unter verschiedenen Umweltbedingungen zu verstehen und vorherzusagen. Ökologische Grundlagen legen nahe, dass die Stöchiometrien von Pflanzen, Böden, Mikroorganismen und extrazellulären Enzymaktivitäten verschiedener Elementkreisläufe gekoppelt sind. Die Rhizosphäre ist ein Hotspot solcher Kopplungen. Die Verbindung des Konzepts der ökologischen Stöchiometrie mit morphologischen ober- und unterirdischen Pflanzenmerkmalen in realen Grünlandökosystemen ist noch in der Anfangsphase. PEGasuS will die Interaktionen von 13 Grünlandpflanzenarten, mit verschiedenen ober- und unterirdischen funktionellen Merkmalen entlang des Gradienten der Landnutzungsintensität (LUI), und den Exo-Enzymkinetiken in der Rhizosphäre verstehen und für die Pflanzen- und Mikrobenernährung (C:N:P:S und weitere Bioelemente: Mg, Ca, K, Cu, Mn, Zn, Fe) bewerten. Die Faktoren, die die fünf gekoppelten stöchiometrischen Nischen steuern (Blätter, Wurzeln, Bodenlösung, mikrobielle Biomasse und Exo-Enzymkinetiken in der Rhizosphäre), werden durch die Kombination von gemischten Modellen und informationstheoretischen Ansätzen identifiziert. Trotz ihrer Sensitivität werden enzymatische Substrataffinitäten oder katalytische Effizienzen noch nicht verwendet, um stöchiometrische Beziehungen aufzuklären. Wir werden Enzymreaktionen mit einem erweiterten Michaelis-Menten Ansatz basierend auf nichtlinearen Modellen mit gemischten Effekten ermitteln. Wie der Grad stöchiometrischer Homöostase die Verteilung der Arten und ihre kompetitiven Fähigkeiten in unterschiedlich intensiv bewirtschaftetem Grünland einschränkt und wie Pflanze-Enzym Interaktionen sich nach Reduktion der LUI im Vergleich zu etablierten Referenz-Plots mit langjährig (>10 Jahre) niedrigem LUI verändern, soll mechanistisch geklärt werden. Auf 60 Grünland EPs (45 EPs des etablierten Experimentes REX plus 15 EPs mit niedrigem LUI) und 45 Plots mit reduziertem LUI (RPs) werden wir die stöchiometrischen Strategien hierfür identifizieren. Daten der Biodiversitätsexploratorien zur „Umwelt der Pflanzengemeinschaft“ zusammen mit PEGasuS-Daten zur „Umwelt der Zielpflanzenart“ ermöglichen die Identifikation von Mechanismen, die die Pflanze-Enzym Interaktionen entlang der LUI-Gradienten und ihre Reaktion auf LUI-Reduktion steuern. So werden die Effekte von taxonomischer und funktioneller Pflanzendiversität auf Plot- und Individuum-Niveau als auch von LUI-induzierten Ressourcengradienten auf die Pflanze-Enzym Interaktionen in einem Multielement-stöchiometrischen Ansatz bewertet. Durch die Verbesserung des mechanistischen Verständnisses der Effekte von LUI und LUI-Reduktion auf Ökosystemfunktionen (Kohlenstoff- und Nährstoffumsatz) sowie entsprechender Produktionsfunktion (Futterqualität und -quantität) generiert PEGasuS einen erheblichen Mehrwert für die Biodiversitätsexploratorien.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1374: Biodiversitäts-Exploratorien
• Mitverantwortlich: Dr. Sascha Nowak