SimRoot – ein Modell zur Optimierung der Nährstoffaufnahme in Pflanzenwurzeln

Der Mikronährstoffgehalt in Pflanzen hängt entscheidend davon ab, wie aktiv ihre Wurzeln sind. Wurzeln suchen nach Nährstoffen und Wasser, wehren Schädlinge und Gifte ab und interagieren mit Kleinstlebewesen in ihrer unmittelbaren Umgebung. Forschungsprojekte zur Ertragssteigerung von Ernten etwa konzentrieren sich jetzt zunehmend auf dieses Potential von Wurzeln, nachdem es über lange Phasen primär darum gegangen ist, die essbaren Pflanzenanteile zu verbessern.

Die Simulation von Wurzelfunktionen mit Hilfe mathematischer Methoden in einem strukturellen Pflanzenmodell, SimRoot genannt, eröffnet neue Möglichkeiten, die Nährstoffaufnahme von Wurzel zu optimieren. Die SimRoot‑Modelle kombinieren Besonderheiten einzelner Pflanzen mit den Daten aus ihrer Umgebung. So kann beispielsweise vorhergesagt werden, wie sich der Nährstoffgehalt eines Gewächses bei Trockenheit und Temperaturschwankungen verändert und welche physiologischen und chemischen Optionen bestehen, diesen zu begegnen.

Eine Neuentwicklung, OpenSimRoot etwa kann dreidimensionale Bilder von Magnetresonanztomographie (MRT) und Röntgen-Computertomographie (CT) von Wurzeln im Boden modellieren (1). Erfasst werden u.a. die bodenwasserabhängige Wasser- und Nährstoffaufnahme und –auflösung u.v.m. (2).

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(1) JA Postma et al. OpenSimRoot: widening the scope and application of root architectural models. The New Phytologist. August 2017, Jg. 215, Nr.3, S. 1274-1286. , abrufbar unter: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5575537/
(2) Bilder einer Simulation der Wurzelaktivitäten bei Bohnen und Mais. Vgl. Ebenda, Figur 2