Eine neue Technologie könnte die selektive Züchtung von Nutzpflanzen mit besseren, tieferen Wurzelsystemen erleichtern. Dieser zerstörungsfreie Prozess beinhaltet eine schnelle Inspektion der Blätter der Pflanze, um festzustellen, wie tief ihre Wurzeln im Boden sind.
Tiefwurzelnde Pflanzen sind trockenheitstoleranter als flachwurzelige Pflanzen, da ihre langen Wurzeln Zugang zum Grundwasserspiegel haben, kurze Wurzeln dagegen nicht. Tiefwurzelnde Pflanzen können auch Nährstoffe wie Stickstoff besser aufnehmen, da diese mit Regen oder Bewässerungswasser tendenziell tiefer in den Boden gelangen.
Ein weiterer Vorteil der Reduzierung der Treibhausgasemissionen besteht darin, dass das atmosphärische Kohlendioxid, das sie einfängt, umso länger im Boden gebunden bleibt, je tiefer die Wurzeln einer Pflanze reichen. Dies liegt daran, dass Kohlendioxid von den Blättern aufgenommen und in die Wurzeln transportiert wird.
Aus diesen und anderen Gründen haben Pflanzenwissenschaftler hart daran gearbeitet, neue Pflanzensorten mit tieferen Wurzelsystemen zu schaffen.
Derzeit besteht die Standardmethode zur Überprüfung der Wurzellänge darin, mehrere Pflanzen in einer Testparzelle auszugraben und ihre Wurzelsysteme mit einem Maßband zu messen. Dieser Prozess war nicht nur zeitaufwändig und mühsam, sondern die Wurzeln dieser Pflanzen konnten später in der Studie auch nicht erneut gemessen werden, da sie nicht neu gepflanzt wurden.
Dies ist der Ursprung von LEADER. LEADER ist die Abkürzung für „LeafElementAccumulationfromDEepRoot“, eine Wurzelmessmethode, die von Professor Jonathan Lynch und Kollegen an der Pennsylvania State University entwickelt wurde.
Die Technologie basiert auf der Idee, dass in jedem Ackerland unterschiedliche Mineralien und andere Elemente in unterschiedlichen Tiefen im Boden vorhanden sind. Während die Wurzeln der Pflanze in den Boden hineinwachsen, nehmen sie diese Elemente auf und transportieren sie zu den Blättern.
Wenn Sie sich also ansehen, welche Bodenelemente sich in den Blättern befinden, können Sie feststellen, wie weit das Wurzelsystem nach unten gewachsen ist. Natürlich muss man zunächst wissen, welche Elemente sich in welcher Tiefe befinden. Dies kann durch die Entnahme und Analyse erster Bodenkernproben des betreffenden Feldes ermittelt werden.
Für die Studie baute Lynchs Team an vier Standorten in den Vereinigten Staaten 30 genetisch unterschiedliche Maissorten an und testete den Boden und die Blätter an diesen Standorten über einen Zeitraum von sechs Jahren. Die Blattanalyse wurde vor Ort mit einem tragbaren Röntgenfluoreszenzspektrophotometer durchgeführt. Bei Pflanzen mit Wurzellängen von 30 cm (1 Fuß) oder mehr ist die Genauigkeit von LEADER mit herkömmlichen Wurzelmesstechniken vergleichbar.
Dennoch gibt es in einigen Versuchsparzellen möglicherweise keine klaren Grenzen zwischen verschiedenen natürlichen Elementen in unterschiedlichen Bodentiefen. In diesem Fall können „Tracerelemente“ wie Strontium vor dem Pflanzen der Kulturpflanze in einer bekannten Tiefe in den Boden eingegraben werden. Sobald Strontium in den Blättern auftaucht, wissen Pflanzenwissenschaftler, dass die Wurzeln diese Tiefe erreicht haben.
Obwohl in der Studie Mais verwendet wurde, sollte LEADER bei allen Pflanzenarten funktionieren.
„Um eine Pflanze mit tieferen Wurzeln zu erzeugen, muss man sich Tausende von Pflanzen ansehen. Sie auszugraben ist teuer und zeitaufwändig, weil einige der Wurzeln zwei Meter oder mehr tief sind“, sagte Lynch. „Jeder will tiefwurzelnde Pflanzen – aber wir wussten bisher nicht, wie wir sie bekommen.“
Ein Artikel über die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift Crop Science veröffentlicht.