Forschung

In der Getreidezüchtung stellt sich die Frage nach der Ertragsminderung und den Ertragskomponenten, die in den frühen Wachstumsstadien bis zum Ährenschieben betroffen sind. Das Verständnis der Trockeneffizienz während des Austriebs und der Kornfüllung spielt eine wichtige Rolle, um die Anzahl der fruchtbaren Halme zu verbessern. An der Universität und dem Forschungszentrum Tulln werden Phänotypisierungssignaturen für Getreidepflanzen entwickelt und eine Datenbank mit trockenheitsresistenten Sorten (Gerste und Weizen) erstellt. Fünfzig mitteleuropäische introgressive Linien von Sommergerste und fünfzig Genotypen von Sommerhartweizen, darunter sowohl kommerziell bedeutende als auch neu entwickelte Sorten, werden verwendet. Diese Studie zielt darauf ab, fortschrittliche digitale Phänotypisierungstechniken zu nutzen, um wichtige Eigenschaften von Pflanzensorten unter verschiedenen klimatischen Bedingungen vorherzusagen. Mithilfe von RGB-, 3D-LiDAR- und Wärmebildaufnahmen werden wir phänotypische Signaturen erfassen, analysieren und modellieren. Die Auswirkungen von Trockenheit werden sowohl in frühen als auch in späten Wachstumsstadien überwacht und bewertet. Darüber hinaus werden die kombinierten Auswirkungen von Trockenheit und Temperatur untersucht, um die umfassenderen Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenentwicklung zu verstehen. Bei allen Sorten wird eine Genotypisierung durchgeführt und mit den phänotypischen Daten korreliert, um genetische Marker zu identifizieren, die mit der Widerstandsfähigkeit und Leistung in Verbindung stehen. Dieser integrative Ansatz wird unser Verständnis für die Ertragskomponenten verbessern, die in den frühen Stadien (Austrieb und Kornfüllung) mehr oder weniger stark von der Etablierung der Kultur bis zum Ährenschieben beeinflusst werden.

In der Landwirtschaft dient die phänologische Entwicklung einer Kulturpflanze als Hauptindikator für die Bestimmung des optimalen Zeitpunkts von Maßnahmen. Für Landwirte, landwirtschaftliche Berater und Wissenschaftler ist die Kenntnis der Pflanzenphänologie von entscheidender Bedeutung, da sie hilft, den besten Zeitpunkt für Pflanzenschutzmaßnahmen, Bewässerung, Düngung und Ernte zu bestimmen. Wenn Pflanzen zum richtigen Zeitpunkt gepflanzt und geerntet werden, kann der Ernteertrag gesteigert und die höchste Qualität der Produkte garantiert werden, während gleichzeitig der Ressourcenaufwand minimiert werden kann. Im Rahmen des Projekts „PhenAI“ wird ein Hybridmodell entwickelt, das die Vorteile eines soliden mathematischen Pflanzenwachstumsmodells mit KI kombiniert, um unsere Fähigkeit zur Vorhersage phänologischer Stadien für verschiedene Kulturen erheblich zu verbessern. Nur die Kombination dieser Ansätze ermöglicht es, zur Entwicklung eines Ansatzes beizutragen, der den Stand der Technik übertrifft. Während viele Forschungsergebnisse aus der Digitalisierung nur einen geringen Prozentsatz der Landwirte in den Industrieländern erreichen, richtet sich dieses Projekt an alle Landwirte und Privatgärtner, da es eine einfach zu handhabende Vorhersage des wichtigsten Indikators für ein besseres Verständnis der Bedürfnisse einer Pflanze bietet.

Die Klimakrise stellt die österreichische Landwirtschaft vor Herausforderungen. Qualitätsweizen wird hauptsächlich in trocknen Regionen Ostösterreichs angebaut, wo der Ertrag stark vom Wasserangebot abhängt. Auch Mais litt in den letzten Jahren vermehrt unter Trockenstress und muss zunehmend bewässert werden. Zudem prognostizieren Klimamodelle für Österreich längere Dürrephasen, die den Anbau stark beeinträchtigen werden. Eine Lösung sind neue Sorten mit verbesserter Trockenheitstoleranz. Bisher müssen sich Landwirt: innen auf die Informationen von Firmenprospekten verlassen, da noch keine standardisierte Bewertung in der Sortenwertprüfung stattfindet. In den offiziellen Protokollen werden lediglich Parameter wie Blattrollen und Ährensterilität erhoben, welche nicht geeignet sind die Sortenleistung unter Trockenstress zu beurteilen. Derzeit bleibt der Ertrag in Regionen mit wenig Niederschlag als einzige Orientierung, ein präziser Indikator für Trockenstresstoleranz fehlt jedoch. Um eine aussagekräftige Bewertung der Trockenresistenz vornehmen zu können, bedarf es geeigneter Methoden. Ziel des Projektes ist es, innovative Methoden zu testen, die Eignung für die Sortenwertprüfung zu evaluieren und somit eine nachhaltige Sortenprüfung zu etablieren. In dieser Studie werden drei trockene Standorte im Osten Österreichs ausgewählt. Zusätzlich wird ein „Rain-Out-Shelter“ genützt, um den Trockenstress gezielt zu erhöhen. Ein Monitoring der Bodenfeuchtigkeit mittels Bodensensoren soll exakte Daten zum Ausmaß der Trockenheit liefern. Darüber hinaus wird die Bodenqualität und das Wasserrückhaltevermögen ermittelt. Diese Maßnahmen ermöglichen es, sowohl den Grad des Trockenstresses als auch die Eignung der Standorte beurteilen zu können. Um den Einfluss des Wassermangels auf Gesundheit und Stoffwechselaktivität der Pflanzen erfassen zu können, werden moderne Phenotyping-Methoden wie Nahinfrarotspektrometer und Drohnen mit Spezialkameras angewandt. Analog dazu wird auch das Proteom der Körner in verschiedenen Entwicklungsstadien mittels hochauflösender Massenspektrometrie untersucht. Die Quantifizierung von wichtigen Stoffwechsel-Enzymen und Hitzeindikatoren (z.B. Heat-Shock Proteine) kann Aufschluss darüber geben, wie sich die einzelnen Sorten bei Trockenstress verhalten. Die gewonnenen Daten ermöglichen es die geeignetsten Verfahren zu finden. Eine abschließende Bewertung mittels SWOT-Analyse wird Empfehlungen für eine spätere Umsetzung in der Sortenwertprüfung liefern, um kosteneffizient eine aussagekräftige Bewertung vornehmen zu können. Moderne Verfahren zur Beurteilung der Trockenresistenz innerhalb der Sortenwertprüfung liefern einen wichtigen Beitrag zur Klimawandelanpassung und Nachhaltigkeit in Bezug auf die neue Saatgutverordnung. Zudem wird die österreichische Landwirtschaft fit für die Zukunft gemacht, wodurch auch die Ernährungssicherung und die Wettbewerbsfähigkeit verbessert wird.