Multigenerationale Effekte von erhöhtem CO2- und N-Angebot auf Blattgaswechselmerkmale in Weizenpflanzen

Die Reaktionen des Blattgaswechsels von Weizen (Triticum aestivum L.) auf erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen (eCO2) wurden häufig innerhalb einer einzigen Generation untersucht, während die langfristige Akklimatisierung der Photosynthese an das Wachstum in eCO2 über mehrere Generationen nicht systematisch erforscht wurde. Hier wurden fünf Weizensorten unter entweder ambientem (aCO2, 400 ppm) oder erhöhtem (eCO2, 800 ppm) CO2-Gehalt über drei aufeinanderfolgende Generationen (G1 bis G3) mit zwei N-Düngungsebenen (1N–1 gN Topf−1 und 2N–2 g N Topf−1) in klimakontrollierten Gewächshäusern angebaut. Der Blattgaswechsel wurde in jeder Generation der Pflanzen unter verschiedenen Behandlungen bestimmt. Es wurde festgestellt, dass eCO2 bei beiden N-Niveaus die photosynthetische Rate stimulierte, während die stomatäre Leitung, die Transpirationsrate und die Blatt-N-Konzentration verringert wurden, was zu einer erhöhten Wasserverbrauchseffizienz und photosynthetischen N-Nutzungseffizienz führte. Das N-Niveau modulierte die intergenerationellen Reaktionen der photosynthetischen Kapazität auf eCO2; unter niedrigem N-Angebot wurden die maximale Karboxylationsrate (Vcmax), die maximale Elektronentransportrate (Jmax) und die Rate der Triosephosphatnutzung (TPU) von eCO2 von der ersten zur zweiten Generation signifikant herunterreguliert, erholten sich jedoch in der dritten Generation; während bei hohen N-Niveaus die photosynthetische Akklimatisierung mit dem Fortschreiten der Generationen verringert wurde, wobei Vcmax, Jmax und TPU in der dritten Generation unter eCO2 erhöht wurden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine intergenerationale Anpassung die durch eCO2 bedingte Verringerung der photosynthetischen Kapazität mildern könnte, aber Pflanzen mit unterschiedlichem N-Status unterschiedlich auf die langfristige Exposition gegenüber eCO2 reagierten. Unter den fünf Sorten zeigte 325Jimai über die drei Generationen hinweg eine bessere photosynthetische Leistung unter eCO2, während 02-1Shiluan langfristig stärker durch erhöhte CO2-Konzentrationen gehemmt erschien. Diese Ergebnisse bieten neue Einblicke für Züchtungsstrategien in zukünftigen CO2-reichen Umgebungen.