HeaDAche: Hitzewellen und Trockenheit – Einfluss auf die Physiologie und Biochemie von Österreichischen Rebsorten
Projektleitung
Christian Philipp
Forschungseinrichtung
HBLA und BA für Wein- und Obstbau Klosterneuburg
Projektnummer
101760Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Abstract (deutsch)
Szenarien zum Klimawandel sagen für die nahe Zukunft längere und schwerwiegendere Bodenwasserdefizite und höhere Temperaturen voraus. Trockenheit und Hitzestress sind zwei kritische Umweltbedrohungen für die Produktivität und Nachhaltigkeit von Kulturpflanzen weltweit, da Wasser und Temperatur wichtige Umweltvariablen sind, die die Phänologie der Pflanzen, den Ertrag und die Zusammensetzung der Pflanzen beeinflussen. Wasserdefizit wurde bei Weinreben umfassend untersucht, Hitzestress weniger, aber beide wurden hauptsächlich separat untersucht. In der Praxis ist es selten, dass Pflanzen nur von einem abiotischen Stress betroffen sind, und Reben, die Trockenheit ausgesetzt sind, sind in der Regel auch von Hitzestress betroffen. Nur sehr wenige Studien haben die kombinierten Auswirkungen von Hitze- und Trockenstress auf Reben untersucht, und diejenigen, die dies taten, wurden in semiariden, warmen Klimazonen (südliches Mittelmeer und Australien) durchgeführt: In Spanien konzentrierte sich die Forschung auf die Blattphysiologie und -biochemie, wobei getopfte einjährige Stecklinge in Gewächshauskammern mit einer Temperaturerhöhung auf 28/18 °C, Tag/Nacht, im Vergleich zu Kontrollen bei 24/14 °C, verwendet wurden; in Australien wurde ein ausgeklügeltes System zur Beheizung offener Weinberge durch die Positionierung von Polycarbonatplatten in der Reihe verwendet, um die Auswirkungen eines bescheidenen Anstiegs von ∼1,5-2 °C über der Umgebungstemperatur auf einige vorgewählte Beerenmetaboliten zu untersuchen. In beiden Studien wurde die hohe Temperatur jedoch während der gesamten (oder dem größten Teil der) Vegetationsperiode auferlegt, um zukünftige wärmere Klimaszenarien zu simulieren. Diese Studien sind wichtig, um die Auswirkungen eines moderaten und anhaltenden Temperaturanstiegs zu verstehen, befassen sich aber nicht mit dem Problem vorübergehender Hitzewellen bei gleichzeitiger Trockenheit. Das Headache-Projekt zielt darauf ab, unser Wissen über die Synergie von Hitze- und Trockenstress zu erweitern, indem die Auswirkungen von vorübergehendem und extremem Hitzestress (d. h. Hitzewellen; Perioden übermäßig heißer Temperaturbedingungen im Vergleich zum Mittelwert, die allein oder in Kombination mit Dürreperioden auftreten, untersucht werden.
Schlagwörter (deutsch)
Klimawandel, Trockenheit, Hitze, Stress, Aromastoffe, sekundäre Metaboliten
Titel (englisch)
Heat-waves hit drought grapevines – Impact on Austrian grape physiology and biochemistry
Abstract (englisch)
Climate change scenarios predict longer and more severe soil water deficits and higher temperatures in the near future. Drought and heat stress are two critical environmental threats to crop productivity and sustainability worldwide, as water and temperature are important environmental variables affecting crop phenology, yield and composition. Water deficit has been extensively studied in grapevines, heat stress less so, but both have mainly been studied separately. In practice, it is rare for plants to be affected by only one abiotic stress, and vines exposed to drought are usually also affected by heat stress. Very few studies have investigated the combined effects of heat and drought stress on vines, and those that did were conducted in semi-arid, warm climates (southern Mediterranean and Australia): In Spain, the research focused on leaf physiology and biochemistry, using potted one-year-old cuttings in greenhouse chambers with a temperature increase to 28/18 °C, day/night, compared to controls at 24/14 °C; in Australia, a sophisticated system of heating open vineyards by positioning polycarbonate sheets in the row was used to study the effects of a modest increase of ∼1.5-2 °C above ambient temperature on some preselected berry metabolites. However, in both studies, the high temperature was imposed throughout (or most of) the growing season to simulate future warmer climate scenarios. These studies are important for understanding the effects of a moderate and sustained temperature increase, but do not address the problem of transient heat waves accompanied by drought. The Headache project aims to increase our knowledge of the synergy of heat and drought stress by studying the effects of transient and extreme heat stress (i.e. heat waves; periods of excessively hot temperature conditions compared to the mean, occurring alone or in combination with periods of drought.
Schlagwörter (englisch)
Climate change, drought, heat, stress, aroma compounds, secondary metabolites
Projektziele
Das Projekt Headache untersucht die Reaktion der Weinrebe (Vitis vinifera L.) auf Hitze- und Trockenstress mit dem Ziel, neue Erkenntnisse über deren kombinierte Auswirkungen auf die Rebenphysiologie und die sekundären Metaboliten der Beeren, hauptsächlich Phenole und Aromastoffe, aber auch klassische primäre Metaboliten als Parameter der Reifung wie Zucker und organische Säuren zu gewinnen. Das Projekt wird sich mit den folgenden spezifischen Forschungsfragen befassen:
- Wie reagieren Weinreben auf der ökophysiologischen Ebene auf vorübergehenden Hitzestress in Verbindung mit Trockenstress? Kann die Bewässerung die Auswirkungen des Hitzestresses abmildern?
- Welchen Einfluss hat Hitzestress auf den Beerenstoffwechsel, den Ertrag und die endgültige Zusammensetzung der Beeren unter gut bewässerten und wasserarmen Bedingungen?
- Welchen Einfluss hat Hitzestress auf das Aromaprofil der Beeren unter gut bewässerten und unter Wasserdefizit-Bedingungen?
- Können die möglichen negativen Auswirkungen von Hitzestress auf die Aromastoffe von Traubenbeeren durch Bewässerung gemildert werden?
Praxisrelevanz
Kombinierte Stressfaktoren sind bei mehrjährigen Kulturen wie Weinreben nicht gut untersucht worden, vor allem wegen der technischen Schwierigkeiten bei der Beeinflussung solcher Faktoren (z. B. der Temperatur). Während sich der Wasserhaushalt durch Bewässerungsmengen relativ leicht beeinflussen lässt, sind Temperaturregime in Freilandversuchen nur schwer durchzusetzen, so dass Gewächshaus-/Phänotypisierungsstrukturen die einzige Möglichkeit sind, sie direkt zu untersuchen. Im Weinbau wurden indirekte Methoden zur Untersuchung von Temperatureffekten angewandt, wie z. B. räumliche und zeitliche Vergleiche (um über natürlich entstandene Unterschiede auf Temperatureffekte auf Beeren- und Weineigenschaften zu schließen) oder Vergleiche von Trauben, die unter unterschiedlicher Sonneneinstrahlung gewachsen sind (beeinflusst durch Breitengrad, Höhenlage, Reihenausrichtung oder experimentelle Manipulation), die unterschiedlichen Temperaturen entsprechen. Solche indirekten Ansätze sind wertvoll, werden aber durch verschiedene Störfaktoren beeinträchtigt. Bei früheren Versuchen zur Beeinflussung der Temperatur von Rebstöcken in offenen Weinbergen wurde die Luft erwärmt (in einigen Fällen nur um die Traube herum), aber die neuen, modernen Infrarot-Strahlungsheizungen haben viel weniger Nachteile. Letztere Methode wurde bisher noch nie in Weinbergen eingesetzt. Die Infrarot-Wärmewirkung verändert die Temperatur der gesamten Baumkrone und der Früchte ähnlich wie eine normale Solarheizung, und sie ist relativ energieeffizient, da die Blätter direkt erwärmt werden, ohne dass ein Grenzschichtwiderstand überwunden werden muss, wie es bei der Verwendung von erwärmter Luft erforderlich ist. Im Rahmen des Headache-Projekts werden Dürrebehandlungen mit dem Einsatz der Infrarottechnologie zur Erwärmung der des Laubes und der Früchte, um eine vorübergehende Wärmestressbehandlung durchzuführen. Darüber hinaus werden wir Informationen aus Gewächshaus- und Freilandversuchen kombinieren, die es uns ermöglichen werden, die Stresssynergie in verschiedenen experimentellen Kontexten zu bewerten.