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Study of the impact of atmospheric CO2 level on grapevine leaf physiology, berry maturation and composition at harvest, using a FACE (Free Air Carbon dioxide Enrichment) system

  • Climate change cannot currently be ignored and impacts all fields of agriculture. IPCC reports forecast an increase of up to 700 ppm of atmospheric carbon dioxide concentration at the end of the 21st century. Parameters such as elevated global temperature, reduced precipitations in certain areas of the world and increase of atmospheric carbon dioxide concentration are modifying plants’ environment. Grapevine, which is a crop of economic and cultural importance, is very sensitive to climateClimate change cannot currently be ignored and impacts all fields of agriculture. IPCC reports forecast an increase of up to 700 ppm of atmospheric carbon dioxide concentration at the end of the 21st century. Parameters such as elevated global temperature, reduced precipitations in certain areas of the world and increase of atmospheric carbon dioxide concentration are modifying plants’ environment. Grapevine, which is a crop of economic and cultural importance, is very sensitive to climate modifications. The effects of temperature or water stress on grapevine has been widely investigated, and elevated carbon dioxide has been mainly studied in enclosed systems such as greenhouses. However, the impact of increased concentration of carbon dioxide on plants in open-field experiments remains scarcely studied because of the technical challenge that it represents. In this context, the aim of this PhD work was to investigate the impact of elevated carbon dioxide concentration using the set-up VineyardFACE located at Geisenheim University. This open field set-up enables to apply a moderate and gradual increase (+20%) of ambient carbon dioxide concentration on two grapevine cultivars, Riesling, and Cabernet Sauvignon. While knowing the impact of elevated carbon dioxide treatment on leaf physiology and vegetative growth from previous studies (Wohlfahrt et al., 2018), as well as on berry composition during the early years of fumigation, the goal of this study was to determine the effects of elevated carbon dioxide treatment on agronomical traits, primary metabolites (sugars, organic acids, amino acids) and secondary metabolites (anthocyanins, terpenes) on vines undergoing six years of fumigation, as well as monitoring berry development and following berry ripening for successive seasons. Intermediates from central metabolism were also studied for two years (2020 and 2021), and terpene analysis was realized on Riesling must 2021. Our results showed that although photosynthesis was still enhanced, little effects were found of elevated carbon dioxide treatment on primary metabolites as well as on berry ripening rates, for successive seasons for both Riesling and Cabernet Sauvignon. However, a trend of reduced total anthocyanins concentration in Cabernet Sauvignon was demonstrated by elevated carbon dioxide treatment mainly in 2020, while anthocyanins composition remained fairly similar. Terpenes (both bound and free) composition in Riesling in 2021 was not impacted by elevated carbon dioxide treatment.show moreshow less
  • Die Klimaveränderung und Klimakrisen können heutzutage nicht geleugnet werden und machen sich im Anbau fast aller landwirtschaftlicher Kulturen bemerkbar. Die Erhörung der globalen Temperatur, die Änderung in der Niederschlagverteilung und häufigkeit und die Steigerung des Kohlendioxides sind Faktoren, die die Umwelt und Interaktion der Kulturpflanzen modifizieren. Reben zählen zu der ökonomisch und kulturell bedeutsamen Kulturen, die sensibel auf Klimaänderungen reagieren. Die Wirkung vonDie Klimaveränderung und Klimakrisen können heutzutage nicht geleugnet werden und machen sich im Anbau fast aller landwirtschaftlicher Kulturen bemerkbar. Die Erhörung der globalen Temperatur, die Änderung in der Niederschlagverteilung und häufigkeit und die Steigerung des Kohlendioxides sind Faktoren, die die Umwelt und Interaktion der Kulturpflanzen modifizieren. Reben zählen zu der ökonomisch und kulturell bedeutsamen Kulturen, die sensibel auf Klimaänderungen reagieren. Die Wirkung von erhöhtem atmosphärischem Kohlendioxid ist bisher wenig untersucht, da diese Versuche große technische Herausforderung darstellen. In diesem Kontext wurde im Rahmen dieser Arbeit die Wirkung von atmosphärischem Kohlendioxid in einem Freilandversuch, dem VineyardFACE der Hochschule Geisenheim Universität untersucht. Die Wirkung einer “erhöhten CO2“ Konzentration auf die Physiologie und das vegetative Wachstum wurde in vorausgegangen Arbeiten bereits beobachtet and beschrieben (Wohlfahrt et al., 2018). Das Ziel der eigenen Arbeit war es die Wirkung erhöhter CO2 Konzentration auf primäre Metabolite (Zucker, Karbonsäuren, Aminosäure) und auch der sekundären Metabolite (Anthocyanine, Terpenes ) in Beeren zu untersuchen. Die Reben können sich von Versuchsbeginn diesen Bedingungen über einen Zeitraum von sieben Jahren akklimatisieren. Außerdem wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit agronomische Daten zur Phänologie sowie die Reifedynamik erfasst. Die Auswertung der Ergebnisse zeigte keinen Einfluss der erhörter CO2 Behandlung bei den primären Metaboliten sowie auf die Reifedynamik, weder bei der Rebsorten Riesling noch bei Cabernet Sauvignon. Beim Gehalt der Gesamt-Anthocyanine konnte bei der Rebsorte Cabernet Sauvignon für das Jahr 2020 eine Abnahme festgestellt werden, die sich jedoch nicht im Verteilungsmuster der anderen Derivate der Anthocyane zeigte.show moreshow less

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Metadaten
Author:Cécile Kahn
URN:urn:nbn:de:hebis:2083-724
Publisher:Gesellschaft zur Förderung der Hochschule Geisenheim
Place of publication:Geisenheim
Advisor:Manfred Stoll, Eric Gomès
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2023
Publishing Institution:Hochschule Geisenheim University
Granting Institution:Hochschule Geisenheim University
Granting Institution:UNIVERSITE DE BORDEAUX (UB)
Date of final exam:2023/03/07
Release Date:2023/07/24
Volume:2023
Edition:1. Auflage
Page Number:205
Note:
Diese Dissertation wurde in einem ordnungsgemäßen Promotionsverfahren entsprechend den Bestimmungen des Kooperationsvertrages “CONTRAT DE COTUTELLE DE THÈSE INDIVIDUELLE“ zwischen der Université Bordeaux und der Hochschule Geisenheim University erstellt.
Institutes:Allgemeiner und ökologischer Weinbau
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 50 Naturwissenschaften / 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Licence (German):License LogoKeine Nutzungslizenz vergeben - es gilt das deutsche Urheberrecht