Die Verknappung natürlicher Ressourcen, Umweltbelastungen und der fortschreitende Klimawandel stellen die moderne Landwirtschaft vor neue Herausforderungen. Die Menge und Qualität pflanzlicher Produkte müssen bei reduziertem Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden weiter gesteigert und Kulturpflanzen wie Gerste, Mais und Weizen zugleich widerstandsfähiger gegenüber Hitze, Trockenheit und Nährstoffmangel werden. Für das Ziel einer ressourcenschonenden - und damit nachhaltigen - Landwirtschaft sind robuste und stresstolerante, aber dennoch ertragreiche Pflanzen eine entscheidende Voraussetzung.

Die Abteilung Physiologie & Zellbiologie untersucht, wie Pflanzen auf abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit oder Nährstoffmangel reagieren. Diese Kenntnisse werden zur Verbesserung genetisch bedingter Eigenschaften der Pflanze genutzt. Dazu zählen eine verbesserte Nährstoffaufnahme über die Wurzel, die Bildung tiefergehender Wurzeln oder die Ausbildung pflanzeneigener Schutzmechanismen gegen UV-Strahlung oder Austrocknung.

Die Wissenschaftler der Abteilung identifizieren und charakterisieren Gene, die Stresstoleranz und Ertragsbildung bestimmen. Diese Gene oder benachbarte Genabschnitte im Genom einer Pflanze können zur Verbesserung pflanzlicher Eigenschaften und als molekulare Marker in der klassischen Pflanzenzüchtung genutzt werden. Molekulare Züchtungsverfahren, wie die Genom-Editierung, bieten die Möglichkeit, die Funktion bestimmter ertrags- oder stressrelevanter Gene zu beeinflussen. Dazu setzt die Abteilung ein breites Spektrum an Technologien und Analyseverfahren ein, darunter moderne Mikroskopie, Genaktivitäts- und Stoffwechselanalysen, u.a. mithilfe massenspektrometrischer Methoden. 

Die Forschungsaktivitäten innerhalb der Abteilung Physiologie und Zellbiologie finden in den ArbeitsgruppenMolekulare Pflanzenernährung (MPE), Pflanzliche Reproduktionsbiologie (PRB), Strukturelle Zellbiologie (SZB) und Genetik und Physiologie der Wurzelentwicklung (GPW) statt.